動(dòng)脈自旋標(biāo)記與動(dòng)態(tài)磁敏感對(duì)比MRI在腦卒中缺血半暗帶的對(duì)照研究

邢 飛 邢 偉 盧又燃 陳 杰 邢士軍

缺血性腦卒中是一種發(fā)病率、致殘率較高的疾病，準(zhǔn)確評(píng)價(jià)超早期腦卒中的病灶范圍和缺血半暗帶（ischemic penumbra，IP），對(duì)指導(dǎo)臨床進(jìn)行及時(shí)有效的干預(yù)治療起到關(guān)鍵性的作用。目前，灌注-擴(kuò)散不匹配（perfusion-diffusion mismatch，PDM）視為臨床判斷IP的“金標(biāo)準(zhǔn)”，可以對(duì)缺血范圍、程度、類(lèi)型做出評(píng)價(jià)。DWI在腦卒中診斷中的價(jià)值已為臨床所熟知，MR灌注成像中利用對(duì)比劑首過(guò)效應(yīng)的動(dòng)態(tài)磁敏感對(duì)比MRI（dynamic susceptibility contrastenhanced，DSC)技術(shù)與DWI相結(jié)合評(píng)價(jià)IP在急性腦卒中應(yīng)用較為廣泛，但MR灌注成像中另一技術(shù)——?jiǎng)用}自旋標(biāo)記(arterial spin labeling, ASL），近年來(lái)以其完全無(wú)創(chuàng)、無(wú)需注射外源性對(duì)比劑及可重復(fù)性高等優(yōu)點(diǎn)而受到重視。ASL與DSC在急性腦卒中診斷上具有相似的灌注特點(diǎn)[1]。本研究對(duì)34例急性腦卒中患者進(jìn)行ASL與DSC技術(shù)對(duì)照研究，探討ASL技術(shù)與DSC技術(shù)是否一致來(lái)評(píng)價(jià)IP，指導(dǎo)臨床及時(shí)挽救IP。

方 法

1.臨床資料

本組包括我院2012年10月至2013年8月經(jīng)臨床和影像學(xué)診斷的34例腦卒中患者（男20例，女14例），中位年齡65（47～84）歲，發(fā)病時(shí)間12h內(nèi)。臨床主要癥狀有頭暈頭痛、口齒不清、肢體無(wú)力、意識(shí)不清等?；颊哌x擇標(biāo)準(zhǔn)：①既往無(wú)心腦血管性病變、無(wú)腦梗死病史；②單側(cè)發(fā)??；③排除腔隙性腦梗死病例（直徑＜5mm病灶，同側(cè)少于3處）

2. MR檢查方法與掃描參數(shù)

采用全新雙梯度3.0T超導(dǎo)多源發(fā)射MR機(jī)（Philips Achieva 3.0 TTX，Philips Medical Systems），16通道頭部線圈，對(duì)所有患者均行一系列MR檢查，包括矢狀面T1WI、軸面T2WI和T1WI，DWI、3D-TOF MRA、ASL以及DSC檢查。

DCS采用平面回波-自由衰減（EPI-FID）序列，TR17m s，TE8m s，層厚3.5mm，采集40次，在第4次掃描時(shí)利用高壓注射器快速團(tuán)注釓噴酸葡胺Gd-DTPA0. 2 mmol/kg，流率為5 ml/s，掃描時(shí)間78s。ASL采用Philips EPI/灌注單相位(single phase ASL)及EPI/灌注多相位(multiphase ASL)進(jìn)行掃描，單相位掃描參數(shù)：TR4000m s，TE20m s，層厚7mm，動(dòng)態(tài)數(shù)量30，TI1600m s，掃描時(shí)間4min08s；多相位掃描參數(shù)：TR250m s，TE16ms，動(dòng)態(tài)數(shù)量30，相位數(shù)8，相位間隔250ms掃描時(shí)間4min08s，。

3. 圖像處理與分析

圖像分析:在Philips專(zhuān)用工作站上進(jìn)行,DSC圖像使用“Neuro perfusion” 軟件包進(jìn)行后處理，計(jì)算出局部灌注達(dá)峰時(shí)間（time to peak, TTP）圖。ASL圖像使用“Image Algebra”軟件包進(jìn)行后處理，將標(biāo)記像與控制像剪影，得到灌注圖像。所有圖像由兩位資深的MR診斷醫(yī)師共同分析、判斷，數(shù)據(jù)結(jié)果采用SPSS17.0軟件包對(duì)參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。

