3D-ASL在缺血性腦血管病的研究現(xiàn)狀與進展

任冬晴，何丹，邊杰

（1.大連醫(yī)科大學(xué)附屬第二醫(yī)院放射科，遼寧大連116027；2.遼寧省人民醫(yī)院放射科，遼寧沈陽110016）

3D-ASL在缺血性腦血管病的研究現(xiàn)狀與進展

任冬晴1，何丹2，邊杰1

（1.大連醫(yī)科大學(xué)附屬第二醫(yī)院放射科，遼寧大連116027；2.遼寧省人民醫(yī)院放射科，遼寧沈陽110016）

三維動脈自旋標(biāo)記（3D-ASL）作為一種新興的磁共振灌注技術(shù)，憑借其無需對比劑即可測量腦血流量的優(yōu)勢，近年來逐步應(yīng)用于臨床中，尤其對于缺血性腦血管病的診斷、療效評價有很大幫助。本文從3D-ASL技術(shù)方面、腦血流量的影響因素以及3D-ASL在缺血性腦血管病研究現(xiàn)狀與進展方面做一綜述。

腦血管障礙；腦缺血；磁共振成像

三維動脈自旋標(biāo)記（3D-arterial spin labeling，3D-ASL）是一種完全無創(chuàng)、無需對比增強的磁共振灌注技術(shù)。它利用磁化標(biāo)記的動脈質(zhì)子遷移到腦組織，進行三維快速成像，隨后減去灌注信號得出3D-ASL的信號。3D-ASL的信號主要取決于腦血流量（Cerebral blood flow，CBF），腦和組織的T1及標(biāo)記的動脈血從標(biāo)記層至成像層的時間等多種因素[1]。所以說，ASL所屬的CBF圖并沒有真正反映真實的CBF，尤其在首先以腦血流變化為基礎(chǔ)的缺血性腦血管?。↖schemic cerebrovascular disease，ICVD）中。本文從3D-ASL技術(shù)方面、CBF的影響因素以及在ICVD研究進展方面予以綜述。

1 3D-ASL技術(shù)原理與相關(guān)序列

ASL技術(shù)利用血液中自由彌散的氫質(zhì)子作為內(nèi)源性示蹤劑，使用相關(guān)射頻脈沖，在標(biāo)記層對流入的血流進行標(biāo)記，被標(biāo)記的血流進入感興趣區(qū)后采集圖像，由于被標(biāo)記的血流進入組織并與組織中的水進行交換，組織的T1值會發(fā)生變化，將標(biāo)記前后感興趣區(qū)組織T1信號相減即可獲得CBF的灌注信息[2-3]。

3D-ASL是在ASL基礎(chǔ)上，使用單發(fā)射3D采集圖像的采集方式，為獲得更高信噪比[4]。既往二維信號采集中，每個層面的延遲時間（Post label delays，PLD）是變化的，這導(dǎo)致不同層面相同部位的CBF測量值存在明顯差異；當(dāng)進行腦灌注的三維容積采集時，采集范圍內(nèi)腦組織的PLD一致，因此對全腦灌注的CBF測量更準(zhǔn)確[5]。

3D-ASL圖像的獲得需要兩個步驟，分別是圖像的標(biāo)記與圖像的采集。

1.1 圖像的標(biāo)記

根據(jù)質(zhì)子標(biāo)記技術(shù)的不同，將ASL技術(shù)主要分為3類：①連續(xù)式動脈自旋標(biāo)記（continuous ASL，cASL）：該技術(shù)能夠提高信噪比及標(biāo)記效率，但梯度與射頻的準(zhǔn)確性較差，受磁化轉(zhuǎn)移效應(yīng)的影響大，沉積在組織內(nèi)的能量過高；②脈沖式動脈自旋標(biāo)記（pulsed ASL，pASL），該方法雖然克服了cASL的缺點，但pASL信噪比低且掃描范圍縮小[6]；③偽連續(xù)式動脈自旋標(biāo)記（pseudo continuous ASL，pCASL），是目前主要的應(yīng)用序列，它聚集了兩者的優(yōu)點，模仿較長連續(xù)標(biāo)記模式，提高了標(biāo)記效率，具有較高的信噪比[6]，能夠減少能量吸收率，同時還可以減輕磁化轉(zhuǎn)移效應(yīng)[7]。

