ASL 灌注成像技術(shù)基本原理及在腦小血管疾病的研究進(jìn)展

曲正偉，姜興岳（通訊作者）

（濱州醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院放射科 山東 濱州 256600）

腦組織的血流灌注在腦的正常生理代謝中具有關(guān)鍵作用，當(dāng)血管閉塞或血栓形成，因腦組織對(duì)缺血缺氧敏感性高，會(huì)發(fā)生腦缺血改變，同時(shí)引起腦灌注異常的影像表現(xiàn)。近年來，隨著腦灌注成像的發(fā)展，其評(píng)價(jià)CSVD 的血流及功能情況，在臨床診斷及評(píng)估預(yù)后有著重要的意義[1-2]。最常用來反映顱腦MR 灌注有三種方式：一種是使用外源性對(duì)比劑的動(dòng)態(tài)磁敏感對(duì)比增強(qiáng)技術(shù)，經(jīng)靜脈團(tuán)注的方法，具有一定創(chuàng)傷。另一種是Bold-fMRI，主要用于腦的功能成像[3]。最后一種MR 灌注技術(shù)是ASL，其具備無創(chuàng)、無需對(duì)比劑、成本低廉等優(yōu)勢(shì)測(cè)量腦內(nèi)血流灌注。

1 ASL技術(shù)概述

1.1 技術(shù)原理

ASL 基本原理是選擇血液中水質(zhì)子作示蹤劑，用特定射頻脈沖，對(duì)供血?jiǎng)用}進(jìn)行標(biāo)記，經(jīng)過延遲時(shí)間，當(dāng)標(biāo)記血流進(jìn)入成像層面圖像被采集。標(biāo)記像是包含組織信號(hào)及部分流入組織血液信號(hào)，因?yàn)榇蟛糠盅盒盘?hào)被飽和，沒有恢復(fù)。對(duì)照像包括組織固有信號(hào)和流入組織血流信息，為消除組織固有信號(hào)，用控制像減標(biāo)記像可得灌注圖像[4]。ASL 依靠減影成像導(dǎo)致其信噪比低，為獲得更高信噪比[5]，通常使用單發(fā)射3D 采集圖像方式，或多次采集信號(hào)取平均值等。ASL僅有腦血流量（cerebralblood flow，CBF）值這一個(gè)灌注參數(shù)，且CBF 為最多使用的評(píng)估參數(shù)。目前，ASL 主要用于顱腦臨床診斷及功能研究，如腦腫瘤、腦血管疾病等。

1.2 技術(shù)分類

Williams 和Detre 在1992 年首次提出ASL 技術(shù)[6]，根據(jù)標(biāo)記質(zhì)子方法差異，將ASL 技術(shù)分三種：脈沖式ASL、連續(xù)式ASL 和偽連續(xù)ASL；隨著MR 技術(shù)的發(fā)展，為了更高的信噪比，產(chǎn)生了許多新型的標(biāo)記和成像技術(shù)，例如選擇性動(dòng)脈自旋標(biāo)記（selective ASL，SASL）、多模態(tài)場(chǎng)強(qiáng)聯(lián)合ASL 等，這些新技術(shù)拓寬了ASL 的應(yīng)用范圍，為中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的發(fā)展提供了保障。

1.3 圖像采集及進(jìn)展

pCASL 采用多元化采集，將螺旋 K 空間技術(shù)完美應(yīng)用，同時(shí)把高磁化率梯度自旋回波和穩(wěn)態(tài)自由進(jìn)動(dòng)等采集方式結(jié)合，是成像更加清晰。臨床使用3D 全腦容積成像，提高血管標(biāo)記效率，增強(qiáng)圖像信噪比[7]，同時(shí)弱化磁化傳遞效應(yīng)[8]。

2 腦小血管病概述

2.1 腦小血管病的定義及其分類：

“CSVD” 是根據(jù)中樞影像、病理及其相關(guān)臨床認(rèn)知及癥狀的綜合征[9]。CSVD 指由腦穿支動(dòng)脈、毛細(xì)血管血栓等引起腦組織低灌注狀態(tài)下缺血缺氧而引發(fā)的一系列疾病，主要包括短暫性腦缺血發(fā)作、腦梗死、腦微出血及萎縮、血管源性白質(zhì)旁高信號(hào)及血管周圍間隙的擴(kuò)大等[10]。

