三維動脈自旋標記技術在缺血性腦梗死中的研究進展

賀元彥，賀業新

根據最新發布的《中國心血管病報告2017》[1]，我國心血管病患病人數高達2.9億，其中腦卒中1300萬，冠心病1100萬，心血管病死亡占居民疾病死亡構成的40%以上，居首位，高于腫瘤及其他疾病。腦卒中作為心血管病中的重要組成部分，已經嚴重危害我國人口健康。評估腦卒中患者發病后的腦灌注情況有助于指導治療和判斷預后。動脈自旋標記(arterial spin labeling，ASL)技術是一種無需外源性對比劑的磁共振灌注成像技術。三維動脈自旋標記(three-dimensional ASL，3D-ASL)采用三維快速自旋回波(fast spin echo，FSE)進行信號讀取，保證了信噪比，減少了偽影，較二維ASL具有圖像質量高、成像范圍大、采集速度快、定位精準等特點。3D-ASL技術中的準連續動脈自旋標記(pseudo- continous-ASL，PCASL)可實現無創測得腦血流量(cerebral blood flow，CBF)，具有重要作用。

1 ASL的基本原理及分類

1.1 ASL的基本原理

ASL通過射頻脈沖來翻轉磁化血液，利用動脈血的水分子作為內源性擴散示蹤劑。被標記血流經過一定時間的延遲后，流入到腦組織，此時采集的圖像為標記像，其包含來自標記水和靜態組織水的兩種信號。另外采集未預先標記的圖像為控制像。控制像與標記像之間相減影，減去靜態組織水的信號，得出的信號差異提供了通過腦組織的血流灌注信息[2]。

1.2 ASL的分類

ASL按照標記方法分為連續動脈自旋標記(continous-ASL，CASL)、脈沖式動脈自旋標記(pulsed-ASL，PASL)、PCASL。其中PCASL綜合了CASL高信噪比及PASL高標記效能的優點[3]。由于PCASL降低了磁化傳遞效應，因而標記效率高；此外無需額外的硬件設備，故其優于CASL[2]。而PCASL較PASL又具有更高的信噪比和可重復性，故也優于PASL[4]。

2 3D-ASL的技術優勢及局限性

ASL的讀出方式有2D和3D。其中2D方式采用平面回波成像(echo planar imaging，EPI)讀出，其圖像質量相對不穩定。3D讀出方式基于FSE，且可通過聯合背景抑制(background suppression，BS)進行優化，從而降低生理噪聲。3D-ASL聯合BS較普通的ASL有更高的時間信噪比和空間信噪比[5-6]，圖像質量明顯提高。此外，3D-ASL相對來說對磁場不均勻性不敏感，且采集速度較普通ASL更快[2]。由于3D-ASL為3D采集，故較普通的ASL成像范圍更大。3D-PCASL可與質子像融合，實現更精確的定位，并可通過測量CBF值實現定量成像[2]。

3D-ASL也存在一些不足。首先，獲得全腦圖像的掃描時間較長；其次，3D-ASL對于腦白質的灌注評估信噪比較低[2]；此外，3D-ASL評估腦灌注受到標記后延遲時間等因素的影響。

3 標記后延遲時間的選擇

被標記的血液從標記到采集的時間被稱為標記后延遲(post-labeling delay，PLD)時間或反轉時間(inversion time，TI)。通常在PASL被稱為TI，在CASL及PCASL被稱為PLD時間。

動脈通過時間(arterial transit time，ATT)即血液從被標記開始至到達目標組織的實際時間。ASL對ATT非常敏感，若PLD相對于ATT太短，則被標記的血液未能完全到達采集層面，造成對該層面灌注血流的低估；若PLD過長，則會導致T1信號的過多衰減，從而使信噪比過低，而信號過多衰減也會低估血流灌注。而ATT又因患者的年齡、性別等因素而異。因此，對PLD的選擇關系到獲得的CBF是否準確。

