3D-ASL在急性腦梗死模型評估中的研究進展

黃海濤，林　敏，錢　琦

3D-ASL在急性腦梗死模型評估中的研究進展

黃海濤，林敏，錢琦

浙江中醫藥大學附屬第三醫院(杭州 310000)

摘要：急性腦梗死又稱急性缺血性腦卒中，是指因各種因素引起腦內動脈狹窄、閉塞，進而造成腦血液循環障礙，導致局部腦組織因缺血、缺氧而發生軟化壞死，臨床上表現為一次性或永久性腦功能障礙的癥狀和體征的急性腦血管性疾病，具有高發病率、高死亡率、高致殘率、高復發率及經濟負擔重的特點，是我國成年人致殘的首位原因；針對腦梗死機制方面的研究需要有科學的研究手段、完善的檢測方法以及能反映腦梗死機制的動物研究模型。動脈自旋標記灌注成像(ASL)能夠很好地顯示大腦血流灌注改變異常，實現對腦灌注的定量分析，相對于其他灌注成像手段，ASL有無創、直接、量化、可重復等優勢，可作為一項客觀的評價指標用于對實驗動物的持續觀察，研究腦梗死的演變發展，在急性腦梗死模型評估及腦梗死機制研究中具有十分重要的作用。

關鍵詞：急性腦梗死；動脈自旋標記；腦灌注

為了深入探索缺血性腦梗死的演變過程和臨床療效及其預后的評估，既往的研究多通過制作最接近人類腦梗死的理想動物模型，采用多種方法進行判定，如氯化三苯基四氮唑(triphenyltetrazolium chloride，TTC)染色、行為學量表評分以及影像學檢查評定等，但是TTC法和量表評分法均有其不足之處，影響結果可靠性。磁共振灌注成像(MRI-PWI)可反映組織的微血管分布及血流灌注情況，提供血流動力學方面的信息，MRI-PWI主要分為動脈自旋標記灌注成像(arterial spin labeling，ASL)和動態磁敏感對比增強成像，其中ASL是將反轉脈沖標記的動脈血質子作為內源性示蹤劑，不需要注射造影劑的無創的MRI灌注新技術，對活體動物在無創下觀察缺血性病變及動物實驗模型評估中具有其他方法無法比擬的直觀性和可靠性，較常規MRI更加敏感，可以更早發現急性腦梗死的異常改變。且其可重復、簡單、無創性有利于建立理想的實驗模型，并為研究預后、檢測和評估治療的療效提供前提。

1急性期腦缺血的實驗研究

目前評價腦缺血的影像學檢查手段主要有：應用血管造影術觀察大血管病變，應用核醫學觀察毛細血管的病變，應用功能磁共振灌注成像(fMRI-PWI)快速、準確、無創的評價腦缺血的血流動力學改變，并提供血管再通灌注信息，指導下一步治療。目前已有許多研究在臨床上及實驗中證實PWI-ASL可用于急性腦缺血的診斷。Baskerville等[1]通過99mTcHMPAO CBF放射自顯影術評估ASL-CBF在大鼠急性腦梗死模型中的可行性，發現ASL與好的相關性。證實ASL可用來顯示動物腦缺血后血流的低灌注情況。Shen等[2]結合ASL、彌散成像(DWI)及BOLD成像對暫時性及永久性急性腦缺血大鼠模型進行比較觀察，認為三種方法均可以提供有效的病變信息，結合應用可以觀察腦組織可恢復性、血管關聯及功能完整性，而CBF定量有十分重要的研究意義。這表明在動物實驗中ASL可以反映局部腦組織灌注情況，并在早期發現病灶腦組織區域血流動力學異常，為腦缺血的診斷、治療及預后實驗研究提供重要參考信息。Lythgoe等[3]在部分栓塞動脈后也有類似的ASL測量腦血流量(ASL-CBF)發現。

多個實驗已經證實ASL在潛伏期腦梗死動物模型評估中是十分有效的，同時臨床上多認同PWI-CASL和DWI可以迅速地發現急性腦梗死病人的病灶，并且急性期PWI下病灶體積大于DWI下體積即為不匹配區，即缺血半暗帶，缺血半暗帶是急性腦梗死緊急治療的首要目標。為進一步研究理解缺血半暗帶，Meng等[4-5]觀察永久性和60 min暫時性大鼠急性腦梗死模型的缺血半暗帶發展演變，在模型制備后定點DWI和ASL掃描并計算病灶體積，同時結合PTT染色驗證，發現ASL-CBF改變與DWI異常及PTT染色表現有相關性，表明CASL在急性腦缺血發作中提供了一個快速無創的多層面成像方法，描述了低灌注情況和缺血半暗帶。對動物模型缺血半暗帶的評估，可以指導溶栓治療及評估風險和療效，有利于加深對治療手段的研究。

