3D ASL成像在兒童腦血管病變診斷中的應用價值

王芳，邵劍波，張文涵，朱百奇

·兒科影像學專題·

3D ASL成像在兒童腦血管病變診斷中的應用價值

王芳，邵劍波，張文涵，朱百奇

目的：探討3D動脈自旋標記（ASL）技術全腦MRI對兒童腦血管病變的診斷價值。方法：搜集我院2014年5月-2015年10月經DSA或手術證實的16例腦血管病變患兒的病例資料。其中煙霧病9例，腦血管畸形7例。所有患兒均行3.0T MR T1WI、T2WI、T2-FLAIR、DWI、MRA及3D ASL腦灌注成像檢查，對3D ASL原始圖像采用Functool軟件進行后處理，測量2組患者病變部位的腦血流量（CBF），計算病變與對側的相對CBF（rCBF）并進行統計學分析。結果：9例煙霧病患兒中8例病變部位表現為低灌注（rCBF＝0.74±0.21），其中3例常規MRI未發現異常，5例T2WI及FLAIR圖像上清晰顯示病灶；1例合并出血性梗死者局部表現為高灌注（rCBF＝1.32±0.15）。7例腦血管畸形中，3例病變區呈顯著高灌注（rCBF＝2.54±1.23）；2例靜脈畸形的ASL圖像上腦血流灌注無明顯異常；2例腦海綿狀血管瘤中1例瘤體內呈低灌注（rCBF＝0.80±0.05），1例無明顯異常（rCBF＝1.1±0.00）；7例腦血管畸形病變區rCBF均值為1.58±1.06。Mann-Whitney U軼和檢驗結果顯示兩組中rCBF的差異有統計學意義（P＜0.05）。結論：兒童腦血管畸形所累及區域的rCBF往往高于煙霧病，可能與兒童供血動脈或側支循環代償機制不同有關；3D ASL腦灌注成像對兒童腦血管病變的診斷有重要價值。

磁共振成像；動脈自旋標記灌注成像；腦血管病變；兒童

各種先天或后天因素可導致多種兒童腦血管病變，常引起癲癇、腦出血或腦梗死等。近年來隨著3.0T高場強磁共振儀的普及，3D動脈自旋標記（arterial spin labeling，ASL）成像作為一項無創性非對比劑增強磁共振灌注成像的新技術，已經被越來越多地應用于科研及臨床，該技術能定量分析腦血流量（cete-bral blood flow，CBF）等血流動力學指標的變化情況，在腦血管病、腦腫瘤等病變的診斷、治療及預后評估等方面具有獨特的優勢［1-2］。本研究將3D-ASL技術應用于兩類較為常見的兒童腦血管病變的研究，旨在進一步探討3D-ASL技術的診斷價值。

材料與方法

1.臨床資料

回顧性分析本院2014年5月-2015年10月符合納入標準的16例腦血管病患兒的病例資料。納入標準：①經DSA或手術病理確診；②有完整的常規MRI、3D ASL灌注成像及MRA或SWAN成像資料。排除標準：圖像質量差，運動偽影重。最終有16例腦血管病變患兒納入研究，男7例，女9例，年齡1～9歲，中位年齡6.6歲。16例中煙霧病9例，腦血管畸形7例（包括腦動靜脈畸形3例，腦靜脈畸形2例，腦海綿狀血管瘤2例）。主要臨床表現有間斷發作性肢體無力伴有吐詞不清5例，意識模糊1例，頭痛、頭暈3例，癲癇5例，抽搐1例，以腦癱就診1例，2例無明確癥狀、分別因性早熟及發熱就診。

