3D ASL与WBCTP在成人烟雾病评估中的对比研究

田 冰 陆建平 刘 崎 陈士跃 许 兵 陈录广王 莉 邵成伟 詹 茜 田 霞

烟雾病是一种慢性进行性脑血管疾病，主要特点是颅内动脉的狭窄-闭塞伴多发的侧支血管生成，因此其血流动力学改变较为复杂[1]。CT灌注检查（computed tomography perfusion,CTP）是目前较为常用的评估烟雾病血流动力学改变的影像学检查方法，主要用于烟雾病术前血流动力学状态及术后疗效的评估[2]。动脉自旋标记（arterial spin labeling，ASL）是一个完全非侵入性的脑灌注成像技术，基于自旋标记处于T1磁化状态的动脉内自由扩散的水，其对成像平面上游的动脉血进行标记，使其处于磁化状态，在特定的时间，待一定数量的被标记的血液抵达组织后通过数据采集及计算获得图像[3]。利用ASL评估烟雾病患者得到的脑血流量（cerebral blood flow，CBF）等参数已经被证实与其他灌注成像技术具有较好的一致性与相关性。随着影像学技术的不断发展，ASL及CTP均可覆盖全脑，实现对全脑灌注的评估。

本研究拟采用全脑3D ASL与全脑CT灌注（whole brain computed tomography perfusion，WBCTP）对比研究，评估3D ASL与WBCTP评估成人烟雾病脑组织血流动力学改变的一致性，探究3D ASL在成人烟雾病术前血流动力学定量评估中的价值。

方 法

1.一般资料

回顾性分析2011年12月至2014年12月在我院行经DSA及临床确诊的烟雾病患者164例。本研究所有患者必须同时满足以下入选标准：①所有患者均行WBCTP及3D ASL检查；②WBCTP与3D ASL检查间隔小于1周；③WBCTP与3D ASL检查间隔期内未出现突发的临床症状。

2.WBCTP及3D ASL检查

WBCTP检查采用320排动态容积CT（Aquilion ONE;东芝医疗，东京，日本）。扫描时检查床固定，并利用头部固定带固定头颅，以16cm宽探测器自颅顶至颅底眦耳线覆盖全脑行动态容积扫描。自单筒高压注射器经肘静脉依次注射非离子型对比剂（碘比乐，上海博莱科信谊，上海，中国；50mL；速率5.0ml/s）及0.9%的生理盐水（20ml；速率4.0～5.0ml/s），注射结束延迟7s后开始扫描，共采集19组容积图像数据，前15个容积数据包间隔2s，后4个容积数据包间隔5s。扫描参数：管电压80kV，管电流120mAs，球管旋转时间为0.35s，扫描覆盖范围为16cm。数据重建层厚为0.5mm，每个容积数据包含320层，共6080幅图像。于注射对比剂前行容积CT平扫，管电压80kV，管电流200mAs，重建得到头颅CT平扫图像，用于评估脑组织病变情况。

3D ASL检查采用3.0T磁共振成像仪（HD.xt;通用医疗，密尔沃基，威斯康辛州，美国）。采用8通道头部专用线圈，扫描序列为背景抑制的伪连续脉冲ASL（pseudo continuous ASL，pCASL），扫描基准线为前联合与后联合的连线水平，应用三维快速自旋回波序列进行数据读出。共采集32层轴位图像。扫描参数为重复时间5500ms，回波时间25ms，层厚5mm，视野24cm，矩阵128×128，标记时间（labeling time，TL）1800ms，标记后延迟时间（post-labeling delay，PLD）2000ms。

3、图像后处理

将容积CT扫描得到的6080幅图像导入Vital工作站（Vitera fX ver6.0；Vital，美国）进行重建。基于中心容积定理，采用去卷积法，选择正常的颈内动脉为输入动脉，上矢状窦为输出静脉，根据动脉、静脉及脑组织的时间密度曲线（time density curves,TDCs）拟合，得到脑血流量（cerebral blood flow,CBF）的伪彩图像。扫描所得的3D ASL图像导入后处理工作站(Adw 4.3，通用医疗，密尔沃基，威斯康辛州，美国），采用Founctool软件进行后处理。

重建灌注伪彩图像的层厚为6mm，每位患者共得到自颅顶至颅底的连续横断面灌注伪彩图像13层，其中大脑半球水平10层，小脑半球水平中心层面3层。选取CBF的伪彩图，WBCTP采用工作站软件自动勾画的大脑中皮质供血区及双侧小脑半球为感兴趣区（region of interest,ROI）。3D ASL的ROI则根据WBCTP相应区域手动划取。

