3D-pCASL評估單側(cè)大腦中動(dòng)脈慢性重度狹窄患者腦血流動(dòng)力學(xué)可行性研究

代 斌 劉遠(yuǎn)成 田 沖

貴州省人民醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像科(貴州省智能醫(yī)學(xué)影像分析與精準(zhǔn)診斷重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室)(貴州 貴陽 550002)

顱內(nèi)動(dòng)脈粥樣硬化性狹窄(intracranial atherosclerotic stenosis，ICAS)是世界范圍內(nèi)缺血性卒中最常見的原因之一，其復(fù)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)亦較其他卒中亞型高[1]。一項(xiàng)前瞻性多中心研究報(bào)道，中國腦動(dòng)脈粥樣硬化發(fā)生率為46.6%，隨訪12個(gè)月，腦動(dòng)脈狹窄70%-99%或動(dòng)脈閉塞的患者，其卒中發(fā)生率高達(dá)5.16%-7.27%[2]。腦血流動(dòng)力學(xué)的改變是缺血性腦血管疾病的病理生理基礎(chǔ)表現(xiàn)之一，準(zhǔn)確和定量地測量血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)(如腦血流量、腦血容量等)對于理解缺血狀態(tài)時(shí)腦功能的改變具有重要臨床意義[3-4]。磁共振灌注成像技術(shù)可以反映腦血液供應(yīng)情況，可作為解剖學(xué)和血管評估的有效補(bǔ)充，并為臨床提供重要的預(yù)后信息[5]。目前，動(dòng)態(tài)磁敏感對比-灌注加權(quán)成像(dynamic sensitivity contrast perfusion weighted imaging，DSC-PWI)是臨床中用來評估腦血流動(dòng)力學(xué)最常用的方法之一[6]。但DSC-PWI需要注射釓造影劑，不適合長期動(dòng)態(tài)隨訪及腎功能障礙的患者。動(dòng)脈自旋標(biāo)記(arterial spin labeling，ASL)是一種不需要注射釓造影劑的灌注成像技術(shù)，近年來在急性缺血性卒中、煙霧病等腦血管疾病中對顱內(nèi)腦灌注減低的檢測方面得到廣泛臨床應(yīng)用[7-9]。因此，本研究旨在通過與DSC-PWI進(jìn)行對比，分析ASL技術(shù)在評價(jià)慢性單側(cè)大腦中動(dòng)脈重度狹窄患者腦血流動(dòng)力學(xué)的可行性。

1 資料與方法

1.1 一般資料回顧性收集貴州省人民醫(yī)院2020年6月至2022年6月經(jīng)CTA或MRA檢查提示一側(cè)大腦中動(dòng)脈重度狹窄(血管腔狹窄70-99%)的住院患者32例，男19例，女13例，年齡44歲～78歲，平均(61.3±7.6)歲。

納入標(biāo)準(zhǔn)如下：CTA或MRA提示大腦中動(dòng)脈重度狹窄(狹窄度>70%)；DWI顱內(nèi)無高信號灶；年齡>30歲。排除標(biāo)準(zhǔn)：急性期或亞急性期腦梗死患者，患者煩躁、不能配合檢查；伴風(fēng)濕性心臟病、房顫、下肢靜脈血栓等血栓性卒中風(fēng)險(xiǎn)因素的基礎(chǔ)疾?。籑RI檢查禁忌。

1.2 儀器與方法采用GE 3.0T MR掃描儀(Discovery MR 750w，GE Healthcare，美國)，24通道頭頸聯(lián)合線圈。依次完成DWI、3D-T1WI(用于CΒF偽彩圖圖像融合)、ASL及DSCPWI檢查。ASL數(shù)據(jù)采集：采用3D-偽連續(xù)式動(dòng)脈自旋標(biāo)記(3D pseudo-continuous arterial spin labeling，3D-pCASL)方式、快速自旋回波序列信號讀取，掃描參數(shù)為：8個(gè)螺旋、512個(gè)采樣點(diǎn)，TR=4640 ms(PLD 1.5s)/ 5335ms(PLD 2.5s)，TE=10.7ms，帶寬=62.50kHz，F(xiàn)OV=24×24cm，NEX=3，層厚為4mm，層數(shù)為36幅，時(shí)間為4min29s(PLD 1.5s)/5min10s(PLD 2.5s)。DSC-PWI數(shù)據(jù)采集：全腦掃描40期，TR/TE=1800/30ms，矩陣為128×128，F(xiàn)OV=24×24cm，NEX=1，層厚和層間距分別為6mm、2mm，時(shí)間為1min12s。對比劑為Gd-DTPA，注射方案為0.2mL/kg，注射流率為3.5mL/s。

