動(dòng)脈自旋標(biāo)記MRI技術(shù)在腦底異常血管網(wǎng)病中的應(yīng)用與發(fā)展

沈栩軒綜述 韓 聰審校

腦底異常血管網(wǎng)病，又稱煙霧?。╩oyamoya disease，MMD），是一種原因不明的慢性進(jìn)展性腦血管疾病，以雙側(cè)頸內(nèi)動(dòng)脈末端和/或大腦前、中動(dòng)脈起始部動(dòng)脈內(nèi)膜緩慢增厚，動(dòng)脈管腔逐漸狹窄以至閉塞，腦基底部大量異常血管網(wǎng)代償性形成為主要特點(diǎn)[1]。MMD 的臨床表現(xiàn)多種多樣，根據(jù)首發(fā)癥狀可分為梗死型、短暫性腦缺血發(fā)作（transient ischemic attack，TIA）型、出血型、癲癇型、頻發(fā)TIA型、頭痛型和無癥狀型[2]。顱內(nèi)動(dòng)脈進(jìn)行性狹窄導(dǎo)致的腦缺血癥狀（TIA、腦梗死）和伴隨出現(xiàn)的異常擴(kuò)張血管引起的腦出血癥狀是MMD 最主要的臨床表現(xiàn)。如何準(zhǔn)確預(yù)測(cè)MMD的卒中風(fēng)險(xiǎn)，是判斷預(yù)后和評(píng)估手術(shù)指征的重要依據(jù)。近年來，隨著影像學(xué)技術(shù)，特別是腦灌注成像技術(shù)的進(jìn)展，各種血流動(dòng)力學(xué)評(píng)估技術(shù)已成為評(píng)估MMD嚴(yán)重程度、預(yù)測(cè)卒中風(fēng)險(xiǎn)和判斷預(yù)后的重要手段。近年來，動(dòng)脈自旋標(biāo)記（arterial spin labeling，ASL）技術(shù)受到越來越多的關(guān)注。ASL技術(shù)是一種利用動(dòng)脈血液中的水分子作為內(nèi)源性對(duì)比劑實(shí)現(xiàn)腦血流成像的功能磁共振技術(shù)，是一種非侵入性灌注成像方法，具有無創(chuàng)、可視化、量化和可重復(fù)性強(qiáng)等特點(diǎn)，可以高靈敏度地顯示腦組織的血流灌注變化，如新的小范圍缺血[3]。本文對(duì)ASL-MRI的常用技術(shù)及其在MMD的應(yīng)用進(jìn)行綜述。

1 ASL定義及成像原理

1992 年，Williams 等[4]首次提出ASL 的概念，就是利用血液中的水分子作為內(nèi)源性示蹤劑進(jìn)行成像。從施加脈沖到采集圖像的時(shí)間稱為標(biāo)記后延遲時(shí)間（post labelindelay，PLD），也就是從動(dòng)脈血被標(biāo)記到進(jìn)入目標(biāo)區(qū)域的時(shí)間間隔。在被標(biāo)記的水分子進(jìn)入感興趣區(qū)前后進(jìn)行兩次圖像收集，通過計(jì)算標(biāo)記和未標(biāo)記的對(duì)照?qǐng)D之間的磁化差異，即可得到腦實(shí)質(zhì)目標(biāo)區(qū)域的血管灌注結(jié)果[5]。ASL 技術(shù)不需要注射任何造影劑，且無輻射暴露。ASL 按照常用的標(biāo)記方式分類，包括脈沖式ASL（pulsed ASL，PASL）、連續(xù)式ASL（continous ASL，CASL）及其衍生出的偽連續(xù)動(dòng)脈自旋標(biāo)記技術(shù)（pseudo-CASL，pCASL）。

