單、多相位動脈自旋標(biāo)記灌注成像在腦卒中的研究

蘇州大學(xué)附屬第三醫(yī)院放射科(江蘇 常州 213003)

邢 飛 邢 偉 盧又燃 陳 杰 邢士軍

腦卒中是一種發(fā)病率、致殘率較高的常見病，關(guān)注腦組織的缺血情況，判斷其再灌注/側(cè)枝循環(huán)的存在與否，對指導(dǎo)臨床治療方案的選擇及疾病預(yù)后的判斷具有重要的參考價值。MR灌注成像已成為腦卒中患者評估缺血區(qū)血流情況的重要檢查手段,目前常用腦灌注技術(shù)為動態(tài)磁敏感對比(dynamic susceptibility contrast-enhanced,DSC)成像，但由于該方法需団注順磁性對比劑、具有創(chuàng)傷性而存在一定局限性。動脈自旋標(biāo)記技術(shù)則是另一種通過標(biāo)記自體動脈血成像的灌注技術(shù)，近年來，它以其無創(chuàng)、方便、可重復(fù)等優(yōu)點(diǎn)逐漸應(yīng)用于臨床研究。ASL技術(shù)中反轉(zhuǎn)時間(inversion time，TI)一般采用單個參數(shù)進(jìn)行掃描，但隨之帶來的問題，是由于通過時間延長效應(yīng)的影響，ASL對于檢測側(cè)枝循環(huán)、延遲灌注有限，測量局部腦血流量(regional cerebral blood flow，rCBF)上也會存在偏差[1-3]。筆者通過對32例腦卒中患者行DWI及單、多相位ASL檢查，探討單、多相位ASL技術(shù)在腦卒中的成像特點(diǎn)以及在顯示側(cè)枝循環(huán)、延遲灌注的應(yīng)用價值。

1 資料與方法

1.1 臨床資料 本組包括我院2012年10月至2013年5月經(jīng)臨床和影像學(xué)診斷的31例腦卒中患者(男18例，女13例)，中位年齡65(47～84)歲，接受檢查時間為發(fā)病后3h～2d。臨床主要癥狀有頭暈頭痛、口齒不清、肢體無力、意識不清等。

1.2 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 T TX，Philips Medical Systems)，16通道頭部線圈，對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、以及單、多相位ASL檢查。其中DWI序列，TR2400ms，TE87ms，b值=0和b值=1000，層厚7mm，間距為0。

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)：TR4000ms，TE20ms，動態(tài)數(shù)量30，TI1800ms，掃描時間4min08s。多相位掃描參數(shù)：TR250ms，TE16ms，動態(tài)數(shù)量30，相位數(shù)8，相位間隔250ms，掃描時間4min08s。ASL圖像層厚、層距及掃描基線與DWI相同。

1.3 圖像處理與分析 圖像處理：在Philips專用工作站上進(jìn)行, 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。

圖像分析：所有圖像由兩位資深的MR診斷醫(yī)師共同分析、判斷。分析內(nèi)容包括：單、多相位ASL顯示異常區(qū)域灌注特點(diǎn)，包括低灌注、正常灌注、延遲灌注、高灌注等，是否存在局部高信號，并將2者判斷結(jié)果逐一進(jìn)行比較；在DWI和ASL上確定病變范圍，人工勾畫出DWI圖像、ASL-rCBF圖像異常區(qū)域并測量其面積大小，比較其匹配情況。測量時，盡量避開血管、鈣化、陳舊性腦梗塞和脫髓鞘病變。

2 結(jié) 果

2.1 單、多相位ASL顯示病變灌注特點(diǎn) 31例患者，23例單、多相位ASL灌注結(jié)果完全一致，其中低灌注14例，低灌注伴局部高信號3例，正常灌注2例，高灌注4例；8例灌注結(jié)果不完全一致，其中2例單相位顯示低灌注，多相位顯示延遲灌注，6例單相位顯示低灌注，多相位顯示低灌注伴局部高信號。9例多相位ASL不同時相顯示局部高信號，其中2例為后4個時相，1例后3個時相，5例后2個時相，1例為最后1個時相。顯然，在顯示延遲灌注、局部高信號方面，多相位ASL(6.7%、30.0%)比單相位ASL(0%、10.0%)更具優(yōu)勢。單相位ASL與多相位ASL灌注表現(xiàn)比較結(jié)果，如表1。

