動脈自旋標記技術(shù)的臨床應(yīng)用進展

曾 艷 錢銀鋒*

動脈自旋標記技術(shù)的臨床應(yīng)用進展

曾 艷 錢銀鋒*

動脈自旋標記 (ASL)是一種以動脈血內(nèi)可自由擴散的水質(zhì)子為內(nèi)源性示蹤劑的MR灌注成像技術(shù)，可以通過定量測量局部微血管的灌注，為疾病的臨床診斷提供明確的客觀依據(jù)。與傳統(tǒng)注射對比劑的MR灌注成像方法相比，其不需注射外源性對比劑，可降低成本，并具有無創(chuàng)性、簡單易行、可重復性等優(yōu)點，因而有較強的臨床應(yīng)用潛力。就ASL的原理、分類、臨床應(yīng)用的現(xiàn)狀和未來發(fā)展趨勢予以綜述。

磁共振成像；動脈自旋標記；灌注；腦；腎臟；前列腺

Int J Med Radiol，2015，38（4）：446-449

MR灌注成像（perfusion weighted imaging，PWI）屬于MR功能成像的一種，主要是通過測量局部組織血液灌注，反映組織中微觀血流動力學信息。因多種疾病的病理基礎(chǔ)均是灌注異常，所以灌注的定量測量對疾病的臨床診斷、評估及治療有著重要參考價值。根據(jù)成像原理PWI可分為兩種：一種是使用外源性示蹤劑，經(jīng)靜脈團注的首過成像法，較為常用的是動態(tài)磁敏感對比增強（dynamic susceptibility contrast，DSC）；另一種是利用水質(zhì)子作為內(nèi)源性示蹤劑的動脈自旋標記 （arterial spin labeling，ASL）技術(shù)。因ASL無需注入外源性對比劑，具有無創(chuàng)性、可重復性、成本低和成像速度快等優(yōu)點，其在臨床上的應(yīng)用越來越廣泛。

1 ASL成像原理及其分類

ASL是以可自由擴散的水分子為內(nèi)在示蹤劑的MR灌注成像方法，它對上游動脈血中的水質(zhì)子行反轉(zhuǎn)標記，當標記過的水質(zhì)子隨血流流入下游成像層面內(nèi)，擴散至局部組織引起其磁化矢量發(fā)生變化而得到反轉(zhuǎn)水質(zhì)子標記影像，磁化矢量的變化與血流灌注成比例，將所獲標記影像與沒有標記的對照影像減影，即可獲得反映器官灌注情況的血流（blood flow，BF）圖。根據(jù)動脈血反轉(zhuǎn)標記的方法不同，ASL技術(shù)總體上可分為連續(xù)式動脈自旋標記（continuous ASL，CASL）和脈沖式動脈自旋標記（pulsed ASL，PASL）[1]兩種，前者是利用持續(xù)的射頻脈沖對流入的動脈血液進行連續(xù)的反轉(zhuǎn)標記，后者則是利用一個絕熱的雙曲正割脈沖對動脈血液進行反轉(zhuǎn)標記[2]。CASL技術(shù)最早由Detre等[3]在1992年提出并通過大鼠實驗證實，1994年Roberts等[4]用該技術(shù)行人腦灌注實驗也取得了成功；PASL則是最早由Edelman等[5]提出的單標記交替平面回波成像 （echo-planar imaging and signal targeting with alternating radiofrequency，EPISTAR）。與PASL相比，CASL技術(shù)的優(yōu)點在于信噪比較高、標記平面狹窄、可以采集多層灌注影像，同時它也存在很多缺點，如需要額外的線圈、功率沉積大、組織受磁化傳遞效應(yīng)的影響較大。CASL的缺點使它在臨床上未能得到廣泛應(yīng)用。PASL具有功率沉積小、技術(shù)需求少、操作簡便、標記效率高等優(yōu)點，故成為臨床上最常用的ASL技術(shù)。在近幾年研究中，Wu等[6]提出了一種介于CASL和PASL之間的偽連續(xù)式動脈自旋標記（pseudo CASL，pCASL）技術(shù)。