2 ASL-MRI在MMD中的臨床應(yīng)用

2.1 常規(guī)ASL-MRI與傳統(tǒng)血流灌注評(píng)估方法的一致性比較 不同性別和不同年齡的健康人腦血流速度和血流量存在顯著差異。兒童血流速度及血流量在3～8歲達(dá)高峰，然后逐漸下降；青年男性腦血流速度常顯著低于青年女性；絕經(jīng)后女性腦血流速度與同年齡段男性無明顯差異[6]。由于PLD無法準(zhǔn)確預(yù)估，因此，ASL 采集過程中，PLD 多經(jīng)驗(yàn)性設(shè)定為2 025 ms[7]。Niibo等[8]報(bào)道，與動(dòng)態(tài)磁敏感對(duì)比核磁共振灌注成像（dynamic susceptibility contrast-enhanced perfusion weighted imaging，DSC-PWI）相比，ASL-MRI檢測(cè)急性缺血性腦卒中的灌注異常更為敏感。Goetti 等[9]研究表明，對(duì)于兒童MMD 的評(píng)估，ASLMRI與PET也具有較好的一致性。但單個(gè)PLD的單延遲ASL 技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中暴露出一定的問題，主要是MMD病人大動(dòng)脈閉塞和動(dòng)脈間側(cè)支循環(huán)開放，血流通過速度減緩、血流到達(dá)時(shí)間延遲，部分被標(biāo)記的血液仍殘留在血管內(nèi)導(dǎo)致在病變區(qū)域觀察到蔓狀匍匐的條狀高信號(hào)，這種現(xiàn)象稱為動(dòng)脈傳遞偽影（arterial transit artifact，ATA），延長(zhǎng)PLD 時(shí)間可以減少ATA。動(dòng)脈通過時(shí)間（arterial transit time，ATT）的延長(zhǎng)導(dǎo)致局部血流信號(hào)及組織灌注在一定程度上被低估，單延遲ASL 的分析結(jié)果往往高估了缺血癥狀。這可能與病變區(qū)域血流緩慢，在采集時(shí)間內(nèi)標(biāo)記血流未進(jìn)入腦組織造成信號(hào)丟失相關(guān)[10]。

盡管ATA 是單個(gè)PLD 所造成的采集信號(hào)延遲顯影現(xiàn)象，但這個(gè)現(xiàn)象目前被認(rèn)為是評(píng)估側(cè)支循環(huán)的開放程度的一個(gè)標(biāo)志。對(duì)MMD 同時(shí)行DSA 和ASL-MRI的對(duì)比試驗(yàn)（PLD=2.0 s），分別觀察側(cè)支循環(huán)的開放情況和ATA，結(jié)果顯示，以DSA為評(píng)價(jià)側(cè)支循環(huán)的金標(biāo)準(zhǔn)，ATA 的敏感度及特異度分別為0.83和0.82[11]。

2.2 多延遲ASL-MRI 技術(shù)與MMD 的血流灌注狀態(tài)評(píng)估 為解決ATT 的延長(zhǎng)導(dǎo)致局部組織灌注被低估的問題，多延遲ASL 技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。多延遲ASL 技術(shù)是指在標(biāo)記后采用多個(gè)PLD進(jìn)行分析某一灌注區(qū)域一系列動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，稱為多參數(shù)多相位動(dòng)脈自旋標(biāo)記技術(shù)，簡(jiǎn)稱多延遲ASL技術(shù)。Wang等[12]研究表明，多延遲ASL-MRI 不僅能夠測(cè)量腦血流量（cerebral blood flow，CBF），還可以通過分析得到動(dòng)脈通過時(shí)間圖，較單延遲ASL 更好地反映腦血流動(dòng)力學(xué)的狀態(tài)。Fan 等[10]對(duì)MMD 的研究發(fā)現(xiàn)，與單延遲ASL 相比，多延遲ASL得到的CBF值與PET更為接近，可避免腦血管病病人ATT 改變?cè)斐傻恼`差，從而獲得更為準(zhǔn)確全面的灌注信息。Wang等[13]對(duì)17例MMD行ASL-MRI 與CT 灌注成像檢查，結(jié)果表明，通過對(duì)灰質(zhì)和白質(zhì)的體素分析以及基于感興趣區(qū)的歸一化灌注處理，ASL 和CT 灌注成像存在顯著相關(guān)性；與單次PLD（PLD=2 000 ms）采集的CBF 相比，使用多延遲ASL 的CBF 和CT 灌注成像的相關(guān)性更顯著。由于多延遲ASL與PET有較好的一致性，且無創(chuàng)、無需使用對(duì)比劑、可重復(fù)高，多延遲ASL可以作為腦血流疾病的篩查方式及隨訪的有效方法。

