動脈自旋標記技術(ASL)在一側大腦中動脈狹窄或閉塞中腦組織灌注信息的研究

周宏偉, 武 薇, 蘭文婧, 谷艷英, 吳 江

缺血性腦血管病是危害人類健康的常見病,且致殘率及致死率均非常高,其中大腦中動脈(middle cerebral artery,MCA)狹窄或閉塞是引起缺血性腦血管病的主要原因[1,2]。一側大腦中動脈發生狹窄或閉塞可通過 Willis環側枝循環的血流得以代償,可能不會出現腦組織缺血、缺氧,也不會出現臨床癥狀。但有些患者尚未建立良好側支循環,導致狹窄或閉塞血管供血區的腦組織出現缺血、缺氧改變,這就需要有效的檢查方法來評估腦動脈狹窄或閉塞血管供血區的腦組織是否存在低灌注,為臨床治療方案的制定提供影像學依據。

1 材料和方法

1.1 一般材料

本研究收集 2008年 10月 ～2009年 3月期間我院 36例臨床上表現為 TIA的患者及 5例健康志愿者。TIA患者男 22例,女 14例,年齡 33～76歲,平均 53.2歲。5例健康志愿者男 3例,女 2例,平均年齡 48.6歲。全部患者均行常規 T1WI、T2WI及壓脂壓水序列掃描,并全部行 MRA、磁共振彌散加權成像及動脈自旋標記技術(ASL)掃描,36例 TIA患者中 28例行磁共振灌注加權動態磁敏感對比增強(DSC)成像。

1.2 檢查方法

1.2.1 掃描方法及參數 全部病歷均采用西門子 Trio Tim 3.0 T超導型磁共振成像系統。常規MRI行軸位 T1WI、T2WI和壓脂壓水像掃描。軸位T1WI采用 SE自旋回波序列,TR:440ms,TE:2.46ms。軸位 T2WI采用 TSE快速自旋回波序列,TR:5000ms,TE:93ms。上述序列 FOV均為 220mm×220mm。軸位壓脂壓水序列:TR:8000ms,TE:93ms,TI:2371.5,序列 FOV為 199mm×220mm。MRA方法為 3D-TOF-MRA法(三維時間飛躍法)。DWI采用單次激發平面回波序列(EPI),b值分別為b=0s/mm2及b=1000s/mm2,TR:3800ms,TE:93ms。

DSC掃描參數,層厚 5mm,間隔 1.5mm。運用對 T2敏感的平面回波自由衰減序列連續掃描 50次,在第 7次掃描后經肘靜脈快速團注的 0.5mmol/kg的 GD-DTPA,注藥速度為 5ml/s,注藥過程在 5-6s內完成。DSC掃描參數為 TR:1400 ms,TE:32ms,FOV為 23cm,矩陣 128x128,激勵次數 1次,翻轉角128°。 ASL掃描參數如下:TR3000ms,TE 11 ms,Inversion slab 100mm,FOV 220mm×220mm,bandwidth2232 Hz/pixel,Matrix 64×64,層數 15,層厚6mm,間隔 1.5mm,measurements 101,掃描時間5min14s。

1.2.2 圖像及數據分析 (1)DWI掃描完成后機器自動生成 ADC圖。將 MRI、DWI、DSC及ASL圖像由 2位經驗豐富的醫學影像學醫師觀察、分析,對比 DWI與 DSC、ASL顯示病灶大小的情況,判斷是否患者存在缺血半暗帶。(2)PWI-DSC的原始圖像轉到工作站,采用 PWI專用軟件進行圖像后處理,得到 MTT,TTP,CBV,CBF圖,觀察比較腦內兩側灌注區別。在 CBF圖上取感興趣區(regions of interest,ROI)及健側對應區,測出平均 CBF值。(3)ASL圖像傳到工作站,采用人工手繪取病側與患側的感興趣區(ROI),測定 ASL圖相應區域的相對局部腦血流量 CBF值,測得平均 CBF值。

1.2.3 統計學分析 使用 SPSS13.0軟件,配對 t檢驗分別分析用DSC的患側與健側對應區及用ASL患側與健側對應區的差異,α水平設在 0.05,P＜0.05有統計學意義。采用秩和檢驗比較DSC與ASL之間差異,α水平設在 0.05,P＜0.05有統計學意義。

2 結 果

36例患者 MRI掃描圖像中 T2WI或壓脂壓水序列正常 15例,異常 21例;MRA檢查中大腦中動脈狹窄 20例,大腦中動脈閉塞 16例。DWI掃描,正常影像 12例,異常 24例。PWI掃描,行 DSC檢查28例,其中 7例正常,21例異常灌注;行 ASL掃描的共 36例,其中 13例正常,23例異常灌注(見圖1～圖5、表1)。DSC與 ASL方法顯示患側灌注程度對比見表2。

