動(dòng)脈自旋標(biāo)記灌注成像技術(shù)在頸體部的臨床應(yīng)用進(jìn)展

李玉潔，林蒙

動(dòng)脈自旋標(biāo)記(arterial spin labeling，ASL)技術(shù)具有無(wú)創(chuàng)、簡(jiǎn)便、成本低的優(yōu)點(diǎn)，能夠反映組織的血流灌注并進(jìn)行定量，適用于中樞神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤、缺血性腦血管疾病、腦功能損害等疾病的診斷與評(píng)價(jià)，目前在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的應(yīng)用日漸成熟[1-3]；但ASL在其他部位的應(yīng)用較少。近年來(lái)，隨著高場(chǎng)強(qiáng)磁場(chǎng)的應(yīng)用和ASL成像技術(shù)的不斷優(yōu)化，圖像信噪比、時(shí)間及空間分辨力明顯提高，使得ASL的應(yīng)用范圍擴(kuò)大到非中樞神經(jīng)系統(tǒng)。國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)對(duì)ASL在頸體部應(yīng)用方面的報(bào)道日漸增多，本文就ASL技術(shù)的基本原理及其在頸體部的臨床應(yīng)用進(jìn)行綜述。

ASL技術(shù)的基本原理及臨床應(yīng)用的可行性

1.ASL技術(shù)的基本原理

ASL技術(shù)無(wú)需使用外源性對(duì)比劑，其將動(dòng)脈血中的水分子用作內(nèi)源性示蹤劑，以特定頻率的脈沖標(biāo)記上游動(dòng)脈血中的水分子，逆轉(zhuǎn)水中的氫質(zhì)子自旋狀態(tài)。當(dāng)被標(biāo)記過(guò)的動(dòng)脈血進(jìn)入下游感興區(qū)的成像平面時(shí)，對(duì)組織進(jìn)行灌注成像，此時(shí)獲得的圖像稱為標(biāo)記圖像，含有流經(jīng)成像區(qū)域的標(biāo)記水分子和靜態(tài)組織。當(dāng)未標(biāo)記的動(dòng)脈血流入成像平面時(shí)，再次采集圖像，就得到了未標(biāo)記圖像。將標(biāo)記圖像與未標(biāo)記圖像相減，消除了靜態(tài)組織信號(hào)，得到含有血流灌注信息的灌注圖[4,5]。ASL可獲得的參數(shù)為血流量(blood flow，BF)，能夠定量反映流入組織的血流量，采用每單位時(shí)間、每單位體積或組織質(zhì)量通過(guò)的血液量來(lái)表示，即mL/100g/min。

2.ASL技術(shù)的可重復(fù)性

ASL技術(shù)應(yīng)用于頸體部時(shí)，容易受運(yùn)動(dòng)偽影及周圍組織的影響，良好的可重復(fù)性是序列應(yīng)用的必要前提。對(duì)腎臟的多項(xiàng)研究顯示，無(wú)論在同日還是不同日進(jìn)行的兩次ASL掃描(間隔至少24小時(shí))，所獲得的全腎和/或腎皮質(zhì)BF之間均具有高度相關(guān)性(r：0.74～0.97)[6,7]，Bland-Altman圖顯示兩次獲得的全腎及腎皮質(zhì)BF結(jié)果具有良好的一致性[8]，且兩次檢查腎皮質(zhì)BF的相關(guān)性均高于腎髓質(zhì)[7]。此外，有研究比較了ASL與磁共振動(dòng)態(tài)增強(qiáng)(dynamic contrast enhanced MRI，DCE-MRI)的可重復(fù)性，結(jié)果顯示兩次不同日掃描的ASL獲得的腎皮質(zhì)BF之間的變異系數(shù)低于DCE-MRI所獲得的BF(分別為18%和28%)[9]。以上研究均表明了ASL獲得的BF具有良好的可重復(fù)性。

3.ASL與其他檢查方法的相關(guān)性

目前臨床認(rèn)為DCE-MRI是較為可靠的灌注評(píng)價(jià)手段，能夠顯示組織灌注情況，提供血流、滲透性和微循環(huán)灌注的信息參數(shù)，定量評(píng)估微血管結(jié)構(gòu)和功能。因此，很多研究者就ASL與DCE-MRI測(cè)量組織BF的一致性進(jìn)行了系列研究。

Cutajar等[9]對(duì)16例健康志愿者進(jìn)行腎臟ASL及DCE-MRI檢查，Bland-Altman分析比較結(jié)果顯示兩種技術(shù)獲得的平均腎臟BF之間具有良好的一致性。Wu等[10]同樣發(fā)現(xiàn)兩種技術(shù)獲得的腎皮質(zhì)BF之間具有中度相關(guān)性(r=0.66)。Ritt等[11]采用等離子體清除劑(對(duì)氨基馬尿酸)作為標(biāo)準(zhǔn)，證實(shí)了ASL所測(cè)得的腎皮質(zhì)BF與采用對(duì)氨基馬尿酸方法所得的腎皮質(zhì)BF間具有中度相關(guān)性(r=0.575)。相似的結(jié)論亦在頭頸部鱗狀細(xì)胞癌的研究中得到證實(shí)[12]。

