3D偽連續(xù)動(dòng)脈自旋標(biāo)記技術(shù)在中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病診斷中的研究進(jìn)展

劉夢(mèng)琦，陳志曄，馬林

1. 解放軍總醫(yī)院海南分院放射科，海南三亞 572013；2.解放軍總醫(yī)院放射科，北京 100853；

動(dòng)脈自旋標(biāo)記（arterial spin labeling，ASL）是一種非對(duì)比劑標(biāo)記的無(wú)創(chuàng)性腦灌注成像技術(shù)，可用于定量評(píng)估腦灌注狀態(tài)。3D偽連續(xù)動(dòng)脈自旋標(biāo)記（threedimensional pseudo-continuous arterial spin labeling，3D-pCASL）是新近發(fā)展的3D容積灌注成像技術(shù)，采用快速自旋回波序列，螺旋填充K空間，具有高分辨率的特點(diǎn)，可進(jìn)行全腦掃描，故具有較高的臨床應(yīng)用價(jià)值。本文對(duì)3D-pCASL技術(shù)相關(guān)研究進(jìn)展及其在神經(jīng)系統(tǒng)疾病診斷中的應(yīng)用進(jìn)行綜述。

1 3D-pCASL的基本原理

ASL的基本原理是對(duì)動(dòng)脈血中的氫質(zhì)子進(jìn)行射頻脈沖標(biāo)記，帶標(biāo)記的動(dòng)脈血流入成像平面進(jìn)行灌注成像，此時(shí)的圖像稱為“標(biāo)記像”，包括流入組織和靜態(tài)組織的血液信息。另外，對(duì)成像區(qū)進(jìn)行非標(biāo)記血液成像稱為“非標(biāo)記像”，同時(shí)包括靜態(tài)背景組織信息，兩者之差即為灌注像[1-2]。

目前 ASL的分類包括連續(xù)型 ASL（continuous ASL，CASL）[3]及脈沖型ASL（pulsed ASL，PASL）。CASL具有信噪比高、掃描范圍大等優(yōu)點(diǎn)，但對(duì)硬件要求較高，目前臨床應(yīng)用較少。PASL臨床常用的序列包括血流敏感性的交替反轉(zhuǎn)恢復(fù)（flow sensitive alterna inversion recovery，F(xiàn)AIR）[4]及 3D-pCASL 序列[5]。FAIR技術(shù)采用EPI序列進(jìn)行掃描，圖像分辨率低，掃描參數(shù)有限，目前基本已退出臨床使用。3D-pCASL是一項(xiàng)新近推出的全腦灌注成像技術(shù)，基于FSE序列，圖像偽影較小[5]。該技術(shù)采用3D采集，可有效提高圖像的信噪比；采用螺旋采集填充K空間可有效加快掃描速度；同時(shí)進(jìn)行連續(xù)標(biāo)記，提高了標(biāo)記效率。

2 3D-pCASL的可重復(fù)性及與PET-CT一致性

盡管腦溝的腦脊液及背景生理性噪聲對(duì) 3D-pCASL的結(jié)果可能有一定的影響，但不同設(shè)計(jì)的可重復(fù)性檢驗(yàn)研究證實(shí)3D-pCASL具有較高的可重復(fù)性。既往研究對(duì)皮層下灰質(zhì)進(jìn)行分割，進(jìn)而自動(dòng)計(jì)算出皮層下灰質(zhì)結(jié)構(gòu)的腦血流量（cerebral blood flow，CBF）值，結(jié)果顯示相同受試者不同時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行3D-pCASL檢查，CBF值具有較高的組內(nèi)相關(guān)系數(shù)值，提示可重復(fù)性較高[6]。因此，基于腦圖像分割提取腦組織CBF值的方法可以避免傳統(tǒng)的感興趣法測(cè)量所引起的主觀偏倚，值得臨床推廣。劉夢(mèng)琦等[6]采用3D-pCASL對(duì)健康成人全腦灌注進(jìn)行可重復(fù)性研究發(fā)現(xiàn)，無(wú)論 MR設(shè)備是否相同，3D-pCASL對(duì)全腦CBF值的評(píng)估均具有較高的可重復(fù)性。采用3D-pCASL序列對(duì)局部腦組織，如視覺(jué)皮層的CBF值測(cè)量進(jìn)行可重復(fù)性檢驗(yàn)證實(shí)，經(jīng)過(guò)校正后的3D-pCASL具有較高的可重復(fù)性，適用于多中心或神經(jīng)眼科疾病的長(zhǎng)期隨訪觀察[7]。Xu等[8]研究發(fā)現(xiàn)，3D-pCASL與15O-Water PET灌注具有較高的一致性，可用于無(wú)創(chuàng)活體評(píng)估阿爾茨海默病患者腦部早期病理生理改變。同時(shí)，既往研究證實(shí)3D-pCASL與PET/CT在腦部腫瘤性疾病、炎性脫髓鞘、代謝性疾病等灌注評(píng)估中的一致性較高[9]。

