血管編碼動脈自旋標記技術在煙霧病直接腦血運重建術中的應用

劉興炬 李嘉熙 袁 菁 呂 征 張 巖 張 東 趙繼宗*

(1. 首都醫科大學附屬北京天壇醫院神經外科 國家神經系統疾病臨床研究中心，北京 100050； 2. 首都醫科大學附屬北京天壇醫院神經放射科，北京 100050)

煙霧病是一種慢性進展性腦血管疾病，其主要特點為雙側頸內動脈末端及主要分支血管進行性狹窄和閉塞，伴廣泛側枝血管形成[1]。腦血管搭橋術是目前治療煙霧病最為有效方法，其中直接腦血運重建術是治療成人煙霧病主要方式，以顳淺動脈-大腦中動脈吻合術最為常見[2-3]。全腦血管數字減影血管造影(digital subtraction angiography,DSA)成像和CT腦血流灌注成像(computed tomography perfusion，CTP)是目前煙霧病術前及術后評估的主要方式[4]。與DSA和CTP相比，動脈自旋標記(arterial spin-labeling，ASL)磁共振成像具有無創和無放射暴露的優點。近年來，ASL技術進展迅速，研究[5]顯示ASL在腦梗死患者的側支血管代償評估中具有很好應用價值。血管編碼動脈自旋標記(vessel encoded arterial spin-labeling，VE-ASL)能對特定血管流速和空間選擇的不同標記，從而顯示標記血管的灌注情況。本研究通過VE-ASL技術評估煙霧病患者術前和術后腦血流灌注情況變化，評估其在煙霧病直接腦血管搭橋手術中的應用價值。

1 對象與方法

1.1 研究對象

選取2017年8月-2019年5月在首都醫科大學附屬北京天壇醫院神經外科住院并接受顳淺動脈-大腦中動脈吻合術的56例煙霧病患者為研究對象。入選標準：① 年齡>18歲；②煙霧病診斷符合2017年中國專家共識的DSA標準[2]；③所有患者均接受顳淺動脈-大腦中動脈吻合術治療，術中熒光造影證實搭橋血管通暢；④患者術前、術后1周及術后 3個月能完成VE-ASL檢查。56例患者年齡21～57歲，平均年齡(38.4±8.3)歲，男性31例，女性25例；手術方式：聯合血運重建術43例，單純顳淺動脈大腦中動脈(superficial temporal artery-middle cerebral artery，STA-MCA)搭橋術13例，搭橋位置選擇大腦中動脈M3段和M4段區域；首發癥狀類型：出血型22例，TIA34例，頭痛4例，癲癇2例；DSA分期：Ⅱ期4例，Ⅲ期23例，Ⅳ期24例，Ⅴ期4例，無0期及VI期患者。本研究經首都醫科大學附屬北京天壇醫院倫理委員會批準(倫理審批號：KYSB2017-098)，所有入選者均簽署知情同意。

1.2 影像學評估

1.2.1 VE-ASL檢查評估

使用GE Discovery MR750 3.0 TMRI(通用醫療公司，美國)以及8通道頭線圈。掃描范圍自顱底至頂葉全部腦實質區。VE-ASL基于偽連續性動脈自旋標記脈沖序列，采用血管超選擇灌注成像。三維動脈自旋標記(3D arterial spin-labeling，3D-ASL)以斜坡至第二頸椎作為標記層面。術前術后VE-ASL包括雙側頸內動脈，頸外動脈和基地動脈。頸外動脈標記處位于其起始處和顳淺動脈。搭橋血管的VE-ASL位于顳淺動脈主要分支上。腦灌注成像圖譜基于三維疊螺旋快速自旋回波序列，標記時間為1 450 ms，延遲時間為2 025 ms。每位患者VE-ASL掃描時間約為8～9 min，相關參數設置：視野(field of vision, FOV)200 mm×200 mm; 層厚4.0 mm; 重復時間4 762 ms; 回波時間10.6 ms; 激發次數(number of excitations,NEX) 3。三維T1腦成像基于結構成像，相關參數FOV 224 mm×224 mm; 各向同性分辨率1 mm重復時間7.6 ms; 回波時間2.9 ms; NEX 1。

1.2.2 CTP評估

選擇64排CT，患者仰臥位，掃描范圍為顱底至顱頂。采用CT高壓注射器由肘靜脈注入碘海醇15 mL，追加25 mL 0.9%(質量分數)氯化鈉注射液 (速率6.0 mL/s)。相關參數設置：管電壓80 kV,管電流300～580 mA, 管球轉速0.5 s/r, 探測器寬度40.00 mm, 螺距0.984:1,矩陣512×512, 視野250 mm,描層厚0.625 mm。