1.2 圖像的采集

多元化的采集方式促進了ASL技術(shù)的發(fā)展。自從螺旋K空間采集技術(shù)的引用，傳統(tǒng)采集方式中損失的信號被收集起來，降低了對運動偽影的敏感性，但同時這使得擁有更高磁化率的梯度自旋回波（Gradient and spin echo，GRASE）和穩(wěn)態(tài)自由進動（Steady-state free precession，SSFP）等采集方式得到應(yīng)用，更容易顯示后顱窩的結(jié)構(gòu)及減輕小金屬帶來的偽影[8]?，F(xiàn)如今3D全腦容積覆蓋成像已投入臨床使用，加上如FSE-SPIRAL與類EPI（GRASE）的應(yīng)用不僅可以改善圖像的質(zhì)量，有利于去除靜態(tài)組織中的信號，與2D GRE-EPI序列相比，能提供更好的SNR及更少的磁敏感偽影[9-10]。

23 D-ASL參數(shù)相對CBF（rCBF）的正常人群表現(xiàn)特點及影響因素

ICVD局部腦組織血流灌注會出現(xiàn)異常變化。所以，明確異常腦灌注區(qū)部位、范圍、程度以及演變等相關(guān)信息非常重要，而對異常灌注區(qū)進行相對準(zhǔn)確、有效、可重復(fù)性高的測量方法是不可或缺的關(guān)鍵。3D-ASL唯一量化的指標(biāo)的CBF為多次采集信號所得到的rCBF，但目前有研究顯示，rCBF受多種因素的影響[11]。了解rCBF的影響因素，在一定程度上有助于ICVD進行更深入的研究。

2.1 正常人的腦血流灌注特點

①有研究顯示，健康成人全腦平均CBF值約為55 mL/（min·100 g）[12]。正常人腦白灰質(zhì)血流灌注存在差異，灰質(zhì)微血管含量較多、血液流速較快，所產(chǎn)生信號較強，并且在顯示病變方面，灰質(zhì)較白質(zhì)顯示更準(zhǔn)確[13]。此外，腦功能區(qū)血流灌注CBF存在差異，在對全腦12個腦功能區(qū)CBF定量研究中發(fā)現(xiàn)[14]：灌注多的腦功能區(qū)為初級軀體運動區(qū)、初級軀體感覺區(qū)、視覺區(qū)、運動性語言中樞區(qū)、視覺性語言中樞區(qū)及書寫性語言中樞區(qū)，相對灌注較低的腦功能區(qū)為聽覺區(qū)、聽覺性語言中樞區(qū)[15]。②生理性的調(diào)節(jié)導(dǎo)致健康成人腦存在過度灌注與低灌注的區(qū)域。過度灌注常出現(xiàn)在枕部與額部區(qū)域，中青年較為常見，但隨著年齡增長和心血管風(fēng)險因素增加，過度灌注不常發(fā)生[16]，低灌注區(qū)域常發(fā)生在額部枕角至頂枕葉皮質(zhì)[17]。③頭部的位置。仰頭位、正中位及低頭位掃描，對腦后循環(huán)區(qū)域和半卵圓中心白質(zhì)部位CBF測量值會產(chǎn)生影響；后循環(huán)區(qū)域和信噪比較低的區(qū)域易受頭顱位置的影響[18]。

2.2 rCBF的影響因素

PLD：血液從標(biāo)記層面到采集層面之間的時間，是可調(diào)的參數(shù)之一[19]。掃描過程縮短PLD會出現(xiàn)低灌注區(qū)相對擴大、低灌注程度放大的現(xiàn)象；延長PLD，低灌注區(qū)將會相對縮小、灌注程度縮小[20]。多PLD研究分析顯示，Delay 2.5比較適用于年紀(jì)較大、血管狀態(tài)較差的患者，其結(jié)果更接近真實血流量；而Delay 1.5更敏感，更能早期發(fā)現(xiàn)腦血流動力學(xué)異常，適合短暫性腦缺血發(fā)作（Transient ischemic attack，TIA）患者、血管病變不嚴(yán)重的患者、行血管術(shù)后的患者。盡管在不同PLD所得的CBF數(shù)值不同的，但其低灌注區(qū)域是不變的。應(yīng)用多PLD會提供更多的腦血流灌注信息[21]。