表1 單相位ASL與多相位ASL灌注表現(xiàn)比較

表2 急性腦卒中DWI異常高信號面積與ASL異常灌注面積比較

2.2 DWI與ASL對對同一病例相同病變顯示面積大小 SDWI＜SASL，n=13；SDWI≈SASL，n=16；DWI陽性而ASL陰性，n=2。測量結(jié)果，如表2。

3 討 論

3.1 ASL原理 ASL技術(shù)是一種無需注射對比劑的MR灌注方法。它將水作為自由彌散的內(nèi)在示蹤劑，利用反轉(zhuǎn)脈沖標(biāo)記上游區(qū)的動脈血，經(jīng)過一個從標(biāo)記層到成像層的通過時間，即反轉(zhuǎn)時間(inversion time，TI)后，血中已標(biāo)記的自旋在成像層毛細(xì)血管區(qū)與組織水自旋交換，引起局部組織縱向弛豫時間TI的變化，所得的圖像與沒有標(biāo)記的控制像相減就剩下輸送過來的磁化，從而產(chǎn)生灌注加權(quán)CBF圖像。

3.2 ASL在缺血性腦卒中的應(yīng)用與不足 DWI異常信號區(qū)代表梗死核心區(qū)，ASL能夠檢測梗塞中心以及周邊區(qū)域的血流動力學(xué)改變，兩者結(jié)合能夠?qū)δX梗塞情況有較全面的了解與預(yù)后判斷。本研究顯示，2種技術(shù)顯示缺血區(qū)域范圍存在以下幾種形式：(1)SDWI＜SASL，多數(shù)急性腦梗塞為此型。兩者不匹配區(qū)域，即存在缺血半暗帶(ischemic penumbra,IP)[3]，如得到積極有效的溶栓治療后，這部分是可以挽救的，但這種恢復(fù)有著嚴(yán)格的時間限制。(2)SDWI≈SASL，此型存在3種情況，①ASL為低灌注，見于梗塞面積較大且缺乏有效的側(cè)枝循環(huán)或梗塞晚期；②ASL顯示高灌注。(3)DWI陽性，ASL正常。本組2例與前述4例高灌注患者，頭顱MRA均顯示正常，分析原因可能與腦梗塞病因自行解除或血管部分、完全的自發(fā)性再通有關(guān)，所以表現(xiàn)為灌注正?；蜻^度灌注，而過度灌注可能與再通后血腦屏障破壞有關(guān)[4]。灌注正常與高灌注一般提示預(yù)后良好[3、5]，臨床也無需對此進(jìn)行溶栓治療。

TI在ASL技術(shù)中是最為關(guān)鍵的參數(shù)之一，它涉及到一個根本的問題，就是動脈內(nèi)的血質(zhì)子從被標(biāo)記后到進(jìn)入毛細(xì)血管與組織進(jìn)行交換這段時間的判定。理想的TI，是要求能夠獲得高的ASL組織信號強(qiáng)度以及最小血管信號強(qiáng)度，如果TI選擇過短，就會因通過延遲導(dǎo)致灌注不完全，低估了血流狀態(tài)，或者因采集時標(biāo)記的質(zhì)子正好處于動脈血管內(nèi)呈高信號強(qiáng)度，高估了血流狀態(tài)；如果TI選擇過長，標(biāo)記效果會因?yàn)門1弛豫效應(yīng)而大幅降低，從而影響定量的準(zhǔn)確性[1]。近年一些研究顯示，ASL可以無創(chuàng)性評價閉塞性腦血管病CBF情況[6、7]，然而，在這些患者中，很大一部分由于梗塞部位側(cè)枝循環(huán)的存在，使得CBF定量分析變得更加復(fù)雜。標(biāo)記的質(zhì)子經(jīng)過動脈Willis環(huán)或軟腦膜動脈冗長的側(cè)枝循環(huán)通路到達(dá)成像層，會使通過時間明顯延長，結(jié)果導(dǎo)致血流狀態(tài)的低估[1、9]。在Siewert[9]等研究中，發(fā)現(xiàn)TI時間長達(dá)2400ms才可檢測到側(cè)枝循環(huán)的延遲灌注。因此，利用單參數(shù)TI進(jìn)行ASL圖像采集，往往會因側(cè)枝血流延遲導(dǎo)致ASL圖像信號強(qiáng)度的減低，即 CBF的減少。

