動脈自旋標(biāo)記技術(shù)的原理及其在缺血性腦卒中診斷中的應(yīng)用

閆　蕾，王效春，張　輝，譚　艷，秦江波，張　磊，吳曉峰

動脈自旋標(biāo)記技術(shù)的原理及其在缺血性腦卒中診斷中的應(yīng)用

閆蕾1，王效春2，張輝2，譚艷2，秦江波2，張磊2，吳曉峰2

1.山西醫(yī)科大學(xué)(太原 030001)；2.山西醫(yī)科大學(xué)第一醫(yī)院

關(guān)鍵詞：缺血性腦卒中；動脈自旋標(biāo)記；磁共振成像；灌注成像

腦組織的血流灌注對于腦的正常代謝具有至關(guān)重要的作用，血管閉塞或血栓形成時，氧輸送量下降，腦組織處于低灌注狀態(tài)，由于腦組織對缺血缺氧耐受性差，因此就會發(fā)生缺血性腦卒中，在出現(xiàn)臨床癥狀的同時，也伴隨著一定的影像學(xué)異常表現(xiàn)。近年來，隨著腦灌注成像檢查的逐步發(fā)展應(yīng)用，通過灌注評價卒中前一段時間的腦血流和腦功能情況，對臨床上預(yù)防診斷和治療腦卒中有著深遠(yuǎn)的影響。動態(tài)磁敏感對比增強(qiáng)(dynamic susceptibility weighted contrast enhanced，DSC)灌注成像，血氧水平依賴對比腦功能成像(blood oxygen level dependent fMRI，Bold-fMRI)和動脈自旋標(biāo)記法成像(arterial spin labeling，ASL)是目前了解顱內(nèi)血供情況的3種主要的磁共振灌注方法，其中DSC需要靜脈注入順磁性對比劑，具有一定的創(chuàng)傷性，Bold-fMRI主要用于腦功能成像[1]，相比較而言，ASL利用動脈血中的水分子作為內(nèi)源性示蹤劑，該技術(shù)可重復(fù)性高，無需注射對比劑，屬于非侵入性檢查，因此該技術(shù)對臨床診斷及治療有重要的參考價值，發(fā)展前景極為廣闊?，F(xiàn)就ASL技術(shù)對缺血性腦卒中的原理及其應(yīng)用價值綜述如下。

1ASL技術(shù)原理

ASL技術(shù)是利用自體動脈血中的水分子作為內(nèi)源性示蹤劑，在成像平面近端對動脈血中的水分子進(jìn)行反轉(zhuǎn)脈沖標(biāo)記，自旋弛豫狀態(tài)改變后的水質(zhì)子經(jīng)過一段時間后對組織進(jìn)行灌注，并在成像層面與組織中沒有標(biāo)記過的水質(zhì)子進(jìn)行交換，引起局部組織縱向弛豫時間T1發(fā)生改變，這時采集到的圖像即為標(biāo)記圖像(tag image)，它的信號強(qiáng)度與成像區(qū)域的血流有關(guān)。在成像參數(shù)相同的情況下，沒有標(biāo)記過的同一層面的圖像稱為對照圖像(control image)，將對照圖像與標(biāo)記圖像進(jìn)行減影得到灌注圖像，灌注程度越高，圖像的信號強(qiáng)度就越強(qiáng)，這種技術(shù)既可以顯示相應(yīng)缺血部位的灌注降低或缺損，也能夠測出相應(yīng)部位的局部腦血流量(regional cerebral blood flow，rCBF)值[2]。由于多種參數(shù)例如血液流速、血液傳遞延遲、血液和組織的T1值等的不同、血管內(nèi)信號的不確定性，與組織信號相比而言，標(biāo)記圖像與對比圖像的信號差異通常很小，因此一般要在多次采集之后對采集到的信號進(jìn)行均衡理(signal averaging)[3]?？傊?，ASL技術(shù)實(shí)際上屬于一種示蹤減影技術(shù)，其使用的內(nèi)源性示蹤劑的半衰期通常只有1 s左右，因此ASL技術(shù)反映的主要是水質(zhì)子進(jìn)入組織的速率。

