3D-pCASL評估單側大腦中動脈慢性重度狹窄患者腦血流動力學可行性研究

代 斌 劉遠成 田 沖

貴州省人民醫院醫學影像科(貴州省智能醫學影像分析與精準診斷重點實驗室)(貴州 貴陽 550002)

顱內動脈粥樣硬化性狹窄(intracranial atherosclerotic stenosis，ICAS)是世界范圍內缺血性卒中最常見的原因之一，其復發風險亦較其他卒中亞型高[1]。一項前瞻性多中心研究報道，中國腦動脈粥樣硬化發生率為46.6%，隨訪12個月，腦動脈狹窄70%-99%或動脈閉塞的患者，其卒中發生率高達5.16%-7.27%[2]。腦血流動力學的改變是缺血性腦血管疾病的病理生理基礎表現之一，準確和定量地測量血流動力學參數(如腦血流量、腦血容量等)對于理解缺血狀態時腦功能的改變具有重要臨床意義[3-4]。磁共振灌注成像技術可以反映腦血液供應情況，可作為解剖學和血管評估的有效補充，并為臨床提供重要的預后信息[5]。目前，動態磁敏感對比-灌注加權成像(dynamic sensitivity contrast perfusion weighted imaging，DSC-PWI)是臨床中用來評估腦血流動力學最常用的方法之一[6]。但DSC-PWI需要注射釓造影劑，不適合長期動態隨訪及腎功能障礙的患者。動脈自旋標記(arterial spin labeling，ASL)是一種不需要注射釓造影劑的灌注成像技術，近年來在急性缺血性卒中、煙霧病等腦血管疾病中對顱內腦灌注減低的檢測方面得到廣泛臨床應用[7-9]。因此，本研究旨在通過與DSC-PWI進行對比，分析ASL技術在評價慢性單側大腦中動脈重度狹窄患者腦血流動力學的可行性。

1 資料與方法

1.1 一般資料回顧性收集貴州省人民醫院2020年6月至2022年6月經CTA或MRA檢查提示一側大腦中動脈重度狹窄(血管腔狹窄70-99%)的住院患者32例，男19例，女13例，年齡44歲～78歲，平均(61.3±7.6)歲。

納入標準如下：CTA或MRA提示大腦中動脈重度狹窄(狹窄度>70%)；DWI顱內無高信號灶；年齡>30歲。排除標準：急性期或亞急性期腦梗死患者，患者煩躁、不能配合檢查；伴風濕性心臟病、房顫、下肢靜脈血栓等血栓性卒中風險因素的基礎疾??；MRI檢查禁忌。

1.2 儀器與方法采用GE 3.0T MR掃描儀(Discovery MR 750w，GE Healthcare，美國)，24通道頭頸聯合線圈。依次完成DWI、3D-T1WI(用于CΒF偽彩圖圖像融合)、ASL及DSCPWI檢查。ASL數據采集：采用3D-偽連續式動脈自旋標記(3D pseudo-continuous arterial spin labeling，3D-pCASL)方式、快速自旋回波序列信號讀取，掃描參數為：8個螺旋、512個采樣點，TR=4640 ms(PLD 1.5s)/ 5335ms(PLD 2.5s)，TE=10.7ms，帶寬=62.50kHz，FOV=24×24cm，NEX=3，層厚為4mm，層數為36幅，時間為4min29s(PLD 1.5s)/5min10s(PLD 2.5s)。DSC-PWI數據采集：全腦掃描40期，TR/TE=1800/30ms，矩陣為128×128，FOV=24×24cm，NEX=1，層厚和層間距分別為6mm、2mm，時間為1min12s。對比劑為Gd-DTPA，注射方案為0.2mL/kg，注射流率為3.5mL/s。

1.3 數據處理ASL數據使用GE工作站(AW 4.5 Workstation，GE Healthcare)FunctionTool軟件中自帶3D pCASL后處理軟件，選擇閾值后分別生成PLD 1.5s及PLD 2.5s CΒF map圖及偽彩圖。DSC PWI圖像通過Function Tool軟件中自動選擇動脈輸入函數(arterial input function，AIF)處理，生成CΒF、CΒV、TTP及MTT參數圖。將3D pCASL的CΒF偽彩圖像、DSC PWI的4組參數圖像分別提供給兩名放射神經組醫師進行判讀。首先，在患側DSC-TTP圖像最顯著的異常灌注層面選取ROI，分別測量灌注異常區及鏡面對照腦區兩個PLD的CΒF，DSC-PWI的CΒF、CΒV、MTT、TTP參數；然后，為消除DSC及ASL灌注參數值存在個體差異的影響，對上述6個參數進行標準化(灌注異常區參數值/鏡面對照腦區參數值)；最后，測量該層面灌注異常區域的面積。

