三維動(dòng)脈自旋標(biāo)記在腦血管疾病中的應(yīng)用進(jìn)展▲

王一媚 張 千 張 兆 胡北泉

(廣西南寧市第一人民醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科一區(qū)，南寧市 530021)

【提要】 腦血管疾病的發(fā)病率、死亡率及致殘率均高，并且趨于年輕化。我國(guó)流行病學(xué)資料表明，腦血管疾病在人口死因中占據(jù)重要位置。隨著影像學(xué)設(shè)備及技術(shù)的發(fā)展，腦血管疾病能更早期被發(fā)現(xiàn)，從而能更及時(shí)地進(jìn)行干預(yù)，對(duì)提高患者預(yù)后及生活質(zhì)量具有重要意義。隨著影像學(xué)的發(fā)展，越來(lái)越多的成像技術(shù)不斷用于腦血管疾病的診斷與評(píng)估中，而三維動(dòng)脈自旋標(biāo)記(3D-ASL)作為一項(xiàng)新的成像技術(shù)已應(yīng)用于臨床并取得滿意的效果，其具有無(wú)創(chuàng)傷、重復(fù)性好、簡(jiǎn)便易行等優(yōu)勢(shì)。

腦血管疾病包括因栓塞和血栓形成導(dǎo)致的血管腔閉塞、血管破裂、血管壁損傷或通透性發(fā)生改變，及血黏度增加或血液成分異常變化引起的疾病。腦血管疾病現(xiàn)成為導(dǎo)致人類(lèi)死亡的重要原因，幸存的患者中大部分人有不同程度的偏癱、肢體麻木及言語(yǔ)障礙等后遺癥，對(duì)身心健康及生命安全造成嚴(yán)重威脅，故早診斷和早治療是改善患者預(yù)后的重要手段。灌注成像的發(fā)展為腦血管疾病的診斷翻開(kāi)了新的篇章，其有助于發(fā)現(xiàn)缺血半暗帶及血流動(dòng)力學(xué)異常。單光子計(jì)算機(jī)斷層成像術(shù)(single photon emission computed tomography，SPECT)、彌散加權(quán)成像(diffusion weighted imaging，DWI)、灌注加權(quán)成像(perfusion weighted imaging，PWI)的飛速發(fā)展為腦血管疾病的診斷及治療作出了巨大貢獻(xiàn)。SPECT能靈敏反映局部腦血流量的變化，在腦血管疾病診斷方面有重要應(yīng)用價(jià)值[1]，但因其對(duì)人體有輻射而不能被廣泛運(yùn)用。DWI技術(shù)對(duì)活體組織內(nèi)水分子擴(kuò)散的檢測(cè)可以基于無(wú)創(chuàng)條件實(shí)現(xiàn)，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)早期腦梗死病變，其不足之處在于對(duì)腦血流灌注異常難以發(fā)現(xiàn)和顯示。PWI技術(shù)可以對(duì)腦血流灌注進(jìn)行檢測(cè)并對(duì)異常情況及時(shí)提示，其不足之處在于對(duì)血腦屏障完整性具有一定的依賴性。另外，在對(duì)比劑過(guò)敏、腎功能差及靜脈開(kāi)通條件差的患者中應(yīng)用受到了一定限制。近年來(lái)三維動(dòng)脈自旋標(biāo)記(three-dimensional arterial spin labeling，3D-ASL)技術(shù)得到快速發(fā)展，它是一項(xiàng)無(wú)創(chuàng)性灌注功能成像技術(shù)，并具有可重復(fù)性、簡(jiǎn)便易行等優(yōu)點(diǎn)，在腦血管疾病中的應(yīng)用日益廣泛。