2.2 腦小血管病發(fā)病機(jī)制

主要研究發(fā)病機(jī)制如下：（1）缺血：小動(dòng)脈的血栓或狹窄、閉塞，例如血管管壁硬化，自主調(diào)節(jié)機(jī)制損壞等。（2）腦血管內(nèi)皮細(xì)胞彌漫性破壞（主要是指腦內(nèi)血腦屏障失調(diào)），引起外來物質(zhì)進(jìn)入血管，使血管壁完整性得到破壞[11]。炎癥、膠質(zhì)增生等破壞了血管壁自主調(diào)節(jié)系統(tǒng)。在病變后期，血管管腔狹窄或閉塞，導(dǎo)致腦組織缺血改變。

3 ASL技術(shù)在腦小血管病中應(yīng)用

3.1 急性腦缺血、梗死

腦缺血發(fā)生后，缺血半暗帶（ischemic penumbra，IP）的發(fā)現(xiàn)及檢出對(duì)腦梗死的診療及預(yù)后有重要作用[12]。Chalela 等[13]對(duì)15 例急性腦梗病人行ASL 檢查，發(fā)現(xiàn)ASL 可反映急性腦缺血區(qū)低灌注，且低灌注與臨床表現(xiàn)及DWI 的異常表現(xiàn)是一致的。Huang 等[14]學(xué)者對(duì)39 例腦梗病人行ASL 及DSC 檢查，發(fā)現(xiàn)ASL 與DSC 灌注成像參數(shù)對(duì)CSVD 患者，血流異常灌注范圍基本一致。Bivard 等[15]將58 例超急性腦梗病人（時(shí)間小于6h）進(jìn)行研究，證實(shí)ASL能夠更好的反映IP 的存在。

3.2 短暫性腦缺血發(fā)作

短暫性腦缺血發(fā)作（Transient ischemic attack，TIA）是腦梗死主要危險(xiǎn)因素之一。如果不緊急干預(yù)，超過30%TIA 病人將會(huì)進(jìn)展為腦梗，所以TIA 早期診斷對(duì)預(yù)防腦梗死具有重要意義。研究發(fā)現(xiàn)通過MR 灌注成像發(fā)現(xiàn)TIA 患者均存在腦組織灌注異常[16]。Zaharchuk 等[17]對(duì)78 例TIA 患者行影像檢查，發(fā)現(xiàn)ASL 陽(yáng)性率為62%，DWI 為24%，MRA 為13%。對(duì)48 例TIA 患者行DSC 檢查陽(yáng)性率約31%，且93% DSC 異常灌注者ASL 也灌注異常。因此ASL 診斷局部腦組織血流灌注，其敏感性高于MRA 和DWI，和DSC 有較好一致性，且ASL 發(fā)現(xiàn)異常的敏感度和特異度明顯優(yōu)于DWI 和 MRA 檢查。研究表明，ASL 對(duì)血流灌注異常更敏感，可為沒有臨床癥狀且影像學(xué)檢查陰性TIA 病人提供診斷。

3.3 微出血以及腦萎縮

以往觀點(diǎn)認(rèn)為，CSVD 病程是一種漸進(jìn)性過程。Gouw等[18]共選取639 例老年人，經(jīng)橫縱比較及影像學(xué)評(píng)估，進(jìn)行常規(guī)影像及ASL 檢查，對(duì)老年CSVD 患者進(jìn)行隨訪，對(duì)受試者腦容積進(jìn)行比較同時(shí)計(jì)算其腦實(shí)質(zhì)萎縮百分比，結(jié)果表明正常受試對(duì)象腦萎縮比例明顯比CSVD 患者低，并且ASL 檢出率明顯高于常規(guī)影像檢查。對(duì)腦微出血患者動(dòng)態(tài)觀察也出現(xiàn)相似的結(jié)果，急性腦卒中或TIA 患者發(fā)病后隨訪復(fù)查，MRI 可見約15% 患者腦微出血數(shù)目減少，而出血增多者僅占7%。vaLeijsen 等[19]對(duì)CSVD 患者進(jìn)行隨訪，發(fā)現(xiàn)ASL 較常規(guī)檢查能更好反映微出血的存在。

