3D ASL與WBCTP在成人煙霧病評(píng)估中的對(duì)比研究

田 冰 陸建平 劉 崎 陳士躍 許 兵 陳錄廣王 莉 邵成偉 詹 茜 田 霞

煙霧病是一種慢性進(jìn)行性腦血管疾病，主要特點(diǎn)是顱內(nèi)動(dòng)脈的狹窄-閉塞伴多發(fā)的側(cè)支血管生成，因此其血流動(dòng)力學(xué)改變較為復(fù)雜[1]。CT灌注檢查（computed tomography perfusion,CTP）是目前較為常用的評(píng)估煙霧病血流動(dòng)力學(xué)改變的影像學(xué)檢查方法，主要用于煙霧病術(shù)前血流動(dòng)力學(xué)狀態(tài)及術(shù)后療效的評(píng)估[2]。動(dòng)脈自旋標(biāo)記（arterial spin labeling，ASL）是一個(gè)完全非侵入性的腦灌注成像技術(shù)，基于自旋標(biāo)記處于T1磁化狀態(tài)的動(dòng)脈內(nèi)自由擴(kuò)散的水，其對(duì)成像平面上游的動(dòng)脈血進(jìn)行標(biāo)記，使其處于磁化狀態(tài)，在特定的時(shí)間，待一定數(shù)量的被標(biāo)記的血液抵達(dá)組織后通過(guò)數(shù)據(jù)采集及計(jì)算獲得圖像[3]。利用ASL評(píng)估煙霧病患者得到的腦血流量（cerebral blood flow，CBF）等參數(shù)已經(jīng)被證實(shí)與其他灌注成像技術(shù)具有較好的一致性與相關(guān)性。隨著影像學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，ASL及CTP均可覆蓋全腦，實(shí)現(xiàn)對(duì)全腦灌注的評(píng)估。

本研究擬采用全腦3D ASL與全腦CT灌注（whole brain computed tomography perfusion，WBCTP）對(duì)比研究，評(píng)估3D ASL與WBCTP評(píng)估成人煙霧病腦組織血流動(dòng)力學(xué)改變的一致性，探究3D ASL在成人煙霧病術(shù)前血流動(dòng)力學(xué)定量評(píng)估中的價(jià)值。

方 法

1.一般資料

回顧性分析2011年12月至2014年12月在我院行經(jīng)DSA及臨床確診的煙霧病患者164例。本研究所有患者必須同時(shí)滿足以下入選標(biāo)準(zhǔn)：①所有患者均行WBCTP及3D ASL檢查；②WBCTP與3D ASL檢查間隔小于1周；③WBCTP與3D ASL檢查間隔期內(nèi)未出現(xiàn)突發(fā)的臨床癥狀。

2.WBCTP及3D ASL檢查

WBCTP檢查采用320排動(dòng)態(tài)容積CT（Aquilion ONE;東芝醫(yī)療，東京，日本）。掃描時(shí)檢查床固定，并利用頭部固定帶固定頭顱，以16cm寬探測(cè)器自顱頂至顱底眥耳線覆蓋全腦行動(dòng)態(tài)容積掃描。自單筒高壓注射器經(jīng)肘靜脈依次注射非離子型對(duì)比劑（碘比樂，上海博萊科信誼，上海，中國(guó)；50mL；速率5.0ml/s）及0.9%的生理鹽水（20ml；速率4.0～5.0ml/s），注射結(jié)束延遲7s后開始掃描，共采集19組容積圖像數(shù)據(jù)，前15個(gè)容積數(shù)據(jù)包間隔2s，后4個(gè)容積數(shù)據(jù)包間隔5s。掃描參數(shù)：管電壓80kV，管電流120mAs，球管旋轉(zhuǎn)時(shí)間為0.35s，掃描覆蓋范圍為16cm。數(shù)據(jù)重建層厚為0.5mm，每個(gè)容積數(shù)據(jù)包含320層，共6080幅圖像。于注射對(duì)比劑前行容積CT平掃，管電壓80kV，管電流200mAs，重建得到頭顱CT平掃圖像，用于評(píng)估腦組織病變情況。

3D ASL檢查采用3.0T磁共振成像儀（HD.xt;通用醫(yī)療，密爾沃基，威斯康辛州，美國(guó)）。采用8通道頭部專用線圈，掃描序列為背景抑制的偽連續(xù)脈沖ASL（pseudo continuous ASL，pCASL），掃描基準(zhǔn)線為前聯(lián)合與后聯(lián)合的連線水平，應(yīng)用三維快速自旋回波序列進(jìn)行數(shù)據(jù)讀出。共采集32層軸位圖像。掃描參數(shù)為重復(fù)時(shí)間5500ms，回波時(shí)間25ms，層厚5mm，視野24cm，矩陣128×128，標(biāo)記時(shí)間（labeling time，TL）1800ms，標(biāo)記后延遲時(shí)間（post-labeling delay，PLD）2000ms。