1.3 數(shù)據(jù)處理ASL數(shù)據(jù)使用GE工作站(AW 4.5 Workstation，GE Healthcare)FunctionTool軟件中自帶3D pCASL后處理軟件，選擇閾值后分別生成PLD 1.5s及PLD 2.5s CΒF map圖及偽彩圖。DSC PWI圖像通過Function Tool軟件中自動(dòng)選擇動(dòng)脈輸入函數(shù)(arterial input function，AIF)處理，生成CΒF、CΒV、TTP及MTT參數(shù)圖。將3D pCASL的CΒF偽彩圖像、DSC PWI的4組參數(shù)圖像分別提供給兩名放射神經(jīng)組醫(yī)師進(jìn)行判讀。首先，在患側(cè)DSC-TTP圖像最顯著的異常灌注層面選取ROI，分別測量灌注異常區(qū)及鏡面對照腦區(qū)兩個(gè)PLD的CΒF，DSC-PWI的CΒF、CΒV、MTT、TTP參數(shù)；然后，為消除DSC及ASL灌注參數(shù)值存在個(gè)體差異的影響，對上述6個(gè)參數(shù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化(灌注異常區(qū)參數(shù)值/鏡面對照腦區(qū)參數(shù)值)；最后，測量該層面灌注異常區(qū)域的面積。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析采用SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)分析軟件。對計(jì)量資料行正態(tài)性檢驗(yàn)，符合正態(tài)分布資料以(±s)表示。采用配對t檢驗(yàn)比較血管狹窄側(cè)灌注異常區(qū)域和對照區(qū)域的ASL-CΒF及DSC-PWI各灌注參數(shù)的差異。采用Pearson相關(guān)檢驗(yàn)分析PLD 1.5s rCΒF、PLD 2.5s rCΒF與DSC-rCΒF、DSC-rCΒV、DSC-rMTT、DSCrTTP之間相關(guān)性。此外基于同一層面，對ASL-PLD 1.5s CΒF和DSC-TTP測得灌注減低區(qū)域的面積進(jìn)行配對t檢驗(yàn)。P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié) 果

2.1 血管狹窄側(cè)與對照側(cè)腦區(qū)ASL及DSC各定量參數(shù)比較32例患者異常灌注腦區(qū)及對照腦區(qū)ASL-PLD 1.5s 及2.5s CΒF、DSCCΒF、DSC-MTT、DSC-TTP參數(shù)值(見表1)及定量圖(見圖1)，兩個(gè)部位間差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t值分別為-29.94、-20.07、-11.83、14.33、13.48，P值均<0.01)；DSC-CΒV間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t值為-1.51，P值為0.143)；異常灌注腦區(qū)ASL-PLD 1.5s CΒF與ASLPLD 2.5s CΒF間差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t值為5.84，P值<0.01)。

表1 32例患者ASL與DSC血管狹窄側(cè)腦區(qū)與對照側(cè)腦區(qū)的比較結(jié)果

2.2 灌注異常腦區(qū)ASL及DSC各定量參數(shù)間相關(guān)性比較標(biāo)準(zhǔn)化后的ASL-PLD 1.5s rCΒF(0.50±0.08)與DSC-rMTT(1.37±0.16)、DSC-rTTP(1.09±0.04)呈負(fù)相關(guān)(r值分別為-0.71、-0.79，P值均<0.01)。標(biāo)準(zhǔn)化后的ASL-PLD 2.5s rCΒF(0.87±0.04)與DSCrCΒF(0.88±0.06)差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=-1.85，P>0.05)。

2.3 灌注異常腦區(qū)面積在DSC-TTP與ASL-PLD1.5s CΒF的比較鑒于DSC-TTP與ASL-PLD1.5s CΒF 相關(guān)性最顯著,在最顯著灌注異常層面，DSC-TTP灌注異常腦區(qū)面積為(2943.87±674.88)mm2，ASL-PLD1.5s CΒF異常區(qū)域面積為(2978.13±666.82)mm2，兩者間灌注異常腦區(qū)面積差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=1.834，P>0.05)。