定性分析:觀察兩種技術(shù)缺血區(qū)域腦灌注表現(xiàn)（低灌注、正常灌注、高灌注），并分別用ASL圖和DSC中TTP圖異常灌注區(qū)與DWI病灶區(qū)對(duì)照，判斷是否存在IP，評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)：PWI異常灌注區(qū)與DWI異常區(qū)不匹配達(dá)到20%以上，即（ASL/DSC-DWI）/DWI≥20%。兩者判斷結(jié)果采用Mann-Whitney檢驗(yàn)做統(tǒng)計(jì)分析，以P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

定量分析:同一病例，以DWI顯示最大病變區(qū)域?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)層面，分別在ASL、TTP圖像上人工勾畫(huà)出同一層面異常灌注區(qū)最大截面面積。測(cè)量時(shí)，應(yīng)盡量避開(kāi)腦室系統(tǒng)。使用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)比較ASL和TTP圖灌注異常面積是否有差異。

結(jié) 果

1. 影像分析

34例急性腦卒中患者DWI均顯示單側(cè)不同程度高信號(hào)梗死灶，其中26例3D-TOF MRA顯示責(zé)任血管不同程度狹窄、閉塞。34例中32例ASL與DSC在評(píng)價(jià)IP上結(jié)果一致：①低灌注，存在IP（A組），ASL圖呈低信號(hào)，TTP示達(dá)峰時(shí)間延遲，SDSC/ASL＞SDWI（圖1）；②低灌注，不存在IP（B組），SDSC/ASL≈SDWI（圖2）③高灌注（C組），ASL圖呈高信號(hào)，TTP示達(dá)峰時(shí)間縮短（圖3）。2例兩種技術(shù)顯示結(jié)果不一致（D組），ASL均為高灌注，而TTP圖顯示正常灌注（圖4）。6例患者在ASL圖顯示低灌注邊緣帶出現(xiàn)條形高信號(hào)（圖5），5例一側(cè)枕葉腦梗死患者對(duì)側(cè)在單相位ASL顯示低灌注（圖6）。

2. 數(shù)據(jù)分析

2.1 定性分析：34例中，ASL與DSC示32例研究結(jié)果一致：A組17例，B組13例，C組2例。2例兩者技術(shù)結(jié)果不一致（D組）。經(jīng)Mann-Whitney檢驗(yàn)：Z=-0.054，P＞0.05（雙側(cè)），兩者間差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2.2 定量分析：34例急性腦卒中患者，分4組，各組各項(xiàng)參數(shù)測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表1。結(jié)果,34例患者兩種技術(shù)異常灌注區(qū)面積，SDSC=27.17±14.07cm2，SASL=29.10±12.72 cm2，兩種技術(shù)間差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（t=-0.499，P>0.05）。

表1 34例急性腦卒中患者ASL、DSC與DWI面積比較

圖1 右側(cè)基底節(jié)區(qū)小片狀腦梗死，發(fā)病后4h。A～C. TTP所示達(dá)峰時(shí)間延遲，ASL呈低灌注，SDSC/ASL>SDWI，存在IP。

圖2 左側(cè)顳枕葉急性腦梗死，發(fā)病后12h。A～C.TTP延遲，ASL呈低灌注，SDSC/ASL≈S DW I，不存在IP。

圖3 右側(cè)顳葉急性腦梗死，發(fā)病后5h。 A～C.TTP縮短，ASL呈明顯高灌注。

圖4 右側(cè)額顳頂葉及基底節(jié)區(qū)大面積腦梗死，發(fā)病后11h。 A～C. TTP呈正常灌注，ASL呈高灌注。

圖5 左側(cè)顳頂葉腦梗死，ASL圖呈低灌注，低灌注區(qū)邊緣見(jiàn)條形高信號(hào)影，位于兩側(cè)（箭），提示側(cè)支循環(huán)。

圖6 左側(cè)枕葉腦梗死，單相位ASL示雙側(cè)枕葉呈低灌注，TI=1600ms；多相位ASL，8個(gè)相位中后4個(gè)時(shí)相，TI分別為1364ms、1614ms、1804ms、2114ms，所示右側(cè)枕葉逐漸顯示（箭），但圖像信噪比有所降低。

討 論

IP最初于1977年由Astrup等[2]提出，指圍繞梗死中心的周?chē)毖阅X組織，其電活動(dòng)中止，但保持正常的離子平衡和結(jié)構(gòu)上的完整。PET判斷IP標(biāo)準(zhǔn)為局部CBF減低，氧攝取分?jǐn)?shù)（oxygen extraction fraction，OEF）增高而腦氧代謝率（cerebral metabolic rate for oxygen，CMRO2）無(wú)變化的組織。IP的存在受到時(shí)間的限制，如及時(shí)恢復(fù)血流或進(jìn)行腦保護(hù)，該組織可能存活下來(lái)，否則將演變成壞死組織，因此快速準(zhǔn)確判斷IP成為急性腦卒中再灌注治療的關(guān)鍵。