2.MRI檢查方法及掃描參數

使用GE Discovery MR750 3.0T超導磁共振儀、八通道頭相控陣頭部線圈。對于嬰幼兒或不合作的患兒需在鎮靜制動狀態下進行掃描，檢查前30 min給予患兒10%水合氯醛口服或保留灌腸，劑量0.4～0.5 m L/kg。10例行MRI平掃，6例行平掃及增強掃描，掃描序列包括矢狀面T1WI、橫軸面T1WI、T2WI、3D-ASL及3D TOF-MRA。采用FLAIR序列行T1WI和T2WI，采用FR-FSE螺旋漿序列行T1WI，MRA采用3D-TOF序列。T1WI：TR 1750 ms，TE 24.0 ms，自動重計翻轉角111，回波鏈長度10，帶寬41.67 k Hz，矩陣224×320；T2WI：TR 4146 ms，TE 97.0 ms，回波鏈長度32，帶寬62.50 k Hz，矩陣416× 320；T2-FLAIR序列：TR 8500 ms，TE 145 ms，回波數據1/1 83.3 k Hz，自動重計翻轉角111，TI 2138 ms，矩陣256×254；3D ASL：TR 4392 ms，TE 10.6 ms，矩陣512×512，帶寬62.50 k Hz，標記延遲掃描時間1525.0，激勵次數3；3D TOF MRA：TR 23 ms，TE 3.4 ms，帶寬31.25 k Hz，層塊3；DWI：b值＝1000 s/mm2，TR 3000 ms，TE 63.9 ms；回波數量1/1 250 k Hz，矩陣128×128；增強掃描使用對比劑Gd-DTPA，劑量0.2 m L/kg，常規行矢狀面和橫軸面T1WI：層厚6.0 mm，間隔0.5 mm，視野30 cm×30 cm。

3.圖像處理及分析

由兩位高年資影像科醫師對患兒圖像進行后處理及數據分析。將3D ASL掃描原始數據傳至工作站（GE ADW4.6），采用Functool軟件進行后處理。獲取腦血流量圖（cerebral blood flow，CBF），將ASL重建圖像與常規MRI圖像進行配準融合，分別測量病變部位和對側鏡像部位的CBF值，每個部位測量3次，取平均值。ROI大小100～200 mm2。采用公式（1）計算病灶的相對腦血流量（relative CBF，rCBF）：

rCBF＞1.1代表高灌注，rCBF＜0.9代表低灌注，r CBF0.9～1.1為灌注正常［3］。分別對兩類患者的3D ASL腦血流灌注情況進行分析，并與常規MRI、DWI、MRA和SWAN圖像相結合，觀察總結3D ASL序列對顯示腦血流灌注的優勢。

4.統計學分析

使用SPSS 17.0統計分析軟件。采用兩獨立樣本非參數檢驗（Mann-whitney U軼和檢驗）對2組數據進行比較，P＜0.05為差異有統計學意義。

結 果

1.煙霧病組

3例患兒有不同程度發作性肢體無力，臨床高度懷疑為腦血管病變。常規MRI平掃序列及DWI顯示患兒顱內未見明顯異常（圖1a～d），3D ASL圖像示病變區呈明顯低灌注（r CBF＝0.70±0.10），其敏感性顯著高于常規MRI及DWI。其余6例中1例出血性腦梗死表現為高灌注（r CBF＝1.32±0.15），5例病變區為低灌注（rCBF＝0.75±0.11）。9例煙霧病患兒r CBF均值為0.74±0.21；3D ASL圖像上顯示的異常灌注區與3D TOF MRA圖像上所顯示的病變血管的供血區相一致。

2.腦血管畸形

3例動靜脈畸形：病灶的CBF值顯著大于正常腦組織（rCBF＝2.54±1.23），與SWAN圖像結合，前者顯示病變區供血動脈，后者清晰顯示粗大的引流靜脈（圖2）。2例靜脈畸形：CBF偽彩圖上病變區灌注未見明顯異常（圖3）。2例海綿狀血管瘤：1例瘤體內為低灌注（rCBF＝0.80±0.05），1例血流灌注與正常腦組織接近（r CBF＝1.1），2例的3D-ASL表現與增強強化特點相一致。7例腦血管畸形的rCBF均值為1.58±1.06，Mann-Whitney U軼和檢驗結果顯示，兩類病變的rCBF值的差異有統計學意義（P＜0.05）。

