动脉自旋标记技术(ASL)在一侧大脑中动脉狭窄或闭塞中脑组织灌注信息的研究

周宏伟, 武 薇, 兰文婧, 谷艳英, 吴 江

缺血性脑血管病是危害人类健康的常见病,且致残率及致死率均非常高,其中大脑中动脉(middle cerebral artery,MCA)狭窄或闭塞是引起缺血性脑血管病的主要原因[1,2]。一侧大脑中动脉发生狭窄或闭塞可通过 Willis环侧枝循环的血流得以代偿,可能不会出现脑组织缺血、缺氧,也不会出现临床症状。但有些患者尚未建立良好侧支循环,导致狭窄或闭塞血管供血区的脑组织出现缺血、缺氧改变,这就需要有效的检查方法来评估脑动脉狭窄或闭塞血管供血区的脑组织是否存在低灌注,为临床治疗方案的制定提供影像学依据。

1 材料和方法

1.1 一般材料

本研究收集 2008年 10月 ～2009年 3月期间我院 36例临床上表现为 TIA的患者及 5例健康志愿者。TIA患者男 22例,女 14例,年龄 33～76岁,平均 53.2岁。5例健康志愿者男 3例,女 2例,平均年龄 48.6岁。全部患者均行常规 T1WI、T2WI及压脂压水序列扫描,并全部行 MRA、磁共振弥散加权成像及动脉自旋标记技术(ASL)扫描,36例 TIA患者中 28例行磁共振灌注加权动态磁敏感对比增强(DSC)成像。

1.2 检查方法

1.2.1 扫描方法及参数 全部病历均采用西门子 Trio Tim 3.0 T超导型磁共振成像系统。常规MRI行轴位 T1WI、T2WI和压脂压水像扫描。轴位T1WI采用 SE自旋回波序列,TR:440ms,TE:2.46ms。轴位 T2WI采用 TSE快速自旋回波序列,TR:5000ms,TE:93ms。上述序列 FOV均为 220mm×220mm。轴位压脂压水序列:TR:8000ms,TE:93ms,TI:2371.5,序列 FOV为 199mm×220mm。MRA方法为 3D-TOF-MRA法(三维时间飞跃法)。DWI采用单次激发平面回波序列(EPI),b值分别为b=0s/mm2及b=1000s/mm2,TR:3800ms,TE:93ms。

DSC扫描参数,层厚 5mm,间隔 1.5mm。运用对 T2敏感的平面回波自由衰减序列连续扫描 50次,在第 7次扫描后经肘静脉快速团注的 0.5mmol/kg的 GD-DTPA,注药速度为 5ml/s,注药过程在 5-6s内完成。DSC扫描参数为 TR:1400 ms,TE:32ms,FOV为 23cm,矩阵 128x128,激励次数 1次,翻转角128°。 ASL扫描参数如下:TR3000ms,TE 11 ms,Inversion slab 100mm,FOV 220mm×220mm,bandwidth2232 Hz/pixel,Matrix 64×64,层数 15,层厚6mm,间隔 1.5mm,measurements 101,扫描时间5min14s。

1.2.2 图像及数据分析 (1)DWI扫描完成后机器自动生成 ADC图。将 MRI、DWI、DSC及ASL图像由 2位经验丰富的医学影像学医师观察、分析,对比 DWI与 DSC、ASL显示病灶大小的情况,判断是否患者存在缺血半暗带。(2)PWI-DSC的原始图像转到工作站,采用 PWI专用软件进行图像后处理,得到 MTT,TTP,CBV,CBF图,观察比较脑内两侧灌注区别。在 CBF图上取感兴趣区(regions of interest,ROI)及健侧对应区,测出平均 CBF值。(3)ASL图像传到工作站,采用人工手绘取病侧与患侧的感兴趣区(ROI),测定 ASL图相应区域的相对局部脑血流量 CBF值,测得平均 CBF值。

1.2.3 统计学分析 使用 SPSS13.0软件,配对 t检验分别分析用DSC的患侧与健侧对应区及用ASL患侧与健侧对应区的差异,α水平设在 0.05,P＜0.05有统计学意义。采用秩和检验比较DSC与ASL之间差异,α水平设在 0.05,P＜0.05有统计学意义。

2 结 果

36例患者 MRI扫描图像中 T2WI或压脂压水序列正常 15例,异常 21例;MRA检查中大脑中动脉狭窄 20例,大脑中动脉闭塞 16例。DWI扫描,正常影像 12例,异常 24例。PWI扫描,行 DSC检查28例,其中 7例正常,21例异常灌注;行 ASL扫描的共 36例,其中 13例正常,23例异常灌注(见图1～图5、表1)。DSC与 ASL方法显示患侧灌注程度对比见表2。

图1 MRA示右侧大脑中动脉闭塞

图2 DWI示右侧基底节区片状高信号

图3 T2 WI示右侧基底节区片状高信号

图4 DSC示右侧大脑中动脉供血区片状低信号灌注区域

图5 ASL示右侧大脑中动脉供血区片状低信号灌注区域范围与 DSC方法大致一致

表 136例患者检查结果

表2 DSC与 ASL两种方法患侧值的比较

利用非参秩和检验的统计学方法对同时行 DSC、ASL的 21例灌注缺损或低灌注患者研究,在显示病变区域灌注改变上得 Z=-0.984,P＞0.05。这个结果表明,ASL与 DSC对于显示异常灌注,这两种方法之间无统计学差异

