3D動脈自旋標記技術在1級高血壓腦灌注中的應用價值

陳姍姍，高浪浪，劉海濤，杜芳，侯煒寰，趙海濤，魏夢綺

1.空軍軍醫大學第一附屬醫院超聲科，陜西西安710032；2.空軍軍醫大學第一附屬醫院放射科，陜西西安710032；3.空軍軍醫大學第一附屬醫院心臟內科，陜西西安710032；4.空軍軍醫大學第一附屬醫院神經內科，陜西西安710032

前言

高血壓可損害人體重要器官，產生一系列并發癥，其致死率、致殘率均較高，嚴重影響了人類生活質量，并對生命構成威脅［1］。第27 屆國際高血壓學會科學會議（ISH2018）上，發布了《2018年中國高血壓防治指南修訂版》，新版指南規范的高血壓分級標準為：1 級高血壓（輕度）收縮壓140～159 mmHg 和（或）舒張壓90～99 mmHg；2 級高血壓（中度）收縮壓160～179 mmHg 和（或）舒張壓100～109 mmHg；3 級高血壓（重度）收縮壓≥180 mmHg 和（或）舒張壓≥110 mmHg。

隨著高血壓的發病率逐年上升，高血壓腦病成為其最常見的并發癥之一。研究顯示，人體血壓升高時，腦組織受累損傷，大腦微循環出現障礙，腦灌注水平下降，從而引起腦微血管病變，因此，對1級高血壓患者的腦血流動力學進行評估最有意義。影像學方法中，CT、經顱彩色多普勒超聲、PET及磁共振動態磁敏感對比增強（Dynamic Susceptibility Contrast,DSC）技術均可評估腦血流灌注，而3D 動脈自旋標記（Arterial Spin Labeling,ASL）技術則是作為一種評價腦血流灌注的影像學新方法。本文就3DASL技術在1級高血壓腦灌注中的臨床應用價值進行探討。

1 資料與方法

1.1 一般資料

收集空軍軍醫大學第一附屬醫院2016年3月～2017年7月頭顱常規MRI 掃描正常且確診1 級高血壓的患者36例［2-3］，其收縮壓為140～159 mmHg，和（或）舒張壓為90～99 mmHg（試驗組）。正常對照組選自與試驗組年齡、性別匹配的非高血壓健康志愿者，共16例。所有研究對象在研究前均獲得所有病人或監護人的知情同意，且均無磁共振禁忌癥。

1.2 掃描方法

運用GE 高場3.0T Discovery 750 磁共振成像設備，8通道相控陣頭線圈。患者先行頭部MRI常規掃描，包括軸位T1WI、T2WI、T2-FLAIR 及脂肪抑制T2WI，矢關位T1WI，之后行3D ASL 灌注成像掃描。常規序列T1WI為自旋回波序列，參數為：TR=1 850 ms，TE=35 ms；T2WI 為快速自旋回波序列，參數為：TR=6 700 ms，TE=113 ms，使用螺旋采集；T2-FLAIR 快速反轉序列：TI=2 100 ms，TR=8 400 ms，TE=145 ms；所有序列層厚=5 mm，層間距=1 mm，掃描層數38 層。3DASL參數：TR=4 840 ms，TE=7.5 ms，PLD=2 025 ms，掃描層數50層，層厚=4 mm，層間距為零，螺旋填充K空間，圖像矩陣164×164，體素大小1.86 mm×1.86 mm×3 mm。為了使圖像質量更好，掃描前均行ASSET序列勻場處理，掃描范圍包括全腦雙側尾狀核、豆狀核、杏仁核、丘腦、額葉、顳葉、半卵圓中心、側腦室前后角和胼胝體等17個腦區。

1.3 數據后處理

將3D ASL 技術掃描所得的原始數據傳入W4.6工作站進行分析，經過降噪校正處理，可以得到灌注成像，通過工作站自帶的后處理軟件可以顯現17 個特定腦區的腦血流量（Cerebral Blood Flow,CBF）圖。將所得的所有CBF 圖離線后處理，再進一步采用SPM8 專業軟件進行參數分析。然后利用熱點法手動放置于感興趣區（Region of Interest,ROI），避開腦脊液及大血管，在17 個腦區設定ROI，ROI 的面積近似100 mm2，分左右檢測，每處腦區測量3次并求其平均值，間隔4 周后再次采用相同方法進行測量，最終取兩次測量的平均值。

