磁共振ASL技術(shù)在老年缺血性腦血管疾病中的應(yīng)用研究

徐建文

(吉林大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院，吉林 長春 130021)

缺血性腦血管病是由各種原因引起的腦供血不足，腦組織呈不同程度的低灌注狀態(tài)，而出現(xiàn)相應(yīng)腦缺血缺氧的臨床癥狀的一類疾病的總稱。本病以中老年患者為多見，早期診斷及篩查并做到早期治療對(duì)患者的預(yù)后有著有著重大意義。

腦血流量下降到急性腦梗死的發(fā)生經(jīng)歷了三個(gè)時(shí)期：首先是腦灌注壓的下降導(dǎo)致局部血流動(dòng)力學(xué)的異常；繼而腦循環(huán)儲(chǔ)備力失代償性低灌注導(dǎo)致神經(jīng)元功能改變；最終因腦血流量下降超過腦代謝儲(chǔ)備力，神經(jīng)元發(fā)生了不可逆改變，為腦梗死。

1 ASL基本原理、分類

磁共振灌注成像(magnetic resonance perfusion weighted imaging，MR-PWI，PWI)是一種功能成像方法，能夠檢測(cè)出腦血流灌注情況，能夠較早顯示出腦組織血流灌注的異常。根據(jù)成像原理可，磁共振灌注成像可分為3類：動(dòng)態(tài)磁敏感性對(duì)比劑增強(qiáng)磁共振灌注成像(dynamic susceptibility contrast-enhanced MR imaging，DSC-MRI)、動(dòng)脈自旋標(biāo)記灌注成像及血氧水平依賴對(duì)比增強(qiáng)技術(shù)(BOLD-fMRI)。DSC可得到相對(duì)腦血流量(rCBF)、相對(duì)腦血容量(rCBV)、平均通過時(shí)間(MTT)及達(dá)峰時(shí)間(TTP)4個(gè)血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)。一旦發(fā)生腦缺血，比如頸內(nèi)動(dòng)脈嚴(yán)重狹窄甚至達(dá)到阻塞后，患側(cè)的大腦灌注壓(CPP)下降，將發(fā)生血液動(dòng)力學(xué)改變，Ⅰ期為rCBV增高，rMTT延長，當(dāng)rCPP進(jìn)一步下降，發(fā)生Ⅱ期表現(xiàn)，即出現(xiàn)rCBF下降；隨著rCBF 進(jìn)一步減少并持續(xù)一段時(shí)間，則出現(xiàn)代謝改變甚至膜結(jié)構(gòu)改變，此時(shí)便進(jìn)入不可逆階段。

常規(guī)的灌注成像需要注射造影劑或放射性示蹤劑，對(duì)中老年患者具有一定的創(chuàng)傷性。而近年來發(fā)展起來的動(dòng)脈自旋標(biāo)記技術(shù)(ASL)則采用流動(dòng)的血液作為內(nèi)源性磁性示蹤劑，把流動(dòng)血液作為標(biāo)記物進(jìn)行灌注成像，是一種安全無創(chuàng)無需造影劑的灌注成像方法。

ASL概念最早由Detre、Kwong于1992年提出，并用鼠試驗(yàn)取得初步成功〔1〕。他將水作為自由彌散的內(nèi)在示蹤劑，首先在成像層面供血?jiǎng)用}的流入側(cè)施加反轉(zhuǎn)脈沖，使血液中的質(zhì)子的磁化矢量發(fā)生反轉(zhuǎn)，經(jīng)過一定時(shí)間的延遲后，當(dāng)血液中標(biāo)記的質(zhì)子流入成像層面時(shí)獲得的圖像，以獲得標(biāo)記后的圖像；在其他參數(shù)都相同的情況下，不施加反轉(zhuǎn)脈沖再對(duì)相同層面進(jìn)行成像以得到未標(biāo)記的圖像；用標(biāo)記后的圖像與未標(biāo)記的圖像相減可得到灌注圖像。由于此差值信號(hào)很小，因此動(dòng)脈自旋標(biāo)記技術(shù)的信噪比(signal-to-noise ratio，SNR)很小，所以需要進(jìn)行多次采集，使信號(hào)平均。

根據(jù)動(dòng)脈血反轉(zhuǎn)標(biāo)記的方法不同，ASL技術(shù)總體上可分為兩種：連續(xù)式動(dòng)脈自旋標(biāo)記(continuous arterial spin labelling，CASL)和脈沖式動(dòng)脈自旋標(biāo)記(pulsed arterial spin labelling，PASL)以及假連續(xù)式(pseudo continuous arterial spin labeling,Pcasl)，后者介于前兩者之間。PASL又可分為對(duì)稱式和非對(duì)稱式。對(duì)稱式包括血流敏感性的交替反轉(zhuǎn)恢復(fù)(flow sensitive alternating inversion recovery，F(xiàn)AIR)、UN-FAIR(Uninverted FAIR)、FAIRER(FAIR with an extra RF pulse)、FAIREST(flow-2 sensitive alternating inversion recovery exempting separate T1 measurement)及BASE(unprepared basis and selective inversion prepared images)等；非對(duì)稱式包括信號(hào)靶向交替射頻(signal targeting alternating radio-frequency，STAR)、非共振控制近端反轉(zhuǎn)(proximal in-version with control for off-resonance effect，PI-CORE)、轉(zhuǎn)移非敏感標(biāo)記技術(shù)(transfer insensitive labeling technique，TILT)、單減法定量灌注成像(quantitative imaging of perfusion using a single subtraction，QUIPSS)等〔2〕。以上技術(shù)中以FAIR和STAR兩種技術(shù)應(yīng)用較廣泛。

