三維準(zhǔn)連續(xù)動(dòng)脈自旋標(biāo)記在糖尿病相關(guān)足部灌注的研究

王文生，賈衛(wèi)偉*，孟玉蓮，王瑞芳，李春志

1.中國中醫(yī)科學(xué)院西苑醫(yī)院放射科，北京 100091；2.武警遼寧省總隊(duì)醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像科，遼寧 沈陽 110034；*通信作者 賈衛(wèi)偉 xyfsk@vip.sina.com

糖尿病是威脅我國人民生命健康的嚴(yán)重疾病，其導(dǎo)致的各類并發(fā)癥給患者帶來極大的痛苦和經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。糖尿病足作為糖尿病的足部灌注、壓力、神經(jīng)調(diào)節(jié)紊亂相關(guān)的嚴(yán)重并發(fā)病之一，是影響糖尿病患者生活質(zhì)量的重要因素。在糖尿病足中，血流灌注異常通常比典型癥狀骨髓炎[1]更早出現(xiàn)，局部灌注受損會(huì)導(dǎo)致氧氣、營養(yǎng)物質(zhì)和對(duì)傷口愈合至關(guān)重要的細(xì)胞（巨噬細(xì)胞和其他白細(xì)胞）的輸送減少，也是50%足部潰瘍患者潰瘍形成的主要原因。輕度灌注異常患者會(huì)出現(xiàn)間歇性跛行，而嚴(yán)重的總血流量阻塞患者會(huì)出現(xiàn)壞疽和截肢[2-3]。通過改善灌注受損和血糖控制能夠改善手術(shù)的預(yù)后[4]，故對(duì)于糖尿病足的預(yù)測(cè)和預(yù)防，測(cè)量灌注的方法是有用的。

目前臨床上有很多測(cè)量骨骼肌血流灌注的方法，如CT、MRI、超聲造影等[5]，但由于CT會(huì)產(chǎn)生輻射損傷，而磁共振增強(qiáng)（如動(dòng)態(tài)增強(qiáng)）、超聲造影都需要額外引入造影劑，均對(duì)其臨床應(yīng)用造成了阻礙。動(dòng)脈自旋標(biāo)記（arterial spin labeling，ASL）作為一種不需要造影劑的磁共振灌注技術(shù)，近年得到極大的推廣和應(yīng)用，在顱腦方面已經(jīng)實(shí)現(xiàn)臨床化。雖然近年ASL在骨骼肌灌注方面有所探索，但大部分研究應(yīng)用二維方式采集且操作復(fù)雜，臨床應(yīng)用有所局限。本研究主要探討三維準(zhǔn)連續(xù)動(dòng)脈自旋標(biāo)記（three-dimensional pseudo-continuous arterial spin labeling，3D pCASL）技術(shù)應(yīng)用于足部的可行性。

1 資料與方法

1.1 一般資料 前瞻性收集2019年3月—2021年2月在中國中醫(yī)科學(xué)院西苑醫(yī)院就診的非糖尿病志愿者30例（A組），糖尿病患者30例，其中病程≤10年者14例（B組），病程＞10年者16例（C組）。所有研究對(duì)象均未確診糖尿病足，并通過超聲檢查或者CT血管成像排除大血管閉塞或狹窄。納入標(biāo)準(zhǔn)：年齡40～75歲，心腎功能無異常。各組納入標(biāo)準(zhǔn)為：A組：既往健康，血糖、血壓、血脂未見異常，體重指數(shù)在正常范圍內(nèi)。B組和C組：既往臨床確診2型糖尿病，血糖控制可。排除標(biāo)準(zhǔn)：心臟起搏器或嚴(yán)重幽閉恐懼癥等MRI絕對(duì)禁忌證，有其他基礎(chǔ)病如下肢血管狹窄及閉塞等血管疾病。各組排除標(biāo)準(zhǔn)為：A組：既往有足部手術(shù)、外傷、骨折等。B組和C組：確診糖尿病足及合并感染者。本試驗(yàn)通過本院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)（批號(hào)：2019XLA041-2），所有研究對(duì)象均簽署知情同意書。

