磁共振三維動脈自旋標記技術的應用研究進展

張 娟 汪文章 劉 劍

(成都體育學院附屬體育醫(yī)院放射科,四川省成都市 610041)

【提要】 磁共振三維動脈自旋標記(3D-ASL)技術是近年新發(fā)展起來的一項灌注成像技術,其通過標記患者自身血液中的水分子作為內源性示蹤劑,不需要體外注射造影劑,特別適用于不適合注射造影劑的患者,目前已經(jīng)逐漸應用于臨床。本文就該技術在臨床疾病中的應用進展進行綜述。

常規(guī)磁共振增強掃描常常需要體外注射造影劑以顯示病灶的灌注信息,而某些腎功能不全或者對造影劑過敏的患者則不能進行該項檢查,使臨床的診斷工作增加了難度。而磁共振三維動脈自旋標記(three-dimensional arterial spin labeling,3D-ASL)技術通過標記患者自身血液中的水分子作為內源性示蹤劑,避免了體外注射造影劑的多種副作用,且該技術安全、無創(chuàng)且操作簡單,為那些不能進行常規(guī)造影檢查的患者提供了新的選擇。近年來,磁共振3D-ASL技術成為研究熱點,其在臨床上的應用也得到了較為廣泛的認可,本文主要對磁共振3D-ASL技術的臨床應用進展進行綜述。

1 磁共振3D-ASL技術的成像原理及優(yōu)勢

磁共振ASL技術是以血液內的水分子作為內源性示蹤劑進行成像,通過給受試者施加特定的序列來標記動脈中的水分子,被標記的水分子經(jīng)過一定時間會到達目標層面,此時采集目標層面的圖像即為標記像,將標記像與靜息態(tài)未標記的圖像進行減影即為灌注信息。傳統(tǒng)的ASL技術可分為連續(xù)ASL(continuous-ASL,CASL)技術、脈沖式ASL(pulsed-ASL,PASL)技術、假連續(xù)ASL(pseudo-CASL,pCASL)技術等,CASL與PASL技術都有一定的局限性,pCASL技術則綜合了前兩種技術的優(yōu)點[1],但上述技術都由于灌注像信號強度小、信噪比低,常需多次采集。而磁共振3D-ASL技術能達約700次/s的準連續(xù)式標記,此外,磁共振3D-ASL技術采用基于快速自旋回波的螺旋K空間采集技術,MRI系統(tǒng)可將螺旋K空間原始數(shù)據(jù)轉換,最后重建出高保真度的影像[1-2]。最重要的是磁共振3D-ASL技術無須體外注射造影劑,避免了體外注射造影劑潛在的風險,具有無創(chuàng)、成本低、可重復操作性強等優(yōu)點。

2 磁共振3D-ASL技術的臨床應用

2.1 磁共振3D-ASL技術在腫瘤中的應用

2.1.1 腫瘤病灶的檢出:磁共振3D-ASL技術能夠精準診斷腫瘤病灶。Xiao等[3]對新診斷的52例鼻咽癌患者均行磁共振3D-ASL技術和磁共振動態(tài)對比增強掃描,發(fā)現(xiàn)鼻咽癌區(qū)域和非鼻咽癌區(qū)血流量有明顯差異,磁共振3D-ASL技術的血流量參數(shù)與磁共振動態(tài)對比增強掃描的多個參數(shù)存在顯著相關性,提示磁共振3D-ASL技術可在不使用造影劑的情況下定性、定量顯示鼻咽癌區(qū)域的高灌注,進而區(qū)分出腫瘤區(qū)域與非腫瘤區(qū)域。

