動(dòng)脈自旋標(biāo)記技術(shù)在腦血管疾病的臨床應(yīng)用進(jìn)展＊

1.北京大學(xué)中日友好臨床醫(yī)學(xué)院(北京 100029)

2.中日友好醫(yī)院放射科(北京 100029)

3.中日友好醫(yī)院放射科(北京 100029)

史素敏1 杜 雷2 馬國(guó)林3

1 動(dòng)脈自旋標(biāo)記技術(shù)的原理

動(dòng)脈自旋標(biāo)記技術(shù)(arterial spin labeling, ASL)是一項(xiàng)無(wú)創(chuàng)的檢測(cè)腦灌注的磁共振成像技術(shù)，它根據(jù)示蹤劑從血管內(nèi)向組織間隙自由擴(kuò)散的理論假設(shè)，利用磁性標(biāo)記的動(dòng)脈血內(nèi)水質(zhì)子流入成像層面和組織交換產(chǎn)生的信號(hào)降低進(jìn)行成像，對(duì)標(biāo)記前后的成像進(jìn)行減影分析，從而得到腦血流量(cerebral blood flow, CBF)的定性、定量圖[1]。ASL可以顯示自大動(dòng)脈至毛細(xì)血管水平的灌注情況。需注意的是，由于血液水質(zhì)子的標(biāo)記是質(zhì)子磁矩的反轉(zhuǎn)，磁化矢量降低，所以標(biāo)記圖像的信號(hào)強(qiáng)度是下降的。因此，最終獲取的圖像是通過(guò)對(duì)照?qǐng)D像減去標(biāo)記圖像[2]。

根據(jù)標(biāo)記方法的不同，ASL可以分為：脈沖法動(dòng)脈自旋標(biāo)記(pulsed arterial spin labeling ,PASL)、連續(xù)法動(dòng)脈自旋標(biāo)記(continuous arterial spin labeling, CASL)和準(zhǔn)連續(xù)動(dòng)脈自旋標(biāo)記(pseudocontinuous arterial spin labeling，p CASL)[3-5]。

2 動(dòng)脈自旋標(biāo)記技術(shù)的技術(shù)要點(diǎn)

2.1 標(biāo)記和采集圖像之間的延遲時(shí)間如前所述，ASL技術(shù)在施加標(biāo)記脈沖和采集圖像之間采用一個(gè)延遲時(shí)間，以便允許被標(biāo)記的動(dòng)脈血液中的水分子流入成像區(qū)域中的目標(biāo)組織。這個(gè)延遲時(shí)間降低了定量灌注對(duì)運(yùn)輸時(shí)間變化的敏感性。描述這種延遲的術(shù)語(yǔ)對(duì)于p CASL和PASL是不同的。對(duì)于p CASL，將脈沖序列結(jié)束和圖像采集之間的時(shí)間稱為標(biāo)記后延遲時(shí)間(post labeling delay,PLD)。對(duì)于PASL，標(biāo)記脈沖幾乎是瞬時(shí)的，將施加脈沖到圖像采集的時(shí)間稱為反轉(zhuǎn)時(shí)間(inversion time,TI)。

根據(jù)我們的成像目的，可以設(shè)置不同的PLD或TI時(shí)間，同時(shí)這也使得腦血流量的定量出現(xiàn)偏差。對(duì)于腦血管病的病人，由于血流動(dòng)力學(xué)發(fā)生改變，單個(gè)PLD經(jīng)常無(wú)法準(zhǔn)確評(píng)估CBF，所以經(jīng)常使用多個(gè)PLD[1,2,6-9]。

2.2 背景抑制(background suppression,BS) 在灰質(zhì)中，每秒鐘灌注用大約1%的腦組織中的水代替流入的血液。因此，ASL測(cè)量中兩秒鐘推注的被標(biāo)記的血液只能干擾典型腦體素中約2%的磁化強(qiáng)度。背景抑制技術(shù)利用空間選擇性飽和和反轉(zhuǎn)脈沖相結(jié)合的方法，可以顯著改善信噪比[2,10,11]。

