三維動(dòng)脈自旋標(biāo)記技術(shù)在缺血性腦梗死中的研究進(jìn)展

賀元彥，賀業(yè)新

根據(jù)最新發(fā)布的《中國(guó)心血管病報(bào)告2017》[1]，我國(guó)心血管病患病人數(shù)高達(dá)2.9億，其中腦卒中1300萬(wàn)，冠心病1100萬(wàn)，心血管病死亡占居民疾病死亡構(gòu)成的40%以上，居首位，高于腫瘤及其他疾病。腦卒中作為心血管病中的重要組成部分，已經(jīng)嚴(yán)重危害我國(guó)人口健康。評(píng)估腦卒中患者發(fā)病后的腦灌注情況有助于指導(dǎo)治療和判斷預(yù)后。動(dòng)脈自旋標(biāo)記(arterial spin labeling，ASL)技術(shù)是一種無(wú)需外源性對(duì)比劑的磁共振灌注成像技術(shù)。三維動(dòng)脈自旋標(biāo)記(three-dimensional ASL，3D-ASL)采用三維快速自旋回波(fast spin echo，F(xiàn)SE)進(jìn)行信號(hào)讀取，保證了信噪比，減少了偽影，較二維ASL具有圖像質(zhì)量高、成像范圍大、采集速度快、定位精準(zhǔn)等特點(diǎn)。3D-ASL技術(shù)中的準(zhǔn)連續(xù)動(dòng)脈自旋標(biāo)記(pseudo- continous-ASL，PCASL)可實(shí)現(xiàn)無(wú)創(chuàng)測(cè)得腦血流量(cerebral blood flow，CBF)，具有重要作用。

1 ASL的基本原理及分類

1.1 ASL的基本原理

ASL通過(guò)射頻脈沖來(lái)翻轉(zhuǎn)磁化血液，利用動(dòng)脈血的水分子作為內(nèi)源性擴(kuò)散示蹤劑。被標(biāo)記血流經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的延遲后，流入到腦組織，此時(shí)采集的圖像為標(biāo)記像，其包含來(lái)自標(biāo)記水和靜態(tài)組織水的兩種信號(hào)。另外采集未預(yù)先標(biāo)記的圖像為控制像?？刂葡衽c標(biāo)記像之間相減影，減去靜態(tài)組織水的信號(hào)，得出的信號(hào)差異提供了通過(guò)腦組織的血流灌注信息[2]。

1.2 ASL的分類

ASL按照標(biāo)記方法分為連續(xù)動(dòng)脈自旋標(biāo)記(continous-ASL，CASL)、脈沖式動(dòng)脈自旋標(biāo)記(pulsed-ASL，PASL)、PCASL。其中PCASL綜合了CASL高信噪比及PASL高標(biāo)記效能的優(yōu)點(diǎn)[3]。由于PCASL降低了磁化傳遞效應(yīng)，因而標(biāo)記效率高；此外無(wú)需額外的硬件設(shè)備，故其優(yōu)于CASL[2]。而PCASL較PASL又具有更高的信噪比和可重復(fù)性，故也優(yōu)于PASL[4]。

2 3D-ASL的技術(shù)優(yōu)勢(shì)及局限性

ASL的讀出方式有2D和3D。其中2D方式采用平面回波成像(echo planar imaging，EPI)讀出，其圖像質(zhì)量相對(duì)不穩(wěn)定。3D讀出方式基于FSE，且可通過(guò)聯(lián)合背景抑制(background suppression，BS)進(jìn)行優(yōu)化，從而降低生理噪聲。3D-ASL聯(lián)合BS較普通的ASL有更高的時(shí)間信噪比和空間信噪比[5-6]，圖像質(zhì)量明顯提高。此外，3D-ASL相對(duì)來(lái)說(shuō)對(duì)磁場(chǎng)不均勻性不敏感，且采集速度較普通ASL更快[2]。由于3D-ASL為3D采集，故較普通的ASL成像范圍更大。3D-PCASL可與質(zhì)子像融合，實(shí)現(xiàn)更精確的定位，并可通過(guò)測(cè)量CBF值實(shí)現(xiàn)定量成像[2]。

3D-ASL也存在一些不足。首先，獲得全腦圖像的掃描時(shí)間較長(zhǎng)；其次，3D-ASL對(duì)于腦白質(zhì)的灌注評(píng)估信噪比較低[2]；此外，3D-ASL評(píng)估腦灌注受到標(biāo)記后延遲時(shí)間等因素的影響。

