多反轉時間動脈自旋標記成像定量分析高血壓腦血流動力學改變

譚 輝，樊秋菊，任 革，楊 祺，賀太平*，史琳娜，王少彧，李 悅，薛 育

(1.陜西中醫藥大學基礎醫學與醫學技術學院，陜西 咸陽 712000；2.陜西中醫藥大學附屬醫院醫學影像科，陜西 咸陽 712000；3.西門子醫療系統有限公司磁共振科研部，上海 201318)

顱腦是高血壓病危害的重要靶器官，高血壓可致腦部小血管結構改變和血腦屏障受損，引起腦血管重塑及腦血流動力學改變[1-2]。研究[3]表明，血管完整性不良可能與腦血流量(cerebral blood flow, CBF)減少有關。作為一種無創性MR灌注成像方法，動脈自旋標記(arterial spin labeling, ASL)已成為研究多種疾病灌注的常用工具[4-5]。本研究采用多反轉時間ASL(multiple inversion time-pulsed ASL, mTI-ASL)技術定量評估高血壓患者腦血流動力學變化。

1 資料與方法

1.1 一般資料 收集2017年8月—2018年4月55例因高血壓就診于陜西中醫藥大學附屬醫院患者(高血壓組)，男37例、女18例，年齡31～65歲，平均(45.2±9.1)歲,平均血壓(169.31±25.20)/(98.68±9.13)mmHg，均未接受正規抗高血壓治療。排除標準：①既往有腦卒中、腦血管病(如動脈瘤)、腎病等病史；②MR血管造影(MR angiography, MRA)顯示顱內動脈中重度狹窄；③長期藥物服用史，伴腦形態異常的精神或神經系統疾病；營養不良、肝功能異常等其他系統疾病；④檢查當天劇烈運動和飲用茶或含咖啡因類飲料；⑤長期吸煙、飲酒。根據《中國高血壓防治指南》[6]，將高血壓患者分為3級：1級(高血壓1級亞組，n=20)，平均血壓(149.31±10.65/89.21±8.82)mmHg；2級(高血壓2級亞組，n=20)，平均血壓(176.79±15.23/100.16±10.30)mmHg；3級(高血壓3級亞組，n=15)，平均血壓(186.01±8.53/109.33±7.28)mmHg。另招募年齡匹配的健康志愿者20名(對照組)，男10名、女10名，年齡35～63歲，平均(47.0±7.9)歲，檢査時血壓(110.42±8.91)/(72.34±10.28)mmHg。所有受試者均為右利手。本研究通過院倫理委員會批準(SZFYIEC-YJ-2020-123號)，受試者無MR檢查禁忌證，并簽署知情同意書。

1.2 儀器與方法 采用Siemens MAGNETOM Skyra 3T超導型MR儀，配備標準16通道頭頸聯合線圈。先采集顱腦軸位T2WI、DWI及MRA，之后行mTI-ASL序列掃描，TR/TE 3 500/26 ms，層厚4 mm，層數30，FOV 220 mm×220 mm，矩陣128×128，施加4個TI，分別為1 500、1 990、2 480、2 970 ms，采集時間5 min 9 s。

1.3 圖像分析 采用Matlab軟件(R2014b)分析mTI-ASL原始圖像，獲得相對腦血流量(relative cerebral blood flow, rCBF)和動脈通過時間(arterial transit time, ATT)偽彩圖，之后由2名分別具有6年及9年中樞神經MRI診斷經驗的主治醫師采用MRIcron軟件(www.mccauslandcenter.sc.edu/mricro/mricron/)以雙盲法測量rCBF和ATT值；于rCBF和ATT偽彩圖中選擇顯示目標解剖結構面積最大的連續3個層面，手動勾畫各區域圓形或橢圓形ROI，包括灰質區域(額葉、顳葉、枕葉)、白質區域(半卵圓中心、側腦室前角和后角旁白質、胼胝體膝部和壓部)及深部核團(基底核、丘腦)，ROI面積均小于相應解剖結構；對不同受試者盡量于相同層面進行測量，雙側對稱勾畫ROI，取平均值作為最后結果。