3.4 血管源性白質(zhì)旁高信號(hào)

研究學(xué)者Brickman 等[20]應(yīng)用ASL 技術(shù)對(duì)19 名無明顯臨床癥狀志愿者腦血流量進(jìn)行了檢測(cè)。根據(jù)常規(guī)影像學(xué)檢查結(jié)果分為白質(zhì)正常組、灰質(zhì)正常組及腦白質(zhì)異常高信號(hào)組。得到結(jié)論是正常腦灰質(zhì)灌注量大于正常腦白質(zhì)，且都大于腦白質(zhì)異常高信號(hào)組。

Crane 等[21]應(yīng)用常規(guī)檢測(cè)篩選26 例不同程度白質(zhì)病變患者，使用ASL 分析腦白質(zhì)高信號(hào)病變范圍與腦血流量的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)病腦白質(zhì)高信號(hào)范圍與血流量成反比。同時(shí)用ASL 驗(yàn)證腦白質(zhì)高信號(hào)周圍的正常灰質(zhì)和白質(zhì)血流量，發(fā)現(xiàn)正常白質(zhì)與灰質(zhì)血流量并無改變。提示腦白質(zhì)高信號(hào)并不會(huì)引起全腦灌注的異常[22]。

3.5 血管性認(rèn)知障礙

CSVD 是導(dǎo)致血管性認(rèn)知障礙（vascular cognitive impairment，VCI）的重要血管源性因素。VCI 向癡呆發(fā)展的進(jìn)程中，有學(xué)者認(rèn)為腦血流動(dòng)力學(xué)的改變即CSVD 是認(rèn)知功能障礙的重要原因。

Birdsill 等[23]采ASL 研究認(rèn)知功能障礙的患者發(fā)現(xiàn)在基底節(jié)區(qū)CBF 值較正常對(duì)照者降低。通過對(duì)健康志愿者、輕度VCI 患者及血管性癡呆（vascular dementia，VD）病人行ASL 檢查發(fā)現(xiàn)，

VD 患者左側(cè)額頂葉CBF 較健康對(duì)照者和輕度VCI 患者明顯下降，但扣帶回CBF 增加，可能與VD 病人側(cè)枝循環(huán)早期代償性增加有關(guān)聯(lián)。ASL 評(píng)估VD 病人CBF，得出病人顱腦灌注CBF 與腦結(jié)構(gòu)及功能有密切的關(guān)聯(lián)。ASL 是一種研究VD 的常用方法，它可以探究VD 的診斷、治療及預(yù)后評(píng)估。

4 ASL的不足及展望

ASL 作為一種目前測(cè)量顱腦區(qū)域灌注完全無創(chuàng)的MR 成像方法，如今已有很大進(jìn)展。目前ASL 技術(shù)研究結(jié)果表明，ASL 可以提供 CSVD 患者腦灌注CBF，其下降與CSVD 有必然聯(lián)系，然而CBF 與CSVD 的因果關(guān)系，目前尚無確切定論。隨著時(shí)間推移，ASL 技術(shù)逐漸在臨床中展露頭角，但ASL 技術(shù)本身尚存在一些不足。例如信噪比低；易受檢測(cè)者運(yùn)動(dòng)或磁敏感偽影影響；易受人體靜脈血、腦脊液等影響。隨著高場(chǎng)強(qiáng)設(shè)備MR 不斷出現(xiàn)，在研究CSVD 進(jìn)程中，ASL 技術(shù)得到更進(jìn)一步發(fā)展，新序列不斷產(chǎn)生，開展大樣本、全方面的疾病探索，聯(lián)合應(yīng)用多模態(tài)ASL 技術(shù)，結(jié)合神經(jīng)心理學(xué)等方法，提高臨床診斷率。隨著ASL 技術(shù)及理論不斷發(fā)展，ASL 存在的不足正逐步解決。今后將有可能取代有創(chuàng)灌注技術(shù)來測(cè)量顱腦區(qū)域灌注CBF，未來指導(dǎo)臨床工作將發(fā)揮更重要的價(jià)值。