討 論

1.3D ASL原理及研究背景

長期以來DSA檢查一直是腦血管病診斷的首選檢查和金標準，但其為有創檢查，對于兒童風險較大、臨床上應用較少。CTA、MRI常規序列及3D TOF MRA、SWAN序列等各種無創性檢查技術的臨床應用日益廣泛，但這些成像技術對腦血管病的定性診斷及療效評估的價值卻有限，如MRA或SWAN序列可以很好地顯示血管形態，但不能同時提供腦實質內病變的具體信息；隨著高場強MR腦灌注成像技術的不斷完善，近年來，無創性3D ASL序列已逐步應用于臨床及科研投，越來越多的研究表明這項技術對腦血管病變及腦腫瘤的診斷及鑒別診斷有重要價值［1］。

圖1 男，8歲，煙霧病。a）T1WI上未見明顯異常；b）T2WI上未見明顯異常；c）T1-FLAIR圖像上未見明顯異常；d）DWI顯示顱內未見明顯異常；e）CBF偽彩圖顯示左側額葉內病灶呈低灌注（藍色，箭），左側基底節區及雙側頂葉灌注正常；f）CBF偽彩圖顯示左側額葉灌注減低；g）CBF偽彩圖顯示左側額葉有大片低灌注區（rCBF＝0.58）；h）3D TOF圖像顯示左側大腦前、中動脈狹窄、部分閉塞，周圍有細小血管網形成。

3D-ASL技術可量化評估腦血流灌注狀況，其具有背景抑制充分、數據采集高效、信噪比高以及能精確定量分析等優點，且沒有電離輻射、無需靜脈注射對比劑，是一種全新的容積灌注成像技術，突破了傳統2D ASL受限于組織血容量，僅能進行有限層面灌注分析且圖像信噪比不高等缺點。傳統動脈自旋標記技術根據標記方式可分為連續式（continuous arterial spin labeling，CASL）和脈沖式（pulsedarterial spin labeling，PASL）2大類，隨著MRI硬件的不斷發展，目前還出現偽連續式ASL（pseudo-CASL，p CASL）和速率選擇ASL（velocity selective ASL，VSASL）等衍生技術。在3.0 T場強下pCASL的SNR比PASL高50%，標記有效率比CASL高18%［4］。Gevers等［5］對6例健康志愿者在3個影像中心均進行pCASL、CASL和 PASL檢查，結果發現pCASL聯合背景抑制法得到的數據差異性最小。毫無疑問，更精確的分析方法能解決更復雜的問題［6］。目前關于pCASL的應用相關研究較多，p CASL在硬件要求和信噪比之間有較好的平衡，而且可以作為基礎序列聯合其它技術如血管編碼技術等，因此具有較好的應用前景［7-14］。

本研究使用3.0T MR設備，采用偽連續式3DASL技術，射頻系統在1.5s內完成1000次連續標記、2000多次密集的梯度切換，能克服傳統ASL成像時因磁化傳遞效應所導致的灌注偏差，采用更高K空間采集Spiral技術（也稱為阿基米德螺旋）及FSE對于磁場不均勻性不敏感的讀取方式，有效克服了傳統ASL技術采用EPI序列時易出現的磁敏感偽影，使圖像信噪比明顯提高，并實現大范圍三維全腦容積灌注成像，從而使這項技術能廣泛應用于臨床上對腦血管病變及腦腫瘤的定性和分級。