1 3D-ASL技術(shù)的發(fā)展

動(dòng)脈自旋標(biāo)記(arterial spin labeling，ASL)技術(shù)的最早提出始于1992年，在功能MRI(functional MRI，f MRI)技術(shù)的發(fā)展過(guò)程中，臨床檢測(cè)為了實(shí)現(xiàn)對(duì)組織血流灌注情況進(jìn)行顯示和反應(yīng)，基于ASL的理論及新序列的開(kāi)發(fā)研究，在核磁共振成像的基礎(chǔ)上發(fā)展出了無(wú)創(chuàng)性灌注功能成像的ASL技術(shù)，該技術(shù)因其無(wú)創(chuàng)性，一經(jīng)提出便在臨床應(yīng)用中贏得廣泛認(rèn)同[2]。ASL技術(shù)的基本成像原理是對(duì)動(dòng)脈血中近端的氫質(zhì)子用連續(xù)反轉(zhuǎn)恢復(fù)脈沖進(jìn)行標(biāo)記，組織中未標(biāo)記的氫質(zhì)子與標(biāo)記的氫質(zhì)子發(fā)生交換作用并產(chǎn)生相應(yīng)的信號(hào)被核磁共振線圈接收，即可得到標(biāo)記像，未標(biāo)記的氫質(zhì)子流出靜脈后也可產(chǎn)生信號(hào)，此時(shí)掃描得到的圖像即為控制像；標(biāo)記像和控制像的差值即得到腦血流量(cerebral blood flow，CBF)圖像[3]。ASL按照動(dòng)脈性質(zhì)可以分為三種類(lèi)型，第一種是脈沖式動(dòng)脈自旋標(biāo)記(pulsed arterial spin labeling，PASL)，第二種是連續(xù)動(dòng)脈自旋標(biāo)記(continuous arterial spin labeling，CASL)，第三種是假連續(xù)脈沖動(dòng)脈自旋標(biāo)記(pseudo-continuous arterial spin labeling，PCASL)。其中CASL具有成像范圍大、信噪比高、測(cè)量層面多、層面大小可調(diào)節(jié)性高的優(yōu)點(diǎn)，但是由于硬件設(shè)備的技術(shù)限制，其在實(shí)際臨床治療上應(yīng)用較少，主要原因在于其長(zhǎng)脈沖的要求對(duì)臨床大部分MRI設(shè)備而言目前難以實(shí)現(xiàn)[4]。而PASL在臨床診斷上應(yīng)用廣泛，主要優(yōu)點(diǎn)在于脈沖時(shí)間短、設(shè)備要求不高，不過(guò)該技術(shù)也存在一定的不足和局限性，主要體現(xiàn)在信噪比低、灌注不均勻等，容易對(duì)成像造成干擾，影響最終成像質(zhì)量[5]。PCASL技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)在于對(duì)CASL技術(shù)和PASL技術(shù)進(jìn)行了優(yōu)點(diǎn)綜合，信噪比較PASL高50%，標(biāo)記率較CASL高12%[6]。3D-ASL能在1.5 s內(nèi)完成準(zhǔn)連續(xù)式標(biāo)記的次數(shù)超過(guò)1 000次，大范圍灌注成像，提高了灌注成像的可靠性及對(duì)比性。不僅如此，3D-ASL采用阿基米德螺旋spiral K空間采集技術(shù)，最終影像的構(gòu)建通過(guò)對(duì)spiral K空間原始數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換來(lái)實(shí)現(xiàn)，具有很高的保真度。就采集效率而言，在目前的所有采集技術(shù)當(dāng)中，spiral采集方式位居第一，比回波平面成像(echo planar imaging，EPI)高20%[7]。另外，spiral采集的另外兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)為提升信噪比和減少偽影，有效地提升了最終成像質(zhì)量[8]。眾多國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家學(xué)者在腦組織血流灌注的臨床應(yīng)用上對(duì)3D-ASL技術(shù)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，結(jié)果表明其準(zhǔn)確性較高，與PWI技術(shù)相比，在臨床腦血流異常灌注的檢測(cè)效果上并無(wú)差異，不僅如此，大量實(shí)驗(yàn)顯示其敏感性更高[9]，對(duì)于DWI與MRA雙陰性的灌注異常具有很高的辨識(shí)率[10]。一項(xiàng)臨床對(duì)比試驗(yàn)對(duì)ASL和PWI對(duì)異常灌注的顯示概率進(jìn)行了研究[11]，基于32名缺血性腦梗死患者的試驗(yàn)結(jié)果顯示前者相比于后者具有更高的檢出率。3D-ASL技術(shù)是組織灌注成像領(lǐng)域的前沿技術(shù)，其主要優(yōu)點(diǎn)包括：(1)信噪比高、成像范圍大，具有更高的異常灌注檢出率；(2)操作簡(jiǎn)單，具有無(wú)創(chuàng)性，患者的依從性高；(3)費(fèi)用低、重復(fù)性好，具有很好的經(jīng)濟(jì)性，利于臨床大范圍普及應(yīng)用[12]。3D-ASL對(duì)于灌注異常的責(zé)任血管的分辨并不準(zhǔn)確，而聯(lián)合應(yīng)用MRA提高了檢查的特異性及敏感性[12]。但隨著血管編碼動(dòng)脈自旋標(biāo)記技術(shù)、流速選擇性動(dòng)脈自旋標(biāo)記技術(shù)等[13]的出現(xiàn)，對(duì)于責(zé)任血管的定位更加準(zhǔn)確，這都將使ASL在腦血管疾病中的應(yīng)用前景更加廣闊。