1.2 儀器與方法 采用GE Discovery750 3.0T超導(dǎo)型磁共振掃描儀，足踝專用8通道相控陣線圈。研究對(duì)象掃描前30 min不要進(jìn)行劇烈運(yùn)動(dòng)，仰臥位，足先進(jìn)，分別進(jìn)行T1解剖像（3D Ax FSPGR）及5次3D pCASL掃描，標(biāo)記后延遲時(shí)間（post label delay time，PLD）分別為1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 s，掃描時(shí)舒適擺放體位，囑其保持不動(dòng)，掃描參數(shù)：3D FSPGR：橫軸位掃描，TR 7.3 ms，TE 3.5 ms，矩陣320×224，視野260 mm，翻轉(zhuǎn)角15°，激勵(lì)次數(shù)1，帶寬31.25 kHz，層厚4 mm，掃描時(shí)間1 min 13 s。3D pCASL：橫軸位掃描，TR 4 346 ms，TE 10.5 ms，螺旋臂條數(shù)6，每條臂采樣點(diǎn)512，視野260 mm，翻轉(zhuǎn)角90°，激勵(lì)次數(shù)2，帶寬62.5 kHz，層厚4 mm，根據(jù)PLD的不同，掃描時(shí)間分別為：2 min 19 s、2 min 27 s、2 min 34 s、2 min 49 s、2 min 57 s。

1.3 圖像后處理及測(cè)量 將掃描圖像導(dǎo)入AW 4.6后處理工作站，使用Functool后處理程序進(jìn)行處理，為了精確勾畫感興趣區(qū)，低分辨率的血流量偽彩圖需要與顯示解剖結(jié)構(gòu)良好的3D FSPGR進(jìn)行融合，在融合圖上分別對(duì)足底內(nèi)側(cè)肌群、中間肌群、外側(cè)肌群進(jìn)行血流量值測(cè)量，并對(duì)各肌群血流量取平均值，感興趣區(qū)大小為100 mm2，放置位置避開血管骨骼等部位。每例研究對(duì)象都選擇相同的解剖層面，每個(gè)感興趣區(qū)測(cè)量2次求平均值作為原始血流量值，見圖1。

圖1 使用Functool后處理程序得到偽彩的定量圖。A、B均為功能圖與解剖圖融合后的偽彩圖；圈1、2、3分別為足部內(nèi)側(cè)肌群、中間肌群、外側(cè)肌群的感興趣區(qū)

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析 使用SPSS 17.0軟件，對(duì)3個(gè)研究組的一般資料和足底各肌群血流量進(jìn)行正態(tài)檢驗(yàn)和方差齊性檢驗(yàn)，計(jì)量資料以或M（Q1，Q3）表示，對(duì)結(jié)果進(jìn)行單因素方差分析或Kruskal-Wallis秩和檢驗(yàn)，并對(duì)有差異的組進(jìn)行兩兩比較；計(jì)數(shù)資料以例數(shù)表示，組間比較采用χ2檢驗(yàn)。P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 一般情況 3組受試者年齡、性別差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＞0.05），見表1。

表1 3組研究對(duì)象一般資料比較

2.2 3組間足底肌群血流量比較 所有受試者均順利完成檢查，圖像質(zhì)量滿意。PLD=1.0 s時(shí)，3組中間肌群的血流量差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，C組高于B肌組（P=0.015）；外側(cè)肌群的血流量3組間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，C組高于A組（P=0.001）。PLD=1.5 s時(shí)，內(nèi)側(cè)肌群、中間肌群、外側(cè)肌群及平均值的血流量3組間差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，且均為C組高于A組（P=0.018、0.013、0.005、0.002），見圖2。PLD=2.0 s、2.5 s和3.0 s時(shí)，內(nèi)側(cè)肌群、中間肌群、外側(cè)肌群及平均值的血流量3組間差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，見表2。

圖2 PLD=1.5 s時(shí)，3組患者足底肌群的灌注圖。A.男，62歲，非糖尿病志愿者；B.男，59歲，糖尿病病程≤10年；C.男，63歲，糖尿病病程＞10年；C組灌注圖血流量明顯高于A組，而B組與A組差異不大

