三維準連續(xù)動脈自旋標記技術(shù)中不同PLD值對單側(cè)大腦中動脈狹窄或閉塞患者腦血流灌注的評估

杜慧，王夢辰，陳敦超，尚勁，劉揚穎秋，王銘義，宋清偉，苗延巍

缺血性腦血管病最常見的病因是由顱內(nèi)大動脈狹窄或閉塞引起血流動力學(xué)障礙，進而造成腦組織血流灌注減低。目前，三維準連續(xù)動脈自旋標記技術(shù)(3D pseudo-continuous arterial spin labeling，3D pCASL)已經(jīng)進入了臨床應(yīng)用階段[1]來評價缺血性腦血管病患者的腦灌注水平。該技術(shù)在減少圖像變形的前提下提高了圖像信噪比、保證了圖像質(zhì)量、縮短了掃描時間。以往臨床研究建議，對于健康人群，標記延遲時間(post labeling delay，PLD)應(yīng)設(shè)置為1.5 s[2]。但是，對缺血性腦血管病患者而言，由于動脈傳輸時間的延長及側(cè)支循環(huán)的形成，不同的PLD可能會對血流灌注的評估存在差異。然而，目前關(guān)于此方面的報道還較少。因此，筆者選取單側(cè)大腦中動脈(middle cerebral artery，MCA)嚴重狹窄或閉塞的患者，探討不同PLD時3D pCASL對腦血流灌注定量分析的差異及其與臨床狀態(tài)的關(guān)聯(lián)性。

1 材料與方法

1.1 一般資料

回顧性分析2015年5月至2017年5月期間，30例經(jīng)MRA或CTA診斷為單側(cè)MCA嚴重狹窄或閉塞的患者。入組標準：(1)具備齊全的顱腦MRI圖像資料：T1WI、T2WI、T2 FLAIR、MRA、DWI及3D pCASL；(2)檢查前1 h內(nèi)患者無飲酒、喝咖啡、吸煙以及劇烈運動；(3)所有患者行MRI檢查前均未進行溶栓治療。排除標準：(1)顱腦創(chuàng)傷或術(shù)后、患有腫瘤、嚴重精神疾病、自身免疫性疾病等可能影響患者腦血流量的疾病；(2)影像學(xué)檢查(MRI或CT)顯示腦出血征象；(3)頸動脈狹窄或閉塞；(4)有MR檢查禁忌證者，如體內(nèi)含有心臟起搏器等植入物、妊娠期、幽閉恐懼等。30例患者中，平均年齡(62±13)歲(27～86歲)，女10例，男20例。

1.2 檢查方法

采用美國GE Signa Excite HD 1.5 T超導(dǎo)MRI儀及8通道頭頸聯(lián)合線圈，患者取仰臥位，掃描基線平行于前-后聯(lián)合連線，行全腦MR掃描。掃描序列包括：MRI常規(guī)序列(矢狀位和軸位T1WI、軸位T2WI、軸位T2 FLAIR)、三維時間飛躍法磁共振血管成像(three-dimensional time of flight magnetic resonance angiography，3D-TOFMRA)、軸位擴散加權(quán)成像(diffusion weighted imaging，DWI)、3D pCASL。其中，3D pCASL掃描參數(shù)：使用3D螺旋采集準連續(xù)脈沖、背景抑制序列掃描，PLD分別為1525 ms、2525 ms(簡化為1.5 s和2.5 s)，TR 4546 ms (PLD=1.5 s)，TR 5285 ms (PLD=2.5 s)，TE 10.5 ms，視野24 cm×24 cm，層厚4 mm，層距0 mm；成對的標記圖像及控制圖像60組，矩陣512×8，反轉(zhuǎn)角111°，激勵次數(shù)3，掃描時間4 min 29 s。

1.3 病例分組

將30例患者按照DWI及ADC信號不同，分為2組：DWI圖病灶呈明顯高信號且ADC圖呈明顯低信號，記為DWI (+)組；DWI及ADC圖信號未見明顯異常，記為DWI (-)組。 DWI (+)組(n=18)，男12例，女6例，平均年齡為(62±7)歲。DWI (-)組(n=12)，男8例，女4例，平均年齡為(62±18)歲。兩組間年齡差異無統(tǒng)計學(xué)(t=0.01，P=0.99)。