2急性腦缺血動態觀察的實驗研究

研究急性腦梗死后病變隨時間變化的演變規律對指導針對性治療方案具有重要意義，ASL灌注成像無需注射對比劑，操作簡單，經濟安全，在急性腦梗死臨床療效評估及動物實驗模型研究中能夠提供直觀的、系統的、可重復的觀察指標，為長期的、客觀的觀察病變提供保證。王建偉[6]通過研究ASL灌注成像動態觀察和分析犬急性腦梗死模型后，發現ASL可早期有效發現灌注異常及缺血半暗帶(結合DWI)，并且ASL與動態磁敏感對比成像(DSC)兩種磁共振灌注方法評估結果具有一致性。Bardutzky等[7]在實驗研究中探討再灌注對預后的影像，通過ASL觀察不同再灌注時間在不同短暫腦缺血大鼠預后中的影響以及病灶中心ADC-CBF的動態改變和不匹配區的變化，研究結果表明85%缺血半暗帶的恢復與缺血時間無關，而與持續增高的CBF有關。ASL對腦梗死的發展演變觀察作用也可用于評估制備實驗動物模型方法。Henninger等[8]利用DWI、ASL對比血栓栓塞模型(eMCAO)與線栓栓塞模型(sMCAO)的腦梗死發展演變，發現eMCAO組的CBF病灶體積持續明顯大于sMCAO組，DWI-CBF不匹配區在eMCAO組中面積更大，認為兩種方法具有明顯差異，這在另一方面也說明了ASL在動物實驗中的重要性，可考慮作為傳統對比劑灌注成像技術的重要補充，甚至在長期研究中替代對比劑增強作為一項灌注指標。

3對急性腦缺血預后評價及影響因素的探索

治療方法上新的嘗試需要經過動物實驗檢驗有效性及安全性，實驗動物是新構思想法的實踐證明載體。關于急性腦缺血梗死的治療中，常壓氧(NBO)是治療急性腦梗的可靠的、簡便的無創方法，可以持續治療并且維持缺血半暗帶的體積不增大，為進一步治療創造機會。重組組織型纖維蛋白酶原激活劑(recombinant tissue plasminogen activator，tPA)已經證實是溶栓的有效的手段，但是兩者的結合是否安全有效尚未明確。Henninger等[9]應用DWI、ASL持續觀察腦缺血病灶大小，評估100% NBO和tPA聯合治療大鼠大腦中動脈栓塞模型的效果及安全性，實驗中顯示早期的NBO治療結合延遲的tPA治療可能是治療急性腦梗的安全、可靠的方法。

此外，作為腦卒中高危因素的高血壓，一直是研究腦卒中發病諸多因素中的熱點。Henning等[10]通過ASL和DWI觀察自發性腦梗死大鼠的病程發展及腦血流灌注的影響，探索高血壓腦卒中大鼠模型的發病與高血壓的關系，認為高血壓引起的血管重建和持續低灌注增加患病的幾率。這在探索高血壓病因的研究中有重要作用，ASL的可重復無創特點能夠滿足對這個長期病變的觀察，研究慢性高血壓和繼發腦卒中的關系并指導一級及二級預防。

缺血預適應(ischemic preconditioning，IPC)可以誘導腦組織在梗死發生時起保護作用，Hoyte等[11]應用ASL研究相對腦血流量(rCBF)在其中的影響，表明ASL可用于急性腦缺血的預后的實驗研究。

4問題與展望

既往的相關研究已經嘗試應用動脈自旋標記技術評估急性腦梗死模型，但是由于檢查技術以及分析手段的局限，有關ASL的定量CBF值作為同種動物急性腦缺血模型評估的量化標準的動物實驗研究報道很少，主要集中于研究與癥狀相關的局部CBF改變，而忽略了實驗中缺血程度的差異對結果的影響，不利于研究成果間的比較分析。因此，探索定量CBF在動物模型制備中的應用顯得尤為必要；在既往對動物模型缺血半暗帶的評估中，ASL結合DWI為研究缺血半暗帶提供便利、快速的觀察方法，然而，ASL-DWI有其局限性，主要表現在不能夠準確反映缺血半暗帶的大小，其原因主要是PWI-ASL與DWI的成像原理不同(PWI基于血流灌注，DWI基于病理狀態)，ASL受T1弛豫時間和/或血腦屏障的影響，在腦缺血狀態下所得的CBF值會系統的增高[12-13]，進而影響測定結果，因此，在今后的實驗研究中需要注意上述因素的影響，并進一步探索ASL技術在病理狀態下的結果的準確性。此外，發現部分采用ASL技術對大鼠急性腦缺血模型的研究結論并不統一，這可能與大鼠的腦體積過小、ASL空間分辨率和信噪比相對較低、對腦白質灌注定量的限制[14]、治療后腦灌注的急劇改變等諸多因素，導致應用ASL檢查大鼠CBF改變時可能出現類似多個組織灌注信號的表現有關，從而不能充分保證研究結果的準確性。