3 3D-pCASL在腦腫瘤診斷中的應(yīng)用

臨床實(shí)踐中通常采用動(dòng)態(tài)磁敏感對(duì)比劑灌注成像（dynamic susceptibility contrast-enhanced perfusion weighted imaging，DSC-PWI）對(duì)神經(jīng)上皮腫瘤進(jìn)行分級(jí)，但DSC-PWI的缺點(diǎn)是采用EPI序列進(jìn)行掃描，分辨率較低，靠近顱底的部位磁敏感偽影重，影響腫瘤CBF值的測(cè)量。3D-pCASL技術(shù)可有效克服上述缺點(diǎn)，同時(shí)無(wú)需注射MR對(duì)比劑，尤其適用于腎功能不全患者。3D-pCASL可替代 DSC-PWI進(jìn)行星型細(xì)胞瘤的良惡性分級(jí)，準(zhǔn)確性可達(dá)到86%；而結(jié)合擴(kuò)散加權(quán)成像（diffusion weighted imaging，DWI）進(jìn)行良惡性分級(jí)時(shí)，準(zhǔn)確性可以達(dá)到95%[10]。同時(shí)，3D-pCASL與 DSC-PWI之間也具有較好的相關(guān)性（r=0.81，P＜0.001）[11]。另一項(xiàng)研究表明，3D-pCASL診斷后顱窩腫瘤良惡性的敏感性及特異性分別為96%、97%；診斷大腦半球腫瘤良惡性的敏感性及特異性分別為90%、93%，截?cái)嘀禐?50 ml/（min·100 g）[12]。相關(guān)性分析證實(shí)，腫瘤的 CBF值與微血管密度顯著相關(guān)（r=0.66，P＜0.001）。總之，3D-pCASL可有效用于神經(jīng)上皮腫瘤分級(jí)，灌注越高，級(jí)別越高（圖1），且灌注的高低與患者生存時(shí)間成反比[13]；同時(shí)也可用于預(yù)測(cè)腦腫瘤的微血管密度[14]。

圖1 女，44歲，右側(cè)額葉膠質(zhì)母細(xì)胞瘤（IV級(jí)），呈混雜長(zhǎng)T2信號(hào)影，3D-pCASL灌注成像呈顯著高灌注。A.橫軸位T2WI；B.橫軸位3D-pCASL；箭示腫瘤

除神經(jīng)上皮腫瘤分級(jí)外，3D-pCASL也可用于診斷其他腦部腫瘤。鞍旁腦膜瘤與鞍旁海綿狀血管瘤有時(shí)鑒別困難，而不同的診斷結(jié)果將影響后續(xù)治療方案的選擇。鞍旁腦膜瘤一般采用手術(shù)切除治療，鞍旁海綿狀血管瘤一般需要先進(jìn)行放療再手術(shù)治療，因此術(shù)前準(zhǔn)確診斷顯得尤為重要。研究表明，腦膜瘤的灌注顯著高于海綿狀血管瘤，可以用于鑒別兩者，尤其是當(dāng)兩者常規(guī)MR表現(xiàn)相似時(shí)[15]。但由于此區(qū)域DSCPWI采用平面回波成像，顱底的磁敏感偽影較重，圖像顯示較差；而3D-pCASL采用自旋回波采集，圖像分辨率高，偽影較少。因此，3D-pCASL可以較好地評(píng)估兩者的灌注情況，進(jìn)而達(dá)到鑒別的目的。