3 ASL在腦血管疾病中的應(yīng)用

腦血管疾病具有致殘率高和病死率高的特點(diǎn)，是引起中老年人死亡和致殘的主要疾病[12]。腦血管病多伴有腦灌注的異常，通常采用動(dòng)態(tài)磁敏感對(duì)比增強(qiáng)MRI來(lái)定量腦血流量，但是該方法需要快速注射對(duì)比劑，且為有創(chuàng)檢查。ASL技術(shù)能夠無(wú)創(chuàng)性定量CBF，并且具有操作簡(jiǎn)便、容易重復(fù)等優(yōu)勢(shì)，所以ASL在腦血管疾病中具有較好的應(yīng)用價(jià)值[13]。

3.1 ASL在顱內(nèi)動(dòng)脈狹窄-閉塞性疾病中的應(yīng)用顱內(nèi)動(dòng)脈狹窄-閉塞性疾病常伴隨腦血流動(dòng)力學(xué)的障礙和腦血流量的降低，從而引起腦缺血的臨床癥狀。大多數(shù)ASL研究表明，動(dòng)脈運(yùn)輸時(shí)間的不確定性是CBF測(cè)量誤差的主要來(lái)源，在一些動(dòng)脈狹窄或閉塞的病人中，由于動(dòng)脈運(yùn)輸時(shí)間比正常人長(zhǎng)，單一延遲時(shí)間可能使得CBF被低估。Bokkers等[14]對(duì)14例癥狀性的頸內(nèi)動(dòng)脈閉塞的患者利用13個(gè)TI的PASL技術(shù)和H215OPET進(jìn)行成像，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，PET和ASL-MRI均顯示ICA閉塞同側(cè)半球大腦中動(dòng)脈灰質(zhì)的腦血流量明顯降低，用ASL-MRI測(cè)量的灰質(zhì)平均的腦血流量比用PET測(cè)量的更高。他們認(rèn)為，多個(gè)TI的ASL-MRI能夠描繪頸內(nèi)動(dòng)脈閉塞患者中腦血流量低的區(qū)域。Bookers等[15]研究發(fā)現(xiàn)，在癥狀性的頸內(nèi)動(dòng)脈狹窄的患者中，主要腦動(dòng)脈流域的血管擴(kuò)張能力可以通過(guò)ASL MR成像在腦組織水平上可視化和量化。Lou等[16]利用兩個(gè)PLD的3D p CASL技術(shù)對(duì)81例(其中有癥狀者49例，無(wú)癥狀者32例)單側(cè)大腦中動(dòng)脈中重度狹窄的患者進(jìn)行研究，結(jié)果表明，與有癥狀的患者相比，在兩個(gè)PLD的3D p CASL上，無(wú)癥狀患者有著更強(qiáng)大的側(cè)枝灌注。

3.2 ASL在腦卒中的應(yīng)用腦卒中是一種發(fā)病率、致殘率較高的常見(jiàn)病，關(guān)注腦組織的缺血情況，判斷其再灌注與側(cè)枝循環(huán)的存在與否，對(duì)指導(dǎo)臨床治療方案的選擇及疾病預(yù)后的判斷具有重要的參考價(jià)值[17]。急性腦卒中一直是腦血管MRI的研究重點(diǎn)，而ASL能準(zhǔn)確可靠地定量檢測(cè)CBF，在腦卒中方面具有潛在的應(yīng)用價(jià)值[6]。Li等[18]采用ASL技術(shù)對(duì)58例短暫性腦缺血發(fā)作和60例缺血性腦卒中的患者進(jìn)行研究，比較和分析ASL和常規(guī)MRI成像技術(shù)之間的相關(guān)性和差異，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，ASL技術(shù)在各方面都優(yōu)于常規(guī)的磁共振成像技術(shù)。他們認(rèn)為ASL有助于早期診斷短暫性腦缺血發(fā)作和腦卒中患者的顱內(nèi)動(dòng)脈輕、中度狹窄。Kohno等[19]研究表明，ASL灌注研究有助于急性缺血性卒中患者檢測(cè)擴(kuò)散-灌注不匹配的病變和治療方法的選擇。與單一PLD的ASL相比，多個(gè)PLD的ASL可以更好地看到急性腦卒中的側(cè)枝循環(huán)血流。Lou等[20]研究發(fā)現(xiàn)，在急性大腦中動(dòng)脈缺血性腦卒中患者中，ASL的腦血容量圖像上更高的軟腦膜側(cè)枝循環(huán)得分是血管內(nèi)治療后臨床結(jié)果的一個(gè)特異性標(biāo)記。目前，ASL在腦卒中有著重要的應(yīng)用價(jià)值，未來(lái)需要進(jìn)一步的深入研究。

