动脉自旋标记与动态磁敏感对比MRI在脑卒中缺血半暗带的对照研究

邢 飞 邢 伟 卢又燃 陈 杰 邢士军

缺血性脑卒中是一种发病率、致残率较高的疾病，准确评价超早期脑卒中的病灶范围和缺血半暗带（ischemic penumbra，IP），对指导临床进行及时有效的干预治疗起到关键性的作用。目前，灌注-扩散不匹配（perfusion-diffusion mismatch，PDM）视为临床判断IP的“金标准”，可以对缺血范围、程度、类型做出评价。DWI在脑卒中诊断中的价值已为临床所熟知，MR灌注成像中利用对比剂首过效应的动态磁敏感对比MRI（dynamic susceptibility contrastenhanced，DSC)技术与DWI相结合评价IP在急性脑卒中应用较为广泛，但MR灌注成像中另一技术——动脉自旋标记(arterial spin labeling, ASL），近年来以其完全无创、无需注射外源性对比剂及可重复性高等优点而受到重视。ASL与DSC在急性脑卒中诊断上具有相似的灌注特点[1]。本研究对34例急性脑卒中患者进行ASL与DSC技术对照研究，探讨ASL技术与DSC技术是否一致来评价IP，指导临床及时挽救IP。

方 法

1.临床资料

本组包括我院2012年10月至2013年8月经临床和影像学诊断的34例脑卒中患者（男20例，女14例），中位年龄65（47～84）岁，发病时间12h内。临床主要症状有头晕头痛、口齿不清、肢体无力、意识不清等。患者选择标准：①既往无心脑血管性病变、无脑梗死病史；②单侧发病；③排除腔隙性脑梗死病例（直径＜5mm病灶，同侧少于3处）

2. MR检查方法与扫描参数

采用全新双梯度3.0T超导多源发射MR机（Philips Achieva 3.0 TTX，Philips Medical Systems），16通道头部线圈，对所有患者均行一系列MR检查，包括矢状面T1WI、轴面T2WI和T1WI，DWI、3D-TOF MRA、ASL以及DSC检查。

DCS采用平面回波-自由衰减（EPI-FID）序列，TR17m s，TE8m s，层厚3.5mm，采集40次，在第4次扫描时利用高压注射器快速团注钆喷酸葡胺Gd-DTPA0. 2 mmol/kg，流率为5 ml/s，扫描时间78s。ASL采用Philips EPI/灌注单相位(single phase ASL)及EPI/灌注多相位(multiphase ASL)进行扫描，单相位扫描参数：TR4000m s，TE20m s，层厚7mm，动态数量30，TI1600m s，扫描时间4min08s；多相位扫描参数：TR250m s，TE16ms，动态数量30，相位数8，相位间隔250ms扫描时间4min08s，。

3. 图像处理与分析

图像分析:在Philips专用工作站上进行,DSC图像使用“Neuro perfusion” 软件包进行后处理，计算出局部灌注达峰时间（time to peak, TTP）图。ASL图像使用“Image Algebra”软件包进行后处理，将标记像与控制像剪影，得到灌注图像。所有图像由两位资深的MR诊断医师共同分析、判断，数据结果采用SPSS17.0软件包对参数进行统计学分析。

定性分析:观察两种技术缺血区域脑灌注表现（低灌注、正常灌注、高灌注），并分别用ASL图和DSC中TTP图异常灌注区与DWI病灶区对照，判断是否存在IP，评判标准：PWI异常灌注区与DWI异常区不匹配达到20%以上，即（ASL/DSC-DWI）/DWI≥20%。两者判断结果采用Mann-Whitney检验做统计分析，以P<0.05为差异有统计学意义。

定量分析:同一病例，以DWI显示最大病变区域为标准层面，分别在ASL、TTP图像上人工勾画出同一层面异常灌注区最大截面面积。测量时，应尽量避开脑室系统。使用独立样本t检验比较ASL和TTP图灌注异常面积是否有差异。

