動脈自旋標記技術在成人腦部疾病中的應用研究進展

尹航,劉鵬飛

(哈爾濱醫(yī)科大學附屬第一醫(yī)院，哈爾濱150001)

·綜述·

動脈自旋標記技術在成人腦部疾病中的應用研究進展

尹航,劉鵬飛

(哈爾濱醫(yī)科大學附屬第一醫(yī)院，哈爾濱150001)

動脈自旋標記(ASL)是一種內(nèi)源性對比劑成像技術，利用射頻脈沖照射動脈血液中的水，使用動脈血液中的質(zhì)子作為內(nèi)源性擴散性對比劑。ASL可以定量腦血流量絕對值，并且可重復性高，對評價腦血管疾病、腦腫瘤有重要價值,在對癲癇、多發(fā)硬化及阿爾茨海默病等方面也有著廣泛的應用。

動脈自旋標記；磁共振功能成像；灌注成像

灌注異常是多數(shù)器官疾病的病理基礎，隨著MRI技術的發(fā)展，組織灌注可分為外源性對比劑成像(動態(tài)對比增強灌注成像，DWI)和內(nèi)源性對比劑成像兩種。動脈自旋標記(ASL)即是一種內(nèi)源性對比劑成像技術，利用射頻脈沖照射動脈血液中的水，使用動脈血液中的質(zhì)子作為內(nèi)源性擴散性對比劑。因此，ASL是完全非侵入性、不使用注射造影劑或電離輻射，可以定量腦血流量(CBF)的絕對值并且可重復性高[1]。ASL技術有連續(xù)式ASL(CASL)及脈沖式ASL(PASL)，如今研究還包括假連續(xù)ASL(pCASL)和速率選擇ASL(VSASL)等技術?，F(xiàn)對ASL技術在成人腦部疾病中的應用研究進展作一綜述。

1 腦梗死

ASL技術最初被廣泛應用于腦部。研究顯示，人類正常CBF約為50 mL/(min·100 g)，當腦組織發(fā)生缺血反應時，CBF降至10～20 mL/(min·100 g)或白質(zhì)及皮層CBF分別低于正常的35%和40%。在對腦梗死檢查中，血管狹窄程度及梗死面積與ASL觀察到的灌注息息相關,ASL在急性腦卒中早期就具有較高的敏感性。有研究指出，ASL可明確反映出可恢復的組織，并認為ASL具有無創(chuàng)、快速、可進行定量分析等優(yōu)點[2，3]。Rahmah等[4]對2例急性腦卒中患者入院后、治療前及治療后第1、7、14天，使用ASL技術密切觀察腦血流灌注；結果充分證明，在治療超急性缺血性中風患者時，ASL可以及時、全程提供和MR圖像上動脈閉塞一致的腦灌注信息。最近，有研究用ASL技術評估100例腦中風后24 h患者的腦血流灌注，其中48例表現(xiàn)為病變區(qū)高灌注、41例呈持續(xù)性缺血。這表明ASL技術有助于評估24 h急性腦中風患者的病情，可對其臨床提供最佳的治療時間和方案[5]。

2 腦腫瘤

血流對腫瘤的發(fā)生、發(fā)展有密切的關系，評價腦部腫瘤的血流灌注對腫瘤分級、治療及預后意義重大，尤其在區(qū)分放療后的組織增生和腫瘤復發(fā)、檢測腦部腫瘤治療過程變化上很有前景。ASL技術不僅能較準確地反映腫瘤的血流灌注和組織代謝情況，還能對瘤體血管生成定量評估[6], Yamashita等[7]用ASL技術、DWI技術和18F脫氧葡萄糖正電子發(fā)射斷層掃描技術鑒別原發(fā)性中樞神經(jīng)系統(tǒng)淋巴瘤和多形膠質(zhì)母細胞瘤，從19例原發(fā)性中樞神經(jīng)系統(tǒng)淋巴瘤和37例多形膠質(zhì)母細胞瘤中獲得腫瘤的絕對血流量、相對血流量、最小ADC值和最大標準攝取值，發(fā)現(xiàn)ASL技術對鑒別原發(fā)性中樞神經(jīng)系統(tǒng)淋巴瘤和多形膠質(zhì)母細胞瘤比DWI技術、18F脫氧葡萄糖正電子發(fā)射斷層掃描技術更有價值。Nabavizadeh等[8]評估123I-間位碘試芐(123I-MIBG)和ASL技術對神經(jīng)母細胞瘤腦轉(zhuǎn)移的診斷價值，發(fā)現(xiàn)ASL技術比123I-MIBG掃描更能夠顯示較小的腦轉(zhuǎn)移病灶。