表2 3組間不同PLD各足底肌群血流量比較（ml/100g）

3 討論

3.1 糖尿病足的微循環(huán)特點(diǎn)及檢測(cè)方法 糖尿病足是糖尿病的嚴(yán)重并發(fā)癥，也是糖尿病致殘的重要原因。糖尿病下肢微血管病變?cè)谔悄虿∽愕陌l(fā)生、發(fā)展中起著至關(guān)重要的作用，并且足部微血管病變的發(fā)生通常早于下肢中小血管，是糖尿病足的早期病理改變。因此，早期發(fā)現(xiàn)糖尿病足部微血管病變對(duì)糖尿病足的預(yù)防和治療具有重要的臨床及科研價(jià)值。

充分的微循環(huán)血流供應(yīng)是實(shí)現(xiàn)組織代謝和物質(zhì)交換的前提和保證。組織或病變的微循環(huán)灌注的影像學(xué)表現(xiàn)能夠反映出其代謝狀態(tài)。灌注成像采用特定的技術(shù)來獲取組織微循環(huán)灌注信息。常規(guī)的CT灌注需要使用大量造影劑，且存在重復(fù)掃描帶來的超高輻射劑量，很大地限制了其在臨床上的應(yīng)用。磁共振灌注成像是磁共振功能成像的一個(gè)重要部分，分為3類：①依賴于外源性示蹤劑的灌注成像，如動(dòng)態(tài)磁敏感對(duì)比成像、動(dòng)態(tài)增強(qiáng)對(duì)比成像；②使用內(nèi)源性示蹤劑即動(dòng)脈血中水分子的ASL；③利用擴(kuò)散或血氧飽和度等組織特性探測(cè)灌注或血管通透性，如體素內(nèi)不相干運(yùn)動(dòng)、血氧水平依賴等。

3.2 ASL的檢測(cè)優(yōu)勢(shì)及在足部的應(yīng)用 ASL無需引入外源性對(duì)比劑，是一種非對(duì)比劑增強(qiáng)的腦灌注成像技術(shù)，其利用血液作為內(nèi)源性示蹤劑，目前已成為研究生理和病理狀態(tài)下血流變化的重要方法。ASL能在常規(guī)序列了解形態(tài)學(xué)特征的基礎(chǔ)上檢測(cè)局部血流，最早應(yīng)用于腦部血流量檢查[6-8]，也有在腫瘤[9]、心肌[10]和腎臟[11]方面的應(yīng)用。ASL完全無創(chuàng)，必要時(shí)可重復(fù)進(jìn)行。本研究使用的pCASL采用準(zhǔn)連續(xù)式標(biāo)記和螺旋K空間采集技術(shù)，基于快速自旋回波的信號(hào)進(jìn)行讀取，可以有效克服傳統(tǒng)ASL技術(shù)采用EPI采集受磁敏感偽影干擾的缺點(diǎn)進(jìn)行全腦三維容積采集，得到分辨率較高的灌注圖像。

目前足部灌注尤其是MRI方面的研究較少，體素內(nèi)不相干運(yùn)動(dòng)在骨骼肌中已有所應(yīng)用[12]，可對(duì)現(xiàn)有研究提供指導(dǎo)意義。ASL除了在下肢骨骼肌的應(yīng)用[13-15]外，Wu等[16]對(duì)連續(xù)式ASL進(jìn)行初步探討，證明了其應(yīng)用于四肢骨骼肌的可行性；其余大部分研究應(yīng)用FAIR法進(jìn)行二維采集[17]；Pohmann等[18]最早對(duì)大鼠的骨骼肌相關(guān)研究，證明了該方法的可行性。Edalati等[19]對(duì)7名健康者和10名糖尿病足伴潰瘍患者研究發(fā)現(xiàn)，兩者的運(yùn)動(dòng)灌注值和儲(chǔ)備值都有差異；而在Zheng等[20-21]研究中，基于angiosome分區(qū)的糖尿病足與健康者的灌注表現(xiàn)亦有顯著差異。而準(zhǔn)連續(xù)式的ASL相關(guān)研究目前鮮有報(bào)道。