2.1.2 腫瘤性質的鑒別:不同性質腫瘤的臨床治療方式及預后均不同。良性腫瘤手術難度較低、預后較好,而惡性腫瘤手術難度高、預后較差,因此術前對腫瘤性質進行判斷尤為重要。骨肌腫瘤影像表現(xiàn)較為復雜,常規(guī)影像檢查對其性質的判定較為困難。但由于不同性質腫瘤的新生血管形成程度不同,在磁共振3D-ASL技術上常常表現(xiàn)為不同的灌注狀態(tài),因此可通過磁共振3D-ASL技術測定腫瘤的灌注情況,從而區(qū)分腫瘤的性質。Xu等[4]對44例骨腫瘤患者進行磁共振3D-ASL技術掃描,以獲得術前腫瘤血流量,結果發(fā)現(xiàn)惡性組腫瘤血流量明顯高于良性組和中間型組,這為臨床上鑒別良性、惡性骨腫瘤提供新的方法。此外,有些腫瘤在常規(guī)影像學檢查上表現(xiàn)相似,鑒別困難,而準確診斷腫瘤性質對于確定治療方案和患者臨床預后至關重要。Xiao等[5]研究了磁共振3D-ASL技術在鞍旁腦膜瘤和海綿狀血管瘤的影像特點,發(fā)現(xiàn)腦膜瘤的最大標準化腦血流量(cerebral blood flow,CBF)顯著高于海綿狀血管瘤,這是因為腦膜瘤的新生血管相對豐富,而海綿狀血管瘤缺乏新生血管,這為鑒別鞍旁腦膜瘤與海綿狀血管瘤提供了新的方法。Lin等[6]研究表明,磁共振3D-ASL技術在鑒別不典型腦膜瘤和神經(jīng)鞘瘤也有一定的作用。以上研究表明,磁共振3D-ASL技術可通過測定腫瘤的血流灌注情況,在鑒別腫瘤的性質及常規(guī)影像學表現(xiàn)相似的腫瘤方面具有較好的應用價值。

2.1.3 腫瘤的分級及分期:不同級別、分期的腫瘤臨床預后不一,且治療方式差異較大,準確的術前分級及分期對腫瘤治療具有重要意義。磁共振3D-ASL技術在膠質瘤分級方面的應用是近年的研究熱點。Qu等[7]回顧性分析了72例膠質瘤患者的磁共振3D-ASL技術圖像特點,發(fā)現(xiàn)高級別膠質瘤的腫瘤血流量明顯高于低級別膠質瘤。Ma等[8]研究也顯示磁共振3D-ASL技術的CBF和相對CBF隨著膠質瘤級別的增加而增加,且在高級別膠質瘤和低級別膠質瘤之間存在顯著差異;與動態(tài)磁化率對比灌注加權成像相比,磁共振3D-ASL技術的相對CBF與病理分級的相關性更高。Pang等[9]研究了膠質瘤患者中磁共振3D-ASL技術灌注指標與血管內皮生長因子表達和總生存期的相關性,結果顯示,磁共振3D-ASL技術的CBF與血管內皮生長因子表達呈正相關,而與膠質瘤患者的總生存期則呈負相關。以上研究均表明磁共振3D-ASL技術的灌注強度與腫瘤的惡性程度密切相關,惡性程度越高,新生血管越豐富,灌注則越強,因而采用磁共振3D-ASL技術來評估腫瘤的分級可靠性較高。此外,磁共振3D-ASL技術還可以提高腫瘤分期評估的準確性。Xiao等[10]發(fā)現(xiàn),與單獨使用彌散加權成像相比,聯(lián)合使用磁共振3D-ASL技術對診斷鼻咽癌T分期的準確性從72.3%提高到78.5%,對診斷美國癌癥聯(lián)合委員會分期的準確性從72.3%提高到83.1%。

2.1.4 腫瘤的隨訪:少部分惡性膠質瘤患者在放療及化療后復查常規(guī)磁共振掃描會出現(xiàn)病灶強化范圍增大或新發(fā)強化灶,這些病灶不需特殊治療,在數(shù)月后會自行消失,這種表現(xiàn)稱為腫瘤“假進展”。腫瘤“假進展”常發(fā)生在放療及化療后2～3 個月,而腫瘤的“真進展”與“假進展”的臨床處理方式完全不同,常規(guī)磁共振掃描難以鑒別。有文獻報告,磁共振3D-ASL技術可以通過分析感興趣區(qū)內灌注信息的改變來鑒別腫瘤治療后的“真進展”與“假進展”,可用于放療后膠質瘤患者的長期隨訪,而且該方法對于腎功能不全或對造影劑過敏的膠質瘤患者的長期隨訪也同樣適用[11]。