1.4 圖像后處理及數(shù)據(jù)分析

將3D pCASL原始數(shù)據(jù)傳至GE ADW 4.6工作站，采用Functool 2軟件包進行后處理，重建腦血流量(cerebral blood flow，CBF)圖，再與T2WI圖像疊加，以T2WI序列作為解剖結(jié)構(gòu)參考圖，結(jié)合DWI，確定梗死灶的范圍及位置。在CBF圖和DWI重建圖，即平均表觀彌散系數(shù)(apparent diffusion coefficient，ADC)圖上人工手動逐層繪制感興趣區(qū)(region of interest，ROI)。DWI (+)組，選取梗死最大層面及其上、下相鄰層面勾畫ROI；DWI (-)組，在基底節(jié)層面和半卵圓中心層面選取責(zé)任側(cè)MCA供血區(qū)勾畫ROI。ROI選取時，避開鄰近大血管、骨骼、竇腔空氣及腦組織邊緣。分別測量并記錄CBF值、ADC值及低灌注面積相對值(低灌注面積/同層同側(cè)半球的面積，閾值為0.46)、DWI高信號面積相對值(高信號面積/同層同側(cè)半球的面積)，測量3次并取其平均值作為最終測量值。全部圖像由研究者和1名MRI資深神經(jīng)放射學(xué)醫(yī)師在不知道其臨床詳細資料與結(jié)果的前提下分別獨立進行測量，對于兩人得出的結(jié)果進行一致性分析。

1.5 神經(jīng)功能評分

本研究中患者的臨床狀態(tài)評估依據(jù)美國國立研究院腦卒中評定表(National Institute of Health Stroke Scale，NIHSS)[3]，在患者MRI檢查前6 h內(nèi)由1名資深的神經(jīng)內(nèi)科醫(yī)生測量NIHSS評分，共16例患者進行了NIHSS評分。

1.6 統(tǒng)計學(xué)分析

應(yīng)用SPSS 19.0軟件包進行統(tǒng)計學(xué)處理。所有計量資料以均數(shù)±標準差表示。使用組間相關(guān)系數(shù)(interclass correlation coefficient，ICC)法檢驗評估兩位觀察者測量數(shù)據(jù)的一致性。使用Shapiro-Wilk檢驗各組數(shù)據(jù)的正態(tài)性。DWI (+)組、DWI (-)組之間CBF值差異性采用獨立樣本t檢驗分析；兩組組內(nèi)CBF1.5值和CBF2.5值的差異性采用配對樣本t檢驗分析；不同PLD所示的低灌注面積相對值與DWI高信號面積相對值的差異性采用配對樣本t檢驗分析。使用卡方檢驗分析兩組患者的低灌注檢出率差異。使用Pearson相關(guān)分析法評估CBF值與ADC值的相關(guān)性；使用Spearman相關(guān)分析法分析CBF值與NIHSS評分的相關(guān)性。P＜0.05定義為有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

由組間相關(guān)系數(shù)分析可見，2名觀察者的所有測量結(jié)果具有很好的一致性(ICC=0.98，P＜0.05)。

2.1 CBF值及ADC值組間及組內(nèi)差異

兩組患者CBF1.5、CBF2.5值及ADC值見表1。采用配對樣本t檢驗進行統(tǒng)計學(xué)分析，可見無論是整體受試者還是DWI (+)組抑或DWI (-)組，CBF1.5值均明顯低于CBF2.5值(t=-7.207，P=0.000；t=-7.071，P=0.000；t=-3.641，P=0.004)。采用獨立樣本t檢驗進行統(tǒng)計學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)DWI (+)組的CBF1.5值、CBF2.5值明顯低于DWI(-)組，前者的ADC值也顯著低于后者(t=-8.243，P=0.000；t=-5.536，P=0.000；t=-10.764，P=0.000)。