圖1 MRA示右側大腦中動脈閉塞

圖2 DWI示右側基底節區片狀高信號

圖3 T2 WI示右側基底節區片狀高信號

圖4 DSC示右側大腦中動脈供血區片狀低信號灌注區域

圖5 ASL示右側大腦中動脈供血區片狀低信號灌注區域范圍與 DSC方法大致一致

表 136例患者檢查結果

表2 DSC與 ASL兩種方法患側值的比較

利用非參秩和檢驗的統計學方法對同時行 DSC、ASL的 21例灌注缺損或低灌注患者研究,在顯示病變區域灌注改變上得 Z=-0.984,P＞0.05。這個結果表明,ASL與 DSC對于顯示異常灌注,這兩種方法之間無統計學差異

3 討 論

3.1 MR灌注成像方法

MR灌注成像主要是顯示腦組織血流灌注情況,其成像有兩種方法:一種是用外源性示蹤劑,團注順磁性對比劑的首次成像方法(dynamic susceptibilit contrast-enhanced MR imaging,DSC-MRI);另一種是用內源性示蹤劑,使用可自由擴散的水質子做示蹤劑,即動脈自旋標記法(arterial spin labeling,ASL)。

臨床廣泛使用的是 DSC方法進行 PWI,靜脈團注 GD-DTPA后采用快速掃描序列,獲得對比劑首次通過感興趣區的一系列動態影像,以偽彩圖處理來顯示。DSC可獲得多個腦血流灌注參數圖,包括腦血流量(cerebral blood flow,CBF),腦血容量(cerebral blood volume,CBV),平均通過時間(mean teansit time,MTT),達峰時間 (time to peak,TTP)。通過這些參數,可以掌握組織血液供給的具體情況:(1)灌注不足,MTT明顯延長,rCBV減少,rCBF明顯減少;(2)側枝循環信息,MTT延長,rCBV增加或尚可;(3)血流再灌注信息,MTT縮短或正常,rCBV增加,rCBF正?；蜉p度增加;(4)過度灌注信息,rCBV與 rCBF均顯著增加,DSC能顯示缺乏灌注和低灌注的腦實質[3]。

ASL技術不用注射對比劑,完全為無創性的方法。對于有出血、鈣化或位于顱底的病變,ASL測量數據較穩定。主要原因是 DSC所采用的梯度回波序列對鈣化、出血、空氣十分敏感,產生的磁敏感偽影較大;而 ASL則是多次快速采集的平均值,受磁敏感偽影的影響較小[4]。

3.2 DSC與 ASL圖像對比

DSC對組織微循環血流量的改變非常敏感,可反映缺血腦組織微循環灌注狀態,同時 DSC可獲得多個腦血流灌注參數圖,通過多個參數、多個角度對灌注情況做出評估,且對組織結構顯示較清晰,可以對灌注改變進行定量分析。而 ASL由于信噪比低、場強要求高、傳輸延遲、運動偽影等多方面原因,顯示組織結構欠清晰。本研究中 ASL＞DSC12例,其中 5例 ASL表現為灌注缺損,DSC表現為灌注延遲,考慮與所使用的反轉時間不夠長,沒能探測到缺血帶的側支血流有關。而另 7例均顯示 ASL灌注延遲范圍大于 DSC的灌注延遲范圍,考慮與上述諸多因素有關。

本研究從 21例行 DSC檢查、23例行 ASL檢查的顯示異常灌注患者圖像進行比較,配對 T檢驗,ASL檢查健側與患側對比,T=2.37,α水平設在0.05,P＜0.05,存在統計學意義;DSC檢查 T=2.91,P＜0.01,存在統計學意義。而同時行 DSC,ASL的 21例存在灌注改變患者行秩和檢驗,卡方值為 -0.984,P＞0.05,無統計學差異。故此得出 ASL與DSC對顯示患者患側灌注程度沒有統計學差異,ASL方法可以作為對單側大腦中動脈狹窄或閉塞腦組織灌注成像的一個篩選指標,為指導溶栓治療提供影像學依據。

3.3 缺血半暗帶

腦缺血半暗帶(ischemic penumbra,IP)的概念最初于 1977年由 Astrup等[5]通過對狒狒大腦中動脈閉塞的電生理、血流灌注、細胞外 K+和 pH值的研究,定義為介于正常腦組織與梗死組織之間,局部腦血流灌注較低,電生理功能異常而無嚴重細胞內K+外流和能量耗盡,恢復正常血流后其電生理功能仍可恢復的區域。

本研究從彌散加權成像(DWI)圖像異常同時行 DSC、ASL掃描的 21例患者中,對比 DWI與PWI,發現均存在 PWI＞DWI,即上述患者均存在缺血半暗帶,本文的研究已經證實 ASL方法可以作為單側大腦中動脈狹窄或閉塞腦組織灌注成像的一個篩選指標,并且大量研究認為局部腦血流量(rCBF)是預測腦缺血半暗帶存活的最佳 PWI指標[6],可以用 DWI與ASL進行不匹配區的對比,確定缺血半暗帶,從而指導臨床制定有效的方案。

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