根據臨床目的及客觀因素，可選擇單個PLD時間或多個PLD時間。單個PLD可以迅速獲得可靠的CBF值。國際磁共振學會2015年發布的指南中對于成年臨床群體，推薦PLD時間為2000 ms[2]。胡建斌等[7]研究認為，雖然PLD為2.5 s時的可重復性較1.5 s高，但PLD為1.5 s已可達到臨床需要。不過該研究的對象為較年輕[平均年齡(31.2±10.1)歲]的健康群體，而對于年齡較大或腦血管疾病患者，PLD應適當延長。胡英等[8]的研究對青、中、老年正常人分別進行3個PLD時間檢查，認為青年人的最佳PLD為1525 ms，中老年則以3025 ms為最佳。綜上，對于不同年齡及血管狀況的群體，應采用不同PLD時間，具體的最佳選擇還有待進一步研究。

此外，應根據研究目的選擇不同的PLD。比如，Sogabe等[9]認為，若通過ASL上的血管內高信號探查閉塞血管，應選用PLD為1500 ms。因為更長的PLD時間探查更慢的血流，會增加對血管內高信號的敏感性，可能會導致結果的不準確。

多PLD時間不僅可以得到ATT[10]，從而得到最佳標記參數，此外，對于一些病變導致的ATT延長的情況(比如血管狹窄或閉塞)，其血流也可以得到全面反映。杜慧等[11]對單側大腦中動脈狹窄或閉塞患者腦血流灌注進行研究認為，PLD為1.5 s時，可以較敏感地顯示低灌注，且PLD為1.5 s時的CBF值與患者的臨床狀態相關；PLD為2.5 s時，主要反映側支循環狀態。因此對于腦血管疾病的患者，由于其血流動力學的改變，更適合采用多個PLD，但是這會導致檢查時間過長。

4 3D-ASL在缺血性腦梗死中的臨床應用

缺血性腦梗死是指各種原因所致腦部血液供應障礙，導致腦組織缺血、缺氧性壞死，而出現相應神經功能缺損的一類臨床綜合征[12]。由于腦組織對缺氧非常敏感且耐受性差，一旦缺血極易造成腦組織的不可逆性損傷，因此在臨床上把握有效治療時間窗、盡早評價腦組織灌注非常重要。

4.1 探查閉塞血管

有研究表明，ASL的原始像有助于探查及定位急性腦梗死中的血管阻塞，且其敏感性較磁敏感加權成像(susceptibility weighted imaging，SWI)與磁共振血管成像更高[13]。Sogabe等[9]對頸內動脈閉塞的急性腦卒中患者進行研究，發現ASL原始像上的點狀、條狀血管內高信號有助于識別頸內動脈閉塞患者的血液停滯部位及側支循環的形成。

4.2 評估缺血半暗帶

缺血半暗帶(ischemic penumbra，IP)是指梗死核心區周圍的缺血邊緣區，存在繼續發展為梗死灶或者被挽救為正常組織兩種轉歸。IP的存在是缺血性卒中患者溶栓治療、機械取栓的前提。而擴散-灌注不匹配可以識別缺血半暗帶，為進一步治療提供依據。

一般認為，梗死核心區的血流量＜10～12 mL/(100g·min)；缺血半暗帶的血流量＜20 mL/(100g·min)。有研究認為，在ASL上腦血流量以＜20 mL/(100g·min)為閾值時，與動態磁敏感對比成像(dynamic susceptibility contrast，DSC)的平均通過時間(mean transit time，MTT)＞10 s為閾值具有良好的一致性[14]，因此可以很好地評估IP。Bivard等[15]認為ASL與DSC對評價急性腦卒中缺血半暗帶具有較好的一致性，雖然發現ASL可能會過度評價IP，但差異無統計學意義。然而，也有研究[16-17]認為ASL對IP的過度評價差異有統計學意義。這可能是由于ASL對于輕度動脈延遲的“過度敏感”，即在血流緩慢時，被標記的血液還未進入成像平面就已經采集圖像，導致該區域信號減低，從而過大估計了缺血區域。

此外，筆者結合工作中的經驗發現，治療后的ASL異常灌注區有時小于擴散加權成像(diffusion weighted imaging，DWI)高信號區，提示DWI上的高信號“梗死核心區”內也可能有一部分可挽救的腦組織，即缺血半暗帶。相關研究還有待進一步完善。