3 標(biāo)記后延遲時(shí)間的選擇

被標(biāo)記的血液從標(biāo)記到采集的時(shí)間被稱為標(biāo)記后延遲(post-labeling delay，PLD)時(shí)間或反轉(zhuǎn)時(shí)間(inversion time，TI)。通常在PASL被稱為T(mén)I，在CASL及PCASL被稱為PLD時(shí)間。

動(dòng)脈通過(guò)時(shí)間(arterial transit time，ATT)即血液從被標(biāo)記開(kāi)始至到達(dá)目標(biāo)組織的實(shí)際時(shí)間。ASL對(duì)ATT非常敏感，若PLD相對(duì)于ATT太短，則被標(biāo)記的血液未能完全到達(dá)采集層面，造成對(duì)該層面灌注血流的低估；若PLD過(guò)長(zhǎng)，則會(huì)導(dǎo)致T1信號(hào)的過(guò)多衰減，從而使信噪比過(guò)低，而信號(hào)過(guò)多衰減也會(huì)低估血流灌注。而ATT又因患者的年齡、性別等因素而異。因此，對(duì)PLD的選擇關(guān)系到獲得的CBF是否準(zhǔn)確。

根據(jù)臨床目的及客觀因素，可選擇單個(gè)PLD時(shí)間或多個(gè)PLD時(shí)間。單個(gè)PLD可以迅速獲得可靠的CBF值。國(guó)際磁共振學(xué)會(huì)2015年發(fā)布的指南中對(duì)于成年臨床群體，推薦PLD時(shí)間為2000 ms[2]。胡建斌等[7]研究認(rèn)為，雖然PLD為2.5 s時(shí)的可重復(fù)性較1.5 s高，但PLD為1.5 s已可達(dá)到臨床需要。不過(guò)該研究的對(duì)象為較年輕[平均年齡(31.2±10.1)歲]的健康群體，而對(duì)于年齡較大或腦血管疾病患者，PLD應(yīng)適當(dāng)延長(zhǎng)。胡英等[8]的研究對(duì)青、中、老年正常人分別進(jìn)行3個(gè)PLD時(shí)間檢查，認(rèn)為青年人的最佳PLD為1525 ms，中老年則以3025 ms為最佳。綜上，對(duì)于不同年齡及血管狀況的群體，應(yīng)采用不同PLD時(shí)間，具體的最佳選擇還有待進(jìn)一步研究。

此外，應(yīng)根據(jù)研究目的選擇不同的PLD。比如，Sogabe等[9]認(rèn)為，若通過(guò)ASL上的血管內(nèi)高信號(hào)探查閉塞血管，應(yīng)選用PLD為1500 ms。因?yàn)楦L(zhǎng)的PLD時(shí)間探查更慢的血流，會(huì)增加對(duì)血管內(nèi)高信號(hào)的敏感性，可能會(huì)導(dǎo)致結(jié)果的不準(zhǔn)確。

多PLD時(shí)間不僅可以得到ATT[10]，從而得到最佳標(biāo)記參數(shù)，此外，對(duì)于一些病變導(dǎo)致的ATT延長(zhǎng)的情況(比如血管狹窄或閉塞)，其血流也可以得到全面反映。杜慧等[11]對(duì)單側(cè)大腦中動(dòng)脈狹窄或閉塞患者腦血流灌注進(jìn)行研究認(rèn)為，PLD為1.5 s時(shí)，可以較敏感地顯示低灌注，且PLD為1.5 s時(shí)的CBF值與患者的臨床狀態(tài)相關(guān)；PLD為2.5 s時(shí)，主要反映側(cè)支循環(huán)狀態(tài)。因此對(duì)于腦血管疾病的患者，由于其血流動(dòng)力學(xué)的改變，更適合采用多個(gè)PLD，但是這會(huì)導(dǎo)致檢查時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。

4 3D-ASL在缺血性腦梗死中的臨床應(yīng)用

缺血性腦梗死是指各種原因所致腦部血液供應(yīng)障礙，導(dǎo)致腦組織缺血、缺氧性壞死，而出現(xiàn)相應(yīng)神經(jīng)功能缺損的一類臨床綜合征[12]。由于腦組織對(duì)缺氧非常敏感且耐受性差，一旦缺血極易造成腦組織的不可逆性損傷，因此在臨床上把握有效治療時(shí)間窗、盡早評(píng)價(jià)腦組織灌注非常重要。