動脈通過時間（Aterial transit time，ATT）：ATT作為另一個參數(shù)，反映標(biāo)記的血液從標(biāo)記區(qū)流到成像區(qū)所需要的時間，它在不同的病理狀態(tài)是不確定的[22]。PLD與ATT關(guān)系復(fù)雜，當(dāng)PLD顯著低于ATT時，CBF會被低估，這是由于一部分被標(biāo)記的血液在這個時間框架內(nèi)還沒有到達血管床，反之當(dāng)PLD顯著高于ATT的時候，CBF會增加[23]。目前已經(jīng)有多種方法提出來測量ATT，調(diào)整ATT與PLD的關(guān)系可修正CBF的錯估，實現(xiàn)CBF的精準(zhǔn)測量[11]。

釓類造影劑：釓類對比劑將會縮短T1值，從而影響3DASL掃描，所以不應(yīng)在3D-ASL掃描前增強注射釓對比劑，在注射對比劑后12 h內(nèi)勿行ASL技術(shù)[24]。

除此之外，3D-ASL定量測量CBF還受到多種因素的影響，包括腦組織和血液T1值、標(biāo)記效率及毛細血管通透性，被檢者體質(zhì)量指數(shù)等，還需要進一步的研究。

3 3D-ASL技術(shù)在ICVD中的應(yīng)用

ICVD是由于腦組織處于低灌注狀態(tài)而引起的腦缺血缺氧的一類疾病，其主要原因為腦供血不足，包括TIA和腦梗死等。由于腦組織對缺血耐受性差，一旦發(fā)生缺血，短時間內(nèi)即可產(chǎn)生不可逆的腦損傷，所以對腦組織灌注異常的早期評價顯得相當(dāng)重要。

3.1 3D-ASL技術(shù)在TIA的應(yīng)用

TIA是指由于腦動脈一過性供血不足引起的短暫發(fā)作的局灶性腦功能障礙，是急性腦梗死的預(yù)警信號。常規(guī)MRI序列對于TIA通常無陽性發(fā)現(xiàn)，有研究表明，DWI為陰性時3D-ASL序列可在早期發(fā)現(xiàn)血流灌注減低狀態(tài)，提高對TIA的早期檢出率[8]。TIA分為前循環(huán)TIA（頸內(nèi)動脈系統(tǒng)）和后循環(huán)TIA（椎基底動脈系統(tǒng)）。①頸內(nèi)動脈血管狹窄是前循環(huán)TIA的主要病因，但只有側(cè)支循環(huán)建立不充分，才會引起腦血流動力學(xué)的異常。研究表明，ASL與MRA聯(lián)合應(yīng)用可以對相應(yīng)低灌注區(qū)的動脈血管進行評估，可提高因血管狹窄造成供血不足的病因檢出，兩者聯(lián)合應(yīng)用提高了檢查的敏感性及特異性[25]。若MRA檢查中顯示部分腦血管主干動脈近端重度狹窄，而ASL檢查中并未出現(xiàn)低灌注，提示該區(qū)域存在側(cè)支供血，則無需介入處理。反之，如果血管狹窄所影響的區(qū)域與低灌注一致，則表明該區(qū)域側(cè)支循環(huán)未建立，存在有可能發(fā)展為梗死的低灌注組織，需要相應(yīng)的積極治療，以避免反復(fù)發(fā)生TIA或腦梗死。②后循環(huán)TIA病因復(fù)雜，與椎基底動脈攣縮及血管狹窄關(guān)系密切，一旦發(fā)展成椎基底動脈血栓，其病死率可高達20%～30%[26]。有關(guān)后循環(huán)TIA的灌注研究較少，老年患者會出現(xiàn)后循環(huán)區(qū)域低灌注的情況，有研究解釋這與病理條件下ATT時間增加有關(guān)，此時選擇較長時間的PLD，使被標(biāo)記血液流入成像層面的時間接近血液的T1時間，判斷是否為后循環(huán)TIA還是ASL誤差所導(dǎo)致的低灌注[27]。