2.2 低灌注檢出率及面積差異

PLD=1.5 s時，22例患者清晰顯示低灌注區(qū)，其中DWI (+)組18例，DWI (-)組4例，而低灌注面積相對值為0.59±0.11；PLD=2.5 s時，7例患者清晰顯示低灌注區(qū)，其中DWI (+)組6例，DWI (-)組1例，低灌注面積相對值為0.21±0.09?？ǚ綑z驗顯示，PLD=1.5 s時低灌注區(qū)的檢出率明顯高于PLD=2.5 s時(χ2=7.239，P=0.007)。采用配對樣本t檢驗發(fā)現(xiàn)PLD=1.5 s時低灌注面積相對值明顯大于PLD=2.5 s時(t=4.200，P=0.006) (圖1，2)。采用配對樣本t檢驗進行統(tǒng)計學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，DWI (+)組平均高信號區(qū)面積相對值為0.12±0.05，明顯小于PLD=1.5 s低灌注面積相對值(t=4.622，P=0.001)，但與PLD=2.5 s低灌注面積相對值無顯著差異性(t=2.282，P=0.71) (圖2)。

表1 兩組CBF1.5、CBF2.5值及ADC值(x±s)Tab. 1 The values of CBF1.5, CBF2.5 and ADC

表1 兩組CBF1.5、CBF2.5值及ADC值(x±s)Tab. 1 The values of CBF1.5, CBF2.5 and ADC

分組 CBF1.5 CBF2.5 ADC值 t值 P值[ml·(100 g·min)-1] [ml·(100 g·min)-1] (mm2/s，×10-3)DWI (+) 14.97±4.64 26.40±6.24 0.57±0.04 -7.071 0.000 DWI (-) 33.00±7.37 38.31±4.96 0.82±0.07 -3.641 0.004 t值 -8.243 -5.536 -10.764 － －P值 0.000 0.000 0.000 － －

2.3 CBF值與ADC值、NIHSS評分的關(guān)系

Pearson相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)DWI (+)組CBF2.5值和ADC值具有中度正相關(guān)性(r=0.50，P=0.035)(圖3)；同時，Spearman相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)CBF1.5值和NIHSS評分具有中度負相關(guān)性(r=-0.55，P=0.028)(圖4)。

3 討論

3.1 PLD的選擇

ASL因其具有無侵襲性、無放射性、簡單易行、可重復(fù)等優(yōu)勢已經(jīng)較廣泛應(yīng)用于臨床，尤其在缺血性腦血管病方面。按照成像原理，ASL技術(shù)可分為連續(xù)式動脈自旋標記(continuous arterial spin labeling，CASL)、脈沖式動脈自旋標記(pulsed arterial spin labeling，PASL)和流速選擇式動脈自旋標記(velocityselective arterial spin labeling，VSASL)。3D pCASL采用螺旋K空間并行采集方式，使用3D快速自旋回波讀出，在較長的周期中利用多個短射頻脈沖有效地標記動脈血，成像范圍覆蓋全腦并且抑制靜態(tài)組織背景信號，有效克服了平面回波成像帶來的運動偽影和磁敏感效應(yīng)[4]。

PLD指在3D pCASL中施加翻轉(zhuǎn)脈沖結(jié)束后到采集圖像的時間，合適的PLD對于臨床應(yīng)用3D pCASL至關(guān)重要。當PLD小于或大于動脈通過時間(arterial transit time，ATT)時，可能低估或高估CBF值，無法真實評價腦血流灌注狀態(tài)[5-8]。本研究中采用兩個PLD ，即1.5 s及2.5 s，對缺血性腦血管病的低灌注狀態(tài)及側(cè)支循環(huán)進行初步研究。已有研究表明，相比較其他MR灌注方法，PLD為1.5 s時pCASL測得的CBF值與金標準xeCT的測量結(jié)果相關(guān)性最高[6]。近期，也有國外專家團隊推薦在pCASL臨床應(yīng)用中可以只選取一個PLD，基于被試者的年齡，PLD從1500 ms到2000 ms之間即可[9]。然而，該研究又提出，如果要更精確地定量CBF，采用多個PLD是必要的?！秳用}自旋標記腦灌注MRI技術(shù)規(guī)范化應(yīng)用專家共識》[10]同樣指出，對于腦血管病患者盡可能使用多個PLD成像才能準確評估血流灌注。本研究對象為缺血性腦血管病患者，根據(jù)疾病的病理生理改變，其ATT會延長。因此，筆者認為PLD=1.5 s雖然可以顯示大血管狹窄或閉塞引起的低灌注改變；但是，由于血管狹窄或閉塞引起前向血流或逆向側(cè)支循環(huán)流速緩慢，ATT延長，PLD 1.5 s無法確切評估慢速血流狀態(tài)，需要增加一個相對長的PLD。而有研究報道當PLD大于3 s時，獲取可靠的CBF值是不可行的[11]，可能是因為過長的PLD會使T1衰減引起信噪比減少所致。因此，本研究選擇PLD=2.5 s期望可以更準確地定量側(cè)支循環(huán)代償以后的腦灌注水平。Lyu等[12]使用3D pCASL評估單側(cè)大腦中動脈狹窄時前向血流及側(cè)支血流的研究中，發(fā)現(xiàn)PLD=1.5 s時的血流灌注及PLD=2.5 s時的血流灌注分別與數(shù)字剪影血管造影術(shù)(digital subtraction angiography，DSA)圖像上的前向血流、側(cè)支血流具有很好的相關(guān)性，他們認為雙PLD的3D pCASL技術(shù)在腦血管病的血流灌注評估具有很大的價值。

