ASL 灌注成像技術基本原理及在腦小血管疾病的研究進展

曲正偉，姜興岳（通訊作者）

（濱州醫學院附屬醫院放射科 山東 濱州 256600）

腦組織的血流灌注在腦的正常生理代謝中具有關鍵作用，當血管閉塞或血栓形成，因腦組織對缺血缺氧敏感性高，會發生腦缺血改變，同時引起腦灌注異常的影像表現。近年來，隨著腦灌注成像的發展，其評價CSVD 的血流及功能情況，在臨床診斷及評估預后有著重要的意義[1-2]。最常用來反映顱腦MR 灌注有三種方式：一種是使用外源性對比劑的動態磁敏感對比增強技術，經靜脈團注的方法，具有一定創傷。另一種是Bold-fMRI，主要用于腦的功能成像[3]。最后一種MR 灌注技術是ASL，其具備無創、無需對比劑、成本低廉等優勢測量腦內血流灌注。

1 ASL技術概述

1.1 技術原理

ASL 基本原理是選擇血液中水質子作示蹤劑，用特定射頻脈沖，對供血動脈進行標記，經過延遲時間，當標記血流進入成像層面圖像被采集。標記像是包含組織信號及部分流入組織血液信號，因為大部分血液信號被飽和，沒有恢復。對照像包括組織固有信號和流入組織血流信息，為消除組織固有信號，用控制像減標記像可得灌注圖像[4]。ASL 依靠減影成像導致其信噪比低，為獲得更高信噪比[5]，通常使用單發射3D 采集圖像方式，或多次采集信號取平均值等。ASL僅有腦血流量（cerebralblood flow，CBF）值這一個灌注參數，且CBF 為最多使用的評估參數。目前，ASL 主要用于顱腦臨床診斷及功能研究，如腦腫瘤、腦血管疾病等。

1.2 技術分類

Williams 和Detre 在1992 年首次提出ASL 技術[6]，根據標記質子方法差異，將ASL 技術分三種：脈沖式ASL、連續式ASL 和偽連續ASL；隨著MR 技術的發展，為了更高的信噪比，產生了許多新型的標記和成像技術，例如選擇性動脈自旋標記（selective ASL，SASL）、多模態場強聯合ASL 等，這些新技術拓寬了ASL 的應用范圍，為中樞神經系統疾病的發展提供了保障。

1.3 圖像采集及進展

pCASL 采用多元化采集，將螺旋 K 空間技術完美應用，同時把高磁化率梯度自旋回波和穩態自由進動等采集方式結合，是成像更加清晰。臨床使用3D 全腦容積成像，提高血管標記效率，增強圖像信噪比[7]，同時弱化磁化傳遞效應[8]。

2 腦小血管病概述

2.1 腦小血管病的定義及其分類：

“CSVD” 是根據中樞影像、病理及其相關臨床認知及癥狀的綜合征[9]。CSVD 指由腦穿支動脈、毛細血管血栓等引起腦組織低灌注狀態下缺血缺氧而引發的一系列疾病，主要包括短暫性腦缺血發作、腦梗死、腦微出血及萎縮、血管源性白質旁高信號及血管周圍間隙的擴大等[10]。

2.2 腦小血管病發病機制

主要研究發病機制如下：（1）缺血：小動脈的血栓或狹窄、閉塞，例如血管管壁硬化，自主調節機制損壞等。（2）腦血管內皮細胞彌漫性破壞（主要是指腦內血腦屏障失調），引起外來物質進入血管，使血管壁完整性得到破壞[11]。炎癥、膠質增生等破壞了血管壁自主調節系統。在病變后期，血管管腔狹窄或閉塞，導致腦組織缺血改變。

3 ASL技術在腦小血管病中應用

3.1 急性腦缺血、梗死

腦缺血發生后，缺血半暗帶（ischemic penumbra，IP）的發現及檢出對腦梗死的診療及預后有重要作用[12]。Chalela 等[13]對15 例急性腦梗病人行ASL 檢查，發現ASL 可反映急性腦缺血區低灌注，且低灌注與臨床表現及DWI 的異常表現是一致的。Huang 等[14]學者對39 例腦梗病人行ASL 及DSC 檢查，發現ASL 與DSC 灌注成像參數對CSVD 患者，血流異常灌注范圍基本一致。Bivard 等[15]將58 例超急性腦梗病人（時間小于6h）進行研究，證實ASL能夠更好的反映IP 的存在。