3、圖像后處理

將容積CT掃描得到的6080幅圖像導(dǎo)入Vital工作站（Vitera fX ver6.0；Vital，美國(guó)）進(jìn)行重建。基于中心容積定理，采用去卷積法，選擇正常的頸內(nèi)動(dòng)脈為輸入動(dòng)脈，上矢狀竇為輸出靜脈，根據(jù)動(dòng)脈、靜脈及腦組織的時(shí)間密度曲線（time density curves,TDCs）擬合，得到腦血流量（cerebral blood flow,CBF）的偽彩圖像。掃描所得的3D ASL圖像導(dǎo)入后處理工作站(Adw 4.3，通用醫(yī)療，密爾沃基，威斯康辛州，美國(guó)），采用Founctool軟件進(jìn)行后處理。

重建灌注偽彩圖像的層厚為6mm，每位患者共得到自顱頂至顱底的連續(xù)橫斷面灌注偽彩圖像13層，其中大腦半球水平10層，小腦半球水平中心層面3層。選取CBF的偽彩圖，WBCTP采用工作站軟件自動(dòng)勾畫的大腦中皮質(zhì)供血區(qū)及雙側(cè)小腦半球?yàn)楦信d趣區(qū)（region of interest,ROI）。3D ASL的ROI則根據(jù)WBCTP相應(yīng)區(qū)域手動(dòng)劃取。

進(jìn)一步計(jì)算WBCTP及3D ASL大腦中動(dòng)脈供血區(qū)的相對(duì)CBF（relative CBF，rCBF），rCBF=大腦中動(dòng)脈供血區(qū)大腦皮層的CBF/同側(cè)小腦半球的平均CBF（3層圖像CBF的均值）。雙側(cè)煙霧病患者雙側(cè)大腦中動(dòng)脈供血區(qū)rCBF單獨(dú)計(jì)算，單側(cè)煙霧病患者僅計(jì)算煙霧病側(cè)大腦中動(dòng)脈供血區(qū)的rCBF。

4.統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

利用SPSS 18.0統(tǒng)計(jì)軟件包及MedCalc統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。當(dāng)P值＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

運(yùn)用配對(duì)t檢驗(yàn)比較WBCTP與3D ASL大腦中動(dòng)脈供血區(qū)CBF及rCBF的差異。

運(yùn)用Bland-Altman 分析評(píng)估WBCTP及3D ASL對(duì)大腦中動(dòng)脈供血區(qū)CBF及rCBF定量診斷的一致性。

結(jié)果

符合入選標(biāo)準(zhǔn)的患者共24例，其中2例經(jīng)DSA確診為單側(cè)煙霧病。24例成人煙霧病患者中男性15例，女性9例，平均年齡38.5歲（25～60歲）。所有患者均表現(xiàn)出不同程度的臨床癥狀，包括頭痛、頭暈、耳鳴、視野缺損、肢體活動(dòng)障礙等。

配對(duì)t檢驗(yàn)的結(jié)果見表1。24例成人煙霧病患者WBCTP及3D ASL掃描所得的CBF具有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（t=-10.813，P＜0.0001）。而二者間的rCBF則無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（t=-1.005，P＜0.316）。

Bland-Altman 分析對(duì)WBCTP及3D ASL評(píng)估大腦中動(dòng)脈供血區(qū)CBF及rCBF定量診斷的一致性結(jié)果見圖2。WBCTP及3D ASL的CBF差值的均數(shù)（均數(shù)的95%一致性界限）及差值的95%一致性界限為分別為-6.2（-7.33,-5.08）及（-30.3，-17.9），而rCBF的值分別為0.01（-0.01,0.02）及（-0.22，-0.23）。

討 論

ASL是一種無(wú)需外源性對(duì)比劑的MRI灌注成像技術(shù)，最早由Siewer提出[4]。近年來(lái)ASL的研究主要集中于與其他灌注方法的對(duì)比，以探求ASL與PET、SPECT等灌注方法的相關(guān)性與一致性。然而大部分ASL在煙霧病的研究主要為其在兒童及青少年患者中的應(yīng)用價(jià)值，且大部分研究為ASL對(duì)腦缺血或術(shù)后高灌注綜合征的定性評(píng)估，缺乏定量的研究。因此，我們提出本研究，主要評(píng)估3D pCASL在成人煙霧病中的應(yīng)用價(jià)值，并與WBCTP進(jìn)行定量的對(duì)比，探尋兩種方法對(duì)于成人煙霧病全腦CBF評(píng)估的一致性。