3D pCASL既往主要應(yīng)用于灌注量較大的腦部，由于兼顧了連續(xù)式和脈沖式標(biāo)記的優(yōu)點(diǎn)，具有較高的標(biāo)記效率，并且兼容現(xiàn)有的射頻系統(tǒng)，已成為ASL中的首選技術(shù)。該技術(shù)可以不通過注射外源性對(duì)比劑進(jìn)行腦血流量的定量測(cè)定，已成為臨床上尤其是腦卒中成熟的臨床應(yīng)用。但由于ASL信號(hào)衰減非?？?，如果本身灌注較慢，很難成功成像，而靜息狀態(tài)下足部灌注不高，故目前ASL大部分應(yīng)用于高灌注器官，如腦、腎、肝等。另外，pCASL非常依賴大血管的標(biāo)記，如果上游大血管出現(xiàn)動(dòng)脈粥樣硬化導(dǎo)致狹窄甚至堵塞，會(huì)對(duì)pCASL的標(biāo)記效率產(chǎn)生很大影響，進(jìn)而導(dǎo)致灌注測(cè)量的失真。雖然本研究排除了大血管狹窄和堵塞的病例，但由于標(biāo)記效率和低灌注組織特性，仍然面臨比較大的挑戰(zhàn)。

3.3 本研究結(jié)果的解釋與價(jià)值 孟利民等[22]通過注射外源性對(duì)比劑的方式探討糖尿病足的血流灌注情況，發(fā)現(xiàn)在干性壞疽和濕性壞疽的糖尿病足中會(huì)出現(xiàn)血流灌注量增加，尤其是濕性壞疽和混合型壞疽，說明糖尿病患者足部血流量的紊亂是糖尿病足的重要早期征象，本研究的結(jié)果與之一致。

本研究結(jié)果顯示，在短PLD（1.0 s和1.5 s）時(shí)，短病程的糖尿病患者與非糖尿病志愿者相比，血流量沒有明顯差異，但長病程的糖尿病患者比志愿者的血流量增加，可能是因?yàn)椴∈烽L的糖尿病會(huì)引起足底肌肉血流量灌注紊亂，這種紊亂也是糖尿病足的前兆癥狀之一。而PLD=1.0 s時(shí)，中間肌群和外側(cè)肌群血流量之間的差異可能與angiosome分區(qū)有關(guān)[23]，這同樣提示了足底肌肉血流灌注的紊亂和分布不均。由于足部灌注的成像區(qū)域較小和血流的速度等原因，在短PLD時(shí)血流量圖更多地代表灌注行為，更有利于探測(cè)血流量灌注的差異。而在長PLD時(shí)血流量圖更多地代表灌注結(jié)果，隨著時(shí)間延長血液弛豫加快，導(dǎo)致標(biāo)記像和控制像之間的差異變小，再加上探測(cè)精度限制和本身血流量的紊亂，組間差異很難表現(xiàn)出統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；如果想進(jìn)一步體現(xiàn)組間差異，需要進(jìn)一步設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，嘗試提高標(biāo)記效率和擴(kuò)大樣本量。

3.4 本研究的不足與展望 本研究存在以下不足：①樣本量較小，未來應(yīng)該加大樣本量以減少偏倚。②由于pCASL的標(biāo)記效率問題，應(yīng)該在后續(xù)的研究中再次嘗試其他標(biāo)記方法的可行性，尤其是FAIR法，能較好地避免由于PLD長短及血流速度差異帶來的探測(cè)精準(zhǔn)度的差異。③由于血流量值的計(jì)算公式是針對(duì)腦部的，很多參數(shù)表征的是腦部血流量的特點(diǎn)和特性，會(huì)影響到足部血流量值的準(zhǔn)確度。④有必要引入糖尿病足的患者進(jìn)入本試驗(yàn)，以探索確診不同時(shí)期的糖尿病足在血流量和微循環(huán)方面的改變，有利于加深對(duì)糖尿病足的發(fā)病機(jī)制和病理進(jìn)展的認(rèn)識(shí)。

總之，本研究發(fā)現(xiàn)短PLD的ASL對(duì)糖尿病導(dǎo)致的足部血流量紊亂有敏感性，且不需要引入造影劑，作為無創(chuàng)評(píng)價(jià)足部灌注的手段，具有早期預(yù)測(cè)糖尿病足的潛在價(jià)值，值得進(jìn)一步研究和探討。

利益沖突 所有作者均聲明不存在利益沖突