1.2.3 影像數據處理

CTP及VE-ASL數據通過GE AW 4.6工作站處理。應用3D-ASL 專用分析軟件產生灌注偽彩圖，紅色代表高灌注，藍色代表低灌注。術前、術后分別標記獲取雙側頸內和雙側椎動脈供血范圍，同時術前評估雙側頸外動脈是否向顱內供血。搭橋血管供血范圍作為感興趣區，首先通過VE-ASL評估顳淺動脈是否向顱內供血，對比CTP評估搭橋血管區域灌注結果的一致性。對于感興趣區有搭橋血管正向供血者，對比術前術后感興趣區腦血流量(cerebral blood flow，CBF)的變化。所有影像結果均經過2名影像工作5年以上的醫師完成。

1.3 統計學方法

2 結果

2.1 VE-ASL對腦灌注評估

56例患者術前VE-ASL均顯示顱內不同程度灌注不足，16例顯示頸外動脈向顱內代償供血。術前、術后7 d及術后3個月搭橋區域CBF變化見表1。聯合手術組(n=43)術后3個月平均CBF較術后7 d有進一步提高(P=0.009)，單純搭橋組(n=13)術后3個月平均CBF較術后7 d無明顯變化(P=0.616)。14例(17.8%)患者術后3個月復查VE-ASL未顯示顳淺動脈向顱內供血，42例(75%)患者顯示供血，供血范圍涉及大腦中動脈M1段區域占23.8%(10/42)，M2段59.5%(25/42)，M3段71.4%(34/42)，M4段85.7%(36/42)，M5段47.6%(24/42)，大腦后動脈和大腦前動脈區域未見顳淺動脈供血。5例患者術后出現高灌注反應，其術側術后7 d平均CBF增加123%(102%～212%)；術前平均CBF (312±68) mL·kg-1·min-1與術后 (676±152)mL·kg-1·min-1比較，差異有統計學意義(P<0.05)。

表1 基于ASL術前、術后CBF值變化

*P<0.001vspreoperative,#P<0.001vs7 days after operation;ASL: arterial spinlabeling;CBF: cerebral blood flow;STA-MCA: superficial temporal artery-middle cerebral artery.

2.2 VE-ASL和CTP對搭橋側CBF變化結果一致性評估

56例患者中，術后7 d VE-ASL結果顯示36例(64.2%)患者搭橋血管向腦內的供血，20例(35.7%)患者未顯示搭橋血管供血；同期術后CTP結果顯示39例患者的術側CBF值改善，12例腦血管流灌注無明顯改善，5例顯示腦血流灌注加重。術后3個月復查VE-ASL，其中6例顯示顳淺動脈恢復向顱內供血，其平均血容量為(654±123) mL·kg-1·min-1。與術前比較，術后3個月CTP的腦血流灌灌注改善44例，無明顯變化9例，3例加重。術后7 d和術后 3個月VE-ASL和CTP對CBF評估均具有很好的一致性(術后7 d，Kappa=0.724；術后 3個月Kappa=0.753,表2、3， 圖1)。

表2 術后7 d VE-ASL和CTP對CBF改善情況評價的一致性分析

Kappa=0.718，χ2=30.8,P<0.001;VE-ASL: vessel encoded arterial spin-labeling;CTP: computed tomography perfusion；CBF: cerebral blood flow.

表3 術后3個月 VE-ASL和CTP對CBF改善情況評價的一致性分析

Kappa=0.744，χ2=29.2,P<0.001;VE-ASL: vessel encoded arterial spin-labeling;CTP: computed tomography perfusion;CBF: cerebral blood flow.

圖1 典型病例

3 討論

腦血管搭橋術是目前治療煙霧病最為有效方法，但手術治療效果有個體差異性，圍手術期腦血流灌注變化是評價腦血管搭橋手術治療效果的客觀指標。在本研究中，VE-ASL能很好顯示煙霧病患者接受直接搭橋術后搭橋血管向顱內供血的血流分布情況，直接反映搭橋血管有效供血區域，和CTP在定性評價CBF變化中具有很好的一致性。此外，VE-ASL能定量評估搭橋血管向顱內供血量，能預估潛在高灌注反應，同時術前也能評估是否存在潛在的顱外代償血管。