以上種種跡象，提示需要制作理想的動物實驗模型，并通過更多的研究來探索ASL作為一項檢查評價技術、CBF作為一項評價指標在急性腦缺血實驗研究中的重要價值，幫助研究者及臨床醫生更直接、更客觀地分析腦梗死的各種影響因素，判斷各個因素在病情演變中的地位，進一步發揮其在腦梗死機制研究和臨床療效評估中的作用。

隨著MR技術的不斷發展和完善，ASL作為一項檢查評價技術，以其無創、直接、量化、可重復的優勢，尤其是通過與DWI、活動量表評分、組織病理學等聯合應用，可以在一定程度上替代其他方法，在腦缺血動物模型的制備及評估、腦缺血性梗死機制研究及療效評定中發揮越來越重要的作用。

參考文獻：

[1]Baskerville TA，McCabe C，Weir CJ，et al.Noninvasive MRI measurement of CBF evaluating an arterial spin labelling sequence with 99m TcHMPAO CBF autoradiography in a rat stroke model[J].Journal of Cerebral Blood Flow & Metabolism，2012，32：973-977.

[2]Shen Q，Ren H，Cheng H，et al.Functional，perfusion and diffusion MRI of acute focal ischemic brain injury[J].J Cereb Blood Flow Metab，2005，25(10)：1265-1279.

[3]Lythgoe MF，Thomas DL，Calamante F，et al.Acute changes in MRI diffusion，perfusion，T(1)，and T(2) in a rat model of oligemia produced by partial occlusion of the middle cerebral artery[J].Magn Reson Med， 2000，44(5)：706-712.

[4]Meng X，Fisher M，Shen Q，et al.Characterizing the diffusion/perfusion mismatch in experimental focal cerebral ischemia[J].Ann Neurol，2004，55：207-212.

[5]Wang YJ，Yao QL，Fang F，et al.A study of ischemic penumbra by perfusion and diffusion-weighted imaging at high-field MRI (7.0 T)[J].National Medical Journal of China，2010，90(25)：1773-1777.

[6]王建偉.動脈自旋標記技術在犬急性腦梗死模型評估中的研究[D].南京：南京醫科大學，2013.

[7]Bardutzky J，Shen Q，Henninger N，et al.Characterizing tissue fate after transient cerebral ischemia of varying duration using quantitative diffusion and perfusion imaging[J].Stroke，2007，38(4)：1336-1344.

[8]Henninger N，Sicard KM，Schmidt KF，et al.Comparison of ischemic lesion evolution inembolic versus mechanical middle cerebral arteryo cclusion in Sprague Dawley rats using diffusion and perfusion imaging[J].Stroke，2006，37：1283-1287.

[9]Henninger N，Bratane BT，Bastan B，et al.Normobaric hyperoxia and delayed tPA treatment in a rat embolic stroke model[J].J Cereb Blood Flow Metab，2009，29：119-129.

[10]Henning EC，Warach S，Spatz M.Hypertension-induced vascular remodeling contributes to reduced cerebral perfusion and the development of spontaneous stroke in aged SHRSP rats[J].J Cereb Blood Flow Metab， 2010，30(4)：827-836.

[11]Hoyte LC，Papadakis M，Barber PA，et al.Improved regional cerebral blood flow is important for the protection seen in a mouse model of late phase ischemic preconditioning[J].Brain Res，2006，1121(1)：231-237.

[12]Ewing JR，Cao Y，Knight RA，et al.Arterial spin labeling validity testing and comparison studies[J].J Magn Reson Imaging，2005，22(6)：737-740.

[13]Tanaka Y，Nagaoka T，Nair G，et al.Arterial spin labeling and dynamic susceptibility contrast CBF MRI in postischemic hyperperfusion，hypercapnia，and after mannitol injection[J].J Cereb Blood Flow Metab， 2011，31(6)：1403-1411.

[14]蘇宇征，孫斌，薛蘊菁，等.脈沖動脈自旋標記技術測量正常腦白質血流量的局限性[J].中華放射學雜志，2010，44(9)：980-984.

(本文編輯郭懷印)

通訊作者：林敏，E-mail:lmdy1027@163.com

中圖分類號：R743R255.2

文獻標識碼：A

doi：10．3969/j．issn．1672-1349．2016．02．013

文章編號：1672-1349(2016)02-0150-03

(收稿日期：2015-06-19)