目前灌注-擴(kuò)散不匹配（PDM）已成為臨床判斷IP較常用的方法，而磁共振灌注成像常采用動(dòng)態(tài)磁敏感對(duì)比增強(qiáng)（DSC）成像技術(shù)。DSC后處理圖像中達(dá)峰時(shí)間（time to peak，TTP）參數(shù)圖,為開(kāi)始注射對(duì)比劑至濃度達(dá)到峰值的時(shí)間，是反映腦內(nèi)血流動(dòng)力學(xué)損傷敏感、可靠的指標(biāo)[3]，而且 TTP圖上腦灰、白質(zhì)之間無(wú)明顯區(qū)別，可以清楚顯示病變的范圍和邊界，是PWI研究IP常用的參數(shù)[4]。本文采用TTP圖作為參考，能夠比rCBF、rCBV、rMTT圖更準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)IP。

動(dòng)脈自旋標(biāo)記技術(shù)（ASL）是近幾年發(fā)展起來(lái)的另一新的灌注技術(shù),它是以磁標(biāo)記的動(dòng)脈血作為內(nèi)源性對(duì)比劑，其基本原理是首先在成像層面的供血?jiǎng)用}的流入側(cè)施加反轉(zhuǎn)脈沖，使血中的質(zhì)子磁化矢量發(fā)生反轉(zhuǎn)，經(jīng)過(guò)一段反轉(zhuǎn)時(shí)間（inversion time，TI）的延遲，在標(biāo)記血流到達(dá)成像層面后進(jìn)行采集，采集獲得的圖像，采用配對(duì)對(duì)照方法，與沒(méi)有標(biāo)記的圖像相減，得到灌注圖像。相對(duì)于DSC技術(shù)來(lái)講，ASL無(wú)創(chuàng)、非侵襲性，無(wú)需外源性對(duì)比劑，可以較精確地顯示病變部位的血流灌注情況及范圍。

近年一些文獻(xiàn)報(bào)道研究顯示，在缺血性腦卒中方面，ASL與DSC具有可比性，能夠較好地顯示梗死區(qū)域的范圍及灌注特點(diǎn)[1，5，6]，生成的rCBF圖又能對(duì)病灶部位的血流情況進(jìn)行半定量分析[7]，具有一定的臨床應(yīng)用價(jià)值。而關(guān)于ASL應(yīng)用于急性腦卒中缺血半暗帶的評(píng)價(jià)，目前國(guó)內(nèi)相關(guān)報(bào)道較少。本研究是在前期研究的基礎(chǔ)上，以DSC-DWI不匹配作為判斷IP的標(biāo)準(zhǔn)，采用ASL-DWI與DSC-DWI逐一對(duì)照，比較兩者在評(píng)價(jià)IP上是否存在差異。結(jié)果顯示兩種技術(shù)間存在較好的一致性，從而說(shuō)明ASL技術(shù)可與DWI相結(jié)合評(píng)價(jià)IP。