4 3D-pCASL在缺血性腦血管病中的應(yīng)用

缺血性腦血管病指腦供血不足，腦組織處于缺氧狀態(tài)所導(dǎo)致的一類疾病，包括短暫性腦缺血發(fā)作（transient ischemic attack，TIA）、急性腦梗死、慢性腦血管病等。3D-pCASL可準(zhǔn)確反映腦組織的灌注情況（圖2），為腦血管病的早期診斷及預(yù)后評(píng)估提供重要診斷線索。

TIA指局部腦血流灌注不足引起的突發(fā)腦功能損傷，通常持續(xù)時(shí)間小于24 h。由于缺乏客觀的診斷標(biāo)準(zhǔn)，TIA的診斷主要依賴于臨床ABCD2評(píng)分[16]。TIA與腦卒中的區(qū)別在于腦組織是否發(fā)生梗死。DWI目前是診斷急性腦卒中的“金標(biāo)準(zhǔn)”，即急性腦梗死在DWI顯示為顯著高信號(hào)；而對(duì)于具有臨床癥狀而DWI為陰性的患者，DWI的評(píng)估存在局限性。Kleinman等[17]研究提示ASL可有效提高TIA患者腦部缺血性病變的檢出率。張麗等[18]研究發(fā)現(xiàn)，3D-ASL聯(lián)合DWI檢查可以更好地確診TIA，追蹤病情改變，應(yīng)作為TIA診斷的常規(guī)掃描序列。

圖2 男，49歲，病變位于左側(cè)基底節(jié)區(qū)、額葉、顳葉及頂葉，DWI呈顯著高信號(hào)，3D-pCASL左側(cè)大腦半球呈低灌注，范圍明顯大于DWI梗死區(qū)。A.橫軸位DWI；B.橫軸位3D-pCASL

3D-pCASL在急性腦梗死中的主要應(yīng)用價(jià)值是評(píng)估對(duì)缺血半暗帶（ischemic penumbra，IP）。IP指灌注成像上低灌注區(qū)域減去DWI上高信號(hào)的梗死核心區(qū)[19]。灌注成像通常達(dá)峰時(shí)間小于 6 s，并伴有腦血容量下降（＜55%）及CBF值下降（＜25%）[20]。邢飛等[21]對(duì)34例急性腦卒中患者行3D-pCASL及DSC-PWI檢查發(fā)現(xiàn)，兩者對(duì)IP的評(píng)估具有較好的一致性，與既往研究結(jié)果一致[22-23]。

3D-pCASL可有效評(píng)估腦卒中患者血管遠(yuǎn)端分支的閉塞，尤其是 MRA陰性患者。Majer等[24]研究發(fā)現(xiàn)，MRA陰性患者中，65%（11/17）3D-pCASL可觀察到遠(yuǎn)端分支閉塞，可能與慢血流有一定的關(guān)系。臨床實(shí)踐中也可觀察到3D-pCASL反映生理狀態(tài)下的血流灌注信息，敏感性高于DSC-PWI。生理狀態(tài)下，如達(dá)峰時(shí)間延遲，DSC-PWI的腦血容量及CBF圖均可表現(xiàn)為正常，而3D-pCASL的CBF圖可表現(xiàn)為明顯灌注減低。

標(biāo)記時(shí)間（post labeling delay，PLD）是 3D-pCASL掃描時(shí)的一個(gè)重要參數(shù)，一般與血流速度成反比。Akiyama等[25]采用雙期PLD（PLD的時(shí)間分別為1.5 s、2.5 s）發(fā)現(xiàn)，PLD為1.5 s時(shí)灌注減低的區(qū)域在2.5 s時(shí)升高，雙期 PLD掃描方法同時(shí)可計(jì)算逆向血流百分比，對(duì)側(cè)支循環(huán)血流量?jī)?chǔ)備進(jìn)行評(píng)估[26]。