3.2 不同PLD時3D pCASL檢出灌注的差異及意義

筆者發(fā)現(xiàn)，無論對于整體受試者，還是對于DWI (+)及DWI (-)者，CBF1.5值均低于CBF2.5值，而且PLD 1.5時低灌注區(qū)的檢測率高，面積相對大。分析原因主要是：(1)顱內(nèi)大動脈狹窄或閉塞，引起血流灌注壓降低，流速減慢；(2)顱內(nèi)大動脈狹窄或閉塞，側(cè)支循環(huán)形成時，由于側(cè)支血管纖細，路徑遠，導(dǎo)致有效流速降低，這兩種情況都會引起ATT延長。使用PLD=1.5 s時，被標記的血流未能充分進入觀察平面的腦組織，表現(xiàn)為低灌注[4]；PLD=2.5 s時，已經(jīng)被標記的血流全部或部分進入觀察平面，血流灌注值會有所升高。Lyu等[12]研究發(fā)現(xiàn)患側(cè)PLD 1.5 s的CBF值明顯低于2.5 s (P＜0.05)。這與本組結(jié)果一致。由此結(jié)果筆者初步認為，PLD 1.5 s時的3D pCASL可以較敏感地顯示低灌注，而PLD 2.5 s時的3D pCASL可以更好地顯示慢速血流狀態(tài)，即側(cè)支循環(huán)狀態(tài)。

同時也發(fā)現(xiàn)，在DWI (+)組內(nèi)CBF2.5值和 ADC值具有中度正相關(guān)性。在腦梗死中，DWI高信號往往提示梗死灶，其ADC值降低，而明顯降低的CBF2.5值與ADC值具有關(guān)聯(lián)性提示局部嚴重低灌注狀態(tài)是梗死的原因，也間接表明CBF2.5值更能反映腦血流灌注。而CBF1.5值和NIHSS評分具有中度負相關(guān)性，提示CBF1.5值可以更好地反映患者的臨床狀態(tài)，作為評估臨床狀態(tài)的一個指標。Chalela等[13]用連續(xù)動脈自旋標記灌注成像(continuous arterial spin labeling-perfusion weighted imaging，CASL-PWI)技術(shù)對15例急性腦缺血發(fā)作24 h內(nèi)的患者進行腦血流灌注的研究也發(fā)現(xiàn)患側(cè)CBF值與NIHSS評分具有相關(guān)性(P=0.037)，這與本研究結(jié)果一致。

3.3 局限性

本研究仍存在著一些不足，主要有：(1)測量CBF值及ADC值，不同PLD低灌注區(qū)面積及DWI高信號區(qū)面積時，采用經(jīng)驗性手繪ROI的方式，不僅易受操作者主觀影響，存在肉眼誤差，而且可能存在著一些影響取值的區(qū)域。(2)本研究中的病例數(shù)相對較少，且未對患者進行隨訪及改良的Rankin量表(modified Rankin scale，mRS)評分。(3)由于側(cè)支血流所導(dǎo)致的ATT增加，病灶區(qū)域大動脈內(nèi)的剩余標記磁化的作用使得信號變化加大，這與腦梗死患者的過度灌注難以區(qū)別。

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