2.1.5 特殊腫瘤的應用:有些特殊腫瘤在傳統(tǒng)的CT和磁共振增強掃描中不會強化,這為臨床診斷及治療增加了難度。非強化低級別膠質瘤(non-enhancing low-grade glioma,NE-LGG)是一種特殊類型的低級別膠質瘤,由于血腦屏障未被破壞,故在常規(guī)影像學檢查上表現(xiàn)為不強化,而放射治療是NE-LGG的有效治療方法,臨床上通常以T2-液體衰減反轉恢復序列掃描上的異常高信號作為勾畫腫瘤靶區(qū)的標準,但由于腫瘤周圍水腫在T2-液體衰減反轉恢復序列序列掃描也表現(xiàn)為高信號,導致勾畫的靶區(qū)過大,過大的靶區(qū)會對周圍的健康組織產生損傷,而核心腫瘤區(qū)劑量較低則容易導致放療效果不佳,因此區(qū)分腫瘤的周圍水腫區(qū)域與未強化的腫瘤顯得極其重要。磁共振3D-ASL技術特殊的成像原理使其不依靠血腦屏障的破壞也可以反映微觀變化,在NE-LGG的靶區(qū)勾畫及劑量描繪方面具有重要作用。Zhu等[12-13]發(fā)現(xiàn)磁共振3D-ASL技術可區(qū)分NE-LGG的未強化腫瘤和腫瘤周圍水腫,而且磁共振3D-ASL技術可提高高灌注容積的劑量,這為患者的個體化精確放療提供了依據(jù)。

2.2 磁共振3D-ASL技術在非腫瘤性疾病中的應用

2.2.1 煙霧病:煙霧病是一種以雙側頸內動脈末端及大腦前、大腦中動脈起始部動脈內膜緩慢增厚,動脈管腔逐漸狹窄以至閉塞,腦底穿通動脈代償性擴張為特征的疾病。煙霧病患者發(fā)生腦卒中的風險明顯高于健康人群,手術治療可緩解煙霧病患者的臨床癥狀,降低腦卒中發(fā)生風險,因此評估煙霧病患者的腦血流灌注信息對于其預后極為重要。數(shù)字減影血管造影是目前診斷煙霧病和評估側支循環(huán)是否開放的首選檢查方法,但該方法輻射較大,且需要注射造影劑,臨床應用受限。Goetti等[14]發(fā)現(xiàn),磁共振3D-ASL技術評估煙霧病患兒腦血流灌注的靈敏度、特異度和準確度分別高達94.0%、93.0%和93.0%,提示磁共振3D-ASL技術能夠較準確地評估煙霧病患兒的腦灌注情況。Venkatraghavan等[15]利用磁共振3D-ASL技術評估煙霧病患者在不同麻醉劑作用下的腦血流灌注情況,發(fā)現(xiàn)使用七氟烷的煙霧病患者的CBF大于使用丙泊酚的患者,這可為煙霧病患者麻醉藥物的選擇提供參考。