5 3D-pCASL在偏頭痛診斷中的應(yīng)用

3D-pCASL作為一種無(wú)需對(duì)比劑即可進(jìn)行全腦容積灌注成像技術(shù)，近年來(lái)逐漸用于評(píng)估偏頭痛的腦血流變化。Gil-Gouveia等[27]對(duì)13例無(wú)先兆性偏頭患者研究發(fā)現(xiàn)，偏頭痛發(fā)作期與間隙期比較，全腦或局部腦灌注無(wú)明顯差異，由此提示不伴有先兆發(fā)作的偏頭痛疼痛期與腦灌注改變無(wú)關(guān)。Wolf等[28]對(duì)2例先兆性偏頭痛及2例頭痛早期患者進(jìn)行3D-pCASL研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)先兆性偏頭痛患者發(fā)作期可觀察到高灌注及低灌注腦區(qū)，而在頭痛早期僅觀察到局部高灌注腦區(qū)，因此3D-pCASL可用于評(píng)估先兆性偏頭痛患者腦部灌注的可逆變化。Burns等[29]研究發(fā)現(xiàn)，持續(xù)先兆性偏頭痛患者發(fā)病3 h后整個(gè)左側(cè)大腦半球表現(xiàn)為低灌注；而在持續(xù)先兆癥狀28 h時(shí)，左側(cè)額葉恢復(fù)為正常灌注，而左側(cè)頂枕葉表現(xiàn)為低灌注。Law-Ye等[30]研究發(fā)現(xiàn)，先兆性偏頭痛發(fā)作期主要表現(xiàn)為腦灌注減低，可累及前、后循環(huán)。Hodkinson等[31]對(duì)間歇期偏頭痛患者進(jìn)行ASL灌注成像研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)右側(cè)初級(jí)軀體感覺(jué)皮質(zhì)的相對(duì)CBF減低，CBF值的變化與發(fā)作頻率呈正相關(guān)，此結(jié)果證實(shí)偏頭痛患者存在三叉-皮層通路的疾病特異性功能缺陷，可能與功能重塑所致有關(guān)，此結(jié)果也可部分解釋偏頭痛發(fā)作時(shí)的感覺(jué)變化。Pollock等[32]研究發(fā)現(xiàn)，11例偏頭痛患者中3例發(fā)作期表現(xiàn)為皮層高灌注。

3D-pCASL也可用于評(píng)估藥物療效。Kato等[33]對(duì)1例32歲的偏頭痛患者發(fā)作1 h后進(jìn)行ASL灌注成像，發(fā)現(xiàn)雙側(cè)內(nèi)側(cè)丘腦、下丘腦呈低灌注，雙側(cè)額葉皮層呈高灌注?？诜? h后再次進(jìn)行ASL成像，發(fā)現(xiàn)雙側(cè)內(nèi)側(cè)丘腦及下丘腦灌注得到改善，提示下丘腦及鄰近區(qū)域參與偏頭痛的發(fā)作。

6 結(jié)束語(yǔ)

3D-pCASL作為一種全新的容積灌注成像已廣泛應(yīng)用于神經(jīng)系統(tǒng)疾病的研究，如神經(jīng)上皮腫瘤分級(jí)[12]、腦血管病的血流儲(chǔ)備及灌注評(píng)估[23-24]、偏頭痛的評(píng)估[25,34]等。盡管臨床應(yīng)用較為廣泛，但也存在一些問(wèn)題，如敏感性過(guò)高而導(dǎo)致過(guò)度評(píng)估的問(wèn)題、PLD時(shí)間尚無(wú)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)等。三維腦結(jié)構(gòu)分割及配準(zhǔn)、基于體素的統(tǒng)計(jì)學(xué)分析、高級(jí)神經(jīng)影像后處理等技術(shù)的發(fā)展為準(zhǔn)確測(cè)量目標(biāo)腦區(qū)的CBF值及精準(zhǔn)統(tǒng)計(jì)提供了契機(jī)，有望成為3D-pCASL的一站式分析評(píng)估的重要工具。