4.3 預測出血轉化

出血轉化是接受溶栓治療患者面臨的主要風險。Okazaki等[18]的研究證明，經過溶栓或血管內介入治療后的過度灌注是出血轉化的可靠標志。Yu等[19]的研究證明，ASL檢查下顯示的梗死后高灌注與出血轉化相關，且認為遲發(首發癥狀12 h以上)的過度灌注更有可能發生嚴重的出血轉化。Niibo等[20]的研究發現，充血性損害即局部高灌注，可以預測血腦屏障的破壞及出血轉化；而如果沒有梗死的進一步發展、血腦屏障破壞以及出血轉化，ASL上的充血性損害則表現為匐行樣高信號，即動脈轉運偽影，這對后續治療有重要意義。

4.4 3D-ASL有助于調整治療方法及判斷患者預后

責任血管的再通情況和梗死部位的再灌注情況決定了腦組織的最終結局，正確評估再灌注情況對指導進一步治療非常重要。而ASL不受血腦屏障的影響，且可評估側支循環情況，故更加準確客觀。

Okazaki等[21]在溶栓過程中每5 min一次、溶栓后60 min、溶栓后24～72 h都進行ASL檢查，動態反映了溶栓過程，發現溶栓過程中動脈轉運偽影(arterial transit artifacts，ATA)的出現是靜脈溶栓治療后血管再通的早期標志。這對于患者接下來是否需要進行額外的機械取栓可能具有指導意義。《2018版AHA/ASA急性缺血性卒中早期管理指南》也提到，對于前循環大動脈閉塞的急性缺血性腦梗死患者，如果發病在6～24 h內，可行灌注成像幫助篩選適合進行機械取栓的患者[22]。

此外，若能早期探查到可疑的出血轉化，則可對接下來的治療和預后判斷起到決定性作用。張國偉等[23]的研究認為，ASL聯合SWI像可以早期顯示高灌注和腦出血的變化，一定程度的高灌注提示預后良好，但是若出現大面積的高灌注和腦出血時，則不宜再采取溶栓或強力抗凝，以免加重再灌注損傷，導致病情惡化。Niibo等[20]的研究認為，由于充血性損害與接下來可能發生的出血轉化相關，因此血管內治療前有可能通過ASL識別充血性損害，從而進行及時的干預(比如調整血壓)，以抵消出血性并發癥。

良好的側支循環也可以是判斷預后的一項指標。有研究通過原始像上的ATA評估側支循環，發現側支循環的形成與良好的臨床預后相關[24]。Lou等[10]對接受溶栓或血管內介入治療的急性缺血性卒中患者進行研究，采用多個PLD得出CBF、ATT、CBV并對側支循環進行評分，發現軟腦膜側支循環的CBV高評分與良好預后相關。

5 小結與展望

雖然3D-ASL在缺血性腦梗死方面的應用有著很多優勢，但也存在著一些不足和需要解決的問題。比如ASL的準確性會受到PLD等因素的影響，這一不足可通過采取多個PLD時間來彌補，但是多個PLD會大大延長檢查時間。

針對ASL的一些不足，改進技術也逐漸出現并日益完善。比如，針對ASL相對較低的信噪比(尤其是在腦白質區)以及組織灌注受PLD影響，提出了速度和加速度標記技術[25]。針對由心臟搏動引起的生理噪聲，提出了心臟觸發ASL序列[26]。相信隨著磁共振技術的發展，3D-ASL技術的臨床應用會越來越廣泛。

3D-ASL除了應用于缺血性腦梗死，在腦部其他疾病中也逐漸應用于臨床。比如，3D-ASL已經廣泛應用于顱內腫瘤分級，并且能夠更真實地反映新生血管形成水平[27]。3D-ASL有助于探查阿爾茨海默病前驅期和更高級階段的功能變化，從而判斷疾病的嚴重程度[28]。另外，由于3D-ASL簡便無創，因此特別適用于兒科患者，可以對早產兒及出生有產傷的患者進行灌注評估[2]。

總之，3D-ASL技術是完全無需外源性對比劑的磁共振灌注成像技術，其在缺血性腦梗死的臨床應用具有很大潛力和實用價值。

利益沖突：無。