CBF是重要的評(píng)估腦組織灌注水平的參數(shù)，CBF的增加意味著局部腦組織活動(dòng)的增加，而CBF的減少則可能會(huì)引起可逆或不可逆的腦組織損傷[5]。然而檢查操作、患者狀態(tài)及重建算法等均可影響CBF絕對(duì)值的差異，采用相對(duì)值則可在一定程度上消除其他因素對(duì)CBF的影響。本研究中WBCTP及3D ASL的CBF差值的均數(shù)（均數(shù)的95%一致性界限）及差值的95%一致性界限為分別為-6.2（-7.33,-5.08）及（-30.3，-17.9），雖然兩種方法所得的CBF差異的均值為-6.2，但差異的均值變異較大，95%的差值落在（-30.3，-17.9），因此可以得出WBCTP與3D ASL間CBF的差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。配對(duì)t檢驗(yàn)（t=-10.813，P＜0.0001）的結(jié)果也印證了這一結(jié)論。

通常灌注參數(shù)的相對(duì)值往往采用患側(cè)與健側(cè)的比值或手術(shù)側(cè)與非手術(shù)側(cè)的比值，而煙霧病雙側(cè)大腦中動(dòng)脈供血區(qū)均缺血，且側(cè)支循環(huán)比較豐富，因此采用傳統(tǒng)的絕對(duì)值計(jì)算方法可能會(huì)導(dǎo)致結(jié)果的不穩(wěn)定。煙霧病患者小腦半球的血流量一般變化較小，因此本研究采用大腦中動(dòng)脈供血區(qū)CBF與同側(cè)小腦半球CBF的平均值計(jì)算rCBF，且通過(guò)CBF絕對(duì)值與相對(duì)值的分別比較來(lái)評(píng)估3D ASL與WBCTP的差異與一致性。腦組織根據(jù)CBF比值的不同可分為低灌注（rCBF≤0.8）、正常灌注（0.8～1.2）及高灌注（≥1.2）[6]。因此本研究中0.2作為3D ASL與WBCTP兩種方法所得的rCBF差異的臨床界值。WBCTP及3D ASL的rCBF差值的均數(shù)（均數(shù)的95%一致性界限）及差值的95%一致性界限為分別為分別為0.01（-0.01,0.02）及（-0.22，-0.23）。95%的rCBF差值位于（-0.22，-0.23）之間。因此可以得出得出WBCTP與3D ASL間rCBF的差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。配對(duì)t檢驗(yàn)（t=-1.005，P＜0.316）的結(jié)果可對(duì)這一結(jié)論進(jìn)行印證。

表1 煙霧病患者大腦中動(dòng)脈供血區(qū) CBF及rCBF 的WBCTP與3D ASL比較

圖1 男，35歲，頭痛伴耳鳴2月，DSA確診為煙霧病。WBCTP（下兩排灌注圖）與3D ASL（上兩排灌注圖）檢查時(shí)間間隔為3天。WBCTP灌注偽彩圖大腦中動(dòng)脈供血區(qū)的缺血程度高于3D ASL，但3D ASL小腦半球的CBF偽彩圖高于WBCTP，故二者大腦中動(dòng)脈供血區(qū)/小腦半球的比值差異不大。

圖2 煙霧病患者WBCTP與3D ASL（大腦中動(dòng)脈供血區(qū)）比較的Bland-Altman圖。CBF1及rCBF1分別指WBCTP大腦中動(dòng)脈供血區(qū)CBF的絕對(duì)值與相對(duì)值；CBF2及rCBF2分別指3D ASL大腦中動(dòng)脈供血區(qū)CBF的絕對(duì)值與相對(duì)值。

ASL根據(jù)標(biāo)記脈沖的不同分為脈沖式ASL（pulsed ASL，PASL）、連續(xù)式ASL（continuous ASL，CASL）和流速選擇ASL（velocity selective ASL，VSASL）。本研究采用pCASL采集成人煙霧病患者的灌注圖像。PLD是pCASL的主要參數(shù)，指射頻脈沖標(biāo)記結(jié)束的時(shí)間到圖像采集的時(shí)間，而血流從標(biāo)記層面到達(dá)感興趣區(qū)組織或血管的時(shí)間為動(dòng)脈傳遞時(shí)間（arterial transit time，ATT）。對(duì)于pCASL掃描，獲得較為準(zhǔn)確CBF的理想狀態(tài)是PLD剛好大于最長(zhǎng)的ATT。PLD過(guò)短則掃描時(shí)被標(biāo)記的血流尚未到達(dá)感興趣區(qū)組織或血管，ASL采集得到的CBF圖像上的低信號(hào)，包括局部腦組織CBF的減低及長(zhǎng)的ATT導(dǎo)致的信號(hào)減低，并不是局部腦組織真正的CBF值。PLD過(guò)長(zhǎng)則會(huì)引起較強(qiáng)的T1滯留效應(yīng)，降低信噪比（signal to noise，SNR）。ATT在不同個(gè)體、部位、健康與缺血組織間存在差異[7]。David等[8]等在綜合評(píng)估既往研究的基礎(chǔ)上提出了針對(duì)不同的人群的ASL參考參數(shù)，推薦pASL標(biāo)記持續(xù)時(shí)間為1800ms，PLD因人群不同而有差異，成人臨床患者則為2000ms?；诖隧?xiàng)推薦，本研究所采用的PLD為2000ms。