2.3 ASL-MRI 技術(shù)用于評(píng)價(jià)MMD 術(shù)后重建效果及預(yù)后 直接血管重建術(shù)是目前成人MMD最主要的治療方式之一，雖然能夠即刻改變顱內(nèi)血供，但短期內(nèi)劇烈的血流動(dòng)力學(xué)變化引起高灌注現(xiàn)象是主要并發(fā)癥之一[2]；同時(shí)，短期內(nèi)缺血區(qū)域血供改變情況，也是評(píng)價(jià)直接血管重建術(shù)吻合口通暢情況的重要依據(jù)。Lee等[14]應(yīng)用ASL-MRI技術(shù)評(píng)價(jià)145例MMD直接血管重建術(shù)后CBF、側(cè)支血流的變化和吻合口的通暢性，結(jié)果顯示，與金標(biāo)準(zhǔn)DSA相比，ASL-MRI 可用于識(shí)別血管重建術(shù)后的CBF 變化，具有良好的診斷性能；而在術(shù)后重建的側(cè)支血管評(píng)估和吻合口通暢性方面，與DSA的一致性為良好和中等。對(duì)于兒童MMD，間接血管重建術(shù)是目前主要的治療方式[2]。與成人MMD 一樣，DSA 是評(píng)價(jià)術(shù)后血管重建效果的金標(biāo)準(zhǔn)，但間接血管重建術(shù)后的側(cè)支血管重建是一個(gè)緩慢的過程，需要長(zhǎng)期、動(dòng)態(tài)的評(píng)估。DSA 是一項(xiàng)具有侵入性的檢查方法，并且有一定的并發(fā)癥風(fēng)險(xiǎn)，因此無創(chuàng)的血流灌注評(píng)估技術(shù)是對(duì)間接血管重建術(shù)效果評(píng)估的有效補(bǔ)充方法。Quon等[15]采用ASL-MRI 技術(shù)測(cè)量15 例MMD 及MMD 綜合征患兒手術(shù)前后20 個(gè)腦區(qū)CBF 值，結(jié)果顯示，術(shù)后大腦中動(dòng)脈高位區(qū)域的CBF 顯著增加，而同側(cè)豆?fàn)罴y狀核供血的基底節(jié)的CBF 明顯減少，其余腦血管區(qū)域無血流灌注改變。Tortora 等[16]通過ASL得到的CBF 值在特定腦組織中的空間變異系數(shù)（ASLsCoV）評(píng)估ATT，并且與DSC-MRI 得到的CBF 和達(dá)峰時(shí)間（time to peak，TTP）進(jìn)行比較，納入37例行腦硬膜顳淺動(dòng)脈顳肌貼敷術(shù)的MMD患兒，術(shù)前和術(shù)后6、12、24個(gè)月采集ASL和DSC-MRI數(shù)據(jù)，結(jié)果顯示，對(duì)于大腦中動(dòng)脈供血區(qū)，ASL-sCov可以有效地評(píng)價(jià)MMD患兒術(shù)后腦灌注變化，與DSC-TTP的變化密切相關(guān)，均在術(shù)后逐漸降低；ASL-MRI 檢測(cè)到的CBF較DSC-MRI檢測(cè)到的CBF明顯降低，考慮與ATA導(dǎo)致的單延遲ASL-CBF被低估有關(guān)。

2.4 新興ASL-MRI技術(shù)在MMD中的應(yīng)用 區(qū)域性動(dòng)

