動脈自旋標記技術的原理及其在缺血性腦卒中診斷中的應用

閆　蕾，王效春，張　輝，譚　艷，秦江波，張　磊，吳曉峰

動脈自旋標記技術的原理及其在缺血性腦卒中診斷中的應用

閆蕾1，王效春2，張輝2，譚艷2，秦江波2，張磊2，吳曉峰2

1.山西醫科大學(太原 030001)；2.山西醫科大學第一醫院

關鍵詞：缺血性腦卒中；動脈自旋標記；磁共振成像；灌注成像

腦組織的血流灌注對于腦的正常代謝具有至關重要的作用，血管閉塞或血栓形成時，氧輸送量下降，腦組織處于低灌注狀態，由于腦組織對缺血缺氧耐受性差，因此就會發生缺血性腦卒中，在出現臨床癥狀的同時，也伴隨著一定的影像學異常表現。近年來，隨著腦灌注成像檢查的逐步發展應用，通過灌注評價卒中前一段時間的腦血流和腦功能情況，對臨床上預防診斷和治療腦卒中有著深遠的影響。動態磁敏感對比增強(dynamic susceptibility weighted contrast enhanced，DSC)灌注成像，血氧水平依賴對比腦功能成像(blood oxygen level dependent fMRI，Bold-fMRI)和動脈自旋標記法成像(arterial spin labeling，ASL)是目前了解顱內血供情況的3種主要的磁共振灌注方法，其中DSC需要靜脈注入順磁性對比劑，具有一定的創傷性，Bold-fMRI主要用于腦功能成像[1]，相比較而言，ASL利用動脈血中的水分子作為內源性示蹤劑，該技術可重復性高，無需注射對比劑，屬于非侵入性檢查，因此該技術對臨床診斷及治療有重要的參考價值，發展前景極為廣闊?，F就ASL技術對缺血性腦卒中的原理及其應用價值綜述如下。

1ASL技術原理

ASL技術是利用自體動脈血中的水分子作為內源性示蹤劑，在成像平面近端對動脈血中的水分子進行反轉脈沖標記，自旋弛豫狀態改變后的水質子經過一段時間后對組織進行灌注，并在成像層面與組織中沒有標記過的水質子進行交換，引起局部組織縱向弛豫時間T1發生改變，這時采集到的圖像即為標記圖像(tag image)，它的信號強度與成像區域的血流有關。在成像參數相同的情況下，沒有標記過的同一層面的圖像稱為對照圖像(control image)，將對照圖像與標記圖像進行減影得到灌注圖像，灌注程度越高，圖像的信號強度就越強，這種技術既可以顯示相應缺血部位的灌注降低或缺損，也能夠測出相應部位的局部腦血流量(regional cerebral blood flow，rCBF)值[2]。由于多種參數例如血液流速、血液傳遞延遲、血液和組織的T1值等的不同、血管內信號的不確定性，與組織信號相比而言，標記圖像與對比圖像的信號差異通常很小，因此一般要在多次采集之后對采集到的信號進行均衡理(signal averaging)[3]。總之，ASL技術實際上屬于一種示蹤減影技術，其使用的內源性示蹤劑的半衰期通常只有1 s左右，因此ASL技術反映的主要是水質子進入組織的速率。

2ASL分類

動脈自旋標記技術根據標記方法的不同分為連續動脈自旋標記(continuous arterial spin labeling，CASL)和脈沖動脈自旋標記(pulsed arterial spin labeling，PASL)。CASL技術是最早的ASL方法，主要由Detre等[4]于1992年提出，該技術使用連續的低強度射頻脈沖對動脈血流過層面進行標記反轉，采集范圍內各層面的信號基本均衡；PASL則采用的是短射頻脈沖，對一段距離內的水質子進行雙曲線正交脈沖反轉，Luh等[5]引入QUIPSS(quantitative imaging of perfusion using a single subtraction)和QUIPSSⅡ，并對QUIPSSⅡ進行改良，提出了Q2TIPS(QUIPSSⅡ with thin-slice TI1 periodic saturation)，使多層采集得以實現。這兩種方法中CASL主要的優勢是信噪比高，理想狀態下可達2.718[6-7]，但其對過渡時間敏感，并且在1.5T以上的高場強MRI掃描時，CASL的成像參數選擇就會受到一定的限制；PASL對硬件需要少，獲取時間短，其標記效能也明顯高于CASL，但是覆蓋面相對較小。在這兩種方法的基礎上，吳冰等[8]提出了偽連續動脈自旋標記技術(pulsed continuous ASL methods，pASL)，它很巧妙地結合了CASL和PASL的優點，不僅提高了信噪比，標記效能也得到了提升，有研究表明，pASL技術的信噪比在PASL基礎上提高了約50%，同時，標記效能在CASL的基礎上提高了約12%[4]。近年來，為了更好地克服平面回波成像所帶來的運動偽影和磁敏感效應，在常規的ASL基礎上又衍生出了3D-ASL技術，該技術采用了快速自旋回波的螺旋K空間(spiral K)采集技術，具有更高的保真度以及穩定性，成像范圍覆蓋全腦[9]，影像質量也有很大程度的提高。