2.2.2 缺血性腦血管疾病:腦組織對缺血缺氧極為敏感,早期發(fā)現(xiàn)腦組織血流灌注異常可以早期進行干預,從而避免一些不可逆的腦損傷。缺血性腦血管疾病主要包括腦梗死、短暫性腦缺血等,其中腦梗死對人體的危害極大,可以引起癱瘓甚至死亡,而腦梗死主要是由顱內外血管粥樣硬化導致血管壁增厚、管腔狹窄所致,故早期發(fā)現(xiàn)顱內外血管的狹窄情況及腦內血流的灌注信息極為重要。頸內動脈作為顱腦重要的供血動脈,一旦發(fā)生狹窄則很有可能影響顱腦的血流灌注情況,臨床上常采用CT血管造影評估頸內動脈狹窄情況,但此方法需要體外注射造影劑,有一定的輻射風險,而且不能顯示腦內的血流灌注信息。時彤彤等[16]先通過磁共振三維時間飛躍技術對頸內動脈狹窄患者的頸內動脈狹窄情況進行分級,隨后采用磁共振3D-ASL技術對健側與患側腦區(qū)的CBF進行評估,結果顯示,重度頸內動脈狹窄患者患側腦區(qū)的CBF低于健側,而且腦內CBF隨頸內動脈狹窄程度增加而減小,頸內動脈狹窄程度與患側腦區(qū)CBF呈負相關。這提示磁共振三維時間飛躍技術與磁共振3D-ASL技術聯(lián)合使用不僅能評價頸內動脈狹窄程度,還能評估患者的腦血流灌注情況,為臨床醫(yī)生提供更多的影像信息。此外,梁高等[17]對比了磁共振3D-ASL技術及磁敏感加權成像技術在診斷急性缺血性腦血管病患者顱內動脈狹窄中的價值,結果顯示,二者診斷大動脈狹窄的效能相近,而磁共振3D-ASL技術診斷中小動脈狹窄的效能更優(yōu),也進一步體現(xiàn)了磁共振3D-ASL技術評估顱內動脈狹窄的優(yōu)勢。

2.2.3 非動脈炎性前部缺血性視神經(jīng)病變:非動脈炎性前部缺血性視神經(jīng)病變(nonarteritic anterior ischemic optic neuropathy,NAION)是一種可導致失明的嚴重致殘性疾病,但具體發(fā)病機制仍不清楚。Li等[18]利用磁共振3D-ASL技術對NAION患者視網(wǎng)膜/脈絡膜復合體的視神經(jīng)頭區(qū)域、視神經(jīng)的血流量進行評估,發(fā)現(xiàn)患眼血流量灌注顯著低于健眼,從而推斷NAION發(fā)生的潛在機制可能是短暫的血液供應不足和眼血管調節(jié)失代償。

2.2.4 阿爾茨海默病與皮質下血管性認知功能障礙:癡呆是一種以認知功能下降為特征的復雜病癥,但其具體的發(fā)病機制仍不清楚。阿爾茨海默病是引起癡呆的重要原因,部分學者利用磁共振3D-ASL技術發(fā)現(xiàn)阿爾茨海默病患者部分腦區(qū)血流量減少,這為本病發(fā)病機制的探索提供新的方法。如Li等[19]采用磁共振3D-ASL技術發(fā)現(xiàn)阿爾茨海默病患者病情進展過程中存在基底節(jié)區(qū)多個區(qū)域的血流灌注減少;Zou等[20]發(fā)現(xiàn),與健康人群相比,阿爾茨海默病患者多個感興趣區(qū)的CBF明顯降低。皮質下血管性認知功能障礙是引起癡呆的另一重要原因。Sun等[21]采用磁共振3D-ASL技術檢測53例皮質下血管性認知功能障礙患者的CBF,并分析大腦中CBF減少的區(qū)域與認知障礙程度的關系,發(fā)現(xiàn)皮質下血管性認知功能障礙組患者腦內CBF降低,顳葉、額葉、海馬、丘腦、島葉腦灌注缺損程度與認知功能損害程度密切相關。此外,2型糖尿病也可能導致癡呆,而且我國2型糖尿病的發(fā)病率較高,嚴重影響患者的生存質量,但糖尿病相關認知功能障礙的機制至今尚未完全闡明。Shao等[22]發(fā)現(xiàn)海馬CBF降低和血管內皮生長因子表達減少可能是糖尿病相關認知功能障礙發(fā)病的重要機制,通過磁共振3D-ASL技術測量CBF或可成為2型糖尿病相關認知功能障礙的無創(chuàng)成像生物標志物。