如上所述，rCBF與PLD及ATT的關(guān)系密切。當(dāng)ATT顯著低于PLD時，標(biāo)記的質(zhì)子經(jīng)過一定的循環(huán)時間不能到達相應(yīng)的腦組織，會發(fā)生到達延遲，大量的標(biāo)記質(zhì)子存在于側(cè)支血管內(nèi)，形成了明顯的高信號[28]，利用這一特點，有研究發(fā)現(xiàn)[29]，ASL技術(shù)可以探測煙霧病的側(cè)支血流的存在和強度，同理，ASL技術(shù)已經(jīng)成功應(yīng)用于評估腦動-靜脈畸形[10]。利用ASL對微血管敏感的特點，可以提供梗死周圍側(cè)支循環(huán)的信息[29]。

因此，3D-ASL技術(shù)可提供TIA患者的灌注信息，結(jié)合MRA技術(shù)探討血管狹窄和低灌注與TIA關(guān)系，可對TIA病因診斷、治療方案的選擇、觀察療效及評價預(yù)后提供了一種新的無創(chuàng)檢查方法。

3.2 3D-ASL技術(shù)在腦梗死中的應(yīng)用

腦組織缺血性疾病中最多見的是腦梗死。在3D-ASL對急性（亞急性）腦梗死灶的顯示中：對小面積的梗死灶，3DASL顯示不敏感，這可能與病變區(qū)處于低灌注區(qū)、梗死后血管通過時間不確定有關(guān)；大面積腦梗死，有多數(shù)研究顯示會存在ASL-DWI不匹配區(qū)[23]。缺血半暗帶（Ischemic penumbra，IP）是發(fā)展為腦梗死必需探討的問題，其能量代謝保存而血供受抑制，明確并恢復(fù)IP具有積極的治療意義。有研究使用ASL-DWI不匹配區(qū)為IP，但也有研究認為其存在過度評估，因ASL反映腦缺血狀態(tài)更敏感，而且ASL-DWI不匹配區(qū)除包含IP也存在良性灌注不足[30-31]。但如前所述，腦血流低灌注區(qū)會受PLD及ATT的影響，所以利用ASL-DWI不匹配區(qū)來評估IP還有待進一步研究。但可以明確的是，盡管灌注范圍會存在顯示的變化，ASL仍然可以對大面積梗死敏感地發(fā)現(xiàn)低灌注區(qū)域。對于慢性腦血管病患者，有初步研究表明，3D-ASL與乙酰唑胺注射或CO2聯(lián)合使用，能夠評價腦血管發(fā)生舒張和收縮的能力即腦血管反應(yīng)性且可重復(fù)性好[27]。

動態(tài)磁敏感對比成像（Dynamic susceptibility contrast，DSC）一直以來作為灌注成像的常用手段，一些定量研究[32]顯示腦梗死低灌注區(qū)ASL-CBF值與DSC-CBF及峰值時間（TTP）在前循環(huán)的急性腦卒中患者中相關(guān)性最高，同時TTP也是DSC中多參數(shù)圖像中反映缺血性腦梗死最敏感的指標(biāo)，主要反映病灶區(qū)血流達峰時間延遲，所以在一定程度上ASL-CBF與DSC-TTP有更好的關(guān)聯(lián)性[1]。同時也有研究表明，當(dāng)rASL低于0.585，它可以以中度精準(zhǔn)度預(yù)測CBF的減少，而當(dāng)rASL減低到0.585～0.9，則可以預(yù)測MTT的延長，所以根據(jù)rASL的數(shù)值，我們可以推測DSC的灌注圖[1]。DSC也有一部分缺點如對比劑不能自由通過血腦屏障，當(dāng)注射速率過高可導(dǎo)致對比劑外滲及釓對比劑可誘發(fā)腎源性纖維化，相比之下，對于有禁忌癥的患者可采用3D-ASL技術(shù)。所以說3D-ASL在ASL-DWI不匹配區(qū)的IP還有一定局限性，對于檢查受限的患者，3D-ASL一定程度上可成為代替DSC[16]。同時對于急性腦梗死在溶栓之后，3D-ASL序列還可以及時反映缺血梗死區(qū)域的血流灌注恢復(fù)情況，發(fā)現(xiàn)有無血流灌注增高的區(qū)域，有利于全面評估腦組織的血流灌注信息[33]。