2ASL分類

動脈自旋標(biāo)記技術(shù)根據(jù)標(biāo)記方法的不同分為連續(xù)動脈自旋標(biāo)記(continuous arterial spin labeling，CASL)和脈沖動脈自旋標(biāo)記(pulsed arterial spin labeling，PASL)。CASL技術(shù)是最早的ASL方法，主要由Detre等[4]于1992年提出，該技術(shù)使用連續(xù)的低強(qiáng)度射頻脈沖對動脈血流過層面進(jìn)行標(biāo)記反轉(zhuǎn)，采集范圍內(nèi)各層面的信號基本均衡；PASL則采用的是短射頻脈沖，對一段距離內(nèi)的水質(zhì)子進(jìn)行雙曲線正交脈沖反轉(zhuǎn)，Luh等[5]引入QUIPSS(quantitative imaging of perfusion using a single subtraction)和QUIPSSⅡ，并對QUIPSSⅡ進(jìn)行改良，提出了Q2TIPS(QUIPSSⅡ with thin-slice TI1 periodic saturation)，使多層采集得以實(shí)現(xiàn)。這兩種方法中CASL主要的優(yōu)勢是信噪比高，理想狀態(tài)下可達(dá)2.718[6-7]，但其對過渡時間敏感，并且在1.5T以上的高場強(qiáng)MRI掃描時，CASL的成像參數(shù)選擇就會受到一定的限制；PASL對硬件需要少，獲取時間短，其標(biāo)記效能也明顯高于CASL，但是覆蓋面相對較小。在這兩種方法的基礎(chǔ)上，吳冰等[8]提出了偽連續(xù)動脈自旋標(biāo)記技術(shù)(pulsed continuous ASL methods，pASL)，它很巧妙地結(jié)合了CASL和PASL的優(yōu)點(diǎn)，不僅提高了信噪比，標(biāo)記效能也得到了提升，有研究表明，pASL技術(shù)的信噪比在PASL基礎(chǔ)上提高了約50%，同時，標(biāo)記效能在CASL的基礎(chǔ)上提高了約12%[4]。近年來，為了更好地克服平面回波成像所帶來的運(yùn)動偽影和磁敏感效應(yīng)，在常規(guī)的ASL基礎(chǔ)上又衍生出了3D-ASL技術(shù)，該技術(shù)采用了快速自旋回波的螺旋K空間(spiral K)采集技術(shù)，具有更高的保真度以及穩(wěn)定性，成像范圍覆蓋全腦[9]，影像質(zhì)量也有很大程度的提高。

3ASL在缺血性腦卒中診斷中的應(yīng)用

灌注技術(shù)由于能夠反映腦組織的血流情況，因此最常應(yīng)用于對缺血性腦卒中的評價，自從發(fā)現(xiàn)ASL技術(shù)可以反映組織灌注情況以來，它就被應(yīng)用于腦血管病方面的動物試驗(yàn)和臨床研究。

在對存在一過性大腦中動脈閉塞的大鼠模型進(jìn)行研究后，Calamante等[10]認(rèn)為ASL可用來顯示動物腦腦缺血后血流的低灌注情況，該技術(shù)同樣能夠作為缺血-再灌注的進(jìn)程及腦梗死的治療效果的一種監(jiān)測手段。通過對腦血管狹窄和腦血管意外病人腦血流量的評價；Detre等[11，12]利用CASL技術(shù)發(fā)現(xiàn)了某一血管分布區(qū)的低灌注，因此他們提出對于腦血管病病人，ASL技術(shù)可以為其提供高質(zhì)量的CBF圖。以上研究為利用ASL技術(shù)評價腦組織的灌注情況提供了最初的依據(jù)。

