下肢組織灌注評(píng)估及動(dòng)脈自旋標(biāo)記技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)展*

于小晰 綜述 劉 暴 審校

(中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院，北京 100730)

對(duì)于下肢動(dòng)脈硬化閉塞癥(peripheral arterial occlusive disease, PAOD)，現(xiàn)有輔助診斷的成像方式可以確認(rèn)主要血管是否通暢，但對(duì)組織的灌注水平關(guān)注不足。一些傳統(tǒng)灌注評(píng)估方法如激光多普勒成像、經(jīng)皮氧分壓(transpercutaneous oxygen pressure, TcPO2)測(cè)定、吲哚菁綠熒光顯像等只能評(píng)估淺表組織的灌注，且在疾病早期敏感性較低，無法滿足臨床的灌注評(píng)估需要。動(dòng)脈自旋標(biāo)記(arterial spin labeling, ASL)是使用內(nèi)源性的磁性標(biāo)記血液作為對(duì)比劑的灌注成像技術(shù)，既往用于腦部灌注的測(cè)定，隨著相關(guān)共識(shí)的建立[1]，在下肢缺血性疾病中被廣泛研究和試驗(yàn)性應(yīng)用。本文對(duì)下肢組織灌注評(píng)估的意義和方法，以及ASL技術(shù)用于下肢灌注的評(píng)估進(jìn)行文獻(xiàn)總結(jié)。

1 組織灌注評(píng)估在PAOD中的意義

動(dòng)脈硬化閉塞癥可以發(fā)生在任何外周動(dòng)脈中，但在下肢比較常見，主要病因是由于發(fā)生動(dòng)脈粥樣硬化導(dǎo)致血管狹窄或閉塞，從而影響腿部以及足部的血供。PAOD可以發(fā)展為嚴(yán)重肢體缺血(critical limb ischemia, CLI)，導(dǎo)致截肢或不良心血管事件的發(fā)生，嚴(yán)重影響存活率和生存質(zhì)量。2012～2015年中國(guó)高血壓調(diào)查顯示，目前年齡在35歲及以上的中國(guó)成年人口中有6.6%(估計(jì)為4530萬)患有PAOD，75歲以上患病率明顯增加，隨著我國(guó)人口的老齡化其患病率仍在上升[2]。

對(duì)于保守治療效果不佳或是進(jìn)展為CLI的PAOD患者，及時(shí)的腔內(nèi)治療是目前的首選治療方案，準(zhǔn)確的影像學(xué)評(píng)估可以監(jiān)測(cè)疾病的進(jìn)展，確定介入的時(shí)機(jī)?，F(xiàn)有的成像方法主要用來評(píng)估病變血管的狹窄程度、鈣化程度等解剖學(xué)特點(diǎn)，如多普勒超聲、動(dòng)脈內(nèi)血管造影、CT血管造影、磁共振血管造影等，雖然能一定程度上反映下肢血供情況，但無法評(píng)估患肢組織的血液灌注及代謝。對(duì)于大血管的傳統(tǒng)評(píng)估可能忽視微循環(huán)障礙的不良影響，在部分患者中由于局部微循環(huán)障礙的發(fā)生，即使大血管通暢也會(huì)出現(xiàn)功能性的肢體缺血[3]；另一方面這些成像方法無法量化側(cè)支循環(huán)形成對(duì)于肢體血液灌注的影響，實(shí)際上側(cè)支循環(huán)可以起到重要的補(bǔ)償作用，在主要血管狹窄時(shí)也可能有效地維持肢體灌注[4]。組織灌注的水平直接決定組織代謝和功能，灌注評(píng)估能夠確定患肢是否有足夠的血供促使疼痛癥狀好轉(zhuǎn)、切口及時(shí)愈合，以及減少截肢的發(fā)生。因此，相較于血管結(jié)構(gòu)的通暢與否，組織灌注的水平與臨床癥狀、治療效果以及預(yù)后的關(guān)系更加密切[5～7]。