进一步计算WBCTP及3D ASL大脑中动脉供血区的相对CBF（relative CBF，rCBF），rCBF=大脑中动脉供血区大脑皮层的CBF/同侧小脑半球的平均CBF（3层图像CBF的均值）。双侧烟雾病患者双侧大脑中动脉供血区rCBF单独计算，单侧烟雾病患者仅计算烟雾病侧大脑中动脉供血区的rCBF。

4.统计学分析

利用SPSS 18.0统计软件包及MedCalc统计学软件进行统计分析。当P值＜0.05为差异有统计学意义。

运用配对t检验比较WBCTP与3D ASL大脑中动脉供血区CBF及rCBF的差异。

运用Bland-Altman 分析评估WBCTP及3D ASL对大脑中动脉供血区CBF及rCBF定量诊断的一致性。

结果

符合入选标准的患者共24例，其中2例经DSA确诊为单侧烟雾病。24例成人烟雾病患者中男性15例，女性9例，平均年龄38.5岁（25～60岁）。所有患者均表现出不同程度的临床症状，包括头痛、头晕、耳鸣、视野缺损、肢体活动障碍等。

配对t检验的结果见表1。24例成人烟雾病患者WBCTP及3D ASL扫描所得的CBF具有统计学差异（t=-10.813，P＜0.0001）。而二者间的rCBF则无统计学差异（t=-1.005，P＜0.316）。

Bland-Altman 分析对WBCTP及3D ASL评估大脑中动脉供血区CBF及rCBF定量诊断的一致性结果见图2。WBCTP及3D ASL的CBF差值的均数（均数的95%一致性界限）及差值的95%一致性界限为分别为-6.2（-7.33,-5.08）及（-30.3，-17.9），而rCBF的值分别为0.01（-0.01,0.02）及（-0.22，-0.23）。

讨 论

ASL是一种无需外源性对比剂的MRI灌注成像技术，最早由Siewer提出[4]。近年来ASL的研究主要集中于与其他灌注方法的对比，以探求ASL与PET、SPECT等灌注方法的相关性与一致性。然而大部分ASL在烟雾病的研究主要为其在儿童及青少年患者中的应用价值，且大部分研究为ASL对脑缺血或术后高灌注综合征的定性评估，缺乏定量的研究。因此，我们提出本研究，主要评估3D pCASL在成人烟雾病中的应用价值，并与WBCTP进行定量的对比，探寻两种方法对于成人烟雾病全脑CBF评估的一致性。

CBF是重要的评估脑组织灌注水平的参数，CBF的增加意味着局部脑组织活动的增加，而CBF的减少则可能会引起可逆或不可逆的脑组织损伤[5]。然而检查操作、患者状态及重建算法等均可影响CBF绝对值的差异，采用相对值则可在一定程度上消除其他因素对CBF的影响。本研究中WBCTP及3D ASL的CBF差值的均数（均数的95%一致性界限）及差值的95%一致性界限为分别为-6.2（-7.33,-5.08）及（-30.3，-17.9），虽然两种方法所得的CBF差异的均值为-6.2，但差异的均值变异较大，95%的差值落在（-30.3，-17.9），因此可以得出WBCTP与3D ASL间CBF的差异具有统计学意义。配对t检验（t=-10.813，P＜0.0001）的结果也印证了这一结论。

通常灌注参数的相对值往往采用患侧与健侧的比值或手术侧与非手术侧的比值，而烟雾病双侧大脑中动脉供血区均缺血，且侧支循环比较丰富，因此采用传统的绝对值计算方法可能会导致结果的不稳定。烟雾病患者小脑半球的血流量一般变化较小，因此本研究采用大脑中动脉供血区CBF与同侧小脑半球CBF的平均值计算rCBF，且通过CBF绝对值与相对值的分别比较来评估3D ASL与WBCTP的差异与一致性。脑组织根据CBF比值的不同可分为低灌注（rCBF≤0.8）、正常灌注（0.8～1.2）及高灌注（≥1.2）[6]。因此本研究中0.2作为3D ASL与WBCTP两种方法所得的rCBF差异的临床界值。WBCTP及3D ASL的rCBF差值的均数（均数的95%一致性界限）及差值的95%一致性界限为分别为分别为0.01（-0.01,0.02）及（-0.22，-0.23）。95%的rCBF差值位于（-0.22，-0.23）之间。因此可以得出得出WBCTP与3D ASL间rCBF的差异无统计学意义。配对t检验（t=-1.005，P＜0.316）的结果可对这一结论进行印证。