在對比了ASL技術(shù)和DSC技術(shù)所得到的CBF圖后，有學(xué)者[13]發(fā)現(xiàn)二者對于急性缺血性腦卒中病人的血流灌注異常區(qū)域的劃定基本一致；Zaharchuk等[14]收集51例急性腦梗死病人，應(yīng)用1.5T磁共振對上述病人分別采集ASL-DWI和PWI-DWI圖像，對二者顯示的失匹配區(qū)進(jìn)行對比研究后，發(fā)現(xiàn)上述兩種方法具有較高的一致性(κ=0.92；95%CI：0.80～1.00)。在對16例腦動脈閉塞的腦梗死病人同時應(yīng)用ASL和PET兩種檢查方法后，Kamano等[15]經(jīng)一致性檢驗(yàn)，κ=0.520。以上的研究結(jié)果表明，對于急性腦梗死的診斷，ASL方法與傳統(tǒng)的灌注方法具有較高的一致性，把ASL技術(shù)和MR常規(guī)檢查序列結(jié)合起來，能夠最大限度地提高急性期腦梗死的診斷率，并能夠?qū)毙阅X梗死的治療和預(yù)后做出更加全面而準(zhǔn)確的評估。

另有研究發(fā)現(xiàn)，短暫性腦缺血發(fā)作(TIA)病人3個月內(nèi)發(fā)生腦梗死的幾率約為11%，及早的發(fā)現(xiàn)與治療成顯得尤為重要。陳耿等[16]收集了60例缺血性腦卒中病人，分別使用DWI和ASL進(jìn)行診斷，結(jié)果發(fā)現(xiàn)DWI對于處于急性期和亞急性期的腦卒中具有100%的檢出率，但卻不能診斷出短暫性腦缺血發(fā)作，而ASL在100%檢測出急性期和亞急性期腦梗死的基礎(chǔ)上，對于TIA有著70%的檢出率，因此他們認(rèn)為兩種方法的聯(lián)合使用有助于早期檢出TIA。

以上眾多研究均表明，ASL技術(shù)與傳統(tǒng)的灌注技術(shù)具有較高的一致性，相對于傳統(tǒng)的MRI檢查序列，ASL不僅能檢出急性腦梗死，對于TIA亦有著重要的診斷價值。

4ASL技術(shù)的不足及展望

ASL由于信噪比較低，對運(yùn)動的敏感度高，空間分辨率及時間分辨率低，這些都能使ASL灌注測量出現(xiàn)偏差。腦血管病病人通常血流量較低，部分病人容易焦躁不安而不配合掃描，這些無疑都增加了檢查的難度。當(dāng)腦缺血區(qū)域周圍有豐富的側(cè)支循環(huán)形成時，側(cè)支循環(huán)的血液到達(dá)梗死區(qū)的時間就會延長，使得CBF量化降低，甚至在正常CBF區(qū)采集不到信號，這使得缺血性腦卒中的ASL成像技術(shù)變得更為復(fù)雜。近年來隨著高磁場磁共振設(shè)備的不斷出現(xiàn)和使用，ASL技術(shù)更是得到了大力改進(jìn)，新的序列及改良技術(shù)不斷被提出，如血管編碼動脈自旋標(biāo)記技術(shù)、流速選擇性動脈自旋標(biāo)記技術(shù)等，這些新技術(shù)的潛在應(yīng)用領(lǐng)域在不斷地被開發(fā)[17]，其在缺血性卒中方面的研究也將有著更加廣闊的發(fā)展，應(yīng)用前景十分可觀。

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(本文編輯郭懷印)

通訊作者：王效春，E-mail：2010xiaochun@163.com

中圖分類號：R743R255.2

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

doi：10．3969/j．issn．1672-1349．2016．02．038

文章編號：1672-1349(2016)02-0213-02

(收稿日期：2015-08-27)