2 3D-ASL在腦血管疾病中的應(yīng)用

2.1 在頸內(nèi)動(dòng)脈系統(tǒng)狹窄方面的應(yīng)用 臨床發(fā)現(xiàn)，許多頸內(nèi)動(dòng)脈系統(tǒng)狹窄的患者并未發(fā)生腦血管意外，是因?yàn)轭i內(nèi)動(dòng)脈系統(tǒng)重度狹窄或閉塞會(huì)導(dǎo)致腦組織呈低灌注狀態(tài)，但在血管狹窄部位、腦血管反應(yīng)性及側(cè)支循環(huán)等多因素的影響下，最終并不會(huì)發(fā)展至短暫性腦缺血發(fā)作，甚至于腦梗死。血管狹窄引起的腦組織灌注不足向腦梗死發(fā)展需要經(jīng)歷三個(gè)主要的病理生理過(guò)程：第一，血管狹窄引起腦組織灌注壓在一定范圍內(nèi)波動(dòng)，機(jī)體利用毛細(xì)血管及小血管擴(kuò)張的方式進(jìn)行代償，使得CBF保持相對(duì)穩(wěn)定；第二，腦組織灌注壓逐步下降，機(jī)體的多種代償方式均不足以維持CBF的穩(wěn)定，CBF就會(huì)隨之下降，部分神經(jīng)功能開(kāi)始出現(xiàn)異常，但此時(shí)CBF仍處于可逆性階段；第三，腦灌注壓逐漸下降，機(jī)體各項(xiàng)儲(chǔ)備能力開(kāi)始進(jìn)入失代償期，CBF迅速降低超出閾值，神經(jīng)細(xì)胞將出現(xiàn)不可逆性損害，形成腦梗死[14]。故早期了解頸內(nèi)動(dòng)脈系統(tǒng)狹窄患者是否存在灌注異常，對(duì)腦卒中的預(yù)防有著至關(guān)重要的作用。饒欽盼等[15]對(duì)經(jīng)頭頸部CT血管造影(computed tomography angiography，CTA)檢查篩選出的17例頸內(nèi)動(dòng)脈狹窄者(病例組，并分為輕、中、重三級(jí))及16例頸內(nèi)動(dòng)脈無(wú)狹窄者(正常組)的研究中發(fā)現(xiàn)，通過(guò)磁共振3D-ASL技術(shù)測(cè)量各感興趣區(qū)的平均CBF值，可以定量地評(píng)估頸內(nèi)動(dòng)脈狹窄患者的腦血流灌注特征，從而為臨床預(yù)防、治療缺血性腦血管病提供影像學(xué)依據(jù)。宋宏濤[16]對(duì)22例經(jīng)數(shù)字減影血管造影(digital subtraction angiography，DSA)或磁共振血管成像(magnetic resonance angiography，MRA)診斷為單側(cè)大腦中動(dòng)脈或頸內(nèi)動(dòng)脈重度狹窄或閉塞的患者(分為重度狹窄組和閉塞組)進(jìn)行研究，通過(guò)3D-ASL分別測(cè)量患側(cè)與健側(cè)的CBF值，評(píng)估頸內(nèi)動(dòng)脈系統(tǒng)狹窄或閉塞后的腦組織灌注情況，對(duì)患側(cè)、健側(cè)血流量差異較大者起到警示作用，對(duì)于指導(dǎo)臨床早期制定個(gè)體化治療方案具有重要意義，可減少腦血管疾病的發(fā)生、發(fā)展。