1.4 統計學分析 采用SPSS 19.0統計分析軟件。以±s表示符合正態分布的計量資料。采用χ2檢驗比較高血壓組與對照組性別差異；以組內相關系數(intraclass correlation coefficient,ICC)分析2名醫師測量各參數(rCBF、ATT)的一致性，ICC≤0.2為一致性較差，0.2

2 結果

2.1 2名醫師測量結果的一致性 高血壓組與對照組性別差異有統計學意義(χ2=4.79，P<0.05)；2名醫師測量各腦區rCBF及ATT值的一致性強(ICC均>0.80，P均<0.05)，取其均值進行分析。

2.2 高血壓亞組與對照組間不同腦區rCBF值 除腦灰質外，高血壓1級亞組各腦區rCBF值均低于對照組(P均<0.05)；相比高血壓1級亞組，除半卵圓中心和胼胝體白質外，高血壓2級亞組各腦區rCBF均降低(P均<0.05)；相比高血壓2級亞組，除側腦室前角和后角旁白質外，高血壓3級亞組各腦區rCBF值均降低(P均<0.05)；其余各組間不同腦區rCBF值差異均有統計學意義(P均<0.05)，見表1及圖1、2。

表1 高血壓各亞組與對照組不同腦區rCBF值比較(±s)

表1 高血壓各亞組與對照組不同腦區rCBF值比較(±s)

組別灰質額葉顳葉枕葉半卵圓中心側腦室前角旁白質高血壓1級亞組5.38±1.37 7.51±1.53 4.81±1.22 1.93±0.56? 2.30±0.69?高血壓2級亞組4.54±0.70?#6.47±1.45?#4.12±1.25?#1.69±0.53?1.85±1.03?#高血壓3級亞組3.61±1.36?#a5.32±2.49?#a3.14±1.12?#a1.28±0.50?#a1.54±0.63?#對照組5.96±1.128.21±1.565.41±1.362.31±0.592.93±1.30F值16.0911.4212.7113.038.27P值<0.01<0.01<0.01<0.01<0.01組別側腦室后角旁白質胼胝體膝部和壓部基底核丘腦高血壓1級亞組2.13±0.74?3.50±0.61?5.77±0.94?8.37±2.52?高血壓2級亞組1.57±0.38?#3.06±1.04?4.75±1.02?#6.70±1.05?#高血壓3級亞組1.34±0.58?#2.12±1.04?#a3.71±1.44?#a5.36±2.41?#a對照組2.66±0.874.48±1.647.08±2.319.76±2.69F值16.5916.7019.4215.10P值<0.01<0.01<0.01<0.01

注：*：與對照組比較，P<0.05；#：與高血壓1級亞組比較，P<0.05；a：與高血壓2級亞組比較，P<0.05

2.3 高血壓亞組與對照組間不同腦區ATT值 相比對照組，高血壓1級亞組腦白質區(半卵圓中心、側腦室前和后角旁、胼胝體)ATT值增加(P均<0.05)；除半卵圓中心白質外，高血壓2級亞組各腦區ATT值均較高血壓1級亞組增加(P均<0.05)；除側腦室前角和后角旁白質外，高血壓3級亞組各腦區ATT值均高于高血壓2級亞組(P均<0.05)；其余各組間不同腦區ATT值差異均有統計學意義(P均<0.05),見表2及圖1、2。

圖1 志愿者女，62歲，血壓110/75 mmHg A～D.不同層面rCBF偽彩圖(A、B，橢圓形及圓形區域示不同區域ROI)及不同層面ATT偽彩圖(C、D)顯示全腦灌注均勻，色彩豐富，灰質顯示清晰

表2 高血壓各亞組與對照組不同腦區ATT值比較(±s)

表2 高血壓各亞組與對照組不同腦區ATT值比較(±s)

組別灰質額葉顳葉枕葉半卵圓中心側腦室前角旁白質高血壓1級亞組1.37±0.30 1.31±0.28 1.41±0.28 1.42±0.34? 1.51±0.30?高血壓2級亞組1.51±0.27?#1.48±0.24?#1.61±0.23?#1.47±0.27?1.67±0.35?#高血壓3級亞組1.65±0.36?#a1.57±0.27?#a1.73±0.31?#1.66±0.37?#a1.84±0.30?#對照組1.17±0.211.16±0.211.19±0.241.20±0.291.33±0.30F值10.1310.7112.157.2110.25P值0.0000.0000.0000.0000.000組別側腦室后角旁白質胼胝體膝部和壓部基底核丘腦高血壓1級亞組1.38±0.35?1.32±0.30?1.25±0.27 1.27±0.27高血壓2級亞組1.59±0.31?#1.50±0.26?#1.43±0.21?#1.46±0.24?#高血壓3級亞組1.62±0.42?#1.67±0.29?#a1.58±0.30?#a1.63±0.31?#a對照組1.20±0.311.12±0.191.12±0.221.13±0.20F值7.1916.5512.7211.62P值0.0000.0000.0000.000

