动脉自旋标记在成人中枢神经系统疾病中的应用

霍英松，周海燕

（海军指挥学院浦口分院管理处医疗所,南京 210000）

动脉自旋标记（ASL）技术是一种利用被磁性标记的动脉血作为内源性示踪剂，可定量测量脑部微血管灌注，与以往其他灌注成像不同，ASL是一种可重复使用且无创的影像学检查手段［1］。目前ASL被广泛应用于临床神经病学和基础医学的研究，用以评估脑部组织不同情况下的灌注情况，并可以用来监测局部区域脑血流量与其神经活动的关系，同时为临床诊断提供明确的客观依据和治疗前后组织灌注情况。

1 ASL技术原理

ASL技术原理主要是在成像平面的上游利用射频脉冲对动脉血液中的水分子进行标记，使血液的自旋状态发生改变，这时被标记的血液在流经成像平面一段时间后，标记的动脉血在成像平面毛细血管处与组织里的水进行交换，所得灌注图像称为标记像。ASL的原理与正电子断层扫描（PET）灌注成像非常类似，主要区别在于ASL利用被标记的动脉血液作为内源性示踪剂，而PET技术则需要注入放射性标记物作为外源性示踪剂。

ASL大体上主要有两种脉冲方式：连续式（CASL）和脉冲式（PASL），CASL图像信噪比高，动脉通过时间对灌注的影响较低，但因为当前实际使用的磁共振射频硬件无法提供较为持久的微型射频脉冲［2］，因此日常研究中较难应用。而PASL射频能量较低，对设备要求也较低，但对动脉通过时间较敏感，血液标记的一致性较差，信噪比也较低。最近出现的准连续式ASL（pCASL）同时结合了两者的优点，得到越来越广泛的应用。

目前在临床上使用的大多数磁共振设备都可使用ASL序列。虽然实际应用中这些设备在标记、成像以及定量等方面均具有着很大的不同，但它们都能为临床提供一个完整的灌注图像，因此ASL已经被作为观察灌注的必要影像学手段。

2 ASL在脑部血管性疾病中的应用

与其他很多磁共振成像方式一样，ASL在诞生之初就被广泛应用于大脑，其中最明显的用途就是用来观察脑部血管疾病，尤其在病灶的灌注情况方面，ASL更是显示出其自身巨大的优势，主要包括无创检查、无电离辐射、无需外源性对比剂、解剖结构清晰以及价格低廉等。在对动脉缺血性脑卒中的检查中，ASL观察到灌注不足与血管狭窄、病变扩散程度以及梗死体积有密切的联系，同时也观察到灌注和扩散病变之间有时存在不匹配。ASL在急性脑卒中早期就具有较高的敏感性。研究者［3-5］在对比了ASL和动态磁化率对比增强灌注加权成像在急性缺血性脑卒中脑部灌注情况显示的实际效果后发现，二者所检测到的灌注-扩散不匹配以及灌注减少的区域基本一致，但ASL可以有效反映出位于半暗带的可恢复的组织同时具有快速、无创、无过敏反应以及可进行定量分析等优点。

但是ASL至今仍无法作为急性脑卒中的常规诊断手段，主要是由于其缺乏完善可行的诊断方案以及标准；在检查中，ASL可能会错过一些小病灶，或由于血流通过时间延长造成的灌注情况过高估计以及弥散不匹配；有时也会对某些低灌注区域不敏感。尽管如此，在3.0T机器上使用背景抑制可以在1min内获得ASL的数据，并且通过检测某些特殊的过度灌注来鉴别一些特殊的脑卒中和偏头痛以及局灶性癫［6］，使得 ASL 在急性脑卒中的早期诊断中依旧具有十分广阔的前景。

虽然ASL在急性脑卒中的早期诊断中存在诸多问题，但大量数据表明对于脑血流量减少的慢性脑血管病患者，ASL可以提供可靠的脑部血流变化的重要检测数值［7］，同时也可以在介入手术的前期准备计划以及手术前后的监测中扮演重要的角色［8］。ASL也可用于动静脉畸形的诊断和随访中，用以更加清晰地显示更多潜在的动静脉血管分流［9］。在评估镰状细胞疾病患者的脑部组织灌注时，ASL可以明确地显示出动脉分支区的脑组织的高灌注，其检查结果与以往PET检查结果相一致。同时ASL也可以有效评估先心病患者脑部基础灌注的下降并能反映脑室周围软化白质的范围。缺血性疾病并不只局限于大脑，但由于大脑的静止性和其高灌注的特点，使得脑部ASL检查可以较其他器官更容易获得高质量的数据资料。