结 果

1. 影像分析

34例急性脑卒中患者DWI均显示单侧不同程度高信号梗死灶，其中26例3D-TOF MRA显示责任血管不同程度狭窄、闭塞。34例中32例ASL与DSC在评价IP上结果一致：①低灌注，存在IP（A组），ASL图呈低信号，TTP示达峰时间延迟，SDSC/ASL＞SDWI（图1）；②低灌注，不存在IP（B组），SDSC/ASL≈SDWI（图2）③高灌注（C组），ASL图呈高信号，TTP示达峰时间缩短（图3）。2例两种技术显示结果不一致（D组），ASL均为高灌注，而TTP图显示正常灌注（图4）。6例患者在ASL图显示低灌注边缘带出现条形高信号（图5），5例一侧枕叶脑梗死患者对侧在单相位ASL显示低灌注（图6）。

2. 数据分析

2.1 定性分析：34例中，ASL与DSC示32例研究结果一致：A组17例，B组13例，C组2例。2例两者技术结果不一致（D组）。经Mann-Whitney检验：Z=-0.054，P＞0.05（双侧），两者间差异无统计学意义。

2.2 定量分析：34例急性脑卒中患者，分4组，各组各项参数测量结果见表1。结果,34例患者两种技术异常灌注区面积，SDSC=27.17±14.07cm2，SASL=29.10±12.72 cm2，两种技术间差异无统计学意义（t=-0.499，P>0.05）。

表1 34例急性脑卒中患者ASL、DSC与DWI面积比较

图1 右侧基底节区小片状脑梗死，发病后4h。A～C. TTP所示达峰时间延迟，ASL呈低灌注，SDSC/ASL>SDWI，存在IP。

图2 左侧颞枕叶急性脑梗死，发病后12h。A～C.TTP延迟，ASL呈低灌注，SDSC/ASL≈S DW I，不存在IP。

图3 右侧颞叶急性脑梗死，发病后5h。 A～C.TTP缩短，ASL呈明显高灌注。

图4 右侧额颞顶叶及基底节区大面积脑梗死，发病后11h。 A～C. TTP呈正常灌注，ASL呈高灌注。

图5 左侧颞顶叶脑梗死，ASL图呈低灌注，低灌注区边缘见条形高信号影，位于两侧（箭），提示侧支循环。

图6 左侧枕叶脑梗死，单相位ASL示双侧枕叶呈低灌注，TI=1600ms；多相位ASL，8个相位中后4个时相，TI分别为1364ms、1614ms、1804ms、2114ms，所示右侧枕叶逐渐显示（箭），但图像信噪比有所降低。

讨 论

IP最初于1977年由Astrup等[2]提出，指围绕梗死中心的周围缺血性脑组织，其电活动中止，但保持正常的离子平衡和结构上的完整。PET判断IP标准为局部CBF减低，氧摄取分数（oxygen extraction fraction，OEF）增高而脑氧代谢率（cerebral metabolic rate for oxygen，CMRO2）无变化的组织。IP的存在受到时间的限制，如及时恢复血流或进行脑保护，该组织可能存活下来，否则将演变成坏死组织，因此快速准确判断IP成为急性脑卒中再灌注治疗的关键。

目前灌注-扩散不匹配（PDM）已成为临床判断IP较常用的方法，而磁共振灌注成像常采用动态磁敏感对比增强（DSC）成像技术。DSC后处理图像中达峰时间（time to peak，TTP）参数图,为开始注射对比剂至浓度达到峰值的时间，是反映脑内血流动力学损伤敏感、可靠的指标[3]，而且 TTP图上脑灰、白质之间无明显区别，可以清楚显示病变的范围和边界，是PWI研究IP常用的参数[4]。本文采用TTP图作为参考，能够比rCBF、rCBV、rMTT图更准确地评价IP。

动脉自旋标记技术（ASL）是近几年发展起来的另一新的灌注技术,它是以磁标记的动脉血作为内源性对比剂，其基本原理是首先在成像层面的供血动脉的流入侧施加反转脉冲，使血中的质子磁化矢量发生反转，经过一段反转时间（inversion time，TI）的延迟，在标记血流到达成像层面后进行采集，采集获得的图像，采用配对对照方法，与没有标记的图像相减，得到灌注图像。相对于DSC技术来讲，ASL无创、非侵袭性，无需外源性对比剂，可以较精确地显示病变部位的血流灌注情况及范围。