3.3 單、多相位ASL應(yīng)用價值本研究選用Philips Achieva 3.0 T TX機(jī)單、多相位ASL，采用平面回波-自由衰減(EPI-FID)序列。單相位(Single phase)ASL與大多數(shù)文獻(xiàn)報道一樣，進(jìn)行一次掃描TI值只能選擇一個參數(shù)值，本研究TI選擇1800ms，能夠較好的顯示組織的信號強(qiáng)度；而多相位(Multiphase ASL)與單相位ASL不同，它進(jìn)行一次掃描時可以同時選擇多個不同的TI值，本研究多相位ASL，最小TI選擇300ms，最大TI選擇2400ms，相位數(shù)為8，每個相位之間相差300ms，完成掃描可一次性獲得同一層面8不同TI值的多相位圖像，而掃描時間與單相位ASL完全相同。

圖1-4 左側(cè)額頂葉及半卵圓區(qū)急性腦梗塞，發(fā)病后2d。單相位ASL示低灌注區(qū)邊緣條形高信號，多相位ASL示TI分別為1500ms、1800ms、2100ms、2400ms顯示高信號條帶影，提示側(cè)枝循環(huán)存在，多相位能夠更準(zhǔn)確的反映側(cè)枝循環(huán)的延遲過程及時間。SASL＞SDWI，梗塞未進(jìn)展，提示側(cè)枝循環(huán)對于預(yù)后的判斷；圖5-6 左側(cè)顳枕葉急性腦梗塞，發(fā)病后12h，ASL呈低灌注，SASL≈SDWI，不存在IP；圖7-8 左側(cè)基底節(jié)區(qū)及枕葉葉急性腦梗塞，發(fā)病后1d。ASL呈高灌注SASL≈SDWI；圖9-13 左側(cè)額頂葉及基底節(jié)區(qū)多發(fā)腔隙性腦梗塞，發(fā)病后10h，雙側(cè)頸內(nèi)動脈及分支狹窄、閉塞，為煙霧病患者。單相位ASL示雙側(cè)大腦頸內(nèi)動脈分布區(qū)呈低灌注，多相位ASL先顯示灌注區(qū)域?yàn)榛讋用}供血區(qū)()，頸內(nèi)動脈分布區(qū)（TI=300ms、600ms、900ms、1200ms、1500ms、1800ms、2100ms、2400ms）呈延遲灌注（白箭）。