3 癲癇

癲癇發(fā)病期間是神經(jīng)元特征性異常活動的表現(xiàn)，其病因尚不完全明確，但其發(fā)病機制的特點是神經(jīng)元群體之間的不同步。在臨床上，對于癲癇患者的最佳治療手段是手術切除。因此，確定病變區(qū)域的范圍成為手術成功的關鍵。對于癲癇患者術前的評價，相比于以往的正電子發(fā)射計算機斷層掃描(PET)技術而言，ASL技術能夠以非侵入性的定位癲癇灶。郭超等[9]對22例健康志愿者和30例內(nèi)側顳葉癲癇且伴有海馬硬化發(fā)作期間患者進行對比研究，發(fā)現(xiàn)ASL技術對于揭示內(nèi)側顳葉癲癇的發(fā)作機制具有較大優(yōu)勢。Pendse等[10]采用PET與ASL技術分別對16名癲癇患者進行灌注比較，所得數(shù)據(jù)表明， ASL技術較PET在此方面更勝一籌。研究結果表明，通過ASL觀察癲癇發(fā)作時血流高灌注區(qū)域可以確定引起癲癇發(fā)作的部位。外傷后癲癇和皮質(zhì)出血性癲癇復雜部分性發(fā)作時的癥狀和發(fā)作間期腦電圖提示，癲癇發(fā)作起源于非主導顳葉，其對應的ASL觀察到發(fā)作時血流量增加[11]。

4 多發(fā)性硬化(MS)

據(jù)我們所知，目前僅較少的研究通過使用ASL技術檢測MS患者的區(qū)域性腦CBF。有研究對MS患者和健康志愿者進行了pCASL腦CBF評估，結果都表明，相比于健康志愿者MS患者的CBF降低[12,13]。對于MS的臨床研究和治療，ASL技術正逐漸發(fā)揮著越來越大的作用。Amann等[14]對多例MS患者(其中復發(fā)緩解型123例、繼發(fā)進展型42例)運用ASL技術進行隊列研究與評估，結果表明，MS患者皮質(zhì)灌注降低、代謝減少，且與患者性別、年齡顯著相關。

5 阿爾茨海默病(AD)

目前臨床越來越認識到，AD的發(fā)病機制與腦灌注不足密切相關。以往臨床上使用SPECT和PET評估AD患者腦部的灌注情況，但二者均有潛在危害、價格相對昂貴、空間分辨率低等問題。ASL技術可無創(chuàng)測量灌注，逐漸成為研究AD患者灌注異常的有力工具。Alexopoulos等[15]對24例認知正常的老年志愿者、24例輕度認知障礙患者及9例輕度癡呆的AD患者進行PASL技術研究比較，結果同樣發(fā)現(xiàn)AD患者的頂葉灌注明顯降低，表明PASL技術可有效評估AD病變區(qū)域的CBF。Schuff等[16]在18例認知正常的老年志愿者、14例AD患者和8例輕度精神錯亂的缺血性癡呆(SIVD)患者中利用ASL技術測量CBF，發(fā)現(xiàn)AD、SIVD患者在額、頂葉皮層區(qū)域的CBF下降明顯。最新研究對17例AD患者、20例帕金森病癡呆(PDD)患者和37例健康人采用ASL技術比較腦灌注，結果表明ASL可深入了解AD和PDD的早期發(fā)病機制[17]。

6 精神疾病

精神分裂癥是一類常見的病因未明的重性精神疾病，常有感知覺、思維、情感、行為等多方面的分裂。目前，精神分裂癥的發(fā)病率逐漸增高，對其的研究也越來越被重視。在以往的多數(shù)研究中發(fā)現(xiàn)，局部腦CBF異常時，需要注射放射性同位素。目前，ASL已開始被應用于神經(jīng)系統(tǒng)綜合征。有研究利用pCASL技術對抑郁癥患者、神經(jīng)分裂患者和健康志愿者進行腦部灌注對照研究，結果表明，ASL技術是一種很有前途的用于檢測腦CBF控制精神疾病的工具[18]。

隨著MRI技術的不斷完善，ASL已可用來分析多層灌注，可以取替部分核醫(yī)學技術。有研究已報道，ASL技術在PET/MRI掃描儀中是可行的，從而增加了ASL技術的價值[19]。但有許多問題需要進一步研究，未來主要應解決如何獲得灌注相關的其他數(shù)據(jù)，以及ASL的一些技術缺陷，如ASL的分辨率差、信噪比低，而且容易受到體內(nèi)其他流動組織，如靜脈和腦脊液的干擾，偽影比較大，頭部的輕微運動和呼吸也都可能導致ASL圖像上的偽影等。

總之，隨著科技的發(fā)展，ASL技術具有很大的實用價值，除應用于腦部疾病外，現(xiàn)已研究應用于心臟、肺、腎等灌注研究中，為今后對臨床的治療、隨訪、科研等活動提供了重要的影像學依據(jù)。相信在不久的將來，ASL技術將成為臨床診斷及治療上不可或缺的一個重要部分。

[1] Wang DJ, Chen Y, Fernandez-Seara MA, et al. Potentials and challenges for arterial spin labeling in pharmacological magnetic resonance imaging[J]. J Pharmacol Exp Ther, 2011,337(2):359-366.