近年一些文献报道研究显示，在缺血性脑卒中方面，ASL与DSC具有可比性，能够较好地显示梗死区域的范围及灌注特点[1，5，6]，生成的rCBF图又能对病灶部位的血流情况进行半定量分析[7]，具有一定的临床应用价值。而关于ASL应用于急性脑卒中缺血半暗带的评价，目前国内相关报道较少。本研究是在前期研究的基础上，以DSC-DWI不匹配作为判断IP的标准，采用ASL-DWI与DSC-DWI逐一对照，比较两者在评价IP上是否存在差异。结果显示两种技术间存在较好的一致性，从而说明ASL技术可与DWI相结合评价IP。

不过，在进行图像分析、对照、比较的过程中，我们发现两种技术在部分患者中存在一定的差异。笔者通过本研究，结合文献报道进行阐述，内容如下：①在定性分析上，2例灌注表现不一致，ASL均显示高灌注，而在DSC均显示正常，这种现象在其他研究中也同样存在[1,5]。首先高灌注可能是由于脑梗死的病因自行解除或由于血管部分或完全自发性再通所致。Tannka等[8]利用小鼠建立48h栓塞、高碳酸血症、注射甘露醇三种模型，证实了T1弛豫和血脑屏障（blood-brain barrier，BBB）通透性改变是导致两种技术在缺血性脑梗死高灌注产生不同结果的主要生物学机制。关于高灌注，部分学者通过与PET进行对照，发现这部分脑组织呈明显高代谢，认为高灌注与预后良好存在一定相关性[9-10]，临床对此类患者无需进行溶栓处理。②在定量分析上，部分病例两种技术间存在两种不同影像学表现。其一，本组5例一侧枕叶脑梗死患者在单相位ASL图像上勾画范围时，发现正常侧枕叶同样呈低信号，而TTP图显示正常；其二，6例在ASL图显示的低灌注区域周围匍匐着数条蚓状的高信号影。这两点同样在其他文献中也有相关的报道[5，11，12]，其根本原因都与反转时间（TI）和动脉通过时间（arterial transit time，ATT）有关。TI在ASL技术中是一个关键性的参数，它是指从标记层面到成像层面的时间，一般选定为1500～2000m s； 而ATT是指血质子从标记后到脑实质与脑组织进行交换这段时间，是一个相对定量。由于脑卒中处于低血流状态，ATT会相应延长，如果TI参数不变，就会造成TI时间相对的缩短，结果出现了上述两种相反的影像学表现。前者，枕叶属于后循环系统供血，后循环血流速率本来就比前循环慢很多（椎动脉血流峰值36±9cm/s，颈内动脉100±20cm/s）[13]，加上因血管狭窄、闭塞引起的脑梗死，如选用较短TI，被标记的质子可能还尚未进入成像层面就进行采集，结果导致正常侧血流灌注的低估。后者，目前大多数学者认为这一现象与侧支代偿有关[14-15]，血质子经过动脉Willis环或软脑膜冗长的侧支循环通路到达病灶部位后，由于TI时间较短，质子仍停留在大动脉至微脉管水平而未进入毛细血管床与脑组织进行交换，结果造成高灌注的假象，高估了血流状态。Zaharchuk等[16]发现这种高信号一般出现于病灶边缘区域、双侧、比DSC更加敏感，Chanlela等[5]认为此类患者预后较好。

所以选择适当的TI值非常重要，过小会造成没有灌注或高灌注假象，过大会使质子T1弛豫逐渐恢复信号丢失造成图像信噪比大幅下降，Philips Achieva 3.0 T TX机多相位（Multiphase）ASL也许能够解决上述问题。多相位ASL采用八个不同的相位同时采集，每个相位间隔250ms，最小TI值设置为250ms，最大可达到2500m s，完成一次扫描仅需4min08s，并可一次性获得同一层面8个不同TI值的多相位图像。多相位ASL可以针对不同脑卒中患者进行最优TI值的估计，还能对病灶灌注情况进行不同时相的动态观察，具有一定的应用价值。不过多相位ASL图像信噪比(SNR)与单相位ASL相比相对较差，本研究采用单相位与多相位ASL相结合的方法，能过更准确地评价病变区域的灌注情况及范围。