4.1 探查閉塞血管

有研究表明，ASL的原始像有助于探查及定位急性腦梗死中的血管阻塞，且其敏感性較磁敏感加權(quán)成像(susceptibility weighted imaging，SWI)與磁共振血管成像更高[13]。Sogabe等[9]對(duì)頸內(nèi)動(dòng)脈閉塞的急性腦卒中患者進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)ASL原始像上的點(diǎn)狀、條狀血管內(nèi)高信號(hào)有助于識(shí)別頸內(nèi)動(dòng)脈閉塞患者的血液停滯部位及側(cè)支循環(huán)的形成。

4.2 評(píng)估缺血半暗帶

缺血半暗帶(ischemic penumbra，IP)是指梗死核心區(qū)周圍的缺血邊緣區(qū)，存在繼續(xù)發(fā)展為梗死灶或者被挽救為正常組織兩種轉(zhuǎn)歸。IP的存在是缺血性卒中患者溶栓治療、機(jī)械取栓的前提。而擴(kuò)散-灌注不匹配可以識(shí)別缺血半暗帶，為進(jìn)一步治療提供依據(jù)。

一般認(rèn)為，梗死核心區(qū)的血流量＜10～12 mL/(100g·min)；缺血半暗帶的血流量＜20 mL/(100g·min)。有研究認(rèn)為，在ASL上腦血流量以＜20 mL/(100g·min)為閾值時(shí)，與動(dòng)態(tài)磁敏感對(duì)比成像(dynamic susceptibility contrast，DSC)的平均通過(guò)時(shí)間(mean transit time，MTT)＞10 s為閾值具有良好的一致性[14]，因此可以很好地評(píng)估IP。Bivard等[15]認(rèn)為ASL與DSC對(duì)評(píng)價(jià)急性腦卒中缺血半暗帶具有較好的一致性，雖然發(fā)現(xiàn)ASL可能會(huì)過(guò)度評(píng)價(jià)IP，但差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。然而，也有研究[16-17]認(rèn)為ASL對(duì)IP的過(guò)度評(píng)價(jià)差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。這可能是由于ASL對(duì)于輕度動(dòng)脈延遲的“過(guò)度敏感”，即在血流緩慢時(shí)，被標(biāo)記的血液還未進(jìn)入成像平面就已經(jīng)采集圖像，導(dǎo)致該區(qū)域信號(hào)減低，從而過(guò)大估計(jì)了缺血區(qū)域。

此外，筆者結(jié)合工作中的經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，治療后的ASL異常灌注區(qū)有時(shí)小于擴(kuò)散加權(quán)成像(diffusion weighted imaging，DWI)高信號(hào)區(qū)，提示DWI上的高信號(hào)“梗死核心區(qū)”內(nèi)也可能有一部分可挽救的腦組織，即缺血半暗帶。相關(guān)研究還有待進(jìn)一步完善。

4.3 預(yù)測(cè)出血轉(zhuǎn)化

出血轉(zhuǎn)化是接受溶栓治療患者面臨的主要風(fēng)險(xiǎn)。Okazaki等[18]的研究證明，經(jīng)過(guò)溶栓或血管內(nèi)介入治療后的過(guò)度灌注是出血轉(zhuǎn)化的可靠標(biāo)志。Yu等[19]的研究證明，ASL檢查下顯示的梗死后高灌注與出血轉(zhuǎn)化相關(guān)，且認(rèn)為遲發(fā)(首發(fā)癥狀12 h以上)的過(guò)度灌注更有可能發(fā)生嚴(yán)重的出血轉(zhuǎn)化。Niibo等[20]的研究發(fā)現(xiàn)，充血性損害即局部高灌注，可以預(yù)測(cè)血腦屏障的破壞及出血轉(zhuǎn)化；而如果沒(méi)有梗死的進(jìn)一步發(fā)展、血腦屏障破壞以及出血轉(zhuǎn)化，ASL上的充血性損害則表現(xiàn)為匐行樣高信號(hào)，即動(dòng)脈轉(zhuǎn)運(yùn)偽影，這對(duì)后續(xù)治療有重要意義。

4.4 3D-ASL有助于調(diào)整治療方法及判斷患者預(yù)后

責(zé)任血管的再通情況和梗死部位的再灌注情況決定了腦組織的最終結(jié)局，正確評(píng)估再灌注情況對(duì)指導(dǎo)進(jìn)一步治療非常重要。而ASL不受血腦屏障的影響，且可評(píng)估側(cè)支循環(huán)情況，故更加準(zhǔn)確客觀。