2.2 在短暫性腦缺血發(fā)作方面的應(yīng)用 短暫性腦缺血發(fā)作(transient ischemic attack，TIA)指的是腦動(dòng)脈短暫性供血障礙，導(dǎo)致數(shù)分鐘到數(shù)小時(shí)不等的局灶性神經(jīng)功能缺損或視網(wǎng)膜功能障礙，一般不超過(guò) 24 h，不遺留神經(jīng)功能缺損癥狀及體征。TIA患者發(fā)生卒中的概率比一般人群高，一次TIA發(fā)作后1個(gè)月內(nèi)有4%～8%的概率發(fā)生腦卒中，1年內(nèi)達(dá)12%～13%[17]。由此可見(jiàn)TIA的早期診斷對(duì)預(yù)后尤為重要。PWI能夠顯示TIA患者發(fā)作間期的腦灌注異常，其可為T(mén)IA的診斷、治療提供進(jìn)一步的影像學(xué)依據(jù)[18]。對(duì)血管狹窄TIA微循環(huán)灌注的臨床診斷而言，PWI是最有效的方法[19]。PWI需要注射對(duì)比劑，在臨床上的運(yùn)用存在一定的局限性，而3D-ASL無(wú)這方面的限制。3D-ASL與PWI兩種方法對(duì)判斷TIA患者的血流灌注情況具有一致性[20-21]。3D-ASL可定量分析全腦血流灌注情況，作為一種無(wú)創(chuàng)的影像學(xué)檢查方法，對(duì)研究TIA的血流動(dòng)力學(xué)具有重要價(jià)值。申強(qiáng)等[22]研究表明，ASL檢測(cè)TIA腦血流量灌注異常時(shí)與PWI具有相同的效果，但其敏感度更高。由此可見(jiàn)3D-ASL灌注成像對(duì)TIA的靈敏度更高，但其不能反映責(zé)任血管的情況。而有研究表明[23]，3D-ASL與MRA聯(lián)合應(yīng)用既能顯示腦組織灌注異常程度及范圍，又能明確血管病變部位及狹窄程度，提高TIA診斷的靈敏度及特異度，為臨床制訂精細(xì)、個(gè)體化的治療方案提供有利依據(jù)。

2.3 在腦梗死方面的應(yīng)用 腦梗死[24]指的是腦部供血障礙造成不可逆性腦組織缺血、缺氧性壞死。腦梗死致殘致死率高，在世界范圍內(nèi)發(fā)病率逐年升高，臨床治療的關(guān)鍵在于早期確診、責(zé)任血管再通和側(cè)支循環(huán)的重新建立。CT能早期排除出血性腦梗死，但一般情況下未能顯示24 h內(nèi)的腦梗死病灶。而磁共振具有較高的軟組織分辨力，在腦梗死等疾病診斷中更具有優(yōu)勢(shì)。DWI技術(shù)對(duì)活體組織內(nèi)水分子擴(kuò)散的檢測(cè)為無(wú)創(chuàng)的，對(duì)于早期腦梗死病變可及時(shí)發(fā)現(xiàn)，但是其不足之處在于對(duì)腦血流灌注異常難以發(fā)現(xiàn)和顯示。PWI技術(shù)可以對(duì)腦血流灌注進(jìn)行檢測(cè)并對(duì)異常情況及時(shí)提示，其不足之處在于對(duì)血腦屏障的完整性具有一定的依賴性。另外在對(duì)比劑過(guò)敏、腎功能差及靜脈開(kāi)通條件差的患者中應(yīng)用受到一定限制。3D-ASL可無(wú)創(chuàng)性檢測(cè)出腦組織灌注異常，對(duì)早期診斷腦梗死起到關(guān)鍵作用。符沁芯[25]探討3D-ASL聯(lián)合MRA及DWI評(píng)價(jià)急性腦梗死缺血半暗帶的臨床應(yīng)用價(jià)值，發(fā)現(xiàn)3D-ASL可以客觀反映急性腦梗死區(qū)血流灌注情況，聯(lián)合MRA及DWI掃描能夠準(zhǔn)確判斷缺血半暗帶的存在并界定其范圍。3D-ASL能夠顯示腦梗死溶栓術(shù)后低灌注向高灌注的轉(zhuǎn)換，為評(píng)價(jià)急性腦梗死患者的溶栓療效提供重要依據(jù)[26]。3D-ASL不僅能對(duì)缺血性腦卒中進(jìn)行定性、定位診斷，還能對(duì)其嚴(yán)重程度進(jìn)行定量評(píng)估，有望成為腦血管病的常規(guī)定量檢查方法，有助于缺血性腦梗死的早期預(yù)測(cè)和診斷[27]。目前3D-ASL已經(jīng)不斷運(yùn)用于臨床，相信在不久的將來(lái)，可作為腦梗死的一項(xiàng)常規(guī)檢查手段，能明確診斷早期腦梗死，使腦梗死的治療更及時(shí)，預(yù)后更好。