3 討 論

慢性腦血管性疾病(如ICAS、煙霧病)腦血流動(dòng)力學(xué)的特點(diǎn)是由于受累腦實(shí)質(zhì)動(dòng)脈血可經(jīng)側(cè)支循環(huán)或后循環(huán)等途徑代償，使得該腦區(qū)動(dòng)脈血液流量即腦血流量(CΒF)接近正常，但動(dòng)脈血到達(dá)該腦區(qū)時(shí)間(如DSC參數(shù)MTT、TTP)顯著異常。這是腦血流動(dòng)力學(xué)紊亂的結(jié)果[6]。本組32例患者大腦中動(dòng)脈重度狹窄側(cè)灌注異常定性分析顯示，3DASL PLD 1.5sCΒF與DSC-MTT、DSC-TTP均表現(xiàn)為血流灌注減低，3DASL PLD 2.5sCΒF及DSC-CΒF兩側(cè)基本對稱，符合慢性ICAS導(dǎo)致腦血流動(dòng)力學(xué)改變的特征。

本組研究發(fā)現(xiàn)，3DASL PLD 1.5sCΒF與DSC-TTP在發(fā)現(xiàn)和檢出ICAS患者腦灌注減低區(qū)具有高度敏感性及較高一致性。血流灌注減低是ICAS腦血流動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)所決定的，也是缺血性卒中的常見原因[10]。ICAS將導(dǎo)致腦灌注壓力(cerebral perfusion pressure，CPP)改變，此時(shí)，機(jī)體將通過對腦血流動(dòng)力學(xué)的補(bǔ)償機(jī)制(如小動(dòng)脈擴(kuò)張和側(cè)支循環(huán)開放或形成)進(jìn)行調(diào)節(jié)以確保腦組織的血液供應(yīng)需求。在腦血流灌注代償期，通過腦血流動(dòng)力學(xué)的調(diào)節(jié)，CPP可維持在正常水平，此時(shí)CΒF、CΒV值都在正常水平，而MTT、TTP可表現(xiàn)為延長，本組研究病例即處在該期(如圖1中病例)。當(dāng)腦血流動(dòng)力學(xué)的補(bǔ)償機(jī)制下降，小動(dòng)脈擴(kuò)張和側(cè)支循環(huán)尚可維持CΒF在正常水平或輕度下降，但CΒV及MTT、TTP值將明顯升高，此時(shí)予以臨床干預(yù)，可降低腦血流動(dòng)力學(xué)紊亂進(jìn)一步惡化。

近年來，影像學(xué)者應(yīng)用3DASL技術(shù)對急性缺血性卒中做了大量研究。Zaharchuk[11]及Βivard[12]等運(yùn)用單個(gè)PLD ASL技術(shù)結(jié)合擴(kuò)散加權(quán)成像(diffusion-weighted imaging，DWI)，發(fā)現(xiàn)在對急性缺血性卒中患者缺血半暗帶的判定上，有較好的敏感性(0.81)和特異性(0.71)。與既往研究一致，本組研究也顯示3DASL PLD 1.5sCΒF與DSC-TTP對ICAS灌注減低具有較好的檢出能力，進(jìn)一步證明3DASL PLD 1.5sCΒF可以作為評估動(dòng)脈粥樣硬化狹窄患者腦血流灌注的敏感指標(biāo)。

在腦血管重度狹窄側(cè)腦灌注異常區(qū)域進(jìn)行ASL及DSC的參數(shù)定量分析結(jié)果顯示，ASL-PLD 1.5s CΒF、DSC-CΒF、DSC-MTT、DSC-TTP參數(shù)與對照區(qū)域差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，異常灌注腦區(qū)ASL-PLD 1.5s CΒF與ASL-PLD 2.5s CΒF差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；DSC-CΒV兩側(cè)差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。造成該結(jié)果的可能原因如下：(1)年齡：年齡增長是腦血管疾病發(fā)生及腦血流動(dòng)力學(xué)改變的主要危險(xiǎn)因素[13]。本組患者均為中老年人，且伴有腦動(dòng)脈粥樣硬化及一側(cè)大腦中動(dòng)脈重度狹窄，血流速度緩慢，以致短的PLD內(nèi)(PLD=1.5s)呈低灌注表現(xiàn)，DSC-MTT、DSC-TTP延長。(2)本組患者均處于CPP代償期，DSC-CΒV多能維持在正常水平，故總體對血流灌注的改變不敏感；而ASL-PLD 1.5s CΒF、DSC-MTT、DSC-TTP對灌注血流的流速變化及血流到達(dá)時(shí)間敏感，故可以反映灌注異常區(qū)域的定量差異。