相關(guān)研究顯示ASL獲得的BF值與DCE-MRI的其他藥代動(dòng)力學(xué)參數(shù)亦具有相關(guān)性，如頭頸部惡性腫瘤ASL的BF與DCE-MRI的Ktrans值之間存在中度相關(guān)性(r=0.688)[13]。對(duì)前列腺及脊髓的研究均顯示，不同反轉(zhuǎn)時(shí)間(time of inversion，TI)將影響最終的比較結(jié)果，其中TI=1200ms時(shí)，ASL圖像質(zhì)量最佳，ASL的BF與DCE-MRI參數(shù)Ktrans、Kep、Ve之間的相關(guān)性最高[14,15]。

ASL在腫瘤性疾病中的應(yīng)用

腫瘤的發(fā)生、發(fā)展、浸潤(rùn)和轉(zhuǎn)移都與血流灌注密切相關(guān)[16-18]，對(duì)腫瘤血流進(jìn)行定量分析有助于良惡性病變的鑒別、惡性腫瘤的分級(jí)和評(píng)估腫瘤的療效等。ASL能夠定量分析腫瘤組織血流量情況，操作簡(jiǎn)單且可重復(fù)性好，為腫瘤的診斷、治療及預(yù)后等方面的研究提供了全新的方法。

1.ASL對(duì)腫瘤診斷的價(jià)值

不同病理類型、不同惡性程度的腫瘤血流灌注可能存在較大差異，同時(shí)惡性腫瘤的灌注程度可能與腫瘤的侵襲性或轉(zhuǎn)移概率相關(guān)。因此，ASL能夠?yàn)槟[瘤診斷提供重要信息。

對(duì)前列腺癌的相關(guān)研究顯示癌區(qū)的平均BF顯著高于非癌區(qū)[(114.7±28.7)mL/100g/min vs.(42.2±13.7)mL/100g/min，P<0.01]，不同區(qū)域癌灶的平均BF均高于相應(yīng)正常區(qū)域(外周帶：152.80 mL/100 g/min vs.104.19 mL/100g/min，中央?yún)^(qū)：170.47 mL/100g/min vs.137.79 mL/100g/min，P值均<0.001)[14,19]。因此，ASL不僅能為前列腺癌的診斷提供依據(jù)，并可能有助于中央?yún)^(qū)前列腺癌的檢出及鑒別。

對(duì)腎臟腫瘤的相關(guān)研究顯示，腎嗜酸細(xì)胞瘤的平均BF[(373.9±99.2)mL/100g/min]高于透明細(xì)胞癌[(171.6±61.2)mL/100g/min]、嫌色性腎細(xì)胞癌[(152.9±80.7)mL/100g/min]、未分類的腎細(xì)胞癌[(208.0±41.1)mL/100g/min)]及乳頭狀腎細(xì)胞癌[(27.0±15.1)mL/100g/min]，其中以乳頭狀腎細(xì)胞癌的平均BF最低，明顯低于其他類型腎癌，差異均存在統(tǒng)計(jì)學(xué)意義[20]。另一研究也證實(shí)了ASL獲得的乳頭狀腎細(xì)胞癌的BF與其他類型腎癌差異明顯，且ASL的BF與腎透明細(xì)胞癌的微血管密度(microvascular density，MVD)之間存在中度相關(guān)性(MVDCD34：ρ=0.51; MVDCD31：ρ=0.66)，但該研究結(jié)果顯示腎嗜酸細(xì)胞瘤與腎癌的BF差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義[21]，因此對(duì)于ASL能否鑒別腎嗜酸細(xì)胞瘤仍需進(jìn)一步研究。

Kawashima等[22]的研究證實(shí)了ASL技術(shù)可以評(píng)估乳腺癌組織的灌注異常，ASL與CT灌注成像獲得的BF結(jié)果之間具有高度相關(guān)性(r=0.78)，14個(gè)病灶中13個(gè)在ASL圖像上顯示良好，其病理類型包括11個(gè)浸潤(rùn)性導(dǎo)管癌、1個(gè)粘液性癌及1個(gè)導(dǎo)管原位癌，僅1個(gè)病灶顯示不清，其直徑較小(13 mm)，病理證實(shí)為導(dǎo)管原位癌，這表明ASL有助于乳腺癌的檢出與診斷。