2 ASL在神經(jīng)系統(tǒng)疾病的應(yīng)用進展

2.1 腦腫瘤 血管的生成在腫瘤發(fā)展和轉(zhuǎn)移中起著關(guān)鍵的作用，而血管生成情況的評估主要是通過PWI測量腫瘤血流量（tumor blood flow，TBF），進而對腫瘤進行分級、選擇治療方案以及評估預后。Cebeci等[7]對33例腦膠質(zhì)瘤病人(高級別膠質(zhì)瘤20例，低級別膠質(zhì)瘤13例)行ASL檢查，發(fā)現(xiàn)局部腦血容量（regional cerebral blood volume，rCBV）和局部腦血流量（regional cerebral blood flow，rCBF）在高、低級別膠質(zhì)瘤之間有顯著差異，表明ASL作為一種無創(chuàng)性的檢查技術(shù)，可用于評估膠質(zhì)瘤的灌注情況，并有助于對腫瘤進行分級評判。Koizumi等[8]對25例腦膜瘤病人行pCASL掃描后發(fā)現(xiàn)，ASL測得的TBF與組織病理學獲得的腫瘤微血管密度成正比，血管生成型腦膜瘤的最大腫瘤血流量與平均腫瘤血流量均明顯高于非血管生成型腦膜瘤，證實ASL可以評估腫瘤的血管生成，并且可以用于血管生成型腦膜瘤與其他類型腦膜瘤的鑒別。Weber等[9]研究發(fā)現(xiàn)，可以利用ASL監(jiān)測腦轉(zhuǎn)移瘤病人放療術(shù)后局部相對腦血流量變化，進而評估病人預后情況。有研究[10]發(fā)現(xiàn)ASL有助于鑒別原發(fā)性中樞神經(jīng)系統(tǒng)淋巴瘤與多形性膠質(zhì)母細胞瘤，后者的相對和絕對TBF均明顯高于前者。

2.2 短暫性腦缺血發(fā)作 短暫性腦缺血（transient cerebral ischemia，TIA）發(fā)作是腦梗死的重要危險因素之一。臨床統(tǒng)計顯示，1/3以上的未經(jīng)治療的TIA病人將會發(fā)展為腦梗死，每年有4%～8%的腦梗死發(fā)生于TIA之后，所以早期診斷、治療TIA對預防腦梗死具有重要的臨床價值。近年來，許多研究通過MR灌注成像或CT灌注成像發(fā)現(xiàn)發(fā)病早期的TIA病人均存在局部腦組織的灌注異常[11-13]。Zaharchuk等[14]對78例TIA病人行多種影像檢查后發(fā)現(xiàn)，ASL陽性率62%，DWI陽性率24%，MRA陽性率13%，此外48例行DSC PWI檢查陽性率為31%，且93% DSC PWI異常的病人ASL也顯示異常，因此可通過ASL技術(shù)檢測局部腦組織血流灌注變化協(xié)助診斷缺血性腦血管病，且其敏感性高于DWI和MRA。Qiao等[15]通過研究也證實了這一結(jié)論，他們將49例臨床懷疑TIA的病人納入研究，這些病人行常規(guī)MRI檢查、DWI和MRA均未發(fā)現(xiàn)異常，而ASL可發(fā)現(xiàn)明顯異常，敏感度為55．8%，特異度為90．7%。這些研究初步表明，ASL對血流灌注改變更敏感，可為其他神經(jīng)影像學檢查陰性的TIA病人診斷提供依據(jù)。

2.3 腦梗死 腦梗死發(fā)生后，缺血半暗帶（ischemic penumbra，IP）的檢出對腦梗死的治療和預后起著關(guān)鍵性的作用。Chalela等[16]對15例24 h內(nèi)的急性腦梗死病人行ASL成像，發(fā)現(xiàn)ASL可顯示急性腦缺血區(qū)的灌注不足，且灌注不足與臨床癥狀和（或）DWI的異常是一致的。Huang等[17]對39例腦梗死病人行ASL和DSC成像，發(fā)現(xiàn)ASL灌注法與DSC灌注法對判斷腦梗死病人的血流灌注狀態(tài)具有很好的一致性。此外，Bivard等[18]將58例發(fā)病6 h內(nèi)的超急性腦梗死病人納入研究，證實ASL能夠較好地評價IP。若對存在缺血半暗帶的腦梗死病人行溶栓治療，其區(qū)域灌注有望得到恢復。Mirasol等[19]研究發(fā)現(xiàn)，ASL在評估缺血區(qū)再灌注中與DSC有很好的一致性，ASL可替代DSC評估急性腦卒中病人的再灌注情況。