2.3D ASL在兒童腦血管病變中的應用

本組9例煙霧病患兒中，3例患兒的常規MRI（T1WI、T2WI、FLAIR及DWI）均未能顯示病變，但在3D ASL灌注圖像上顯示1例為一側低灌注（rCBF＝0.72）、2例為額頂葉低灌注（r CBF＝0.60），在3D TOF圖像上1例表現為大腦中動脈細小，2例大腦前、中動脈細小、部分閉塞改變。據文獻報道，在某些頸內動脈或大腦中動脈高度狹窄病例，由于側支循環代償可以不發生腦梗死或缺血，因此在常規圖像及增強掃描時可以表現正常［15］，但由于側支血管血流速度慢，因此3D ASL CBF圖可以較早地顯示病灶呈低信號改變，與動態磁敏感對比增強（dynamic susceptibility contrast，DSC）對比劑灌注到達時間一致；說明3D ASL在發現腦血管病變方面更敏感，能較早發現異常血供，有利于臨床及時干預治療。無明顯臨床癥狀的6例煙霧病患兒中，1例表現為高灌注（rCBF＝1.32± 0.15），可能是由于組織的再灌注引起；5例表現為低灌注（r CBF＝0.75±0.11），病變區與MRA所顯示的動脈狹窄或閉塞區相一致。

圖2 女，11歲，左額葉腦動靜脈畸形。a）T2WI示左額葉病灶中央呈低信號，周邊環繞高信號區（箭）；b）T1-FLAIR圖像上所見與T2WI基本一致；c）DWI圖像上病灶顯示清晰；d）EWAN圖像上病灶邊緣可見粗大的引流靜脈（箭）；e）CBF融合圖示左側額葉有條片狀紅色高灌注區（箭）；f）CBF彈彩圖示左額葉有條狀紅色高灌注區；g）CBF偽彩圖示左側額葉病變區附近有粗大的供血動脈呈紅色高灌注（rCBF＝1.43）；h）3D-TOF圖像顯示左側額葉團塊狀高信號影（箭）。

7例腦血管畸形患兒中，3例動靜脈畸形的CBF圖顯示病變區CBF值顯著大于正常腦組織（rCBF＝2.54±1.23）；2例靜脈畸形，病變區CBF與正常腦組織大致相同；2例海綿狀血管瘤，1例3D ASL顯示病灶區呈低灌注（r CBF＝0.80±0.05），1例與正常腦組織相同；從上述7例腦血管畸形中我們不難發現，動靜脈畸形有粗大的供血動脈而表現為高灌注，結合SWAN圖像上粗大的引流靜脈，可以與海綿狀血管瘤進行鑒別。靜脈畸形是由于端腦靜脈系統擴張的中央靜脈和許多小的深髓靜脈組成，在SWAN圖像上顯示為典型“靜脈水母頭或海蛇頭征”，而3D ASL由于是標記動脈，靜脈不顯影，因此靜脈畸形在3D ASL CBF圖上與正常腦組織的灌注相同，從而可與低灌注的海綿狀血管瘤進行區分。

綜上所述，腦血管畸形病變區r CBF高于煙霧病所累及區域，分析可能與兒童供血動脈或側支循環代償機制不同有關。相對于MRA及SWAN圖像所顯示的血管形態學信息，3D ASL CBF圖像能更準確地顯示病變區的具體部位，并可對CBF值進行定量分析。為臨床確診、選擇治療方式等提供更具體的信息。

3.ASL技術的應用及不足之處

3D-ASL技術利用的是內源性示蹤劑，不受血腦屏障是否完整的影響，從而能更真實地反映組織的真實灌注情況，能更準確地評價腫瘤新生血管的情況，對腫瘤進行定性及分級診斷，為腦血管病的定性及定量診斷提供更多的信息。尤其是對于兒童患者，由于該技術無需注射對比劑，更安全，兒童患者更容易配合檢查。3D-ASL對病變灌注特征的顯示和定量分析明顯提高了對腦血管病變的診斷敏感性，并可作為3D TOF MRA的有力補充檢查手段。本研究主要不足之處是樣本量太少，僅對兒童常見的兩大類型腦血管病進行了分析，對于其在更多兒童腦血管病變及腦腫瘤中的應用價值還需進一步研究。