3.3 ASL在短暫性腦缺血發(fā)作中的應(yīng)用短暫性腦缺血發(fā)作(transient ischemic attack ，TIA)主要指局灶性缺血而導(dǎo)致的突發(fā)短暫性、可逆性神經(jīng)功能或視網(wǎng)膜功能障礙，易反復(fù)發(fā)作，其中約有三分之一的患者會(huì)發(fā)展為腦梗死，嚴(yán)重威脅患者生命健康[21]。MacIntosh等[22]采用多個(gè)反轉(zhuǎn)時(shí)間的PASL技術(shù)對(duì)15例有輕度腦卒中或者TIA的患者和健康受試者進(jìn)行研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與對(duì)照組相比，延長(zhǎng)的動(dòng)脈到達(dá)時(shí)間更有可能存在于病變的大腦半球側(cè)。結(jié)果表明，這種ASL技術(shù)的優(yōu)勢(shì)就是利用動(dòng)脈到達(dá)時(shí)間和腦血流量來(lái)特征化缺血的能力。研究表明，ASL可能有助于TIA患者的檢查和治療方式的選擇，特別是那些對(duì)造影劑過(guò)敏的患者[23-24]。Qiao等[25]利用p CASL 對(duì)49例懷疑TIA的病人進(jìn)行研究。結(jié)果顯示，ASL在探測(cè)TIA病人的灌注異常方面有很大潛力。

3.4 ASL在煙霧病中的應(yīng)用煙霧病是一種病因不明的腦血管疾病，特征是雙側(cè)頸內(nèi)動(dòng)脈末端及大腦前動(dòng)脈、大腦中動(dòng)脈起始部慢性進(jìn)行性狹窄或閉塞，并導(dǎo)致顱底異常血管網(wǎng)形成。Yun等[26]研究發(fā)現(xiàn)，從ASL中獲得的腦血管反應(yīng)性的值要低于從SPECT中獲得的值。在吻合術(shù)的一側(cè)，與術(shù)前相比，術(shù)后6個(gè)月用ASL和SPECT圖像上獲得的腦血管的反應(yīng)性均顯著增加。表明ASL在確定煙霧病患者腦血管反應(yīng)性方面有優(yōu)勢(shì)。然而，Noguchi等[27]研究發(fā)現(xiàn)ASL-MRI與SPECT獲得的腦血管的反應(yīng)性是相等的。此外，Sugino等[28]研究顯示ASL可以探測(cè)到煙霧病患者血管重建術(shù)后的高灌注，不需要對(duì)比劑，無(wú)輻射，優(yōu)于常規(guī)的SPECT技術(shù)。Lee等[29]的研究發(fā)現(xiàn)ASL可以用來(lái)識(shí)別煙霧病患者血管重建手術(shù)后的腦血流量、側(cè)枝血流和吻合部位的通暢程度。Noguchi等[30]研究發(fā)現(xiàn)ASL-MRI與患者的年齡、腦血管病變的范圍和顱內(nèi)動(dòng)脈狹窄-閉塞的嚴(yán)重程度有因果關(guān)系或者相互關(guān)系?？傊?，ASL在煙霧病中的研究相對(duì)廣泛，研究結(jié)果不盡相同，未來(lái)需要擴(kuò)大樣本量同時(shí)改進(jìn)ASL技術(shù)，進(jìn)一步驗(yàn)證這些結(jié)論。

4 總結(jié)與展望

動(dòng)脈自旋標(biāo)記技術(shù)是一種無(wú)創(chuàng)的定量腦血流量的磁共振成像技術(shù)，已經(jīng)從可行性演變?yōu)閷?shí)用性。目前，動(dòng)脈自旋標(biāo)記技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于多種中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病中。ASL技術(shù)在許多疾病的診斷中起著重要作用。由于CBF測(cè)量在臨床實(shí)際應(yīng)用中還存在一些問(wèn)題，目前ASL尚未真正進(jìn)入臨床。隨著動(dòng)脈自旋標(biāo)記成像技術(shù)的逐步完善，相信在不遠(yuǎn)的將來(lái)，動(dòng)脈自旋標(biāo)記技術(shù)在臨床疾病的診斷和療效評(píng)估中將會(huì)發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。