目前，臨床上尚無廣泛使用的測(cè)定下肢組織灌注的可靠方法，雖然踝肱指數(shù)(ankle brachial index，ABI)能夠測(cè)定血管狹窄或閉塞造成的動(dòng)脈壓力改變，粗略地反映組織灌注情況，但ABI反映灌注的準(zhǔn)確性容易受到血管鈣化的影響，ABI結(jié)果與CLI嚴(yán)重程度的相關(guān)性一般[8,9]。美國(guó)心臟協(xié)會(huì)(American Heart Association, AHA)2019年指出，在下肢缺血性疾病中，當(dāng)前對(duì)于肢體灌注的定量評(píng)估以及空間性描述不足，需要更多的臨床實(shí)踐證據(jù)提供指導(dǎo)[10]。準(zhǔn)確的肢體灌注評(píng)估，可與傳統(tǒng)的血管造影相結(jié)合，提供傳統(tǒng)成像所缺失的組織代謝水平的信息，有助于PAOD的早期診斷；無創(chuàng)的灌注評(píng)估方法有利于對(duì)患者進(jìn)行長(zhǎng)期的管理和持續(xù)的監(jiān)測(cè)，并根據(jù)組織的缺血情況和代謝水平確定最佳腔內(nèi)治療的時(shí)機(jī)；術(shù)中的灌注評(píng)估可以協(xié)助臨床醫(yī)生在選擇具體血管開通時(shí)做出更好的決策，包括處理Angiosome理論相關(guān)的缺血、足弓以及多血管狹窄的血運(yùn)重建術(shù)等[11]；同時(shí)，手術(shù)前后進(jìn)行灌注比較也可以監(jiān)測(cè)手術(shù)治療對(duì)患肢灌注的改善效果，對(duì)于下肢功能性的預(yù)后水平做出推斷[10]。

2 下肢組織灌注評(píng)估的方法

一些傳統(tǒng)技術(shù)方法可以評(píng)估局部組織的灌注，有些方法已經(jīng)應(yīng)用于臨床實(shí)踐中，如激光多普勒成像、TcPO2測(cè)定、吲哚菁綠熒光顯像等[12]。

2.1 激光多普勒成像

激光多普勒成像與激光多普勒血流儀原理相似，無需接觸皮膚，可以通過測(cè)定血細(xì)胞反射和散射的激光，生成反映微血管血流的二維灌注圖，具有較高的空間分辨率，能夠用于評(píng)估缺血的嚴(yán)重程度，通過縱向比較在血運(yùn)重建的過程中有一定的應(yīng)用價(jià)值。目前，使用該技術(shù)對(duì)于PAOD患者肢體灌注的評(píng)估仍沒有形成統(tǒng)一的共識(shí)。該技術(shù)的局限是測(cè)定灌注的深度較淺，主要測(cè)定肌肉組織表面較淺的血管，也容易受到運(yùn)動(dòng)偽影、環(huán)境溫度變化的影響。

2.2 TcPO2測(cè)定

TcPO2測(cè)定也是一種非侵入性的檢查方法，通過發(fā)熱的氧敏電極測(cè)量氧合，反映淺表組織的灌注情況，有助于在PAOD與糖尿病微血管功能障礙、貧血等疾病聯(lián)合情況下評(píng)估肢體缺血的嚴(yán)重程度[13]。由于皮膚灌注和氧合是決定缺血性潰瘍是否會(huì)愈合的主要因素，TcPO2測(cè)定可以提供傳統(tǒng)影像評(píng)估缺少的信息，即判斷傷口愈合的可能性。正常TcPO2值>55 mm Hg，CLI患者TcPO2值一般<20～30 mm Hg，當(dāng)TcPO2<30 mm Hg時(shí)該區(qū)域的傷口難以愈合，使用TcPO2預(yù)測(cè)保肢結(jié)局的敏感性較高[10]。TcPO2容易受到溫度的影響，熱敏電阻溫度變化會(huì)影響讀數(shù)，同時(shí)水腫、炎癥引起的耗氧量增加和血管收縮也會(huì)使讀數(shù)不準(zhǔn)。