3ASL在缺血性腦卒中診斷中的應用

灌注技術由于能夠反映腦組織的血流情況，因此最常應用于對缺血性腦卒中的評價，自從發現ASL技術可以反映組織灌注情況以來，它就被應用于腦血管病方面的動物試驗和臨床研究。

在對存在一過性大腦中動脈閉塞的大鼠模型進行研究后，Calamante等[10]認為ASL可用來顯示動物腦腦缺血后血流的低灌注情況，該技術同樣能夠作為缺血-再灌注的進程及腦梗死的治療效果的一種監測手段。通過對腦血管狹窄和腦血管意外病人腦血流量的評價；Detre等[11，12]利用CASL技術發現了某一血管分布區的低灌注，因此他們提出對于腦血管病病人，ASL技術可以為其提供高質量的CBF圖。以上研究為利用ASL技術評價腦組織的灌注情況提供了最初的依據。

在對比了ASL技術和DSC技術所得到的CBF圖后，有學者[13]發現二者對于急性缺血性腦卒中病人的血流灌注異常區域的劃定基本一致；Zaharchuk等[14]收集51例急性腦梗死病人，應用1.5T磁共振對上述病人分別采集ASL-DWI和PWI-DWI圖像，對二者顯示的失匹配區進行對比研究后，發現上述兩種方法具有較高的一致性(κ=0.92；95%CI：0.80～1.00)。在對16例腦動脈閉塞的腦梗死病人同時應用ASL和PET兩種檢查方法后，Kamano等[15]經一致性檢驗，κ=0.520。以上的研究結果表明，對于急性腦梗死的診斷，ASL方法與傳統的灌注方法具有較高的一致性，把ASL技術和MR常規檢查序列結合起來，能夠最大限度地提高急性期腦梗死的診斷率，并能夠對急性腦梗死的治療和預后做出更加全面而準確的評估。

另有研究發現，短暫性腦缺血發作(TIA)病人3個月內發生腦梗死的幾率約為11%，及早的發現與治療成顯得尤為重要。陳耿等[16]收集了60例缺血性腦卒中病人，分別使用DWI和ASL進行診斷，結果發現DWI對于處于急性期和亞急性期的腦卒中具有100%的檢出率，但卻不能診斷出短暫性腦缺血發作，而ASL在100%檢測出急性期和亞急性期腦梗死的基礎上，對于TIA有著70%的檢出率，因此他們認為兩種方法的聯合使用有助于早期檢出TIA。

以上眾多研究均表明，ASL技術與傳統的灌注技術具有較高的一致性，相對于傳統的MRI檢查序列，ASL不僅能檢出急性腦梗死，對于TIA亦有著重要的診斷價值。

4ASL技術的不足及展望

ASL由于信噪比較低，對運動的敏感度高，空間分辨率及時間分辨率低，這些都能使ASL灌注測量出現偏差。腦血管病病人通常血流量較低，部分病人容易焦躁不安而不配合掃描，這些無疑都增加了檢查的難度。當腦缺血區域周圍有豐富的側支循環形成時，側支循環的血液到達梗死區的時間就會延長，使得CBF量化降低，甚至在正常CBF區采集不到信號，這使得缺血性腦卒中的ASL成像技術變得更為復雜。近年來隨著高磁場磁共振設備的不斷出現和使用，ASL技術更是得到了大力改進，新的序列及改良技術不斷被提出，如血管編碼動脈自旋標記技術、流速選擇性動脈自旋標記技術等，這些新技術的潛在應用領域在不斷地被開發[17]，其在缺血性卒中方面的研究也將有著更加廣闊的發展，應用前景十分可觀。

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(本文編輯郭懷印)

通訊作者：王效春，E-mail：2010xiaochun@163.com

中圖分類號：R743R255.2

文獻標識碼：B

doi：10．3969/j．issn．1672-1349．2016．02．038

文章編號：1672-1349(2016)02-0213-02

(收稿日期：2015-08-27)