3D-ASL在急性脑梗死模型评估中的研究进展

黄海涛，林　敏，钱　琦

3D-ASL在急性脑梗死模型评估中的研究进展

黄海涛，林敏，钱琦

浙江中医药大学附属第三医院(杭州 310000)

摘要：急性脑梗死又称急性缺血性脑卒中，是指因各种因素引起脑内动脉狭窄、闭塞，进而造成脑血液循环障碍，导致局部脑组织因缺血、缺氧而发生软化坏死，临床上表现为一次性或永久性脑功能障碍的症状和体征的急性脑血管性疾病，具有高发病率、高死亡率、高致残率、高复发率及经济负担重的特点，是我国成年人致残的首位原因；针对脑梗死机制方面的研究需要有科学的研究手段、完善的检测方法以及能反映脑梗死机制的动物研究模型。动脉自旋标记灌注成像(ASL)能够很好地显示大脑血流灌注改变异常，实现对脑灌注的定量分析，相对于其他灌注成像手段，ASL有无创、直接、量化、可重复等优势，可作为一项客观的评价指标用于对实验动物的持续观察，研究脑梗死的演变发展，在急性脑梗死模型评估及脑梗死机制研究中具有十分重要的作用。

关键词：急性脑梗死；动脉自旋标记；脑灌注

为了深入探索缺血性脑梗死的演变过程和临床疗效及其预后的评估，既往的研究多通过制作最接近人类脑梗死的理想动物模型，采用多种方法进行判定，如氯化三苯基四氮唑(triphenyltetrazolium chloride，TTC)染色、行为学量表评分以及影像学检查评定等，但是TTC法和量表评分法均有其不足之处，影响结果可靠性。磁共振灌注成像(MRI-PWI)可反映组织的微血管分布及血流灌注情况，提供血流动力学方面的信息，MRI-PWI主要分为动脉自旋标记灌注成像(arterial spin labeling，ASL)和动态磁敏感对比增强成像，其中ASL是将反转脉冲标记的动脉血质子作为内源性示踪剂，不需要注射造影剂的无创的MRI灌注新技术，对活体动物在无创下观察缺血性病变及动物实验模型评估中具有其他方法无法比拟的直观性和可靠性，较常规MRI更加敏感，可以更早发现急性脑梗死的异常改变。且其可重复、简单、无创性有利于建立理想的实验模型，并为研究预后、检测和评估治疗的疗效提供前提。

1急性期脑缺血的实验研究

目前评价脑缺血的影像学检查手段主要有：应用血管造影术观察大血管病变，应用核医学观察毛细血管的病变，应用功能磁共振灌注成像(fMRI-PWI)快速、准确、无创的评价脑缺血的血流动力学改变，并提供血管再通灌注信息，指导下一步治疗。目前已有许多研究在临床上及实验中证实PWI-ASL可用于急性脑缺血的诊断。Baskerville等[1]通过99mTcHMPAO CBF放射自显影术评估ASL-CBF在大鼠急性脑梗死模型中的可行性，发现ASL与好的相关性。证实ASL可用来显示动物脑缺血后血流的低灌注情况。Shen等[2]结合ASL、弥散成像(DWI)及BOLD成像对暂时性及永久性急性脑缺血大鼠模型进行比较观察，认为三种方法均可以提供有效的病变信息，结合应用可以观察脑组织可恢复性、血管关联及功能完整性，而CBF定量有十分重要的研究意义。这表明在动物实验中ASL可以反映局部脑组织灌注情况，并在早期发现病灶脑组织区域血流动力学异常，为脑缺血的诊断、治疗及预后实验研究提供重要参考信息。Lythgoe等[3]在部分栓塞动脉后也有类似的ASL测量脑血流量(ASL-CBF)发现。

多个实验已经证实ASL在潜伏期脑梗死动物模型评估中是十分有效的，同时临床上多认同PWI-CASL和DWI可以迅速地发现急性脑梗死病人的病灶，并且急性期PWI下病灶体积大于DWI下体积即为不匹配区，即缺血半暗带，缺血半暗带是急性脑梗死紧急治疗的首要目标。为进一步研究理解缺血半暗带，Meng等[4-5]观察永久性和60 min暂时性大鼠急性脑梗死模型的缺血半暗带发展演变，在模型制备后定点DWI和ASL扫描并计算病灶体积，同时结合PTT染色验证，发现ASL-CBF改变与DWI异常及PTT染色表现有相关性，表明CASL在急性脑缺血发作中提供了一个快速无创的多层面成像方法，描述了低灌注情况和缺血半暗带。对动物模型缺血半暗带的评估，可以指导溶栓治疗及评估风险和疗效，有利于加深对治疗手段的研究。