在煙霧病診斷及術(shù)后評(píng)估方面單個(gè)或多個(gè)PLD的ASL均與各種灌注成像方法均具有較高的一致性與相關(guān)性。Goetti等[9]采用PLD為1500ms比較兒童及青少年煙霧病患者ASL與H2[15O]-PET評(píng)估CBF的一致性，得出二者在兒童及青少年煙霧病患者CBF定性及rCBF定量的評(píng)估中具有較好的一致性。Goetti等[10]同樣采用了1500ms的PLD比較兒童煙霧病患者ASL與PWI的一致性，得出在兒童煙霧病患者CBF及rCBF的評(píng)估中具有較好的一致性，且敏感性、特異性及準(zhǔn)確度分別達(dá)到94%、93%及93%。Wang等[11]通過(guò)對(duì)17例煙霧病患者行4個(gè)PLD（1500ms/2000ms/2500ms/3000ms）的ASL與CTP檢查定性對(duì)比，得出多個(gè)PLD的ASL與CTP具有較好的一致性。本研究中3D ASL與WBCTP對(duì)rCBF的評(píng)估亦具有較高的一致性，盡管大部分煙霧病患者的血管狹窄程度處于中重度甚至出現(xiàn)閉塞，延長(zhǎng)的ATT并未使得CBF的評(píng)估過(guò)度，分析原因可能是煙霧病患者同其他顱內(nèi)狹窄的最大不同是豐富的側(cè)支循環(huán)，顱底及皮層區(qū)豐富的側(cè)支循環(huán)在一定程度上抵消了ATT延長(zhǎng)導(dǎo)致的CBF減少，這一推論有待于進(jìn)一步的研究。

本研究具有以下缺點(diǎn)：首先，本研究為單中心的回顧性研究，且病例數(shù)（24例）較少，勢(shì)必會(huì)引入偏倚。其次，WBCTP灌注圖像的感興趣區(qū)采用后處理工作站自動(dòng)勾畫，而3D ASL灌注圖像感興趣區(qū)則根據(jù)WBCTP的感興趣區(qū)手動(dòng)勾畫，且只有大腦中動(dòng)脈供血區(qū)的皮層區(qū)被評(píng)估。近年來(lái)一些研究采用專用的配準(zhǔn)軟件（SPM8等）對(duì)不同方法或不同時(shí)間的腦功能及灌注圖像進(jìn)行配準(zhǔn)，且可以基于體素的對(duì)腦組織進(jìn)行灰質(zhì)、白質(zhì)分割的評(píng)估，在一定程度上提高了評(píng)估的準(zhǔn)確性，但其基于不同動(dòng)脈供血區(qū)的應(yīng)用有待一進(jìn)一步開發(fā)[12]。再次，隨著影像學(xué)技術(shù)的發(fā)展，多PLD ASL及VXASL圖像質(zhì)量及信噪比的進(jìn)一步提高，ASL不僅可以用于評(píng)估腦組織的CBF及ATT，同樣可以對(duì)側(cè)支循環(huán)進(jìn)行評(píng)估，有待于進(jìn)一步研究探尋其在煙霧狀及其他腦血管疾病中的應(yīng)用價(jià)值。

由于掃描重建因素、患者自身因素等的影響，WBCTP與3D ASL得到的CBF絕對(duì)值的差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，WBCTP與3D ASL在對(duì)大腦中動(dòng)脈皮層CBF的評(píng)估中不具有良好的一致性。而WBCTP與3D ASL得到的rCBF的差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，二者對(duì)大腦中動(dòng)脈皮層rCBF的評(píng)估中具有良好的一致性。因此，3D ASL可以較為準(zhǔn)確的對(duì)成人煙霧病患者皮層灌注狀態(tài)進(jìn)行定量的評(píng)估，且與WBCTP具有良好的一致性。

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