1.4 統計學方法

采用SPSS 18.0統計軟件進行數據分析。描述性分析主要是對研究對象的基本特征的描述。對于數據中的連續性變量，統一采用均數±標準差表示；對于其中的分類型變量，全部通過計算構成比及率來表示。連續性變量的統計學分析，先進行正態性檢驗，用Shapiro-Wilk 檢驗進行，如果數據總體分布符合正態性，此時兩組樣本之間均數差異比較采用t檢驗進行比較分析。如果經過正態性檢驗，該組數據不滿足正態性分布，則兩組樣本之間的差異比較運用符號秩和檢驗來進行分析。而對于分類型變量而言，擬采用四格表卡方檢驗分別比較兩組人群該變量在構成比及率方面的差異是否顯著。P＜0.05表明差異具有統計學意義。

2 結果

在試驗過程中，筆者選取52例3D ASL顱腦數據（試驗組36例、對照組16例）。通過統計3D ASL 顱腦的圖像處理結果和腦區的灌注參數CBF 值，對3D ASL 技術在顱腦試驗中的應用效果進行定量分析，驗證3D ASL技術在1級高血壓灌注中的應用價值。

2.1 3D ASL顱腦圖像結果分析

試驗采用3D ASL技術，將原始數據經降噪處理得到灌注成像圖，再經軟件后處理可得到CBF圖，用于后續測量ROI 內的CBF 值。圖1 為某1 級高血壓病人采用3D ASL技術得到的顱腦圖像處理結果。

2.2 試驗組與對照組CBF 圖中額上回、額中回、額下回、半卵圓中心的CBF值差異

在得到CBF圖的基礎上，通過后處理軟件可以獲取17個特定區域ROI內的CBF參數值，用于參數差異性分析。圖2為某1級高血壓組病人的CBF圖手動放置ROI后，測量得到的額上回、額中回、額下回、半卵圓中心CBF值分別為39.350、40.840、40.300、29.450。圖3為某對照組志愿者的腦血流量圖手動放置ROI后，測量得到的額上回、額中回、額下回、半卵圓中心CBF值，分別為53.160、58.120、59.800、35.840。通過對1級高血壓組與對照組的參數差異進行分析比較，結果顯示：1級高血壓組額上回、額中回、額下回、半卵圓中心的灌注指標CBF值均低于正常對照組。

圖1 某1級高血壓病人3D動脈自旋標記顱腦試驗數據圖像Fig.1 Three-dimensional arterial spin labeling(3D ASL)craniocerebral experiment data of a patient with grade 1 hypertension

圖2 某1級高血壓病人額上回（a）、額中回（b）、額下回（c）、半卵圓中心（d）的腦血流量值Fig.2 Cerebral blood flow(CBF)values of superior frontal gyrus(a),middle frontal gyrus(b),inferior frontal gyrus(c)and centrum semiovale(d)in a patient with grade 1 hypertension

2.3 高血壓組與對照組所有腦區灌注參數的CBF值比較

測得1級高血壓組與對照組所有腦區的CBF值，并采用t檢驗和卡方檢驗進行比較，結果如表1所示。

在1級高血壓組中，豆狀核、丘腦、半卵圓中心、額上回、額下回、額中回、中央前回，中央后回、枕葉、顳葉、扣帶回和胼胝體的灌注指標CBF值均低于對照組，其差異具有統計學意義（P＜0.05）。而在1級高血壓組與對照組中，尾狀核、杏仁核、側腦室前后角的灌注指標CBF值無明顯差異（P＞0.05）。

3 討論

高血壓病人隨著血壓的上升，可誘發顱內小動脈出現嚴重持久的痙攣，血管強制被動的擴張，隨之腦循環進入障礙狀態，可形成高血壓腦病，出現一系列中樞系統臨床表現，如高顱壓、腦水腫等征象，或是腦出血、腦梗塞等更嚴重的并發癥，甚至迅速發展成腦疝、腦卒中，危及生命。醫生和患者多會關注高血壓急癥，而長期輕度高血壓常容易被忽視。當血壓升高累及腦內小血管時，便會出現CBF的異常，臨床有很多研究顯示大腦白質對腦血管病變引起的CBF減少最為敏感，因此，盡早地檢測高血壓導致腦小血管病變引起的大腦白質血流灌注異常，并盡早進行臨床干預，對高血壓腦病的防治有著非常重要的價值［4-5］。