2.4 阿爾茨海默病 阿爾茨海默?。ˋlzheimer disease，AD）是老年期最常見的癡呆類型，占老年期癡呆的50%～70%。Wierenga等[20]認為AD病人在表現(xiàn)出臨床癥狀之前就存在局部腦組織低灌注現(xiàn)象，且低灌注影像可以通過ASL技術(shù)獲得。Dai等[21]通過對AD病人、輕度認知功能障礙和健康志愿者行ASL檢查，發(fā)現(xiàn)AD病人左頂葉、左側(cè)額葉、左上顳葉腦血流量較健康對照者和輕度認知功能障礙病人顯著下降，而右側(cè)前扣帶回灌注增加，這與早期AD病人局部腦組織細胞和血管代償性改變有關(guān)。國內(nèi)也有研究者[22]通過研究證實ASL可用于評估AD病人腦血流量，且病人的低灌注與其腦結(jié)構(gòu)和功能的改變密切相關(guān)。Binnewijzend等[23]應(yīng)用ASL對AD、額顳癡呆（frontotemporal dementia，F(xiàn)TD）和路易體癡呆（dementia with Lewy bodies，DLB）病人和正常對照組進行研究后發(fā)現(xiàn)，AD病人幕上所有腦區(qū)的CBF均下降，以后部最明顯；DLB病人除顳葉外，全腦的CBF均明顯下降；當采用部分容積校正計算皮質(zhì)的CBF時，AD病人的最低CBF位于顳葉，而FTD病人位于額葉。

3 ASL在其他系統(tǒng)病變的應(yīng)用進展

3.1 腎臟疾病 腎功能損傷與腎皮髓質(zhì)血流灌注下降密切相關(guān)。Hueper等[28]通過鉗夾小鼠右腎蒂造成急性腎損傷（acute kidney injury，AKI）后行ASL檢查，發(fā)現(xiàn)ASL可通過定量測量腎灌注來評估小鼠AKI之后的腎體積減小和組織學變化，為AKI評估提供一種無創(chuàng)性方法。Pedrosa等[29]對腎功能衰竭而不能行增強檢查的腎臟腫塊病人行ASL檢查，11個ASL陽性[平均血流（134±85.7）mL/（min·100 g）]的腫塊中，3個為惡性，1個為上皮不典型性增生，7個隨訪后進展，表明在腎功能受損的病人中ASL檢測到腎臟腫塊存在血流灌注則提示為腫瘤，較高的血流灌注水平預示腫瘤進展迅速。Lanzman等[30]在34例腎腫瘤的ASL研究中發(fā)現(xiàn)，嗜酸細胞瘤的血流灌注[平均373.9 mL/（min·100 g）]明顯高于所有的腎癌，而乳頭狀腎細胞癌的血流灌注 [平均27.0 mL/（min·100 g）]明顯低于其他類型腎癌，表明ASL有助于腎臟腫瘤的鑒別和腎細胞癌類型的區(qū)分。一項對20例腎移植病人ASL灌注的研究[31]發(fā)現(xiàn)，腎移植后急性腎功能惡化者皮質(zhì)灌注顯著降低，表明ASL有望成為平掃即可定量分析移植腎皮質(zhì)灌注的技術(shù)，但ASL監(jiān)測移植腎功能的臨床參考值還需進一步探討。