3.33 D-ASL在ICVD應(yīng)用的不足

盡管3D-ASL在TIA和腦卒中有一定臨床價值和廣闊的發(fā)展前景，但也存在著許多局限性。其中最重要的即是對ATT及PLD的敏感性，如上所述，在大動脈狹窄或閉塞的情況下，rCBF圖會出現(xiàn)過度灌注，選擇較長的PLD會減輕過度灌注，但其通過時間過長，降低了圖像的信噪比[16]。還有對于動脈到達時間較長的老年患者，容易導(dǎo)致降低信噪比，這意味著需要增加的信號平均和隨后較長的成像掃描。另一種情況是，如果病人身上有即使很小的金屬物質(zhì)如鐵片或牙科設(shè)備、支架或手術(shù)夾，經(jīng)常會嚴(yán)重影響磁場的均勻性，動脈的標(biāo)記被影響，形成與大動脈閉塞相似的影響[33]。還有盡管有糾正運動偽影的技術(shù)存在，掃描時間較長可能會增加患者不自主運動偽影出現(xiàn)的概率[35]。

4 總結(jié)與展望

綜上所述，3D-ASL標(biāo)記技術(shù)效率高、掃描范圍廣，配合三維全腦的采集方式增加了圖像信噪比，降低了偽影，后處理簡單，所得的CBF圖可以與MRI解剖圖像融合，顯示異常灌注信息更加準(zhǔn)確，相對于傳統(tǒng)的ASL成像具有優(yōu)勢[34]。此外，在3D-ASL基礎(chǔ)上，兼具多種應(yīng)用價值的改良技術(shù)不斷涌現(xiàn)，如血管編碼動脈自旋標(biāo)記和流速選擇動脈自旋標(biāo)記等，在一定程度上拓寬了動脈自旋標(biāo)記技術(shù)的應(yīng)用范圍[36]。

3D-ASL憑借其上述諸多特點，在ICVD的臨床及科研方面具有一定優(yōu)勢[37]。3D-ASL聯(lián)合MRA、DWI等技術(shù)不僅可以提高TIA的檢出率，還可對閉塞的血管區(qū)域評估其側(cè)支循環(huán)，評估煙霧病側(cè)支血流及其強度，對慢性ICVD患者腦血管反應(yīng)性的評價等。盡管在ICVD中還存在一定局限性，但隨著相關(guān)技術(shù)及研究的發(fā)展，3D-ASL有更廣闊的發(fā)展空間，并逐步體現(xiàn)其應(yīng)用價值[20]。

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[36]羅海龍，黃力.動脈自旋標(biāo)記的新進展及其在缺血性腦血管病的應(yīng)用[J].國際醫(yī)學(xué)放射學(xué)雜志，2014，37（1）：58-62.

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Current status and progress of 3D-ASL for ischemic cerebrovascular disease

REN Dong-qing1,HE Dan2,BIAN Jie1
(1.Department of Radiology,the Second Hospital of Dalian Medical University,Dalian Liaoning 116027,China; 2.Department of Radiology,the People’s Hospital of Liaoning Province,Shenyang 110016,China)

Recently,a noncontrast method of measuring cerebral blood flow(CBF)using 3D-arterial spin labeling(3D-ASL) has become feasible in the clinical setting.3D-ASL has a great help in the diagnosis and treatment of ischemic cerebrovascular disease.This review summarizes the 3D-ASL technology,the influence factors of CBF and the current status and progress of 3D-ASL in ischemic cerebrovascular disease.

Cerebrovascular disorders;Brain ischemia;Magnetic resonance imaging

R743.31；R445.2 [

]A [

]1008-1062（2016）10-0743-04

2016-02-02；

2016-03-22

任冬晴（1990-），女，遼寧沈陽人，碩士研究生。E-mail：746195497@qq.com

邊杰，大連醫(yī)科大學(xué)附屬第二醫(yī)院放射科，116027。E-mail：drbianjie@163.com