有效的評估STA-MCA 搭橋術后腦血流灌注改善情況十分必要。既往已有研究[6-7]探討ASL技術對比SPECT/PET在評價腦血流動力學狀態一致性。Goetti等[8]報道采用動態增強MR成像ASL技術評估腦血流灌注變化。ASL技術以動脈血中質子作為示蹤劑，在評估結果時必然會受到血流通過時間的影響。研究[9]顯示ASL可能低估腦白質CBF，這與腦白質血流通過時間較腦灰質長有關。煙霧病作為一種閉塞性腦血管病，其血流通過時間較正常人延長，因此應用ASL技術評價煙霧病患者的CBF應考慮到血流通過時間的影響。不同延遲時間ASL 技術評估煙霧病患者CBF有一定差異，較短標記時間CBF主要反映了在狹窄的動脈順行灌注血流，較長標記時間的CBF 反映逆行通過軟腦膜吻合側支循環灌注。在本組研究中基于前期研究[10]結果設定標記延時時間為2 025 ms，本組研究患者的平均CBF值為349 mL·kg-1·min-1。對于搭橋術后CBF變化，目前常用的有正電子發射掃描(positron emission tomography,PET)、發射計算機斷層攝影(emission computed tomography,ECT)、CTP，和磁共振灌注成像。但是這些方法均未對特定血管進行選擇，因此不能準確評估顱內主要血管供血區域CBF變化，對于搭橋術后搭橋血管向顱內供血情況研究很少。本組研究通過VE-ASL技術，對搭橋顳淺動脈進行標記，直觀顯示顳淺動脈向顱內的供血區域和CBF增加情況，同時對比CTP在評估CBF改善情況，無論術后1周或術后1個月，兩者具有很好的一致性。

本組研究所有患者術中均行熒光造影來證實搭橋血管通暢性，但術后7 d復查VE-ASL結果顯示20例(26.8%)患者未發現搭橋血管供顱內血，其中有6例患者術后3個月復查VE-ASL顯示搭橋血管恢復向顱內供血。其主要原因與供體血管顳淺動脈和受體血管大腦中動脈分支血流動力學有關，盡管吻合口通暢，但顳淺動脈壓力低于顱內受體血管壓力，顱外未向顱內產生正向血流，甚至可能出現顳淺動脈盜血現象。本研究對CBF改善評估選擇CTP作為對比，發現CTP對CBF改善比例評估上要高于VE-ASL結果，總體一致。因此選擇VE-ASL技術對吻合口通暢性評價存在假陰性可能，隨著術后時間延長，顱外正向血流穩定后，部分患者恢復供血，這也與患者術后臨床癥狀出現加重，但隨著時間延長臨床癥狀逐漸恢復好轉一致。

搭橋術后最危險合并癥為繼發腦出血。除了吻合口漏這技術原因外，主要原因為術后血流增加導致局部出現高灌注，血管破裂出血所致[11-12]。對于煙霧病搭橋術后高灌注反應準確評估和及對應的臨床處理對降低術后再出血有重要意義。本組研究中，術后5例患者術后出現高灌注反應，主要表現為頭痛，躁動亢奮，對這5例患者搭橋側的CBF測定顯示術后平均CBF較術前增加123%，最高達212%，CBF增加幅度明顯高于其他未出現高灌注反應患者。研究[13-14]顯示搭橋術后CBF增加幅度越高術后出現高灌注反應可能性越高。因此，基于VE-ASL技術，可以提前預估搭橋患者可能出現的高灌注反應。

目前治療煙霧病哪種手術方式是最佳選擇尚無定論。聯合血運重建術越來越受到重視。本組研究中，聯合手術組患者術側術后3個月CBF值和術后7 d 對比有進一步提高，而單純搭橋組患者術后3個月和術后7 d比較無明顯改善。其主要原因與間接血管搭橋帶來的側支血管再生有關，因此VE-ASL在評估間接血運術中也有較好的評估作用，也說明聯合手術長期血管代償能力優于單純搭橋手術。

本研究也存在不足：對于搭橋血管通暢性評價僅依據術中熒光造影證實，術后未進一步選擇全腦DSA來證實，因此存在血搭橋血管自身閉塞導致VE-ASL存在假陽性結果可能；對于血管標記時間延遲本研究選擇2 025 ms，部分患者的動脈通過時間可能高于它或者低于它，因此存在一定誤差；在CBF改善評估對比中未選擇標準的PET，而選擇CTP作為參考。

綜上所述， VE-ASL能直觀評估煙霧病搭橋手術，定量評估搭橋后腦血流增加情況以及搭橋血管分布情況，對潛在高灌注患者能提前提供血流動力學信息參考，具有良好臨床應用前景。