[2] Bokkers RP, Hernandez DA, Merino JG, et al. Wholebrainarterial spin labeling perfusion MRI in patients with acute stroke[J]. Stroke, 2012,43(5):1290-1294.

[3] Hernandez DA, Bokkers RP, Mirasol RV, et al. Pseudo continuous arterial spin labeling quantifies relative cerebralblood flow in acutestroke[J]. Stroke, 2012,43(3):753-758.

[4] Rahmah NN, Horiuchi T, Kusano Y, et al. Early changes in tissue perfusion after tissue plasminogen activator administration in hyperacute ischemic stroke: initial experiences with arterial spin labeling perfusion magnetic resonance imaging[J]. Neurol Med Chir (Tokyo), 2013,53(4):213-216.

[5] Bivard A, Stanwell P, Levi C, et al. Arterial spin labeling identifies tissue salvage and good clinical recovery after acute ischemic stroke[J]. J Neuroimaging, 2013,23(3):391-396.

[6] Ozsunar Y, Mullins ME, Kwong K, et al. Glioma recurrenceversus radiation necrosis A pilot comparison of arterialspin-labeled,dynamic susceptibility contrast enhanced MRI,and FDG-PET imaging[J]. Acad Radiol, 2010,17(3):282-290.

[7] Yamashita K, Yoshiura T, Hiwatashi A, et al. Differentiating primary CNS lymphoma from glioblastoma multiforme: assessment using arterial spin labeling, diffusion-weighted imaging, and18F-fluorodeoxyglucose positron emission tomography[J]. Neuroradiology, 2013,55(2):135-143.

[8] Nabavizadeh SA, Feygin T, Harding BN, et al. Imaging findings of patients with metastatic neuroblastoma to the brain[J]. Acad Radiol, 2014,21(3):329-337.

[9] 郭超,鄭罡,陳春曉,等.基于動脈自旋標記技術的內(nèi)側顳葉癲癇病人腦血流灌注成像研究[J].生物物理學報,2011,27(11):975-983.

[10] Pendse N, Wissmeyer M, Altrichter S, et al. Interictal arterial spin-labeling MRI perfusion in intractable epilepsy[J]. J Neuroradiol, 2010,37(1):60-63.

[11] Toledo M, Munuera J, Salas-Puig X, et al. Localisation value of ictal arterial spin-labelled sequences in partial seizures[J]. Epileptic Disord, 2011,13(3):336-339.

[12] De Vis JB, Petersen ET, Hendrikse J, et al. Arterial spin labeling magnetic resonanceimaging[J]. PET Clinics, 2013,8(3):295-309.

[13] Ota M, Sato N, Nakata Y, et al. Abnormalities of cerebral blood flow in multiple sclerosis: a pseudocontinuous arterial spin labeling MRI study[J]. Magn Reson Imaging, 2013,31(6):990-995.

[14] Amann M, Achtnichts L, Hirsch JG, et al. 3D GRASE arterial spin labelling reveals an inverse correlation of cortical perfusion with the white matter lesion volume in MS[J]. Mult Scler, 2012,18(11):1570-1576.

[15] Alexopoulos P, Sorg C, Forschler A, et al. Perfusion abnormalities in mild cognitive impairment and mild dementia in Alzheimer′s diseasemeasured by pulsed arterial spin labeling MRI[J]. Eur Arch Psychiatry Clin Neurosci, 2012,262(1):69-77.

[16] Schuff N, Matsumoto S, Kmiecik J, et al. Cerebral blood flow in ischemic vascular dementia and Alzheimer′s disease,measured by arterial spin-labeling magnetic resonance imaging[J]. Alzheimers Dement, 2009,5(6):454-462.

[17] Le Heron CJ, Wright SL, Melzer TR, et al. Comparing cerebral perfusion in Alzheimer′s disease and Parkinson′s disease dementia: an ASL-MRI study[J]. J Cereb Blood Flow Metab, 2014,34(6):964-970.

[18] Miho O, Takamasa N, Noriko S, et al. Characteristic distributions of regional cerebral blood flow changes in major depressive disorder patients: A pseudo-continuous arterial spin labeling (pCASL) study[J]. J Affect Dis, 2014,165(100):59-63.

[19] Stegger L, Martirosian P, Schwenzer N, et al. Simultaneous PET/MR imaging of the brain: feasibility of cerebral blood flow measurements with FAIR-TrueFISP arterial spin labeling MRI[J]. Acta Radiol, 2012,53(9):1066-1072.

劉鵬飛，E-mail: liup.fei@163.com

10.3969/j.issn.1002-266X.2015.08.043

R445.2

A

1002-266X(2015)08-0101-03

2014-10-21)