這樣，通過多相位ASL圖，可以根據(jù)不同TI值對梗塞區(qū)域的灌注情況進(jìn)行動態(tài)觀察與分析。本研究32例患者，19例多相位ASL圖8個不同時相顯示灌注結(jié)果一致，其中14例均為低灌注，2例為正常灌注，4例為高灌注。11例灌注結(jié)果不完全一致，其中2例前7個時相均為低灌注，第8個時相顯示正常灌注，提示灌注延遲；9例前4～7個時相為低灌注，后1～4個時相顯示低灌注周圍出現(xiàn)局部高信號區(qū)，提示存在側(cè)枝循環(huán)。顯然，TI時間越長，越容易檢測到側(cè)枝循環(huán)、延遲灌注的存在，而這兩者對于患者的預(yù)后判斷具有重要的價值。Chanlela[3]等認(rèn)為局部高信號是由側(cè)枝循環(huán)導(dǎo)致質(zhì)子留在動脈管腔內(nèi)造成的，呈線條形，匍匐于腦表面，有別于再通后高灌注，可以做為評價側(cè)枝循環(huán)存在的有用要素，并提示預(yù)后情況較好。Zaharchuk[10]等發(fā)現(xiàn)這種條形高信號一般出現(xiàn)于病灶邊緣區(qū)域、雙側(cè)，本研究9例患者中有6例位于病變區(qū)域的兩側(cè)，3例位于一側(cè)。而單相位ASL對于檢測側(cè)枝循環(huán)、延遲灌注相對有限。所以多相位ASL，在一定程度上克服了通過時間延長效應(yīng)的影響，而單相位ASL具有較好的圖像信噪比，兩者各有優(yōu)勢。

雖然本研究通過單、多相位ASL腦卒中灌注成像的應(yīng)用和比較，顯示了側(cè)枝循環(huán)、延遲灌注的成像特點(diǎn)，對ASL灌注圖也有了更深刻的理解，不過本研究也存在一些不足。其一，作為回顧性研究，本組研究的樣本量較少；其二，本研究TI值最大選擇2400ms，可能存在還未檢測到的側(cè)枝循環(huán)；其三，與預(yù)后是否存在一定的關(guān)系，有待進(jìn)一步隨訪復(fù)查

總之，ASL能基本反映腦梗死區(qū)的血流灌注情況，多相位ASL在顯示腦卒中延遲灌注、側(cè)枝循環(huán)方面比單相位ASL可能更具優(yōu)勢。ASL與DWI相結(jié)合能夠較好的評價病變情況，ASL圖中顯示的高灌注、正常、低灌注區(qū)局部高信號以及延遲灌注可能提示預(yù)后較好。

1.Kin HS,Kin SY,KinJM.Underestimation of Cerebral perfusion on Flow-Sensitive Alternating Inversion Recovery Imaging semiquantitative evaluation with time-to-peak values AJNR,2007,28:2008.

2.Internal carotid artery occlusion assessed at pulsed arterialspin-labeling perfusion MR imaging at multiple delay times.Radiology 2004；233:899-904.

3.Chalema JA，Alsop DC，Gonzalez-Atavales JB，et al.Magnetic resonance perfusion imaging in acute ischemic stroke using continuous arterial spin labeling.Stroke,2000，31:680-687.

4.Tanaka Y, Nagaoka T, Nair G,et al.Arterial spin labeling and dynamic susceptibility contrast CBF MRI in postischemic hyperperfusion, hypercapnia,and after mannitol injection.Journal of Cerebral Blood Flow＆Metabolish,2011,31：1403-1411.

5.Marchal G，F(xiàn)urlan M, Beaudoin V，et al.Early spontaneous hyperperfusion after stroke：a marker of favourable tissue outcome? Brain .1996;119:409-419.

6.Ewing JR， Cao Y, Knight RA，et al.Arterial spin labeling: validity testing and comparison studies.J Magn Reson Imaging,2005,22:737-740.

7.Williams DS.Quantitative perfusion imaging using arterial spin labeling(Review).Methods Mol Med,2006,124:151-173.

8.MacIntosh BJ, Lindsay AC,Kylintireas I，et al.Multiple inflow pulsed arterial spinlabeling reveals delays in the arterialarrival time in minor stroke and transient ischemic attack.

9.Siewert B,Schlaug G,Edelman RR，et al.Comparison of EPISTAR and T2*-weighted gadoliniumenhanced perfusion imaging in patients with acute cerebral ischemia Neurology,1997,48:673.

10.Zaharchuk G, EI Mogy IS,Fischbein NJ, et al.Comparison of arterial spin labeling and bolusperfusion-weighted imaging for detecting mismatch in acute stroke.Stroke,2012，43:1843-1848.