2.4 在蛛網(wǎng)膜下腔出血方面的應(yīng)用 蛛網(wǎng)膜下腔出血(subarachnoid hemorrhage，SAH)后遲發(fā)性腦缺血(delayed cerebral ischemia，DCI) 通常發(fā)生在SAH后4～14 d。DCI的主要誘因在于炎性反應(yīng)等誘發(fā)腦血管痙攣[28-29]，其預(yù)防和治療目前較為困難。動(dòng)脈瘤性蛛網(wǎng)膜下腔出血(aneurismal subarachnoid hemorrhage，aSAH)在腦梗死患者中占比僅5%，但是其致殘致死率達(dá)到40%[30]。對(duì)DCI術(shù)后并發(fā)癥的研究發(fā)現(xiàn)，腦缺血概率達(dá)到20%～81%[31]。因此，若能早期預(yù)測(cè)aSAH的腦缺血并發(fā)癥，可顯著改善患者的預(yù)后。陳琳等[32]對(duì)30例aSAH患者術(shù)后隨訪3個(gè)月，將所有患者分為非遲發(fā)性腦缺血組和遲發(fā)性腦缺血組，而對(duì)照組則選擇同一時(shí)期收治的10例動(dòng)脈瘤未破裂出血患者。所有患者均在起病后3～14 d內(nèi)行3D-ASL檢查，分析血流動(dòng)力學(xué)變化情況。結(jié)果顯示DCI的發(fā)生與患者早期預(yù)后顯著相關(guān)，3D-ASL為aSAH早期預(yù)后評(píng)估的一種有效的影像學(xué)檢查工具。

2.5 在煙霧病方面的應(yīng)用 煙霧病[33]是腦血管疾病的一種，分為兒童型和成年型。兒童型以腦缺血為主，成人型以腦出血為主。目前該病發(fā)病原因尚未明確，會(huì)出現(xiàn)多種神經(jīng)系統(tǒng)癥狀，對(duì)患者的影響極大，故早期診斷煙霧病非常重要。田冰等[34]對(duì)24例成人煙霧病患者行全腦CT灌注成像及3D-ASL檢查，計(jì)算大腦中動(dòng)脈供血區(qū)的相對(duì)CBF后，發(fā)現(xiàn)3D-ASL可以較為準(zhǔn)確地對(duì)成人煙霧病患者皮層灌注狀態(tài)進(jìn)行定量評(píng)估，且與全腦CT灌注成像具有良好的一致性。王芳等[35]對(duì)16例腦血管病變患兒(煙霧病9例，腦血管畸形7例)均行3.0T MR T1WI、T2WI、T2-FLAIR、DWI、MRA及3D-ASL檢查，測(cè)量?jī)山M患者病變部位的CBF，計(jì)算病變與對(duì)側(cè)的相對(duì)CBF并進(jìn)行分析。結(jié)果顯示兒童煙霧病所累及區(qū)域的相對(duì)CBF往往低于腦血管畸形，3D-ASL可對(duì)CBF值進(jìn)行定量分析并能更準(zhǔn)確地顯示病變的具體部位。3D-ASL對(duì)腦血管疾病的定性診斷發(fā)揮著舉足輕重的作用，但其成像參數(shù)較為單一，故在煙霧病等特殊血流動(dòng)力學(xué)表現(xiàn)的疾病中應(yīng)用的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性尚需要進(jìn)一步研究。

3 總結(jié)和展望

綜上所述，3D-ASL在頸內(nèi)動(dòng)脈狹窄、短暫性腦缺血發(fā)作、腦梗死、蛛網(wǎng)膜下腔出血及煙霧病等腦血管疾病的診治方面得到廣泛應(yīng)用，逐漸成為腦血管疾病診斷、治療后評(píng)價(jià)的重要影像學(xué)手段。雖然3D-ASL仍存在不足，但隨著磁共振技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，3D-ASL的發(fā)展和應(yīng)用空間也不斷拓寬，并對(duì)腦血管疾病的臨床診斷、治療及隨訪評(píng)價(jià)產(chǎn)生重要影響。