多反轉(zhuǎn)時間動脈自旋標(biāo)記成像定量分析高血壓腦血流動力學(xué)改變

譚 輝，樊秋菊，任 革，楊 祺，賀太平*，史琳娜，王少彧，李 悅，薛 育

(1.陜西中醫(yī)藥大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)與醫(yī)學(xué)技術(shù)學(xué)院，陜西 咸陽 712000；2.陜西中醫(yī)藥大學(xué)附屬醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像科，陜西 咸陽 712000；3.西門子醫(yī)療系統(tǒng)有限公司磁共振科研部，上海 201318)

顱腦是高血壓病危害的重要靶器官，高血壓可致腦部小血管結(jié)構(gòu)改變和血腦屏障受損，引起腦血管重塑及腦血流動力學(xué)改變[1-2]。研究[3]表明，血管完整性不良可能與腦血流量(cerebral blood flow, CBF)減少有關(guān)。作為一種無創(chuàng)性MR灌注成像方法，動脈自旋標(biāo)記(arterial spin labeling, ASL)已成為研究多種疾病灌注的常用工具[4-5]。本研究采用多反轉(zhuǎn)時間ASL(multiple inversion time-pulsed ASL, mTI-ASL)技術(shù)定量評估高血壓患者腦血流動力學(xué)變化。

1 資料與方法

1.1 一般資料 收集2017年8月—2018年4月55例因高血壓就診于陜西中醫(yī)藥大學(xué)附屬醫(yī)院患者(高血壓組)，男37例、女18例，年齡31～65歲，平均(45.2±9.1)歲,平均血壓(169.31±25.20)/(98.68±9.13)mmHg，均未接受正規(guī)抗高血壓治療。排除標(biāo)準(zhǔn)：①既往有腦卒中、腦血管病(如動脈瘤)、腎病等病史；②MR血管造影(MR angiography, MRA)顯示顱內(nèi)動脈中重度狹窄；③長期藥物服用史，伴腦形態(tài)異常的精神或神經(jīng)系統(tǒng)疾??；營養(yǎng)不良、肝功能異常等其他系統(tǒng)疾??；④檢查當(dāng)天劇烈運(yùn)動和飲用茶或含咖啡因類飲料；⑤長期吸煙、飲酒。根據(jù)《中國高血壓防治指南》[6]，將高血壓患者分為3級：1級(高血壓1級亞組，n=20)，平均血壓(149.31±10.65/89.21±8.82)mmHg；2級(高血壓2級亞組，n=20)，平均血壓(176.79±15.23/100.16±10.30)mmHg；3級(高血壓3級亞組，n=15)，平均血壓(186.01±8.53/109.33±7.28)mmHg。另招募年齡匹配的健康志愿者20名(對照組)，男10名、女10名，年齡35～63歲，平均(47.0±7.9)歲，檢査時血壓(110.42±8.91)/(72.34±10.28)mmHg。所有受試者均為右利手。本研究通過院倫理委員會批準(zhǔn)(SZFYIEC-YJ-2020-123號)，受試者無MR檢查禁忌證，并簽署知情同意書。

1.2 儀器與方法 采用Siemens MAGNETOM Skyra 3T超導(dǎo)型MR儀，配備標(biāo)準(zhǔn)16通道頭頸聯(lián)合線圈。先采集顱腦軸位T2WI、DWI及MRA，之后行mTI-ASL序列掃描，TR/TE 3 500/26 ms，層厚4 mm，層數(shù)30，F(xiàn)OV 220 mm×220 mm，矩陣128×128，施加4個TI，分別為1 500、1 990、2 480、2 970 ms，采集時間5 min 9 s。

1.3 圖像分析 采用Matlab軟件(R2014b)分析mTI-ASL原始圖像，獲得相對腦血流量(relative cerebral blood flow, rCBF)和動脈通過時間(arterial transit time, ATT)偽彩圖，之后由2名分別具有6年及9年中樞神經(jīng)MRI診斷經(jīng)驗的主治醫(yī)師采用MRIcron軟件(www.mccauslandcenter.sc.edu/mricro/mricron/)以雙盲法測量rCBF和ATT值；于rCBF和ATT偽彩圖中選擇顯示目標(biāo)解剖結(jié)構(gòu)面積最大的連續(xù)3個層面，手動勾畫各區(qū)域圓形或橢圓形ROI，包括灰質(zhì)區(qū)域(額葉、顳葉、枕葉)、白質(zhì)區(qū)域(半卵圓中心、側(cè)腦室前角和后角旁白質(zhì)、胼胝體膝部和壓部)及深部核團(tuán)(基底核、丘腦)，ROI面積均小于相應(yīng)解剖結(jié)構(gòu)；對不同受試者盡量于相同層面進(jìn)行測量，雙側(cè)對稱勾畫ROI，取平均值作為最后結(jié)果。