CASL：連續(xù)式動(dòng)脈自選標(biāo)記是當(dāng)動(dòng)脈血流過標(biāo)記平面時(shí)，在一個(gè)持續(xù)的磁場(chǎng)梯度下，利用持續(xù)的射頻脈沖連續(xù)地反轉(zhuǎn)動(dòng)脈血使之磁化。PASL：脈沖式動(dòng)脈自旋標(biāo)記是利用一個(gè)絕熱的雙曲正割脈沖反轉(zhuǎn)動(dòng)脈血自旋厚塊使之磁化〔3〕。兩者相比，首先CASL的信噪比較高，約高于相應(yīng)PASL信噪比的25%〔4〕，而且CASL可以在腦部跟靠下一點(diǎn)的地方標(biāo)記。但是CASL射頻能量沉積較高、組織受磁化傳遞效應(yīng)的影響較大。而PSAL在標(biāo)記脈沖和對(duì)照脈沖前加上一個(gè)飽和脈沖，減小了層面輪廓的偽影，PASL反轉(zhuǎn)標(biāo)記率明顯高于CASL，當(dāng)血流速大于100 cm/s，PASL可以產(chǎn)生將近97%的反轉(zhuǎn)磁矩〔5〕。而CASL標(biāo)記效率則呈速度依賴性，血液流速越大，CASL標(biāo)記效率越低。

2 ASL的臨床應(yīng)用范圍

ASL對(duì)大動(dòng)脈和靜脈不敏感，其信號(hào)主要來自小血管及周圍組織血流交換。腦灰質(zhì)是微血管密度分布較高部分，血流量較大，微血管即較大的動(dòng)脈進(jìn)入血液中分支所致，可達(dá)80 ml～100 ml/100 g/min，腦白質(zhì)血流量較少，達(dá)到20 ml～25 ml/100 g/min〔6〕。血液流經(jīng)灰質(zhì)的時(shí)間要比白質(zhì)短得多，平均時(shí)間為0.3～0.6 s，白質(zhì)為0.6～0.9 s〔7〕。在ASL中血流通過不同組織產(chǎn)生的灌注效果是有區(qū)別的，灰質(zhì)灌注相對(duì)白質(zhì)更為準(zhǔn)確。如慢性腔隙性梗死主要在白質(zhì)，而且病灶又較小的，可能導(dǎo)致ASL未見異?！?〕。

3 ASL臨床應(yīng)用進(jìn)展

Detre等〔9〕應(yīng)用CASL來評(píng)價(jià)14名腦血管狹窄病人在乙酰唑胺激發(fā)前后腦血流量的變化，并使用CASL來觀察腦血管狹窄及發(fā)生腦血管意外的患者，從此ASL技術(shù)從動(dòng)物模型試驗(yàn)開始向臨床應(yīng)用發(fā)展。

Chalela等〔10〕對(duì)15例急性缺血性卒中病人行CASL研究，發(fā)現(xiàn)CASL對(duì)急性腦缺血的低灌注與臨床癥狀和(或)彌散加權(quán)像之間存在相關(guān)性。Jeroen等〔11〕在對(duì)9例頸內(nèi)動(dòng)脈閉塞患者及11例健康志愿者進(jìn)行PASL對(duì)照研究發(fā)現(xiàn)。頸內(nèi)動(dòng)脈閉塞患者患側(cè)灰質(zhì)及對(duì)側(cè)相應(yīng)區(qū)域和健康對(duì)照組相應(yīng)區(qū)域的rCBF對(duì)比。證明了明ASL技術(shù)可以用來顯示腦組織的灌注情況并在疾病的早期發(fā)現(xiàn)血流動(dòng)力學(xué)的異常。

Tsuchiya〔12〕等證實(shí)了用PASL的FAIR技術(shù)研究腦梗死患者的灌注異常區(qū)域與MRI圖像上的腦梗死區(qū)域一致。此研究還對(duì)比了用FAIR技術(shù)和sPECT技術(shù)對(duì)患者局部腦血流情況。表明運(yùn)用FAIR技術(shù)可以用來測(cè)量缺血性腦血管病患者的腦灌注情況。