ASL對(duì)腮腺腫瘤的診斷也有一定意義[23]，有學(xué)者對(duì)ASL原始圖像中實(shí)體成分的腫瘤-腮腺信號(hào)強(qiáng)度比(signal intensity ratios，SIR)進(jìn)行定量分析，結(jié)果顯示W(wǎng)arthin腫瘤的SIR值(41.7±36.7)均顯著高于多形性腺瘤(1.81±0.89)及惡性腫瘤(5.09±5.27)。類似相關(guān)研究結(jié)果顯示，腮腺Warthin腫瘤的BF明顯高于多形性腺瘤，腫瘤平均BF與MVD之間存在高度相關(guān)性(r=0.93，R2=0.84)，以腫瘤平均BF為60.5 mL/100g/min作為診斷Warthin腫瘤的閾值時(shí)，診斷敏感度、特異度、陽(yáng)性預(yù)測(cè)值和陰性預(yù)測(cè)值分別為100%、92.3%、90.9%及100%，準(zhǔn)確度為95.7%[24]。

Fujima等[25]采用ASL技術(shù)鑒別鼻腔不同病理類型的惡性腫瘤，發(fā)現(xiàn)鱗狀細(xì)胞癌的腫瘤平均BF明顯高于淋巴瘤[(140.6±35.7)mL/100g/min vs.(93.8±15.1)mL/100g/min，P<0.001]。以腫瘤平均BF為105.5 mL/100g/min作為閾值時(shí)，診斷鱗狀細(xì)胞癌的ROC曲線下面積為0.87，診斷敏感度、特異度及準(zhǔn)確度分別為85%、83%及85%。

關(guān)于頭頸部鱗癌的相關(guān)研究結(jié)果顯示，分化差、存在轉(zhuǎn)移性淋巴結(jié)患者的腫瘤BF更高，其中以BF為152 mL/100g/min作為閾值時(shí)，診斷中-高分化頭頸部鱗狀細(xì)胞癌(head and neck squamous cell carcinoma，HNSCC)的ROC曲線下面積為0.958，診斷敏感度、特異度、陽(yáng)性預(yù)測(cè)值、陰性預(yù)測(cè)值分別為81.8%、95.2%、94.7%及83.3%，準(zhǔn)確度為88.4%[26]。

2.ASL對(duì)腫瘤治療療效監(jiān)測(cè)的價(jià)值

富血供的腫瘤對(duì)放化療敏感，而缺血、乏氧的腫瘤更容易出現(xiàn)治療抗拒[27,28]。同時(shí)，腫瘤放化療早期的灌注變化先于其大小變化[29]，為早期評(píng)估療效提供了基礎(chǔ)。ASL技術(shù)能夠客觀反映腫瘤組織血流量信息，在腫瘤的療效評(píng)估和預(yù)后評(píng)價(jià)方面具有一定價(jià)值。Fenchel等[30]對(duì)10例行抗血管生成治療的晚期多發(fā)性骨髓瘤患者的ASL研究結(jié)果顯示，與基線對(duì)比，治療有效組的平均BF在治療后持續(xù)降低，在第3周及第8周時(shí)分別降低了60.2%及70.7%，而無(wú)效組的平均BF在治療后持續(xù)上升，在第3周及第8周時(shí)分別增加了44.7%及170.3%，治療前后BF的變化與療效存在相關(guān)性，且在不同療效組之間差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.0037)。關(guān)于轉(zhuǎn)移性腎癌抗血管生成治療的研究結(jié)果顯示[29]，治療1個(gè)月時(shí)，有效組和無(wú)效組的腫瘤大小均無(wú)明顯變化，但有效組的BF減少(42%±22%)，而治療無(wú)效組的BF增加(25%±33%)，兩組BF變化值之間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.03)；同時(shí)觀察到治療1個(gè)月的腫瘤BF與治療4個(gè)月的腫瘤大小之間有高度相關(guān)性(r=0.85)。類似的相關(guān)研究結(jié)果也顯示了轉(zhuǎn)移性腎細(xì)胞癌在治療后，腫瘤BF變化與腫瘤大小變化一致[31]。Fujima等[32]對(duì)頭頸部惡性腫瘤進(jìn)行研究，也發(fā)現(xiàn)經(jīng)治療后腫瘤殘留組的平均BF高于無(wú)腫瘤殘留組，且治療前后腫瘤殘留組的BF下降率明顯低于無(wú)腫瘤殘留組(54%±12% vs.85%±6%，P<0.01)。

由此可見(jiàn)，ASL技術(shù)能夠定量評(píng)估腫瘤灌注情況，通過(guò)分析腫瘤BF的變化，有助于鑒別腫瘤類型和監(jiān)測(cè)腫瘤治療療效，為臨床精準(zhǔn)治療提供參考依據(jù)。