2急性脑缺血动态观察的实验研究

研究急性脑梗死后病变随时间变化的演变规律对指导针对性治疗方案具有重要意义，ASL灌注成像无需注射对比剂，操作简单，经济安全，在急性脑梗死临床疗效评估及动物实验模型研究中能够提供直观的、系统的、可重复的观察指标，为长期的、客观的观察病变提供保证。王建伟[6]通过研究ASL灌注成像动态观察和分析犬急性脑梗死模型后，发现ASL可早期有效发现灌注异常及缺血半暗带(结合DWI)，并且ASL与动态磁敏感对比成像(DSC)两种磁共振灌注方法评估结果具有一致性。Bardutzky等[7]在实验研究中探讨再灌注对预后的影像，通过ASL观察不同再灌注时间在不同短暂脑缺血大鼠预后中的影响以及病灶中心ADC-CBF的动态改变和不匹配区的变化，研究结果表明85%缺血半暗带的恢复与缺血时间无关，而与持续增高的CBF有关。ASL对脑梗死的发展演变观察作用也可用于评估制备实验动物模型方法。Henninger等[8]利用DWI、ASL对比血栓栓塞模型(eMCAO)与线栓栓塞模型(sMCAO)的脑梗死发展演变，发现eMCAO组的CBF病灶体积持续明显大于sMCAO组，DWI-CBF不匹配区在eMCAO组中面积更大，认为两种方法具有明显差异，这在另一方面也说明了ASL在动物实验中的重要性，可考虑作为传统对比剂灌注成像技术的重要补充，甚至在长期研究中替代对比剂增强作为一项灌注指标。

3对急性脑缺血预后评价及影响因素的探索

治疗方法上新的尝试需要经过动物实验检验有效性及安全性，实验动物是新构思想法的实践证明载体。关于急性脑缺血梗死的治疗中，常压氧(NBO)是治疗急性脑梗的可靠的、简便的无创方法，可以持续治疗并且维持缺血半暗带的体积不增大，为进一步治疗创造机会。重组组织型纤维蛋白酶原激活剂(recombinant tissue plasminogen activator，tPA)已经证实是溶栓的有效的手段，但是两者的结合是否安全有效尚未明确。Henninger等[9]应用DWI、ASL持续观察脑缺血病灶大小，评估100% NBO和tPA联合治疗大鼠大脑中动脉栓塞模型的效果及安全性，实验中显示早期的NBO治疗结合延迟的tPA治疗可能是治疗急性脑梗的安全、可靠的方法。

此外，作为脑卒中高危因素的高血压，一直是研究脑卒中发病诸多因素中的热点。Henning等[10]通过ASL和DWI观察自发性脑梗死大鼠的病程发展及脑血流灌注的影响，探索高血压脑卒中大鼠模型的发病与高血压的关系，认为高血压引起的血管重建和持续低灌注增加患病的几率。这在探索高血压病因的研究中有重要作用，ASL的可重复无创特点能够满足对这个长期病变的观察，研究慢性高血压和继发脑卒中的关系并指导一级及二级预防。

缺血预适应(ischemic preconditioning，IPC)可以诱导脑组织在梗死发生时起保护作用，Hoyte等[11]应用ASL研究相对脑血流量(rCBF)在其中的影响，表明ASL可用于急性脑缺血的预后的实验研究。