2.3 吲哚菁綠熒光顯像

吲哚菁綠是一種可以被近紅外激光激活的熒光染料，吲哚菁綠熒光顯像通過測(cè)量肢體不同區(qū)域的熒光強(qiáng)度，能半定量地評(píng)估皮膚表面以下3 mm內(nèi)的微循環(huán)情況，可以用于評(píng)估PAOD患者側(cè)支形成的豐富程度，以及評(píng)估切口愈合的可能[12]。該技術(shù)的缺點(diǎn)是，由于需要將吲哚菁綠靜脈注射至血液中，可能會(huì)引起過敏反應(yīng)，另外，與激光多普勒成像、TcPO2測(cè)定相似，這種方法評(píng)估的灌注局限于淺表組織，只有在肢體缺血的后期才能檢測(cè)出PAOD患者皮膚灌注的變化，在疾病發(fā)展中肌肉微循環(huán)障礙發(fā)生更早，盡早發(fā)現(xiàn)肌肉灌注改變有利于盡早診治，因此，需要更好的骨骼肌灌注測(cè)定的方法。

2.4 新的灌注評(píng)估技術(shù)

近些年，隨著影像技術(shù)的發(fā)展，研究人員可以對(duì)PAOD下肢的骨骼肌的灌注或氧合進(jìn)行空間性的描述和定量的評(píng)估，這些技術(shù)大多仍處于臨床試驗(yàn)階段，尚未應(yīng)用于對(duì)PAOD患者的常規(guī)評(píng)估中，相關(guān)技術(shù)包括放射性核素顯像、CT灌注成像、磁共振灌注成像等[5,14～20](表1)。CT灌注成像可以在常規(guī)的CT儀器上進(jìn)行，形成的彩色編碼灌注圖與PAOD患者血運(yùn)重建的臨床結(jié)果良好相關(guān)[15]，缺點(diǎn)是患者需要接受額外的放射線，同時(shí)一次檢查需要60～110 ml碘對(duì)比劑(碘濃度370 mg/ml)，不適用于慢性腎病或?qū)Φ鈱?duì)比劑過敏的患者。單光子發(fā)射斷層掃描(single-photon emission computed tomography, SPECT)/CT顯像通過使用201Tl、99mTc-甲氧異腈等能夠被骨骼肌特異性攝取的對(duì)比劑，評(píng)估灌注的靈敏度高[14]，可用于評(píng)估PAOD患者對(duì)各種不同治療策略的的反應(yīng)，但價(jià)格比較昂貴，可能無法作為臨床常規(guī)使用的評(píng)估手段。磁共振灌注成像包括使用對(duì)比劑的動(dòng)態(tài)增強(qiáng)磁共振顯像(dynamic contrast-enhanced MRI, DCE MRI)，以及一些新穎的無需外源對(duì)比劑的技術(shù)，如ASL、血氧水平依賴性成像(blood oxygen level-dependent, BOLD)等[18，19]，能在無放射線的采集條件下，以較好的空間分辨率提供動(dòng)態(tài)的骨骼肌組織灌注、氧合的數(shù)據(jù)。

表1 下肢組織灌注評(píng)估的技術(shù)及特點(diǎn)

3 ASL技術(shù)在下肢灌注評(píng)估中的應(yīng)用

ASL MRI可以對(duì)組織的灌注水平進(jìn)行定量的評(píng)估，作為無創(chuàng)的非侵入性技術(shù)，使用的對(duì)比劑是動(dòng)脈中磁化的血液，因此，可以對(duì)患者進(jìn)行持續(xù)的灌注評(píng)估，特別是可以重復(fù)應(yīng)用于腎功能不全而不能使用外源對(duì)比劑的患者中。原理是通過180°射頻反轉(zhuǎn)脈沖對(duì)動(dòng)脈血液進(jìn)行磁性標(biāo)記，使血液的凈磁化強(qiáng)度反轉(zhuǎn)，這些被標(biāo)記的血液流入觀測(cè)區(qū)域后降低該區(qū)域的信號(hào)強(qiáng)度，獲取此時(shí)的圖像稱為標(biāo)記圖像。另外，獲取沒有磁化標(biāo)記的圖像，稱為對(duì)照?qǐng)D像。對(duì)照?qǐng)D像和標(biāo)記圖像之間的T1信號(hào)差與血流成正比，可用于構(gòu)造指定時(shí)間段內(nèi)的灌注圖。該技術(shù)受到限制的原因一方面是固有的低信噪比(signal-noise ratio, SNR)和較低的時(shí)間分辨率，另一方面是不同的調(diào)查人員使用的方案千差萬別，直到2014年首次形成ASL群體共識(shí)[1]，目前，人們?nèi)栽谂锳SL圖像的校準(zhǔn)和驗(yàn)證建立黃金標(biāo)準(zhǔn)[21]。偽連續(xù)動(dòng)脈自旋標(biāo)記(pseudo-continuous arterial spin labeling, pCASL)是一種較新的高效率標(biāo)記方法[22]，它利用短串射頻脈沖提高標(biāo)記效率，實(shí)現(xiàn)更高的信噪比，基于2014年的相關(guān)共識(shí)，pCASL已成為臨床ASL的首選標(biāo)記方法[1]。