ASL在腎功能不全中的應(yīng)用

腎功能不全和腎移植患者需要定期評(píng)估腎功能狀態(tài)，以便早期發(fā)現(xiàn)功能障礙并幫助制定治療策略，但現(xiàn)有的臨床檢查手段并不敏感。腎臟的血流量對(duì)于評(píng)估腎功能具有重要意義，因此，借助可靠的影像學(xué)方法來(lái)監(jiān)測(cè)腎臟血流量的變化，能夠?yàn)榕R床提供重要信息。盡管DCE-MRI是目前常用于腎臟疾病的檢查方法，但其采用的釓類對(duì)比劑增加了腎源性纖維化的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)[33-36]，而ASL無(wú)需外源性對(duì)比劑，可能更有利于腎功能不全患者的評(píng)估。

相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道ASL獲得的正常腎皮質(zhì)與慢性腎病的腎皮質(zhì)BF之間差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義[(368±65)mL/100g/min vs.(237±115)mL/100g/min，P<0.05][37]，表明ASL有助于檢測(cè)慢性腎臟疾病并監(jiān)測(cè)疾病進(jìn)展。Zhang等[38]以數(shù)字減影血管造影作為標(biāo)準(zhǔn)，采用ASL技術(shù)評(píng)估腎移植后的腎動(dòng)脈狹窄、假性動(dòng)脈瘤等并發(fā)癥，準(zhǔn)確率達(dá)96%。Heusch等[39,40]的兩項(xiàng)移植腎研究結(jié)果證實(shí)，ASL測(cè)量的腎皮質(zhì)BF值與移植腎的腎小球?yàn)V過(guò)率有中度相關(guān)性(r分別為0.51及0.63)，與血肌酐水平也有中度相關(guān)性(r=0.51)，與磁共振擴(kuò)散加權(quán)成像(diffusion weighted imaging，DWI)的假擴(kuò)散分?jǐn)?shù)之間存在中度相關(guān)性(r=0.68)。以上研究都證實(shí)了ASL在評(píng)估腎功能不全的腎臟血流量方面有一定價(jià)值。

ASL 在心血管疾病中的應(yīng)用

以往心臟ASL研究多集中于動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，對(duì)人類心臟的研究較少。Capron等[41]評(píng)估了ASL技術(shù)應(yīng)用于人類心臟中的可行性，發(fā)現(xiàn)ASL能夠在自由呼吸狀態(tài)下量化健康受試者的心肌BF，并測(cè)得心肌平均BF為(1.28±0.36)mL/g/min。Wacker等[42]研究發(fā)現(xiàn)，ASL可定量評(píng)估冠脈儲(chǔ)備情況，測(cè)得正常人的冠脈儲(chǔ)備為(2.1±0.6)mL/g/min。Zun等[43]的研究結(jié)果也表明,ASL可以準(zhǔn)確檢測(cè)出冠心病的心肌灌注儲(chǔ)備的下降情況,冠心病缺血心肌的灌注儲(chǔ)備水平明顯低于正常心肌的灌注儲(chǔ)備水平[(1.44±0.97)mL/g/min vs.(3.18±1.54)mL/g/min，P=0.0011]。因此ASL能夠評(píng)估心肌和冠脈灌注狀態(tài)，可能對(duì)早期發(fā)現(xiàn)冠脈灌注異常及延緩心臟疾病的進(jìn)展具有一定臨床意義。

其他

ASL能夠?qū)υ隗w骨骼肌的微循環(huán)進(jìn)行非侵入性評(píng)估[44-46]，從而診斷肌肉疾病(如肌炎)。Raynaud等[47]采用標(biāo)準(zhǔn)靜脈阻塞體積描記法(venous occlusion plethysmography，VOP)來(lái)檢驗(yàn)ASL技術(shù)測(cè)量人類骨骼肌灌注的可靠性，BF與VOP法獲得的灌注值之間的關(guān)系為：BF=1.0VOP+9.4 mL/100g/min(r2=0.86)。ASL亦可用于評(píng)估胰腺血流灌注情況[48]，但Hirshberg等[49]研究顯示，健康人和Ⅰ型糖尿病患者胰腺BF之間差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。此外，還有文獻(xiàn)報(bào)道ASL可用于定量分析肝、肺、甲狀腺的灌注情況[50-53]。

小結(jié)與展望

目前ASL對(duì)頸體部的臨床應(yīng)用尚處于起步階段，采用的成像序列和灌注模型還不夠完善，但其具有無(wú)創(chuàng)、簡(jiǎn)單和成本低的優(yōu)點(diǎn)，隨著理論基礎(chǔ)的進(jìn)一步完善和MRI技術(shù)的快速發(fā)展，ASL技術(shù)的應(yīng)用前景將會(huì)更加廣闊。