1.4 統計學分析采用SPSS 19.0統計分析軟件。對計量資料行正態性檢驗，符合正態分布資料以(±s)表示。采用配對t檢驗比較血管狹窄側灌注異常區域和對照區域的ASL-CΒF及DSC-PWI各灌注參數的差異。采用Pearson相關檢驗分析PLD 1.5s rCΒF、PLD 2.5s rCΒF與DSC-rCΒF、DSC-rCΒV、DSC-rMTT、DSCrTTP之間相關性。此外基于同一層面，對ASL-PLD 1.5s CΒF和DSC-TTP測得灌注減低區域的面積進行配對t檢驗。P<0.05為差異有統計學意義。

2 結 果

2.1 血管狹窄側與對照側腦區ASL及DSC各定量參數比較32例患者異常灌注腦區及對照腦區ASL-PLD 1.5s 及2.5s CΒF、DSCCΒF、DSC-MTT、DSC-TTP參數值(見表1)及定量圖(見圖1)，兩個部位間差異具有統計學意義(t值分別為-29.94、-20.07、-11.83、14.33、13.48，P值均<0.01)；DSC-CΒV間差異無統計學意義(t值為-1.51，P值為0.143)；異常灌注腦區ASL-PLD 1.5s CΒF與ASLPLD 2.5s CΒF間差異具有統計學意義(t值為5.84，P值<0.01)。

表1 32例患者ASL與DSC血管狹窄側腦區與對照側腦區的比較結果

2.2 灌注異常腦區ASL及DSC各定量參數間相關性比較標準化后的ASL-PLD 1.5s rCΒF(0.50±0.08)與DSC-rMTT(1.37±0.16)、DSC-rTTP(1.09±0.04)呈負相關(r值分別為-0.71、-0.79，P值均<0.01)。標準化后的ASL-PLD 2.5s rCΒF(0.87±0.04)與DSCrCΒF(0.88±0.06)差異無統計學意義(t=-1.85，P>0.05)。

2.3 灌注異常腦區面積在DSC-TTP與ASL-PLD1.5s CΒF的比較鑒于DSC-TTP與ASL-PLD1.5s CΒF 相關性最顯著,在最顯著灌注異常層面，DSC-TTP灌注異常腦區面積為(2943.87±674.88)mm2，ASL-PLD1.5s CΒF異常區域面積為(2978.13±666.82)mm2，兩者間灌注異常腦區面積差異無統計學意義(t=1.834，P>0.05)。

3 討 論

慢性腦血管性疾病(如ICAS、煙霧病)腦血流動力學的特點是由于受累腦實質動脈血可經側支循環或后循環等途徑代償，使得該腦區動脈血液流量即腦血流量(CΒF)接近正常，但動脈血到達該腦區時間(如DSC參數MTT、TTP)顯著異常。這是腦血流動力學紊亂的結果[6]。本組32例患者大腦中動脈重度狹窄側灌注異常定性分析顯示，3DASL PLD 1.5sCΒF與DSC-MTT、DSC-TTP均表現為血流灌注減低，3DASL PLD 2.5sCΒF及DSC-CΒF兩側基本對稱，符合慢性ICAS導致腦血流動力學改變的特征。

本組研究發現，3DASL PLD 1.5sCΒF與DSC-TTP在發現和檢出ICAS患者腦灌注減低區具有高度敏感性及較高一致性。血流灌注減低是ICAS腦血流動力學特點所決定的，也是缺血性卒中的常見原因[10]。ICAS將導致腦灌注壓力(cerebral perfusion pressure，CPP)改變，此時，機體將通過對腦血流動力學的補償機制(如小動脈擴張和側支循環開放或形成)進行調節以確保腦組織的血液供應需求。在腦血流灌注代償期，通過腦血流動力學的調節，CPP可維持在正常水平，此時CΒF、CΒV值都在正常水平，而MTT、TTP可表現為延長，本組研究病例即處在該期(如圖1中病例)。當腦血流動力學的補償機制下降，小動脈擴張和側支循環尚可維持CΒF在正常水平或輕度下降，但CΒV及MTT、TTP值將明顯升高，此時予以臨床干預，可降低腦血流動力學紊亂進一步惡化。

近年來，影像學者應用3DASL技術對急性缺血性卒中做了大量研究。Zaharchuk[11]及Βivard[12]等運用單個PLD ASL技術結合擴散加權成像(diffusion-weighted imaging，DWI)，發現在對急性缺血性卒中患者缺血半暗帶的判定上，有較好的敏感性(0.81)和特異性(0.71)。與既往研究一致，本組研究也顯示3DASL PLD 1.5sCΒF與DSC-TTP對ICAS灌注減低具有較好的檢出能力，進一步證明3DASL PLD 1.5sCΒF可以作為評估動脈粥樣硬化狹窄患者腦血流灌注的敏感指標。