表1 烟雾病患者大脑中动脉供血区 CBF及rCBF 的WBCTP与3D ASL比较

图1 男，35岁，头痛伴耳鸣2月，DSA确诊为烟雾病。WBCTP（下两排灌注图）与3D ASL（上两排灌注图）检查时间间隔为3天。WBCTP灌注伪彩图大脑中动脉供血区的缺血程度高于3D ASL，但3D ASL小脑半球的CBF伪彩图高于WBCTP，故二者大脑中动脉供血区/小脑半球的比值差异不大。

图2 烟雾病患者WBCTP与3D ASL（大脑中动脉供血区）比较的Bland-Altman图。CBF1及rCBF1分别指WBCTP大脑中动脉供血区CBF的绝对值与相对值；CBF2及rCBF2分别指3D ASL大脑中动脉供血区CBF的绝对值与相对值。

ASL根据标记脉冲的不同分为脉冲式ASL（pulsed ASL，PASL）、连续式ASL（continuous ASL，CASL）和流速选择ASL（velocity selective ASL，VSASL）。本研究采用pCASL采集成人烟雾病患者的灌注图像。PLD是pCASL的主要参数，指射频脉冲标记结束的时间到图像采集的时间，而血流从标记层面到达感兴趣区组织或血管的时间为动脉传递时间（arterial transit time，ATT）。对于pCASL扫描，获得较为准确CBF的理想状态是PLD刚好大于最长的ATT。PLD过短则扫描时被标记的血流尚未到达感兴趣区组织或血管，ASL采集得到的CBF图像上的低信号，包括局部脑组织CBF的减低及长的ATT导致的信号减低，并不是局部脑组织真正的CBF值。PLD过长则会引起较强的T1滞留效应，降低信噪比（signal to noise，SNR）。ATT在不同个体、部位、健康与缺血组织间存在差异[7]。David等[8]等在综合评估既往研究的基础上提出了针对不同的人群的ASL参考参数，推荐pASL标记持续时间为1800ms，PLD因人群不同而有差异，成人临床患者则为2000ms。基于此项推荐，本研究所采用的PLD为2000ms。

在烟雾病诊断及术后评估方面单个或多个PLD的ASL均与各种灌注成像方法均具有较高的一致性与相关性。Goetti等[9]采用PLD为1500ms比较儿童及青少年烟雾病患者ASL与H2[15O]-PET评估CBF的一致性，得出二者在儿童及青少年烟雾病患者CBF定性及rCBF定量的评估中具有较好的一致性。Goetti等[10]同样采用了1500ms的PLD比较儿童烟雾病患者ASL与PWI的一致性，得出在儿童烟雾病患者CBF及rCBF的评估中具有较好的一致性，且敏感性、特异性及准确度分别达到94%、93%及93%。Wang等[11]通过对17例烟雾病患者行4个PLD（1500ms/2000ms/2500ms/3000ms）的ASL与CTP检查定性对比，得出多个PLD的ASL与CTP具有较好的一致性。本研究中3D ASL与WBCTP对rCBF的评估亦具有较高的一致性，尽管大部分烟雾病患者的血管狭窄程度处于中重度甚至出现闭塞，延长的ATT并未使得CBF的评估过度，分析原因可能是烟雾病患者同其他颅内狭窄的最大不同是丰富的侧支循环，颅底及皮层区丰富的侧支循环在一定程度上抵消了ATT延长导致的CBF减少，这一推论有待于进一步的研究。

本研究具有以下缺点：首先，本研究为单中心的回顾性研究，且病例数（24例）较少，势必会引入偏倚。其次，WBCTP灌注图像的感兴趣区采用后处理工作站自动勾画，而3D ASL灌注图像感兴趣区则根据WBCTP的感兴趣区手动勾画，且只有大脑中动脉供血区的皮层区被评估。近年来一些研究采用专用的配准软件（SPM8等）对不同方法或不同时间的脑功能及灌注图像进行配准，且可以基于体素的对脑组织进行灰质、白质分割的评估，在一定程度上提高了评估的准确性，但其基于不同动脉供血区的应用有待一进一步开发[12]。再次，随着影像学技术的发展，多PLD ASL及VXASL图像质量及信噪比的进一步提高，ASL不仅可以用于评估脑组织的CBF及ATT，同样可以对侧支循环进行评估，有待于进一步研究探寻其在烟雾状及其他脑血管疾病中的应用价值。

由于扫描重建因素、患者自身因素等的影响，WBCTP与3D ASL得到的CBF绝对值的差异具有统计学意义，WBCTP与3D ASL在对大脑中动脉皮层CBF的评估中不具有良好的一致性。而WBCTP与3D ASL得到的rCBF的差异无统计学意义，二者对大脑中动脉皮层rCBF的评估中具有良好的一致性。因此，3D ASL可以较为准确的对成人烟雾病患者皮层灌注状态进行定量的评估，且与WBCTP具有良好的一致性。

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