消除各灌注參數(shù)個(gè)體間的差異后行Pearson相關(guān)分析，發(fā)現(xiàn)ASL-PLD 1.5s rCΒF與DSC-rMTT、DSC-rTTP呈負(fù)相關(guān)，以ASLPLD 1.5s rCΒF與DSC-rTTP相關(guān)更為顯著；并且對DSC-TTP與ASLPLD 1.5s CΒF的灌注減低區(qū)域面積進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)兩者差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。之所以ASL-PLD 1.5s CΒF與DSC灌注參數(shù)具有相關(guān)性，這與ASL的成像原理密切相關(guān)。ASL是一種無創(chuàng)性磁共振灌注成像方法，不需要外源性造影劑、僅以血管內(nèi)水分子作為天然示蹤劑即可在組織水平上對全腦灌注進(jìn)行可視化和定量分析，目前已被廣泛應(yīng)用于中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的臨床診療中[14-15]。標(biāo)記后延遲(postlabel delay，PLD)時(shí)間是ASL成像的重要參數(shù)，指的是從標(biāo)記脈沖結(jié)束到ASL灌注圖像采集開始所等待的時(shí)間[16]。PLD時(shí)間長短的選擇對于ASL的灌注結(jié)果有重要的影響和臨床意義，不同PLD的選擇反應(yīng)了不同的血流灌注信息[17]。短的PLD(PLD 1.5s)反應(yīng)的是灌注行為，即灌注責(zé)任血管的粗細(xì)、行走路徑的長短等信息。腦動(dòng)脈粥樣硬化性狹窄的患者，在短PLD(1.5s)的ASL成像中，表現(xiàn)為低灌注，且可以定量分析，真實(shí)反映了腦組織生理水平的灌注信息。

對標(biāo)準(zhǔn)化后的ASL-PLD 2.5s rCΒF與DSC-rCΒF進(jìn)行t檢驗(yàn)，提示差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，表明ASL-PLD 2.5s CΒF能反映腦灌注的結(jié)果。這也表明了ASL-PLD 2.5s CΒF對于動(dòng)脈粥樣硬化性狹窄致慢性腦缺血評價(jià)的可行性。臨床實(shí)踐中，雖然慢性動(dòng)脈粥樣硬化性狹窄患者存在側(cè)枝循環(huán)，但定量分析腦血流量仍可發(fā)現(xiàn)血管狹窄側(cè)血流灌注仍不能達(dá)到正常側(cè)水平，這是由于更長的PLD時(shí)間需要更長的成像時(shí)間，同時(shí)由于標(biāo)記的水分子在血液中隨著時(shí)間延長在不斷衰減，使得圖像信噪比大大降低，因此限制了更多、更長PLD的臨床應(yīng)用[18-19]。

DSC是目前應(yīng)用于缺血性卒中常用的方法之一，雖然DSC參數(shù)是半定量參數(shù)，但這些半定量參數(shù)仍是分析不同卒中類型、判定缺血半暗帶及評估再灌注的重要指標(biāo)，可間接揭示腦卒中的病理生理學(xué)機(jī)制，反映腦卒中的血流動(dòng)力學(xué)變化，有助于臨床診療決策[6,9,20]。本研究與半定量的DSC-CΒF比較發(fā)現(xiàn)，兩者在評估腦動(dòng)脈粥樣硬化性狹窄致腦缺血灌注改變方面具有較好一致性，雖然目前暫無明確證據(jù)表明ASL-PLD 2.5s可完全等同或取代DSC-CΒF，但隨著ASL標(biāo)記技術(shù)及信號采集方案的不斷發(fā)展、改進(jìn)及進(jìn)步，我們的研究結(jié)果對未來ASL技術(shù)向臨床應(yīng)用的轉(zhuǎn)化具有一定的參考價(jià)值。

本研究的不足之處包括樣本量相對較小，同時(shí)，動(dòng)脈狹窄度固然是血管最終事件的危險(xiǎn)因素，但動(dòng)脈粥樣硬化導(dǎo)致的血流動(dòng)力學(xué)微觀改變同樣不應(yīng)被忽略[20]，故在進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化分析時(shí)存在一定客觀的偏倚；此外，進(jìn)行定量測量各參數(shù)時(shí)ROI為手動(dòng)選取，也具有一定的主觀偏倚。將來對大樣本數(shù)據(jù)的收集、多因素的總結(jié)及更精細(xì)的計(jì)算和分析有望能彌補(bǔ)上述不足之處。

盡管ASL技術(shù)暫不足以完全取代DSC-PWI，但雙PLD ASL技術(shù)無創(chuàng)、不需注射釓造影劑，能在生理狀態(tài)下真實(shí)反映腦動(dòng)脈粥樣硬化性狹窄患者腦血流動(dòng)力學(xué)的變化及血流灌注水平，這對于腦動(dòng)脈粥樣硬化性腦缺血患者進(jìn)行長期動(dòng)態(tài)隨訪和治療療效監(jiān)測具有重要意義，同時(shí)能為此類患者臨床治療決策選擇及預(yù)防管理提供可靠臨床依據(jù)。