2.2.5 抑郁癥與偏頭痛:抑郁癥、偏頭痛患者在常規(guī)的影像學檢查上可無異常改變,而磁共振3D-ASL技術卻能發(fā)現(xiàn)其異常。Fu等[23]采用磁共振3D-ASL技術評估抑郁癥患者前額葉腦血流灌注情況,并探討了其與抑郁癥狀的相關性,結果發(fā)現(xiàn)與健康對照組相比,抑郁癥患者雙側額中回局部CBF降低,提示CBF可作為評價抑郁癥嚴重程度和監(jiān)測抑郁癥治療效果有效的標志物。Uetani等[24]對49例偏頭痛患者進行了磁共振3D-ASL技術檢查,提示11例患者存在腦血流灌注異常,其中10例患者顯示低灌注,提示偏頭痛患者的腦血流灌注會有所減少,這為偏頭痛的研究提供新的方向。

2.2.6 系統(tǒng)性紅斑狼瘡:神經(jīng)精神性系統(tǒng)性紅斑狼瘡(neuropsychiatric systemic lupus erythematosus,NPSLE)是一種嚴重威脅人類生命的系統(tǒng)性紅斑狼瘡類型,具有廣泛的臨床神經(jīng)和精神表現(xiàn)。磁共振3D-ASL技術可為臨床上區(qū)分NPSLE與非NPSLE提供重要依據(jù),Zhuo等[25]采用磁共振3D-ASL技術分析NPSLE患者和非NPSLE患者的腦血流灌注特點,發(fā)現(xiàn)NPSLE患者腦白質內的CBF增加,但腦灰質內的CBF減少,而非NPSLE患者腦白質和腦灰質內的CBF均增加;與非NPSLE患者相比,NPSLE患者額回、小腦和胼胝體的CBF顯著降低;扣帶回和胼胝體等幾個腦區(qū)的CBF與系統(tǒng)性紅斑狼瘡疾病活動指數(shù)和系統(tǒng)性紅斑狼瘡國際合作臨床損傷指數(shù)評分顯著相關。

2.2.7 早產兒腦損傷:早產兒腦組織及腦血流循環(huán)系統(tǒng)尚未成熟,多種圍產期因素均可導致腦損傷,這些損傷可能與腦血流密切相關,監(jiān)測早產兒出生后的CBF對其治療及預后評估極為重要。研究表明,磁共振3D-ASL技術可為早產兒的腦白質損傷、缺氧缺血性腦病的診斷提供一定的參考[26],但目前相關研究較少。

2.2.8 基因病:磁共振3D-ASL技術在基因病方面的應用也有報告。Liu 等[27]對1例因身材矮小、智力低下且癲癇反復發(fā)作的4歲女孩行18F-氟代脫氧葡萄糖PET及磁共振3D-ASL技術檢查,發(fā)現(xiàn)雙側額葉、左顳葉、枕葉及頂葉的磁共振3D-ASL技術灌注顯像顯示高血流量,而PET圖像顯示18F-氟代脫氧葡萄糖低攝取,高血流量與低糖代謝的矛盾為線粒體腦肌病伴乳酸酸中毒和卒中樣發(fā)作的診斷提供了線索,最終經(jīng)基因檢測確診為線粒體腦肌病伴乳酸酸中毒和卒中樣發(fā)作。

2.2.9 腎臟疾病:慢性腎病患者發(fā)生造影劑腎病風險較正常人明顯升高,而磁共振3D-ASL技術由于特殊的成像原理,可無創(chuàng)測量腎血流量,在腎臟疾病的應用中具有較大的價值。Cai等[28]利用磁共振3D-ASL技術測量慢性腎病患者腎血流量,結果發(fā)現(xiàn)與健康對照組相比,慢性腎病患者的腎皮質血流量值較低,且慢性腎病患者的腎血流量與腎小球濾過率呈正比。這提示采用磁共振3D-ASL技術測量腎臟血流灌注情況可為臨床診斷腎臟疾病提供有價值的信息。

3 小結與展望

磁共振3D-ASL技術作為一項新的磁共振技術,無須體外注射造影劑,具有安全、無創(chuàng)、可重復檢查、操作簡單等優(yōu)點,在疾病的診斷、預后評估等方面的應用較為廣泛,但目前的研究多集中在顱內病變方面,其他系統(tǒng)的研究相對較少,隨著本項技術的進一步發(fā)展,其應用也會越來越廣泛和成熟。