ASL評(píng)估下肢灌注的方法與用于大腦等血流豐富組織不同，這是由于骨骼肌的固有血流量低，導(dǎo)致測(cè)量信號(hào)的低信噪比，因此，在靜息骨骼肌中的應(yīng)用受到限制[23]。但通過缺血-充血的模式可以獲得一段時(shí)間的較高灌注，提高信噪比。目前，有2種比較常用的測(cè)量方法：一種是反應(yīng)性充血，在膝蓋上方使用充氣袖帶使動(dòng)脈閉塞并維持，然后釋放袖帶中的壓力，同時(shí)檢測(cè)小腿肌肉的灌注；另一種是被試者做踏板運(yùn)動(dòng)直到力竭再停止，過程中測(cè)量小腿的灌注，這種方法又叫做功能性充血。

當(dāng)前，在動(dòng)物中用于測(cè)量骨骼肌灌注的金標(biāo)準(zhǔn)是微球?qū)嶒?yàn)，但微球?qū)嶒?yàn)需要處死實(shí)驗(yàn)動(dòng)物并取出骨骼肌組織進(jìn)行分析，無法用于人體。為驗(yàn)證ASL測(cè)量下肢肌肉灌注的準(zhǔn)確性，2006年，Pohmann等[24]在大鼠腿部腓腸肌中進(jìn)行ASL與微球方法的比較，分別測(cè)定靜息狀態(tài)、踏板運(yùn)動(dòng)時(shí)以及運(yùn)動(dòng)后的灌注值，2種方法測(cè)得的灌注值一致性較好，同時(shí)使用ASL方法測(cè)量的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)差更小，說明ASL能夠可靠、精準(zhǔn)地量化肌肉灌注水平。

在PAOD患者及對(duì)照受試者中，使用ASL技術(shù)測(cè)量小腿肌肉組織灌注有較好的重復(fù)性，同時(shí)灌注水平與下肢動(dòng)脈病變程度相關(guān)，因此，可以輔助診斷PAOD。2009年Wu等[25]采用反應(yīng)性充血模型，招募40例不同嚴(yán)重程度的PAOD，以及17例年齡匹配的健康對(duì)照受試者，用ASL采集他們的小腿中部橫截面的灌注信息，分析小腿4個(gè)肌肉群，計(jì)算峰值充血流量(peak hyperemic flow, PHF)和達(dá)峰時(shí)間(time-to-peak, TTP)。隨著ABI的降低，肌肉群的PHF降低(P=0.04)，其中小腿外側(cè)肌群的PHF敏感性較高，對(duì)照組(ABI≥0.9)小腿外側(cè)肌群PHF為(67±41)ml·(100 g)-1·min-1，在PAOD患者中，0.7≤ABI<0.9時(shí)，PHF為(66±35)ml·(100 g)-1·min-1，0.5≤ABI<0.7時(shí)，PHF明顯降低至(51±28) ml·(100 g)-1·min-1；另外，隨著ABI降低，TTP延長(zhǎng)(P<0.001)，其中小腿前側(cè)肌群的變化相較其他肌群更明顯。在疾病早期，TTP的變化更為敏感，PHF并未立即降低，可能是微血管反應(yīng)性補(bǔ)償大血管狹窄引起的灌注降低。在這項(xiàng)研究中，TTP=60 s，PHF=63 ml·(100 g)-1·min-1，可以大致區(qū)分開ABI>0.7和ABI<0.7的PAOD患者，因此認(rèn)為這2種參數(shù)可以為PAOD的診斷和分級(jí)提供更全面的信息。2012年P(guān)ollak等[26]采用相似的方法，利用功能性充血模型驗(yàn)證ASL測(cè)量小腿肌肉灌注PHF的可靠性，同時(shí)證明ASL對(duì)小腿組織的灌注檢查能夠區(qū)分PAOD患者與健康受試者?？紤]到2種不同充血模式可能對(duì)ASL測(cè)量灌注造成的不同影響，Lopez等[27]分別招募運(yùn)動(dòng)隊(duì)列(包括15名健康對(duì)照和15例PAOD)和袖帶隊(duì)列(包括12名健康對(duì)照和11例PAOD)，通過測(cè)量小腿肌肉的灌注來比較2種充血模型。相較于運(yùn)動(dòng)組，袖帶組會(huì)引起更大的反應(yīng)性灌注，但2種方法都可以區(qū)分PAOD患者和健康對(duì)照，袖帶組組內(nèi)相關(guān)系數(shù)高于鍛煉組(袖帶組0.98 vs.運(yùn)動(dòng)組0.87)，重復(fù)性更好。