圖3 女，8歲，左側小腦靜脈畸形。a）CT示左側小腦半球內散在點狀高密度鈣化灶；b）T2WI示左側小腦半球內有斑片狀低信號灶（箭）；c）T1-FLAIR圖像示左側小腦半球內有斑片狀低信號灶；d）EWAN圖像顯示病變區有深髓靜脈擴張呈“水母頭征”（箭）；e）CBF偽彩圖示血流灌注與對側相似；f）CBF圖示左側病變區與健側灌注相似；g）CBF圖像顯示左側小腦半球病變的CBF與對側正常腦實質相似（rCBF＝1.01）；h）3D-TOF圖像顯示大腦基底動脈環完整。

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Clinical value of 3D ASL MRI in diagnosis of cerebral vascular diseases in children

WANG Fang，SHAO Jian-bo，ZHANG Wen-han，et al.Department of CT＆MRI，Wuhan Children＇s Hospital，Wuhan 430016，P.R.China

Objective：To explore the diagnostic value of 3D arterial spin labeling（ASL）magnetic resonance perfusion imaging in children with cerebral vascular diseases.Methods：Clinical and imaging data of sixteen children with cerebral vascular diseases proved by DSA or surgery in our hospital from May 2014 to October 2015 were collected and analyzed.A-mong 16 cases，there were 9 cases of moyamoya disease，7 cases of cerebral vascular malformation.All cases underwent conventional sequences（including T1WI，T2WI，T2-FLAIR，DWI and MRA）and 3D ASL perfusion imaging on a 3.0T MR scanner.All data of 3D ASL MRI were transmitted to workstation for post-processing using Functool software.Cerebral blood flow（CBF）of the lesions were measured，and the relative CBF between lesions and contralateral mirror areas in the two groups were calculated and compared using Mann Whitney U test.Results：In moyamoya disease group（9 cases），the lesion showed low perfusion（rCBF＝0.74±0.21）on 3D ASL images in 8 cases（8/9），of which no positive findings were found on conventional MRI in 3 cases，the lesions were clearly showed on T2WI and FLAIR images in 5 cases；the lesions showed high perfusion（rCBF＝1.32±0.15）in one case（1/9）complicated with hemorrhagic infarction.Among 7 cases of cerebral vascular malformation，the lesions showed significantly high perfusion（rCBF＝2.54±1.23）in 3 cases with cerebral arteriovenous malformations；no positive findings were found on 3D ASL images in two cases with venous malformation；in the two cases with cerebral cavernous hemangioma，the lesions showed low perfusion（CBF＝0.80±0.05）in one case and normal perfusion（rCBF＝1.1±0.00）in another case；the mean rCBF value of the 7 cases with cerebral vascular malformationis was 1.58±1.06.The difference of rCBF in the two groups was statistically significant（P＜0.05）.Conclusion：rCBF of the lesions of cerebral vascular malformation in children tends to be higher than that of moyamoya disease，this may be due to the difference of collateral circulation mechanism in children.3D ASL MRI is of great importance in the diagnosis of cerebral vascular diseases in children.

Magnetic resonance imaging；Arterial spin labeling perfusion imaging；Cerebral vascular disease；Childten

R445.2；R743.4

A

1000-0313（2015）12-1177-05

10.13609/j.cnki.1000-0313.2015.12.006

2015-11-13

2015-12-05）

430016 武漢，湖北省武漢市兒童醫院影像科

王芳（1972-），女，湖北襄陽人，碩士，副主任醫師，主要從事小兒CT和MRI影像診斷工作。

邵劍波，E-mail：Shaojb2002＠163.com

武漢市科技創新平臺兒童神經疾病臨床醫學研究中心資助項目（武科計2014-160號）