4问题与展望

既往的相关研究已经尝试应用动脉自旋标记技术评估急性脑梗死模型，但是由于检查技术以及分析手段的局限，有关ASL的定量CBF值作为同种动物急性脑缺血模型评估的量化标准的动物实验研究报道很少，主要集中于研究与症状相关的局部CBF改变，而忽略了实验中缺血程度的差异对结果的影响，不利于研究成果间的比较分析。因此，探索定量CBF在动物模型制备中的应用显得尤为必要；在既往对动物模型缺血半暗带的评估中，ASL结合DWI为研究缺血半暗带提供便利、快速的观察方法，然而，ASL-DWI有其局限性，主要表现在不能够准确反映缺血半暗带的大小，其原因主要是PWI-ASL与DWI的成像原理不同(PWI基于血流灌注，DWI基于病理状态)，ASL受T1弛豫时间和/或血脑屏障的影响，在脑缺血状态下所得的CBF值会系统的增高[12-13]，进而影响测定结果，因此，在今后的实验研究中需要注意上述因素的影响，并进一步探索ASL技术在病理状态下的结果的准确性。此外，发现部分采用ASL技术对大鼠急性脑缺血模型的研究结论并不统一，这可能与大鼠的脑体积过小、ASL空间分辨率和信噪比相对较低、对脑白质灌注定量的限制[14]、治疗后脑灌注的急剧改变等诸多因素，导致应用ASL检查大鼠CBF改变时可能出现类似多个组织灌注信号的表现有关，从而不能充分保证研究结果的准确性。

以上种种迹象，提示需要制作理想的动物实验模型，并通过更多的研究来探索ASL作为一项检查评价技术、CBF作为一项评价指标在急性脑缺血实验研究中的重要价值，帮助研究者及临床医生更直接、更客观地分析脑梗死的各种影响因素，判断各个因素在病情演变中的地位，进一步发挥其在脑梗死机制研究和临床疗效评估中的作用。

随着MR技术的不断发展和完善，ASL作为一项检查评价技术，以其无创、直接、量化、可重复的优势，尤其是通过与DWI、活动量表评分、组织病理学等联合应用，可以在一定程度上替代其他方法，在脑缺血动物模型的制备及评估、脑缺血性梗死机制研究及疗效评定中发挥越来越重要的作用。

参考文献：

[1]Baskerville TA，McCabe C，Weir CJ，et al.Noninvasive MRI measurement of CBF evaluating an arterial spin labelling sequence with 99m TcHMPAO CBF autoradiography in a rat stroke model[J].Journal of Cerebral Blood Flow & Metabolism，2012，32：973-977.

[2]Shen Q，Ren H，Cheng H，et al.Functional，perfusion and diffusion MRI of acute focal ischemic brain injury[J].J Cereb Blood Flow Metab，2005，25(10)：1265-1279.

[3]Lythgoe MF，Thomas DL，Calamante F，et al.Acute changes in MRI diffusion，perfusion，T(1)，and T(2) in a rat model of oligemia produced by partial occlusion of the middle cerebral artery[J].Magn Reson Med， 2000，44(5)：706-712.

[4]Meng X，Fisher M，Shen Q，et al.Characterizing the diffusion/perfusion mismatch in experimental focal cerebral ischemia[J].Ann Neurol，2004，55：207-212.

[5]Wang YJ，Yao QL，Fang F，et al.A study of ischemic penumbra by perfusion and diffusion-weighted imaging at high-field MRI (7.0 T)[J].National Medical Journal of China，2010，90(25)：1773-1777.

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[9]Henninger N，Bratane BT，Bastan B，et al.Normobaric hyperoxia and delayed tPA treatment in a rat embolic stroke model[J].J Cereb Blood Flow Metab，2009，29：119-129.

[10]Henning EC，Warach S，Spatz M.Hypertension-induced vascular remodeling contributes to reduced cerebral perfusion and the development of spontaneous stroke in aged SHRSP rats[J].J Cereb Blood Flow Metab， 2010，30(4)：827-836.

[11]Hoyte LC，Papadakis M，Barber PA，et al.Improved regional cerebral blood flow is important for the protection seen in a mouse model of late phase ischemic preconditioning[J].Brain Res，2006，1121(1)：231-237.

[12]Ewing JR，Cao Y，Knight RA，et al.Arterial spin labeling validity testing and comparison studies[J].J Magn Reson Imaging，2005，22(6)：737-740.

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[14]苏宇征，孙斌，薛蕴菁，等.脉冲动脉自旋标记技术测量正常脑白质血流量的局限性[J].中华放射学杂志，2010，44(9)：980-984.

(本文编辑郭怀印)

通讯作者：林敏，E-mail:lmdy1027@163.com

中图分类号：R743R255.2

文献标识码：A

doi：10．3969/j．issn．1672-1349．2016．02．013

文章编号：1672-1349(2016)02-0150-03

(收稿日期：2015-06-19)