動脈自旋標記在成人中樞神經系統疾病中的應用

霍英松，周海燕

（海軍指揮學院浦口分院管理處醫療所,南京 210000）

動脈自旋標記（ASL）技術是一種利用被磁性標記的動脈血作為內源性示蹤劑，可定量測量腦部微血管灌注，與以往其他灌注成像不同，ASL是一種可重復使用且無創的影像學檢查手段［1］。目前ASL被廣泛應用于臨床神經病學和基礎醫學的研究，用以評估腦部組織不同情況下的灌注情況，并可以用來監測局部區域腦血流量與其神經活動的關系，同時為臨床診斷提供明確的客觀依據和治療前后組織灌注情況。

1 ASL技術原理

ASL技術原理主要是在成像平面的上游利用射頻脈沖對動脈血液中的水分子進行標記，使血液的自旋狀態發生改變，這時被標記的血液在流經成像平面一段時間后，標記的動脈血在成像平面毛細血管處與組織里的水進行交換，所得灌注圖像稱為標記像。ASL的原理與正電子斷層掃描（PET）灌注成像非常類似，主要區別在于ASL利用被標記的動脈血液作為內源性示蹤劑，而PET技術則需要注入放射性標記物作為外源性示蹤劑。

ASL大體上主要有兩種脈沖方式：連續式（CASL）和脈沖式（PASL），CASL圖像信噪比高，動脈通過時間對灌注的影響較低，但因為當前實際使用的磁共振射頻硬件無法提供較為持久的微型射頻脈沖［2］，因此日常研究中較難應用。而PASL射頻能量較低，對設備要求也較低，但對動脈通過時間較敏感，血液標記的一致性較差，信噪比也較低。最近出現的準連續式ASL（pCASL）同時結合了兩者的優點，得到越來越廣泛的應用。

目前在臨床上使用的大多數磁共振設備都可使用ASL序列。雖然實際應用中這些設備在標記、成像以及定量等方面均具有著很大的不同，但它們都能為臨床提供一個完整的灌注圖像，因此ASL已經被作為觀察灌注的必要影像學手段。

2 ASL在腦部血管性疾病中的應用

與其他很多磁共振成像方式一樣，ASL在誕生之初就被廣泛應用于大腦，其中最明顯的用途就是用來觀察腦部血管疾病，尤其在病灶的灌注情況方面，ASL更是顯示出其自身巨大的優勢，主要包括無創檢查、無電離輻射、無需外源性對比劑、解剖結構清晰以及價格低廉等。在對動脈缺血性腦卒中的檢查中，ASL觀察到灌注不足與血管狹窄、病變擴散程度以及梗死體積有密切的聯系，同時也觀察到灌注和擴散病變之間有時存在不匹配。ASL在急性腦卒中早期就具有較高的敏感性。研究者［3-5］在對比了ASL和動態磁化率對比增強灌注加權成像在急性缺血性腦卒中腦部灌注情況顯示的實際效果后發現，二者所檢測到的灌注-擴散不匹配以及灌注減少的區域基本一致，但ASL可以有效反映出位于半暗帶的可恢復的組織同時具有快速、無創、無過敏反應以及可進行定量分析等優點。

但是ASL至今仍無法作為急性腦卒中的常規診斷手段，主要是由于其缺乏完善可行的診斷方案以及標準；在檢查中，ASL可能會錯過一些小病灶，或由于血流通過時間延長造成的灌注情況過高估計以及彌散不匹配；有時也會對某些低灌注區域不敏感。盡管如此，在3.0T機器上使用背景抑制可以在1min內獲得ASL的數據，并且通過檢測某些特殊的過度灌注來鑒別一些特殊的腦卒中和偏頭痛以及局灶性癲［6］，使得 ASL 在急性腦卒中的早期診斷中依舊具有十分廣闊的前景。

雖然ASL在急性腦卒中的早期診斷中存在諸多問題，但大量數據表明對于腦血流量減少的慢性腦血管病患者，ASL可以提供可靠的腦部血流變化的重要檢測數值［7］，同時也可以在介入手術的前期準備計劃以及手術前后的監測中扮演重要的角色［8］。ASL也可用于動靜脈畸形的診斷和隨訪中，用以更加清晰地顯示更多潛在的動靜脈血管分流［9］。在評估鐮狀細胞疾病患者的腦部組織灌注時，ASL可以明確地顯示出動脈分支區的腦組織的高灌注，其檢查結果與以往PET檢查結果相一致。同時ASL也可以有效評估先心病患者腦部基礎灌注的下降并能反映腦室周圍軟化白質的范圍。缺血性疾病并不只局限于大腦，但由于大腦的靜止性和其高灌注的特點，使得腦部ASL檢查可以較其他器官更容易獲得高質量的數據資料。