Okazaki等[21]在溶栓過(guò)程中每5 min一次、溶栓后60 min、溶栓后24～72 h都進(jìn)行ASL檢查，動(dòng)態(tài)反映了溶栓過(guò)程，發(fā)現(xiàn)溶栓過(guò)程中動(dòng)脈轉(zhuǎn)運(yùn)偽影(arterial transit artifacts，ATA)的出現(xiàn)是靜脈溶栓治療后血管再通的早期標(biāo)志。這對(duì)于患者接下來(lái)是否需要進(jìn)行額外的機(jī)械取栓可能具有指導(dǎo)意義?！?018版AHA/ASA急性缺血性卒中早期管理指南》也提到，對(duì)于前循環(huán)大動(dòng)脈閉塞的急性缺血性腦梗死患者，如果發(fā)病在6～24 h內(nèi)，可行灌注成像幫助篩選適合進(jìn)行機(jī)械取栓的患者[22]。

此外，若能早期探查到可疑的出血轉(zhuǎn)化，則可對(duì)接下來(lái)的治療和預(yù)后判斷起到?jīng)Q定性作用。張國(guó)偉等[23]的研究認(rèn)為，ASL聯(lián)合SWI像可以早期顯示高灌注和腦出血的變化，一定程度的高灌注提示預(yù)后良好，但是若出現(xiàn)大面積的高灌注和腦出血時(shí)，則不宜再采取溶栓或強(qiáng)力抗凝，以免加重再灌注損傷，導(dǎo)致病情惡化。Niibo等[20]的研究認(rèn)為，由于充血性損害與接下來(lái)可能發(fā)生的出血轉(zhuǎn)化相關(guān)，因此血管內(nèi)治療前有可能通過(guò)ASL識(shí)別充血性損害，從而進(jìn)行及時(shí)的干預(yù)(比如調(diào)整血壓)，以抵消出血性并發(fā)癥。

良好的側(cè)支循環(huán)也可以是判斷預(yù)后的一項(xiàng)指標(biāo)。有研究通過(guò)原始像上的ATA評(píng)估側(cè)支循環(huán)，發(fā)現(xiàn)側(cè)支循環(huán)的形成與良好的臨床預(yù)后相關(guān)[24]。Lou等[10]對(duì)接受溶栓或血管內(nèi)介入治療的急性缺血性卒中患者進(jìn)行研究，采用多個(gè)PLD得出CBF、ATT、CBV并對(duì)側(cè)支循環(huán)進(jìn)行評(píng)分，發(fā)現(xiàn)軟腦膜側(cè)支循環(huán)的CBV高評(píng)分與良好預(yù)后相關(guān)。

5 小結(jié)與展望

雖然3D-ASL在缺血性腦梗死方面的應(yīng)用有著很多優(yōu)勢(shì)，但也存在著一些不足和需要解決的問(wèn)題。比如ASL的準(zhǔn)確性會(huì)受到PLD等因素的影響，這一不足可通過(guò)采取多個(gè)PLD時(shí)間來(lái)彌補(bǔ)，但是多個(gè)PLD會(huì)大大延長(zhǎng)檢查時(shí)間。

針對(duì)ASL的一些不足，改進(jìn)技術(shù)也逐漸出現(xiàn)并日益完善。比如，針對(duì)ASL相對(duì)較低的信噪比(尤其是在腦白質(zhì)區(qū))以及組織灌注受PLD影響，提出了速度和加速度標(biāo)記技術(shù)[25]。針對(duì)由心臟搏動(dòng)引起的生理噪聲，提出了心臟觸發(fā)ASL序列[26]。相信隨著磁共振技術(shù)的發(fā)展，3D-ASL技術(shù)的臨床應(yīng)用會(huì)越來(lái)越廣泛。

3D-ASL除了應(yīng)用于缺血性腦梗死，在腦部其他疾病中也逐漸應(yīng)用于臨床。比如，3D-ASL已經(jīng)廣泛應(yīng)用于顱內(nèi)腫瘤分級(jí)，并且能夠更真實(shí)地反映新生血管形成水平[27]。3D-ASL有助于探查阿爾茨海默病前驅(qū)期和更高級(jí)階段的功能變化，從而判斷疾病的嚴(yán)重程度[28]。另外，由于3D-ASL簡(jiǎn)便無(wú)創(chuàng)，因此特別適用于兒科患者，可以對(duì)早產(chǎn)兒及出生有產(chǎn)傷的患者進(jìn)行灌注評(píng)估[2]。

總之，3D-ASL技術(shù)是完全無(wú)需外源性對(duì)比劑的磁共振灌注成像技術(shù)，其在缺血性腦梗死的臨床應(yīng)用具有很大潛力和實(shí)用價(jià)值。

利益沖突：無(wú)。