不過(guò)，在進(jìn)行圖像分析、對(duì)照、比較的過(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)兩種技術(shù)在部分患者中存在一定的差異。筆者通過(guò)本研究，結(jié)合文獻(xiàn)報(bào)道進(jìn)行闡述，內(nèi)容如下：①在定性分析上，2例灌注表現(xiàn)不一致，ASL均顯示高灌注，而在DSC均顯示正常，這種現(xiàn)象在其他研究中也同樣存在[1,5]。首先高灌注可能是由于腦梗死的病因自行解除或由于血管部分或完全自發(fā)性再通所致。Tannka等[8]利用小鼠建立48h栓塞、高碳酸血癥、注射甘露醇三種模型，證實(shí)了T1弛豫和血腦屏障（blood-brain barrier，BBB）通透性改變是導(dǎo)致兩種技術(shù)在缺血性腦梗死高灌注產(chǎn)生不同結(jié)果的主要生物學(xué)機(jī)制。關(guān)于高灌注，部分學(xué)者通過(guò)與PET進(jìn)行對(duì)照，發(fā)現(xiàn)這部分腦組織呈明顯高代謝，認(rèn)為高灌注與預(yù)后良好存在一定相關(guān)性[9-10]，臨床對(duì)此類(lèi)患者無(wú)需進(jìn)行溶栓處理。②在定量分析上，部分病例兩種技術(shù)間存在兩種不同影像學(xué)表現(xiàn)。其一，本組5例一側(cè)枕葉腦梗死患者在單相位ASL圖像上勾畫(huà)范圍時(shí)，發(fā)現(xiàn)正常側(cè)枕葉同樣呈低信號(hào)，而TTP圖顯示正常；其二，6例在ASL圖顯示的低灌注區(qū)域周?chē)橘胫鴶?shù)條蚓狀的高信號(hào)影。這兩點(diǎn)同樣在其他文獻(xiàn)中也有相關(guān)的報(bào)道[5，11，12]，其根本原因都與反轉(zhuǎn)時(shí)間（TI）和動(dòng)脈通過(guò)時(shí)間（arterial transit time，ATT）有關(guān)。TI在ASL技術(shù)中是一個(gè)關(guān)鍵性的參數(shù)，它是指從標(biāo)記層面到成像層面的時(shí)間，一般選定為1500～2000m s； 而ATT是指血質(zhì)子從標(biāo)記后到腦實(shí)質(zhì)與腦組織進(jìn)行交換這段時(shí)間，是一個(gè)相對(duì)定量。由于腦卒中處于低血流狀態(tài)，ATT會(huì)相應(yīng)延長(zhǎng)，如果TI參數(shù)不變，就會(huì)造成TI時(shí)間相對(duì)的縮短，結(jié)果出現(xiàn)了上述兩種相反的影像學(xué)表現(xiàn)。前者，枕葉屬于后循環(huán)系統(tǒng)供血，后循環(huán)血流速率本來(lái)就比前循環(huán)慢很多（椎動(dòng)脈血流峰值36±9cm/s，頸內(nèi)動(dòng)脈100±20cm/s）[13]，加上因血管狹窄、閉塞引起的腦梗死，如選用較短TI，被標(biāo)記的質(zhì)子可能還尚未進(jìn)入成像層面就進(jìn)行采集，結(jié)果導(dǎo)致正常側(cè)血流灌注的低估。后者，目前大多數(shù)學(xué)者認(rèn)為這一現(xiàn)象與側(cè)支代償有關(guān)[14-15]，血質(zhì)子經(jīng)過(guò)動(dòng)脈Willis環(huán)或軟腦膜冗長(zhǎng)的側(cè)支循環(huán)通路到達(dá)病灶部位后，由于TI時(shí)間較短，質(zhì)子仍停留在大動(dòng)脈至微脈管水平而未進(jìn)入毛細(xì)血管床與腦組織進(jìn)行交換，結(jié)果造成高灌注的假象，高估了血流狀態(tài)。Zaharchuk等[16]發(fā)現(xiàn)這種高信號(hào)一般出現(xiàn)于病灶邊緣區(qū)域、雙側(cè)、比DSC更加敏感，Chanlela等[5]認(rèn)為此類(lèi)患者預(yù)后較好。

所以選擇適當(dāng)?shù)腡I值非常重要，過(guò)小會(huì)造成沒(méi)有灌注或高灌注假象，過(guò)大會(huì)使質(zhì)子T1弛豫逐漸恢復(fù)信號(hào)丟失造成圖像信噪比大幅下降，Philips Achieva 3.0 T TX機(jī)多相位（Multiphase）ASL也許能夠解決上述問(wèn)題。多相位ASL采用八個(gè)不同的相位同時(shí)采集，每個(gè)相位間隔250ms，最小TI值設(shè)置為250ms，最大可達(dá)到2500m s，完成一次掃描僅需4min08s，并可一次性獲得同一層面8個(gè)不同TI值的多相位圖像。多相位ASL可以針對(duì)不同腦卒中患者進(jìn)行最優(yōu)TI值的估計(jì)，還能對(duì)病灶灌注情況進(jìn)行不同時(shí)相的動(dòng)態(tài)觀察，具有一定的應(yīng)用價(jià)值。不過(guò)多相位ASL圖像信噪比(SNR)與單相位ASL相比相對(duì)較差，本研究采用單相位與多相位ASL相結(jié)合的方法，能過(guò)更準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)病變區(qū)域的灌注情況及范圍。

雖然本研究取得了一定的成果，但是也存在一些不足。其一，作為回顧性研究，本組研究的樣本量較少；其二，經(jīng)有效溶栓治療挽救的IP區(qū)是否與ASLDW I不匹配區(qū)一致，有待進(jìn)一步隨訪；其三，尚未建立每位患者的腦卒中NIHSS評(píng)分量表。

總之，ASL與DSC對(duì)評(píng)價(jià)急性腦卒中缺血半暗帶具有較好地一致性，ASL技術(shù)對(duì)顯示腦梗死高灌注及低灌注區(qū)邊緣高信號(hào)（提示側(cè)支循環(huán)）可能更敏感。ASL與DSC相比無(wú)創(chuàng)、簡(jiǎn)便、可重復(fù)性高，因而可以作為急性腦卒中患者評(píng)價(jià)IP的常規(guī)MRI檢查，為臨床治療方案的制定提供有價(jià)值的信息。

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