3 ASL在腦部腫瘤中的應用

ASL在對腦部腫瘤的臨床診斷和治療后隨訪有著重要的意義，并為腦部腫瘤的組織灌注提供了重要的依據。腫瘤血管生成和灌注與腫瘤的分級有著密切的聯系，通過ASL測定腦腫瘤血流量已被證明腫瘤的分級有著極大的臨床價值［10-11］。ASL能較準確地反映腫瘤的血流灌注和組織代謝情況，這些都可以用來區分放療后組織增生和腫瘤復發，并可以監測整個治療過程的變化［12］。隨著抗腫瘤藥物的發展，專門針對腫瘤血管生成機制的藥物已逐漸應用于臨床。初步研究［13］顯示，可以利用ASL監測腫瘤血管來評估早期藥物治療反應并預測隨后的臨床治療的效果。

4 ASL在阿爾茨海默病中的應用

在大腦與大多數器官中，血管灌注的情況與代謝狀況直接關聯，這就為功能磁共振研究提供了生理基礎和臨床意義。越來越多的分子成像示蹤劑可能提供檢測阿爾茨海默氏病的最早和最具體的神經病理學依據，并可以預測病情進展和對治療后的反應［14］。腦局部區域血流低灌注已被認為是阿爾茨海默病的一個早期成像生物標志物。有研究［15］顯示ASL與PET在顯示阿爾茨海默病患者腦部灌注方面具有很高的一致性。通過直接對比發現，PET與ASL所發現的阿爾茨海默病患者腦部異常區域基本相同，二者均可為阿爾茨海默病提供準確診斷，同時也進一步支持利用ASL對阿爾茨海默病進行診斷和研究［16］。由于PET昂貴的價格和放射性限制了其使用，因此近幾年中，ASL已被越來越廣泛應用于阿爾茨海默病前驅預測以及臨床診斷，顯示出了其在阿爾茨海默病早期階段具有高度的敏感性，可以作為輕度認知障礙及阿爾茨海默病早期敏感的標記物。

5 ASL在精神疾病及其他疾病中的應用

隨著目前社會的發展和生活方式的改變，精神類疾病發病率逐漸增高，對其的研究也越來越被重視，而腦部影像檢查技術由于其可以直觀的功能和灌注情況，成為研究精神類疾病主要手段。ASL已開始被應用于其他神經系統綜合征，尤其是情感方面，比如抑郁癥［17-18］和精神分裂癥［19］等。 目前已證實精神分裂癥患者腦部灌注與正常人存在明顯改變。有研究［20］利用ASL觀察到患者額葉前部皮質存在明顯的灌注不足。ASL與其他檢查技術聯合應用，可以更好地監測治療效果。Scheef等［19］使用CASL觀察了精神分裂癥患者和健康的志愿者的腦部灌注情況，結果發現精神分裂癥患者的雙側頂骨葉及額葉前后帶狀腦回中灌注明顯降低，而精神分裂癥患者的小腦腦干和丘腦的灌注卻明顯增高，這也與以往的PET檢查結果相一致。在采用ASL針對成人多動癥患者的觀察中發現，經過興奮劑治療后，患者的皮層及皮層下過度灌注區域趨于正常［21］。Duhameau等［17］利用ASL觀察了慢性難治性抑郁癥患者和正常志愿者腦部灌注，結果發現患者組的雙側前扣帶皮層、左皮質區域、左腦額葉前部皮層以及左腦前扣帶皮層和的灌注明顯升高，證實了大腦前扣帶皮層的灌注改變是慢性難治性抑郁癥病理機制中的關鍵因素。

另外，ASL也被應用于檢測疼痛患者腦部血流灌注的改變。經過對拔牙手術前后的患者的觀察［24］，研究者發現患者島葉、扣帶皮質、丘腦、杏仁核、海馬、中腦及腦干等部位灌注明顯增加，這為臨床醫生更好地評估疼痛的程度以及臨床診斷和治療提供了一個新的思路。

綜上所述，隨著MRI成像技術的不斷完善，ASL正逐漸受到重視。雖然ASL技術還存在著信噪比較低、傳輸延遲效應區域CBF值往往被低估、運動偽影、磁化強度轉移和白質量化差等問題［25］，但作為一種完全無創性的新型灌注成像方法，ASL采用磁性標記的動脈血作為內源性造影劑進行局部腦組織灌注的測量，并在觀察發病機制中的灌注改變發揮著重要作用，這一影像技術對于腦部疾病的檢測具有很大的實用價值，并為今后對腦部疾病的治療、隨訪、科研等活動提供重要的影像學依據。

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