3.2 短暫性腦缺血發作

短暫性腦缺血發作（Transient ischemic attack，TIA）是腦梗死主要危險因素之一。如果不緊急干預，超過30%TIA 病人將會進展為腦梗，所以TIA 早期診斷對預防腦梗死具有重要意義。研究發現通過MR 灌注成像發現TIA 患者均存在腦組織灌注異常[16]。Zaharchuk 等[17]對78 例TIA 患者行影像檢查，發現ASL 陽性率為62%，DWI 為24%，MRA 為13%。對48 例TIA 患者行DSC 檢查陽性率約31%，且93% DSC 異常灌注者ASL 也灌注異常。因此ASL 診斷局部腦組織血流灌注，其敏感性高于MRA 和DWI，和DSC 有較好一致性，且ASL 發現異常的敏感度和特異度明顯優于DWI 和 MRA 檢查。研究表明，ASL 對血流灌注異常更敏感，可為沒有臨床癥狀且影像學檢查陰性TIA 病人提供診斷。

3.3 微出血以及腦萎縮

以往觀點認為，CSVD 病程是一種漸進性過程。Gouw等[18]共選取639 例老年人，經橫縱比較及影像學評估，進行常規影像及ASL 檢查，對老年CSVD 患者進行隨訪，對受試者腦容積進行比較同時計算其腦實質萎縮百分比，結果表明正常受試對象腦萎縮比例明顯比CSVD 患者低，并且ASL 檢出率明顯高于常規影像檢查。對腦微出血患者動態觀察也出現相似的結果，急性腦卒中或TIA 患者發病后隨訪復查，MRI 可見約15% 患者腦微出血數目減少，而出血增多者僅占7%。vaLeijsen 等[19]對CSVD 患者進行隨訪，發現ASL 較常規檢查能更好反映微出血的存在。

3.4 血管源性白質旁高信號

研究學者Brickman 等[20]應用ASL 技術對19 名無明顯臨床癥狀志愿者腦血流量進行了檢測。根據常規影像學檢查結果分為白質正常組、灰質正常組及腦白質異常高信號組。得到結論是正常腦灰質灌注量大于正常腦白質，且都大于腦白質異常高信號組。

Crane 等[21]應用常規檢測篩選26 例不同程度白質病變患者，使用ASL 分析腦白質高信號病變范圍與腦血流量的關系，發現病腦白質高信號范圍與血流量成反比。同時用ASL 驗證腦白質高信號周圍的正常灰質和白質血流量，發現正常白質與灰質血流量并無改變。提示腦白質高信號并不會引起全腦灌注的異常[22]。

3.5 血管性認知障礙

CSVD 是導致血管性認知障礙（vascular cognitive impairment，VCI）的重要血管源性因素。VCI 向癡呆發展的進程中，有學者認為腦血流動力學的改變即CSVD 是認知功能障礙的重要原因。

Birdsill 等[23]采ASL 研究認知功能障礙的患者發現在基底節區CBF 值較正常對照者降低。通過對健康志愿者、輕度VCI 患者及血管性癡呆（vascular dementia，VD）病人行ASL 檢查發現，

VD 患者左側額頂葉CBF 較健康對照者和輕度VCI 患者明顯下降，但扣帶回CBF 增加，可能與VD 病人側枝循環早期代償性增加有關聯。ASL 評估VD 病人CBF，得出病人顱腦灌注CBF 與腦結構及功能有密切的關聯。ASL 是一種研究VD 的常用方法，它可以探究VD 的診斷、治療及預后評估。

4 ASL的不足及展望

ASL 作為一種目前測量顱腦區域灌注完全無創的MR 成像方法，如今已有很大進展。目前ASL 技術研究結果表明，ASL 可以提供 CSVD 患者腦灌注CBF，其下降與CSVD 有必然聯系，然而CBF 與CSVD 的因果關系，目前尚無確切定論。隨著時間推移，ASL 技術逐漸在臨床中展露頭角，但ASL 技術本身尚存在一些不足。例如信噪比低；易受檢測者運動或磁敏感偽影影響；易受人體靜脈血、腦脊液等影響。隨著高場強設備MR 不斷出現，在研究CSVD 進程中，ASL 技術得到更進一步發展，新序列不斷產生，開展大樣本、全方面的疾病探索，聯合應用多模態ASL 技術，結合神經心理學等方法，提高臨床診斷率。隨著ASL 技術及理論不斷發展，ASL 存在的不足正逐步解決。今后將有可能取代有創灌注技術來測量顱腦區域灌注CBF，未來指導臨床工作將發揮更重要的價值。