3 讨 论

3.1 MR灌注成像方法

MR灌注成像主要是显示脑组织血流灌注情况,其成像有两种方法:一种是用外源性示踪剂,团注顺磁性对比剂的首次成像方法(dynamic susceptibilit contrast-enhanced MR imaging,DSC-MRI);另一种是用内源性示踪剂,使用可自由扩散的水质子做示踪剂,即动脉自旋标记法(arterial spin labeling,ASL)。

临床广泛使用的是 DSC方法进行 PWI,静脉团注 GD-DTPA后采用快速扫描序列,获得对比剂首次通过感兴趣区的一系列动态影像,以伪彩图处理来显示。DSC可获得多个脑血流灌注参数图,包括脑血流量(cerebral blood flow,CBF),脑血容量(cerebral blood volume,CBV),平均通过时间(mean teansit time,MTT),达峰时间 (time to peak,TTP)。通过这些参数,可以掌握组织血液供给的具体情况:(1)灌注不足,MTT明显延长,rCBV减少,rCBF明显减少;(2)侧枝循环信息,MTT延长,rCBV增加或尚可;(3)血流再灌注信息,MTT缩短或正常,rCBV增加,rCBF正常或轻度增加;(4)过度灌注信息,rCBV与 rCBF均显著增加,DSC能显示缺乏灌注和低灌注的脑实质[3]。

ASL技术不用注射对比剂,完全为无创性的方法。对于有出血、钙化或位于颅底的病变,ASL测量数据较稳定。主要原因是 DSC所采用的梯度回波序列对钙化、出血、空气十分敏感,产生的磁敏感伪影较大;而 ASL则是多次快速采集的平均值,受磁敏感伪影的影响较小[4]。

3.2 DSC与 ASL图像对比

DSC对组织微循环血流量的改变非常敏感,可反映缺血脑组织微循环灌注状态,同时 DSC可获得多个脑血流灌注参数图,通过多个参数、多个角度对灌注情况做出评估,且对组织结构显示较清晰,可以对灌注改变进行定量分析。而 ASL由于信噪比低、场强要求高、传输延迟、运动伪影等多方面原因,显示组织结构欠清晰。本研究中 ASL＞DSC12例,其中 5例 ASL表现为灌注缺损,DSC表现为灌注延迟,考虑与所使用的反转时间不够长,没能探测到缺血带的侧支血流有关。而另 7例均显示 ASL灌注延迟范围大于 DSC的灌注延迟范围,考虑与上述诸多因素有关。

本研究从 21例行 DSC检查、23例行 ASL检查的显示异常灌注患者图像进行比较,配对 T检验,ASL检查健侧与患侧对比,T=2.37,α水平设在0.05,P＜0.05,存在统计学意义;DSC检查 T=2.91,P＜0.01,存在统计学意义。而同时行 DSC,ASL的 21例存在灌注改变患者行秩和检验,卡方值为 -0.984,P＞0.05,无统计学差异。故此得出 ASL与DSC对显示患者患侧灌注程度没有统计学差异,ASL方法可以作为对单侧大脑中动脉狭窄或闭塞脑组织灌注成像的一个筛选指标,为指导溶栓治疗提供影像学依据。

3.3 缺血半暗带

脑缺血半暗带(ischemic penumbra,IP)的概念最初于 1977年由 Astrup等[5]通过对狒狒大脑中动脉闭塞的电生理、血流灌注、细胞外 K+和 pH值的研究,定义为介于正常脑组织与梗死组织之间,局部脑血流灌注较低,电生理功能异常而无严重细胞内K+外流和能量耗尽,恢复正常血流后其电生理功能仍可恢复的区域。

本研究从弥散加权成像(DWI)图像异常同时行 DSC、ASL扫描的 21例患者中,对比 DWI与PWI,发现均存在 PWI＞DWI,即上述患者均存在缺血半暗带,本文的研究已经证实 ASL方法可以作为单侧大脑中动脉狭窄或闭塞脑组织灌注成像的一个筛选指标,并且大量研究认为局部脑血流量(rCBF)是预测脑缺血半暗带存活的最佳 PWI指标[6],可以用 DWI与ASL进行不匹配区的对比,确定缺血半暗带,从而指导临床制定有效的方案。

[1] Barbier EL,Lamalle L,Decorps M.Methodology of brain perfusion ima-ging[J].JMagn Reso Imaging,2001,13:496-520.

[2] Siewert B,Schlaug G,Edelman RR,et al.Comparison of EPISTAR and T2-weighted gadolinium-enhanced perfusion imaging in patients with acute cerebral ischemia[J].Neurology,1997,48(3):673-679.

[3] Rivers CS,Wardlaw JW,Am itage PA,et al.Do acute diffusion and perfusion-Weighted MRI lesions identify final infarctvolume in ischemic stroke[J].Stroke,2006,37(1):98-104.

[4] Fienler J,von Bezold M,Kucinski T,et al.Cerebral blood flow predicts lesion growth in acute stroke patients[J].Stroke,2002,33(10):2421-2425.

[5] Simon JE,Bristow MS,Lu H,et al.A novel method to derive separate gray and white matter cerebral blood flow measures from MR imaging of acute ischemic stroke patients[J].J Cereb Blood Flow Metab,2005,(9):1236-1243.

[6] 呼日勒,张春雨.急性脑血管病脑缺血半暗带的研究进展[J].实用医学影像杂志,2004,5(3):173-174.