3.2 乳腺疾病 乳腺癌是一種嚴重影響婦女身心健康甚至危及生命的惡性腫瘤，是女性最常見的惡性腫瘤之一，早期乳腺癌往往不具備典型的癥狀和體征，不易引起重視，而乳腺癌的早期發(fā)現(xiàn)、早期診斷是提高療效的關(guān)鍵。乳腺癌的影像檢查方法較多，Kawashima等[32]將13例乳腺癌病人（14枚腫瘤）納入研究，對其行ASL檢查發(fā)現(xiàn)，12例病人（13枚腫瘤）的腫瘤灌注均呈現(xiàn)明顯的異常，并與CT灌注成像結(jié)果一致，故ASL可為乳腺癌的診斷提供依據(jù)。在一組18例未經(jīng)治療的乳腺癌的ASL研究中發(fā)現(xiàn)，浸潤性導管癌的血流灌注平均為88.2 mL/（min·100 g），明顯高于正常乳腺的[24.9 mL/（min· 100 g）]和浸潤性小葉癌的[30.5 mL/（min·100 g）]，而后兩者間無明顯差異[33]。

3.3 前列腺癌 前列腺癌的預后與早期診斷和治療密切相關(guān)，而MR灌注成像可為前列腺癌的早期診斷和治療提供病理生理學指標。Cai等[34]將43例病理證實為前列腺癌的病人納入研究，通過ASL測量后發(fā)現(xiàn)腫瘤區(qū)血流量明顯高于非腫瘤區(qū)，且其結(jié)果與動態(tài)對比增強所得結(jié)果一致。對一組35例臨床疑似前列腺腫瘤的病人行ASL檢查，發(fā)現(xiàn)前列腺外周帶與中央帶、外周帶與外周帶內(nèi)的腫瘤、中央帶與中央帶腫瘤平均灌注值差異均有統(tǒng)計學意義，表明ASL有助于疑似前列腺腫瘤病人的確診[35]。

3.4 多發(fā)性骨髓瘤 多發(fā)性骨髓瘤（multiple myeloma，MM）的治療目前多以化療為主，而化療早期療效的判斷對其后期化療方案的制定以及預后有著重要的參考價值。Fenchel等[36]對19例多發(fā)性骨髓瘤Ⅲ期病人抗血管生成治療前后行ASL檢查，發(fā)現(xiàn)同治療有效組相比，治療無效組治療前的灌注值低；在治療后3周和8周時，治療有效組的灌注值均明顯下降，而治療無效組灌注值增加；且灌注值的變化與血液學參數(shù)β2-微球蛋白和異蛋白密切相關(guān)，表明ASL對于新興的抗血管生成治療的療效預判和早期評估是一種有價值的方法。

4 展望

ASL作為一種完全無創(chuàng)的測量區(qū)域灌注的MR成像方法，從提出至今有了很大發(fā)展。但是ASL技術(shù)作為一種新興的技術(shù)，本身尚存在一些不足，如信噪比較低，由于存在傳輸延遲效應(yīng)，區(qū)域CBF值往往被低估或白質(zhì)量化差等，尤其在顱腦以外的部位，ASL技術(shù)受運動偽影、鄰近組織器官影響明顯，ASL影像易與解剖影像匹配不準，使ASL在顱腦以外的應(yīng)用受到明顯的限制。隨著理論和技術(shù)的不斷發(fā)展，ASL技術(shù)存在的問題正在逐一解決。今后它有可能取代有創(chuàng)性技術(shù)來測量區(qū)域灌注，其研究領(lǐng)域與臨床應(yīng)用將會得到更廣泛的拓展。

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（收稿2015-01-26）

The progress in clinical applications of arterial spin labeling technique

ZENG Yan,QIAN Yinfeng.
Department of Radiology,First Affiliated Hospital of Anhui Medical University,Hefei 230022,China

As a kind of MR perfusion imaging methods,arterial spin labeling (ASL)takes water in arterial blood, which is freely diffusible,as an endogenous tracer.Through quantitatively measuring local relative blood flow,ASL can provide tangible proofs for diseases diagnosis.Not like dynamic susceptibility contrast enhanced MR perfusion,it does not need exogenous contrast agent.With the advantage of noninvasiveness,simplicity,relatively lower costs and repeatability,it has strong potential in clinical application.In this review we mainly focued on the principle,categories,clinical applications, and future prospects of ASL.

Magnetic resonance imaging;Arterial spin labeling;Perfusion;Brain;Kidney;Prostate

10.3874/j.issn.1674-1897.2015.05.Z0508

安徽醫(yī)科大學第一附屬醫(yī)院放射科，合肥 230022

錢銀鋒，E-mail：894206876@qq.com

*審校者