3 ASL在脑部肿瘤中的应用

ASL在对脑部肿瘤的临床诊断和治疗后随访有着重要的意义，并为脑部肿瘤的组织灌注提供了重要的依据。肿瘤血管生成和灌注与肿瘤的分级有着密切的联系，通过ASL测定脑肿瘤血流量已被证明肿瘤的分级有着极大的临床价值［10-11］。ASL能较准确地反映肿瘤的血流灌注和组织代谢情况，这些都可以用来区分放疗后组织增生和肿瘤复发，并可以监测整个治疗过程的变化［12］。随着抗肿瘤药物的发展，专门针对肿瘤血管生成机制的药物已逐渐应用于临床。初步研究［13］显示，可以利用ASL监测肿瘤血管来评估早期药物治疗反应并预测随后的临床治疗的效果。

4 ASL在阿尔茨海默病中的应用

在大脑与大多数器官中，血管灌注的情况与代谢状况直接关联，这就为功能磁共振研究提供了生理基础和临床意义。越来越多的分子成像示踪剂可能提供检测阿尔茨海默氏病的最早和最具体的神经病理学依据，并可以预测病情进展和对治疗后的反应［14］。脑局部区域血流低灌注已被认为是阿尔茨海默病的一个早期成像生物标志物。有研究［15］显示ASL与PET在显示阿尔茨海默病患者脑部灌注方面具有很高的一致性。通过直接对比发现，PET与ASL所发现的阿尔茨海默病患者脑部异常区域基本相同，二者均可为阿尔茨海默病提供准确诊断，同时也进一步支持利用ASL对阿尔茨海默病进行诊断和研究［16］。由于PET昂贵的价格和放射性限制了其使用，因此近几年中，ASL已被越来越广泛应用于阿尔茨海默病前驱预测以及临床诊断，显示出了其在阿尔茨海默病早期阶段具有高度的敏感性，可以作为轻度认知障碍及阿尔茨海默病早期敏感的标记物。

5 ASL在精神疾病及其他疾病中的应用

随着目前社会的发展和生活方式的改变，精神类疾病发病率逐渐增高，对其的研究也越来越被重视，而脑部影像检查技术由于其可以直观的功能和灌注情况，成为研究精神类疾病主要手段。ASL已开始被应用于其他神经系统综合征，尤其是情感方面，比如抑郁症［17-18］和精神分裂症［19］等。 目前已证实精神分裂症患者脑部灌注与正常人存在明显改变。有研究［20］利用ASL观察到患者额叶前部皮质存在明显的灌注不足。ASL与其他检查技术联合应用，可以更好地监测治疗效果。Scheef等［19］使用CASL观察了精神分裂症患者和健康的志愿者的脑部灌注情况，结果发现精神分裂症患者的双侧顶骨叶及额叶前后带状脑回中灌注明显降低，而精神分裂症患者的小脑脑干和丘脑的灌注却明显增高，这也与以往的PET检查结果相一致。在采用ASL针对成人多动症患者的观察中发现，经过兴奋剂治疗后，患者的皮层及皮层下过度灌注区域趋于正常［21］。Duhameau等［17］利用ASL观察了慢性难治性抑郁症患者和正常志愿者脑部灌注，结果发现患者组的双侧前扣带皮层、左皮质区域、左脑额叶前部皮层以及左脑前扣带皮层和的灌注明显升高，证实了大脑前扣带皮层的灌注改变是慢性难治性抑郁症病理机制中的关键因素。

另外，ASL也被应用于检测疼痛患者脑部血流灌注的改变。经过对拔牙手术前后的患者的观察［24］，研究者发现患者岛叶、扣带皮质、丘脑、杏仁核、海马、中脑及脑干等部位灌注明显增加，这为临床医生更好地评估疼痛的程度以及临床诊断和治疗提供了一个新的思路。

综上所述，随着MRI成像技术的不断完善，ASL正逐渐受到重视。虽然ASL技术还存在着信噪比较低、传输延迟效应区域CBF值往往被低估、运动伪影、磁化强度转移和白质量化差等问题［25］，但作为一种完全无创性的新型灌注成像方法，ASL采用磁性标记的动脉血作为内源性造影剂进行局部脑组织灌注的测量，并在观察发病机制中的灌注改变发挥着重要作用，这一影像技术对于脑部疾病的检测具有很大的实用价值，并为今后对脑部疾病的治疗、随访、科研等活动提供重要的影像学依据。

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