在腦血管重度狹窄側腦灌注異常區域進行ASL及DSC的參數定量分析結果顯示，ASL-PLD 1.5s CΒF、DSC-CΒF、DSC-MTT、DSC-TTP參數與對照區域差異具有統計學意義，異常灌注腦區ASL-PLD 1.5s CΒF與ASL-PLD 2.5s CΒF差異具有統計學意義；DSC-CΒV兩側差異無統計學意義。造成該結果的可能原因如下：(1)年齡：年齡增長是腦血管疾病發生及腦血流動力學改變的主要危險因素[13]。本組患者均為中老年人，且伴有腦動脈粥樣硬化及一側大腦中動脈重度狹窄，血流速度緩慢，以致短的PLD內(PLD=1.5s)呈低灌注表現，DSC-MTT、DSC-TTP延長。(2)本組患者均處于CPP代償期，DSC-CΒV多能維持在正常水平，故總體對血流灌注的改變不敏感；而ASL-PLD 1.5s CΒF、DSC-MTT、DSC-TTP對灌注血流的流速變化及血流到達時間敏感，故可以反映灌注異常區域的定量差異。

消除各灌注參數個體間的差異后行Pearson相關分析，發現ASL-PLD 1.5s rCΒF與DSC-rMTT、DSC-rTTP呈負相關，以ASLPLD 1.5s rCΒF與DSC-rTTP相關更為顯著；并且對DSC-TTP與ASLPLD 1.5s CΒF的灌注減低區域面積進行比較，發現兩者差異無統計學意義。之所以ASL-PLD 1.5s CΒF與DSC灌注參數具有相關性，這與ASL的成像原理密切相關。ASL是一種無創性磁共振灌注成像方法，不需要外源性造影劑、僅以血管內水分子作為天然示蹤劑即可在組織水平上對全腦灌注進行可視化和定量分析，目前已被廣泛應用于中樞神經系統疾病的臨床診療中[14-15]。標記后延遲(postlabel delay，PLD)時間是ASL成像的重要參數，指的是從標記脈沖結束到ASL灌注圖像采集開始所等待的時間[16]。PLD時間長短的選擇對于ASL的灌注結果有重要的影響和臨床意義，不同PLD的選擇反應了不同的血流灌注信息[17]。短的PLD(PLD 1.5s)反應的是灌注行為，即灌注責任血管的粗細、行走路徑的長短等信息。腦動脈粥樣硬化性狹窄的患者，在短PLD(1.5s)的ASL成像中，表現為低灌注，且可以定量分析，真實反映了腦組織生理水平的灌注信息。

對標準化后的ASL-PLD 2.5s rCΒF與DSC-rCΒF進行t檢驗，提示差異無統計學意義，表明ASL-PLD 2.5s CΒF能反映腦灌注的結果。這也表明了ASL-PLD 2.5s CΒF對于動脈粥樣硬化性狹窄致慢性腦缺血評價的可行性。臨床實踐中，雖然慢性動脈粥樣硬化性狹窄患者存在側枝循環，但定量分析腦血流量仍可發現血管狹窄側血流灌注仍不能達到正常側水平，這是由于更長的PLD時間需要更長的成像時間，同時由于標記的水分子在血液中隨著時間延長在不斷衰減，使得圖像信噪比大大降低，因此限制了更多、更長PLD的臨床應用[18-19]。

DSC是目前應用于缺血性卒中常用的方法之一，雖然DSC參數是半定量參數，但這些半定量參數仍是分析不同卒中類型、判定缺血半暗帶及評估再灌注的重要指標，可間接揭示腦卒中的病理生理學機制，反映腦卒中的血流動力學變化，有助于臨床診療決策[6,9,20]。本研究與半定量的DSC-CΒF比較發現，兩者在評估腦動脈粥樣硬化性狹窄致腦缺血灌注改變方面具有較好一致性，雖然目前暫無明確證據表明ASL-PLD 2.5s可完全等同或取代DSC-CΒF，但隨著ASL標記技術及信號采集方案的不斷發展、改進及進步，我們的研究結果對未來ASL技術向臨床應用的轉化具有一定的參考價值。

本研究的不足之處包括樣本量相對較小，同時，動脈狹窄度固然是血管最終事件的危險因素，但動脈粥樣硬化導致的血流動力學微觀改變同樣不應被忽略[20]，故在進行標準化分析時存在一定客觀的偏倚；此外，進行定量測量各參數時ROI為手動選取，也具有一定的主觀偏倚。將來對大樣本數據的收集、多因素的總結及更精細的計算和分析有望能彌補上述不足之處。

盡管ASL技術暫不足以完全取代DSC-PWI，但雙PLD ASL技術無創、不需注射釓造影劑，能在生理狀態下真實反映腦動脈粥樣硬化性狹窄患者腦血流動力學的變化及血流灌注水平，這對于腦動脈粥樣硬化性腦缺血患者進行長期動態隨訪和治療療效監測具有重要意義，同時能為此類患者臨床治療決策選擇及預防管理提供可靠臨床依據。