1.4 統(tǒng)計學(xué)分析 采用SPSS 19.0統(tǒng)計分析軟件。以±s表示符合正態(tài)分布的計量資料。采用χ2檢驗比較高血壓組與對照組性別差異；以組內(nèi)相關(guān)系數(shù)(intraclass correlation coefficient,ICC)分析2名醫(yī)師測量各參數(shù)(rCBF、ATT)的一致性，ICC≤0.2為一致性較差，0.2

2 結(jié)果

2.1 2名醫(yī)師測量結(jié)果的一致性 高血壓組與對照組性別差異有統(tǒng)計學(xué)意義(χ2=4.79，P<0.05)；2名醫(yī)師測量各腦區(qū)rCBF及ATT值的一致性強(qiáng)(ICC均>0.80，P均<0.05)，取其均值進(jìn)行分析。

2.2 高血壓亞組與對照組間不同腦區(qū)rCBF值 除腦灰質(zhì)外，高血壓1級亞組各腦區(qū)rCBF值均低于對照組(P均<0.05)；相比高血壓1級亞組，除半卵圓中心和胼胝體白質(zhì)外，高血壓2級亞組各腦區(qū)rCBF均降低(P均<0.05)；相比高血壓2級亞組，除側(cè)腦室前角和后角旁白質(zhì)外，高血壓3級亞組各腦區(qū)rCBF值均降低(P均<0.05)；其余各組間不同腦區(qū)rCBF值差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P均<0.05)，見表1及圖1、2。

表1 高血壓各亞組與對照組不同腦區(qū)rCBF值比較(±s)

表1 高血壓各亞組與對照組不同腦區(qū)rCBF值比較(±s)

組別灰質(zhì)額葉顳葉枕葉半卵圓中心側(cè)腦室前角旁白質(zhì)高血壓1級亞組5.38±1.37 7.51±1.53 4.81±1.22 1.93±0.56? 2.30±0.69?高血壓2級亞組4.54±0.70?#6.47±1.45?#4.12±1.25?#1.69±0.53?1.85±1.03?#高血壓3級亞組3.61±1.36?#a5.32±2.49?#a3.14±1.12?#a1.28±0.50?#a1.54±0.63?#對照組5.96±1.128.21±1.565.41±1.362.31±0.592.93±1.30F值16.0911.4212.7113.038.27P值<0.01<0.01<0.01<0.01<0.01組別側(cè)腦室后角旁白質(zhì)胼胝體膝部和壓部基底核丘腦高血壓1級亞組2.13±0.74?3.50±0.61?5.77±0.94?8.37±2.52?高血壓2級亞組1.57±0.38?#3.06±1.04?4.75±1.02?#6.70±1.05?#高血壓3級亞組1.34±0.58?#2.12±1.04?#a3.71±1.44?#a5.36±2.41?#a對照組2.66±0.874.48±1.647.08±2.319.76±2.69F值16.5916.7019.4215.10P值<0.01<0.01<0.01<0.01

注：*：與對照組比較，P<0.05；#：與高血壓1級亞組比較，P<0.05；a：與高血壓2級亞組比較，P<0.05

2.3 高血壓亞組與對照組間不同腦區(qū)ATT值 相比對照組，高血壓1級亞組腦白質(zhì)區(qū)(半卵圓中心、側(cè)腦室前和后角旁、胼胝體)ATT值增加(P均<0.05)；除半卵圓中心白質(zhì)外，高血壓2級亞組各腦區(qū)ATT值均較高血壓1級亞組增加(P均<0.05)；除側(cè)腦室前角和后角旁白質(zhì)外，高血壓3級亞組各腦區(qū)ATT值均高于高血壓2級亞組(P均<0.05)；其余各組間不同腦區(qū)ATT值差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P均<0.05),見表2及圖1、2。

圖1 志愿者女，62歲，血壓110/75 mmHg A～D.不同層面rCBF偽彩圖(A、B，橢圓形及圓形區(qū)域示不同區(qū)域ROI)及不同層面ATT偽彩圖(C、D)顯示全腦灌注均勻，色彩豐富，灰質(zhì)顯示清晰

表2 高血壓各亞組與對照組不同腦區(qū)ATT值比較(±s)

表2 高血壓各亞組與對照組不同腦區(qū)ATT值比較(±s)

組別灰質(zhì)額葉顳葉枕葉半卵圓中心側(cè)腦室前角旁白質(zhì)高血壓1級亞組1.37±0.30 1.31±0.28 1.41±0.28 1.42±0.34? 1.51±0.30?高血壓2級亞組1.51±0.27?#1.48±0.24?#1.61±0.23?#1.47±0.27?1.67±0.35?#高血壓3級亞組1.65±0.36?#a1.57±0.27?#a1.73±0.31?#1.66±0.37?#a1.84±0.30?#對照組1.17±0.211.16±0.211.19±0.241.20±0.291.33±0.30F值10.1310.7112.157.2110.25P值0.0000.0000.0000.0000.000組別側(cè)腦室后角旁白質(zhì)胼胝體膝部和壓部基底核丘腦高血壓1級亞組1.38±0.35?1.32±0.30?1.25±0.27 1.27±0.27高血壓2級亞組1.59±0.31?#1.50±0.26?#1.43±0.21?#1.46±0.24?#高血壓3級亞組1.62±0.42?#1.67±0.29?#a1.58±0.30?#a1.63±0.31?#a對照組1.20±0.311.12±0.191.12±0.221.13±0.20F值7.1916.5512.7211.62P值0.0000.0000.0000.000