Bokkers〔13〕等用ASL技術(shù)掃描23例頸動(dòng)脈狹窄和20例健康志愿者，發(fā)現(xiàn)頸內(nèi)動(dòng)脈狹窄并有癥狀者腦組織灌注區(qū)域小于頸動(dòng)脈狹窄的無癥狀者。靜脈注射乙酰唑胺后，頸內(nèi)動(dòng)脈狹窄患者中有癥狀者的腦血流量的增加幅度低于無癥狀者，但是兩者的增加幅度均低于健康志愿者。此研究的結(jié)果發(fā)現(xiàn)ASL能檢測(cè)腦組織的血流灌注情況，提供有關(guān)腦缺血患者的CBF信息。

近年來國內(nèi)對(duì)于ASL技術(shù)的研究也有很大進(jìn)展，雷靜〔14〕等研究5例腦缺血患者，發(fā)現(xiàn)ASL灌注圖的異常表現(xiàn)為病灶區(qū)域rCBF減低。

陳耿〔15〕對(duì)60例缺性腦血管病患者應(yīng)用DWI和ASL聯(lián)合診斷缺血性腦血管病。得出現(xiàn)以下情況：①DWI圖像上缺血區(qū)域面積明顯小于ASL圖像上的面積。此情況多出現(xiàn)在急性腦梗死患者，多為較大的動(dòng)脈及其分支閉塞而側(cè)支循環(huán)未能充分建立。兩者不匹配區(qū)組織尚未發(fā)生不可逆性損失，是功能性電活動(dòng)可恢復(fù)區(qū)，即缺血半暗帶。②DWI圖像上缺血區(qū)域面積約于圖像上相應(yīng)面積相一致，可能梗死灶面積較大且缺乏有效側(cè)支循環(huán)或處于梗死晚期，缺血半暗帶已經(jīng)轉(zhuǎn)變?yōu)楣Ｋ涝睢WI陰性ASL陽性，提示為一過性腦缺血，而沒達(dá)到腦梗死階段，即TIA。③DWI異常而未顯ASL示灌注缺損區(qū)，甚至顯示灌注過度?？赡苁窃谶M(jìn)行PWI成像時(shí)，腦梗死的病因已自行解除或發(fā)生了血管部分或完全的自發(fā)性再通，所以表現(xiàn)為灌注正常或過度灌注。

婁昕等〔16〕報(bào)道15例頸內(nèi)動(dòng)脈系統(tǒng)狹窄或閉塞患者的DSC和ASL均提示異常灌注區(qū)域，且ASL與DSC的rCBF值無顯著性差異。此研究結(jié)果表明，ASL技術(shù)可用于頸動(dòng)脈狹窄引起的腦缺血疾病腦灌注情況的評(píng)估，同樣也可用于頸動(dòng)脈術(shù)后患者的復(fù)查以及腦血流灌注情況的監(jiān)測(cè)。

4 ASL技術(shù)的研究現(xiàn)狀

ASL常用于缺腦性梗死、癲癇、腫瘤等，尤其在是在腦缺血方面，ASL有助于顯示低灌注區(qū)的存在。

目前較多學(xué)者采用ASL、MRA及DWI聯(lián)合診斷腦缺血疾病，其診斷價(jià)值獲得了有效肯定。在ASL及DSA-PWI的對(duì)比分析中認(rèn)為ASL在檢出缺血區(qū)域側(cè)支循環(huán)建立和開放方面不如DSA-PWI敏感，ASL只有單一參數(shù)rCBF，且這個(gè)rCBF為一個(gè)平均的數(shù)值，所以在描述腦缺血患者的血流動(dòng)力學(xué)改變時(shí)沒有DSA-PWI全面。在腦缺血患者中ASL灌注不足的情況下也會(huì)出現(xiàn)DSA-PWI表現(xiàn)為灌注延遲，可能與ASL的延遲時(shí)間不足有關(guān)〔17〕。在未來對(duì)ASL技術(shù)在腦缺血疾病的診斷中仍有發(fā)展及挑戰(zhàn)。

5 ASL技術(shù)展望

隨著對(duì)ASL技術(shù)研究的深入，理論已逐步趨于成熟，雖然其技術(shù)本身仍存在許多不足，例如：ASL信噪比較低，易受運(yùn)動(dòng)偽影，磁化傳遞效應(yīng)，BOLD效應(yīng)的影響等。ASL現(xiàn)階段主要應(yīng)用于頸動(dòng)脈性腦梗死以及腦缺血等方面，作為一種無創(chuàng)而方便的MR灌注成像方法，ASL可用于腦缺血的灌注評(píng)估，有助于早期發(fā)現(xiàn)腦內(nèi)低灌注，了解灌注異常的范圍及程度。ASL完全無創(chuàng)，不必注射對(duì)比劑。因此，沒有外源性藥劑會(huì)影響血液的物理、化學(xué)以及生理特性，對(duì)于老年患者而言，則減少了不必要的創(chuàng)傷，并且簡化了檢查程序及圖像后處理簡單，可多次重復(fù)檢查，除了可作為了解缺血腦組織血流灌注情況的篩選檢查，對(duì)臨床早期診斷、早期治療有很大的幫助。

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