脈自旋標(biāo)記技術(shù)（territorial arterial spin labeling，t-ASL），可以選擇性標(biāo)記顱內(nèi)外供血?jiǎng)用}的一條或多條動(dòng)脈，可以對(duì)各動(dòng)脈的腦供血區(qū)域情況進(jìn)行可視化顯示，可以提供一個(gè)直接、相對(duì)客觀的局部腦灌注評(píng)估結(jié)果。Gao 等[17]通過3D-TOF-MRA 與t-ASL 技術(shù)結(jié)合，以一種無創(chuàng)、無放射性、無增強(qiáng)的方式評(píng)估MMD 不同動(dòng)脈灌注區(qū)域的轉(zhuǎn)移情況，發(fā)現(xiàn)5 種不同類型的動(dòng)脈供血區(qū)域，即灌注區(qū)域的轉(zhuǎn)移情況，并且發(fā)現(xiàn)單純依靠二級(jí)側(cè)支循環(huán)的灌注區(qū)域轉(zhuǎn)移，可能是引起MMD腦出血的獨(dú)立危險(xiǎn)因素；而原有的脈絡(luò)膜動(dòng)脈灌注區(qū)域轉(zhuǎn)移可能對(duì)MMD 術(shù)后出血風(fēng)險(xiǎn)沒有明顯影響。Yuan 等[18]應(yīng)用t-ASL 技術(shù)評(píng)估MMD病人顳淺動(dòng)脈-大腦中動(dòng)脈分流術(shù)后早期顳淺動(dòng)脈向顱內(nèi)供血的面積，并且評(píng)估手術(shù)前后主要腦動(dòng)脈灌注區(qū)域的變化，30例MMD通過t-ASL技術(shù)標(biāo)記顳淺動(dòng)脈檢測(cè)術(shù)后的供血范圍，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，14 例（46.7%）可以通過t-ASL 檢測(cè)到顳淺動(dòng)脈術(shù)后的供血區(qū)域，而16例（53.3%）沒有檢測(cè)到（陰性）；陽(yáng)性組與陰性組術(shù)后腦主動(dòng)脈灌注區(qū)域變化差異較大；并且相關(guān)結(jié)果與CTA有較好的一致性。這提示t-ASL是評(píng)估MMD術(shù)后重建效果的一種有效的技術(shù)。

4D-ASL技術(shù)使用準(zhǔn)連續(xù)動(dòng)脈自旋標(biāo)記（pseudo continuous arterial spin labeling，PCASL）為成像基礎(chǔ)[19]。在灌注成像的長(zhǎng)PLD 內(nèi)，同時(shí)進(jìn)行多次短標(biāo)記時(shí)間（label duration，LD）和短標(biāo)記PLD 的圖像采集，流入動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)通過改變LD進(jìn)行多次獲取，每個(gè)標(biāo)記脈沖使用單個(gè)時(shí)間點(diǎn)數(shù)據(jù)采集，降低射頻飽和效應(yīng)，使4D-ASL 可以獲得更高地動(dòng)脈血管空間分辨率[20，21]。4D-ASL 可以評(píng)估MMD 血管的狹窄或閉塞性變化，特別是可以更好地觀察到側(cè)支循環(huán)血管內(nèi)血流的動(dòng)態(tài)變化，并且更加清晰地顯示側(cè)支血管的末端細(xì)小血管，包括軟腦膜的側(cè)支血管[22，23]。這為臨床提供了有效的治療策略參考。

綜上所述，目前，腦血流動(dòng)力學(xué)的評(píng)估方法眾多，ASL-MRI 是一種安全的、侵入性小的方法，對(duì)于兒童MMD，這一點(diǎn)尤為重要。另外，ASL-MRI 可重復(fù)性好，對(duì)MMD這類需要長(zhǎng)期觀察和術(shù)后隨訪的慢性進(jìn)展性腦血管疾病，是更加適合的評(píng)估方法。此外，其他以ASL 為基礎(chǔ)的血管成像方法，如4D-ASL技術(shù)，為ASL技術(shù)發(fā)展提供了另一個(gè)方向。MMD臨床診治中迫切需求一種無創(chuàng)、定量、穩(wěn)定、可重復(fù)的腦灌注成像方法，ASL-MRI 具有良好的發(fā)展前景，值得進(jìn)一步進(jìn)行深入研究。