注：*：與對照組比較，P<0.05；#：與高血壓1級亞組比較，P<0.05；a：與高血壓2級亞組比較，P<0.05

3 討論

最新調查[6]顯示，我國18歲以上居民高血壓患病率呈增高趨勢。早期檢出高血壓腦損傷并及時治療，可逆轉無癥狀性靶器官損害，故監測高血壓患者腦血流動力學改變對臨床治療及評估預后極為重要。DETRE等[7]提出的ASL技術以動脈血中的水分子為示蹤劑，可定量反映組織血流灌注。傳統ASL只設置1個TI，若設置不當，成像時被標記動脈血未完全到達或已目標層面，導致所獲CBF值較實際值偏低。mTI-ASL技術標記后，采用多個TI采集圖像，通過數據擬合計算ATT值，獲得的rCBF值比傳統ASL更為準確[7]。rCBF值聯合ATT值有助于評估腦卒中[8]及腦腫瘤分級[9]，本研究進一步探討其用于觀察高血壓患者腦血流動力學變化的價值。

圖2 高血壓患者，女，60歲，血壓160/80 mmHg A、B.不同層面rCBF偽彩圖示各腦區rCBF值均降低；C、D.不同層面ATT偽彩圖示各腦區ATT值均增加

一直以來，PET是測量腦血流量的金標準。本研究中2名醫師測量對照組腦部各區域CBF及ATT值的一致性強，表明CBF及ATT值具有良好的可重復性及可靠性，且與van GOLEN等[10]的研究結果相似。

rCBF值是評估腦組織血流動力學改變的重要指標。本研究結果顯示，早期高血壓患者腦灰質區域rCBF下降不明顯，可能由于此時病程不長，且大腦皮層灰質存在豐富側支循環，可維持足夠血流灌注。隨著病程延長，血壓進一步升高，血管內皮損害加重，脂質沉積、逐漸形成粥樣斑塊，最終導致小動脈硬化，出現腦血流速度減慢，腦灌注減低。本研究結果顯示，高血壓2級及3級患者腦灰質區域rCBF均下降，與WANG等[4]研究結果類似。而早期高血壓患者腦白質區rCBF即減低，推測該腦白質區血流減低與其腦白質脫髓鞘有關[11]。丘腦和基底核主要由大腦后動脈及大腦前動脈分支供血，其血流相對恒定，WANG等[4]發現輕度高血壓患者丘腦及基底核區CBF值與健康志愿者差異無統計學意義，而本研究結果顯示，高血壓患者基底核及丘腦CBF波動較大，早期即出現rCBF減低，隨著血壓升高，rCBF持續減低，可能樣本量較小有關。

既往ASL相關研究[12]多關注于采用CBF評價組織灌注狀態，而無法提供時間灌注信息。本研究采用4個TI進行成像，通過擬合數據，可評估ATT。ATT值是評估腦血管異常(如頸總動脈阻塞)的重要指標[13]，近年來，mTI-ASL圖像的參數ATT值逐步應用于腫瘤性疾病及腦血管病中[8-9,2]。研究[2]表明，高血壓患者血管改變可能與動脈粥樣硬化斑塊進展以及新生血管形成有關，本研究發現輕度高血壓患者腦白質區ATT值增加，推測標記動脈血到達延遲，可能因為動脈硬化阻塞或血液供應重新分配。

綜上所述，mTI-ASL成像可定量評估高血壓患者腦血流動力學變化，監測高血壓病情的進展。本研究的局限性：①未對高血壓患者病程進行分組分析；②采用手動勾畫ROI，可能存在一定偏差；③部分高血壓患者伴有高血糖或高血脂，可能會影響研究結果，有待擴大樣本量進一步研究。