為探討ASL技術(shù)對(duì)PAOD患者的治療效果進(jìn)行評(píng)估的可行性，2014年Gr?zinger等[28]研究10例有臨床癥狀的PAOD，對(duì)其髂動(dòng)脈或股動(dòng)脈狹窄采取經(jīng)皮腔內(nèi)血管成形術(shù)進(jìn)行治療，手術(shù)前后接受ASL檢查。所有患者術(shù)后血管造影結(jié)果顯示原病變動(dòng)脈通暢，無膝下動(dòng)脈明顯狹窄，未發(fā)生血栓栓塞并發(fā)癥，ABI從0.56±0.10增至0.83±0.15(P<0.001)，這些結(jié)果反映治療的成功。分析比目魚肌以及小腿前側(cè)肌群的ASL結(jié)果顯示，所有患者術(shù)后2個(gè)肌肉組PHF增加，TTP縮短，反應(yīng)性充血時(shí)間減少，其中小腿前側(cè)肌群的改變更明顯,TTP由術(shù)前(61±24)s明顯縮短至(41±18)s(P=0.045)，PHF由(53±35)ml·(100 g)-1·min-1升高至(111±75)ml·(100 g)-1·min-1(P=0.041)，提示小腿肌肉灌注得到改善，與其他方法反映的手術(shù)治療效果一致，因此認(rèn)為ASL是PTA手術(shù)后監(jiān)測(cè)介入治療有效的工具。這一研究的局限是沒有納入治療結(jié)局不佳的患者進(jìn)行灌注比較。

為進(jìn)一步探討ASL評(píng)估的灌注水平與患者對(duì)血運(yùn)重建的反應(yīng)，以及短期功能性結(jié)局的相關(guān)性，2018年Chen等[29,30]提出一個(gè)基于微血管生理學(xué)的模型，并將研究中納入的PAOD患者的灌注信息擬合到模型中，分析模型中灌注相關(guān)參數(shù)。雖然受試者的峰值灌注經(jīng)血運(yùn)重建后均達(dá)到正常水平，但有部分患者術(shù)前灌注相對(duì)正常，術(shù)后灌注變化很小。另外，術(shù)前微血管靈敏度差的患者，干預(yù)后6個(gè)月內(nèi)臨床功能性改善有限。這些結(jié)果既表明血運(yùn)重建的預(yù)后可能和微血管功能相關(guān)，也說明ASL評(píng)估肢體灌注水平有助于指導(dǎo)、評(píng)價(jià)治療，以及推測(cè)預(yù)后。

4 總結(jié)與展望

目前，PAOD腔內(nèi)治療前后尚沒有一個(gè)完整的對(duì)肢體灌注狀況的直接評(píng)價(jià)體系。然而對(duì)于缺血威脅的肢體而言，目標(biāo)區(qū)域組織灌注和代謝的評(píng)價(jià)決定其功能及預(yù)后情況。ASL MRI技術(shù)能夠可靠、精準(zhǔn)、重復(fù)地量化肌肉灌注水平，還有無創(chuàng)、無放射線、無外源對(duì)比劑的優(yōu)勢(shì)，可作為術(shù)前和隨訪中易于接受的檢查手段。目前已有一些文獻(xiàn)研究了ASL用于評(píng)估下肢動(dòng)脈病變、指導(dǎo)干預(yù)的可行性，相信未來會(huì)有更多相關(guān)的高質(zhì)量臨床數(shù)據(jù)與研究，進(jìn)一步補(bǔ)充和完善ASL技術(shù)在PAOD方面的應(yīng)用。