虽然本研究取得了一定的成果，但是也存在一些不足。其一，作为回顾性研究，本组研究的样本量较少；其二，经有效溶栓治疗挽救的IP区是否与ASLDW I不匹配区一致，有待进一步随访；其三，尚未建立每位患者的脑卒中NIHSS评分量表。

总之，ASL与DSC对评价急性脑卒中缺血半暗带具有较好地一致性，ASL技术对显示脑梗死高灌注及低灌注区边缘高信号（提示侧支循环）可能更敏感。ASL与DSC相比无创、简便、可重复性高，因而可以作为急性脑卒中患者评价IP的常规MRI检查，为临床治疗方案的制定提供有价值的信息。

[1] Wang DJ， Alger JR, Qiao JX, et al.The value of arterial spinlabeling perfusion imaging in acute ischemic stroke: comparison with dynamic susceptibility contrast-enhanced MRI. Stroke, 2012,43: 1018-1024.

[2] Abtrup J, Symon L, Branston NM, et al. Cortical evoked potential and extracellular K+and H+at critical levels of brain ischemia.Stroke, 1977，8:51-57.

[3] Kajimoto K，Moriwaki H，Yamada N，et al. Cerebral hemodynamic evalution using perfusion-weighting magnetic resonance imaging.Comparision with positron emission tomogtaphy value in chronic occlusion carotid disease.Stroke,2003，34：1662-1666.

[4] Butcher KS, Parsons M，MacGregor L，et al. Refining the perfusion diffusion mismatch hypothesis.Stroke, 2005，36:1153-1159.

[5] Chalema JA，A lsop DC，Gonzalez-A tavales JB，et al. Magnetic resonance perfusion imaging in acute ischemic stroke using continuous arterial spin labeling.Stroke,2000，31:680-687.

[6] Bokkers RP, Warach S, van Osch M J ,et al. Whole-brain arterial spin labeling perfusion MR imaging in patients with acute stroke.Stroke,2010，41:E273-E273.

[7] Hernandez DA, Bokkers RP, Mirasol RV,et al. Pseudocontinuous arterial spin labeling quantifies relative cerebral blood flow in acute stroke.Stroke,2012，43:753-758.

[8] Tanaka Y, Nagaoka T, Nair G,et al. Arterial spin labeling and dynamic susceptibility contrast CBF MRI in postischemic hyperperfusion, hypercapnia, and after mannitol injection.Journal of Cerebral Blood Flow＆Metabolish,2011,31：1403-1411.

[9] Chen J,Licht DJ,Smith SE,et al. Arterial spin labeling perfusion MRI in pediatric arterial ischemic stroke: intial experiences. J Magn Reson Imaging,2009，29:282-290.

[10] Viallon M, Altrichter S, Pereira VM, et al. Combined use of pulsed arterial spin-labeling and susceptibility weighted imaging in stroke at 3 T.Eur Neural,2010，64:286-296.

[11] Zaharchuk G, EI Mogy IS, Fischbein NJ, et al. Comparison of arterial spin labeling and bolus perfusion-weighted imaging for detecting mismatch in acute stroke.Stroke,2012，43:1843-1848.

[12] Zaharchuk G. Arterial spin label imaging of acute ischemic stroke and transient ischemic attack. Neuro imaging Clin N Am,2011，21：285-301.

[13] Thomas DL, Lythgoe MF, van der Weerd L, et al. Regional variation of cerebral blood flow and arterial transit time in the normal and hypoperfused rat brain measured using continuous arterial spin labeling MRI. J Cereb Blood Flow Metab，2006，26：274-282.

[14] Chng SM, Petersen ET, Zinmine I, et al. Territorial arterial spin labeling in the assessment of collateral circulation: comparison with digital subtraction angiography.Stroke,2008，39:3248-3254.

[15] Liebeskind DS. Collateral circulation.Stroke,2003，34:2279-2284.

[16] Zaharchuk G, Bammer R, Staka M, et al.Arterial spin-label imaging in patients with normal bolus perfusion-weighted MR imaging findings: pilot identification of the borderzone sign.Radiology,2009，252:797-807.