圖3 某對照組志愿者的額上回（a）、額中回（b）、額下回（c）、半卵圓中心（d）的腦血流量值Fig.3 CBF values of superior frontal gyrus(a),middle frontal gyrus(b),inferior frontal gyrus(c)and centrum semiovale(d)in a normal control

準確測量血流灌注的參數是診斷及防治高血壓腦病的重要前提。現階段檢測腦組織灌注的影像技術有很多種［6-9］，比如：單光子發射計算機體層攝影、正電子發射斷層攝影，CT 灌注等。然而上述灌注技術均需要注入來自外源的示蹤劑，因為具有很多禁忌和副作用，限制了臨床的廣泛使用。隨著高場強磁共振設備及磁共振成像軟件的發展與更新，多種功能性磁共振成像廣泛應用于臨床，比如：擴散張量成像、擴散加權成像、灌注加權成像等［10-13］。目前，灌注成像對1 級高血壓腦組織血流灌注評價的研究為數不多，而灌注加權成像中進展較新、發展較快的3D ASL對1級高血壓腦血流灌注狀態的報道更為少見。此研究目的在于研究1 級高血壓各腦區血流灌注分布狀態的差異，并結合其發病機制，有利于防治高血壓腦病，減少患者致死率、致殘率。

3D ASL技術是對上游的動脈血液中的氫進行特殊標記，定量測得腦血流量參數，無論在空間上，還是時間上，都有很好的分辨率。3D ASL 技術是一種容積灌注成像方法，可獲得全腦灰、白質CBF功能參數圖，得到各個腦區CBF定量值，成像過程中無需注射外源性對比劑，是一種利用自身動脈血中的氫質子作為內源性示蹤劑的磁共振灌注方法，操作簡單、可重復性高、完全無創，能有效發現顱底腦組織至大腦頂部異常腦灌注區。此外，3D ASL 技術具有采集信號速度快、圖像信噪比高、信號定位準確等特點［14-16］。該新技術有很多的優勢：標記方式選擇準連續式，這種方式源于梯度保真度的更高要求以及穩定性極高的射頻磁共振平臺，這種射頻系統可以將2 000次切換梯度、1 000 余次的標記連續射頻在1.5 s 內實現，所以傳統ASL 的低信噪比、不均勻性灌注等缺點就被克服了，它具有三維成像，范圍全面的特點；另外，K 空間采集也是成像的優勢之一，3D ASL 技術實現了更高效率的螺旋K空間采集，并且源于高保真梯度平臺，改善后能夠增加K空間數據采樣，明顯提高信噪比，有效減少了運動偽影，提高了圖像質量使其更加均勻細膩，并且顯著縮短掃描的時間；3D ASL成像技術的另一個優勢是FSE讀取方式，原理是采用FSE信號讀取，使磁敏感偽影的干擾有效減少；另外顱底、顳部等緊鄰含氣部位的區域用傳統動脈自旋標記顯像不能得到全面準確的評價，但3D ASL技術可以實現［17-18］。

表1 所測腦區腦血流量值比較Tab.1 Comparison of measured CBF values of various brain regions

3D ASL 技術一直在不斷地完善發展,而且越來越趨于成熟。伍鑫［19］發現3D ASL 可用于缺血性腦病的早期診斷,而且比擴散加權成像在提示病灶血流灌注方面的應用價值更高；郝敬波等［20］發現在臨床應用中，3D ASL 能夠比較可靠地反映腦梗死患者的低灌注狀態，且異常灌注部位與擴散加權成像顯示的梗死灶一致；毛傳萬等［21］發現3D ASL可對累及灰質區的缺血性腦卒中患者進行定性、定量、定位診斷。當腦組織出現微循環障礙，通過3D ASL方法測量CBF 值，可進行微循環障礙程度的評估及解剖學定位。但目前的文獻報道鮮見將高血壓部分腦區低灌注與其他腦病的灌注異常進行多組對照研究，這也是筆者團隊計劃進一步探究的課題。

本研究根據臨床經驗及其他研究結果，選擇了17個特定腦區進行測量CBF值，研究結果顯示，常規磁共振正常的1 級高血壓患者部分腦區灌注狀態呈減低趨勢，即腦血流量CBF值下降，顯著低于正常對照組，兩組間差異具有統計學意義。提示3D ASL對1 級高血壓腦血流灌注狀態的評估比常規磁共振成像要敏感，且能更早發現高血壓患者腦部細微病變，為臨床更早發現、干預、預防高血壓腦病提供一定的參考價值。