注：*：與對照組比較，P<0.05；#：與高血壓1級亞組比較，P<0.05；a：與高血壓2級亞組比較，P<0.05

3 討論

最新調(diào)查[6]顯示，我國18歲以上居民高血壓患病率呈增高趨勢。早期檢出高血壓腦損傷并及時治療，可逆轉(zhuǎn)無癥狀性靶器官損害，故監(jiān)測高血壓患者腦血流動力學(xué)改變對臨床治療及評估預(yù)后極為重要。DETRE等[7]提出的ASL技術(shù)以動脈血中的水分子為示蹤劑，可定量反映組織血流灌注。傳統(tǒng)ASL只設(shè)置1個TI，若設(shè)置不當(dāng)，成像時被標(biāo)記動脈血未完全到達(dá)或已目標(biāo)層面，導(dǎo)致所獲CBF值較實際值偏低。mTI-ASL技術(shù)標(biāo)記后，采用多個TI采集圖像，通過數(shù)據(jù)擬合計算ATT值，獲得的rCBF值比傳統(tǒng)ASL更為準(zhǔn)確[7]。rCBF值聯(lián)合ATT值有助于評估腦卒中[8]及腦腫瘤分級[9]，本研究進(jìn)一步探討其用于觀察高血壓患者腦血流動力學(xué)變化的價值。

圖2 高血壓患者，女，60歲，血壓160/80 mmHg A、B.不同層面rCBF偽彩圖示各腦區(qū)rCBF值均降低；C、D.不同層面ATT偽彩圖示各腦區(qū)ATT值均增加

一直以來，PET是測量腦血流量的金標(biāo)準(zhǔn)。本研究中2名醫(yī)師測量對照組腦部各區(qū)域CBF及ATT值的一致性強(qiáng)，表明CBF及ATT值具有良好的可重復(fù)性及可靠性，且與van GOLEN等[10]的研究結(jié)果相似。

rCBF值是評估腦組織血流動力學(xué)改變的重要指標(biāo)。本研究結(jié)果顯示，早期高血壓患者腦灰質(zhì)區(qū)域rCBF下降不明顯，可能由于此時病程不長，且大腦皮層灰質(zhì)存在豐富側(cè)支循環(huán)，可維持足夠血流灌注。隨著病程延長，血壓進(jìn)一步升高，血管內(nèi)皮損害加重，脂質(zhì)沉積、逐漸形成粥樣斑塊，最終導(dǎo)致小動脈硬化，出現(xiàn)腦血流速度減慢，腦灌注減低。本研究結(jié)果顯示，高血壓2級及3級患者腦灰質(zhì)區(qū)域rCBF均下降，與WANG等[4]研究結(jié)果類似。而早期高血壓患者腦白質(zhì)區(qū)rCBF即減低，推測該腦白質(zhì)區(qū)血流減低與其腦白質(zhì)脫髓鞘有關(guān)[11]。丘腦和基底核主要由大腦后動脈及大腦前動脈分支供血，其血流相對恒定，WANG等[4]發(fā)現(xiàn)輕度高血壓患者丘腦及基底核區(qū)CBF值與健康志愿者差異無統(tǒng)計學(xué)意義，而本研究結(jié)果顯示，高血壓患者基底核及丘腦CBF波動較大，早期即出現(xiàn)rCBF減低，隨著血壓升高，rCBF持續(xù)減低，可能樣本量較小有關(guān)。

既往ASL相關(guān)研究[12]多關(guān)注于采用CBF評價組織灌注狀態(tài)，而無法提供時間灌注信息。本研究采用4個TI進(jìn)行成像，通過擬合數(shù)據(jù)，可評估ATT。ATT值是評估腦血管異常(如頸總動脈阻塞)的重要指標(biāo)[13]，近年來，mTI-ASL圖像的參數(shù)ATT值逐步應(yīng)用于腫瘤性疾病及腦血管病中[8-9,2]。研究[2]表明，高血壓患者血管改變可能與動脈粥樣硬化斑塊進(jìn)展以及新生血管形成有關(guān)，本研究發(fā)現(xiàn)輕度高血壓患者腦白質(zhì)區(qū)ATT值增加，推測標(biāo)記動脈血到達(dá)延遲，可能因為動脈硬化阻塞或血液供應(yīng)重新分配。

綜上所述，mTI-ASL成像可定量評估高血壓患者腦血流動力學(xué)變化，監(jiān)測高血壓病情的進(jìn)展。本研究的局限性：①未對高血壓患者病程進(jìn)行分組分析；②采用手動勾畫ROI，可能存在一定偏差；③部分高血壓患者伴有高血糖或高血脂，可能會影響研究結(jié)果，有待擴(kuò)大樣本量進(jìn)一步研究。