三维伪连续式动脉自旋标记技术评估大脑中动脉狭窄后侧支循环的初步研究

田 冲，明 星，刘远成，曾宪春，王 涛，李武超，王荣品

（贵州省人民医院医学影像科 贵州省智能医学影像分析与精准诊断重点实验室 精准影像诊疗示范型国际科技合作基地，贵州 贵阳 550002）

脑血管狭窄是导致缺血性脑卒中最常见的原因［1］，脑血流量（brain cerebral blood flow，CBF）是评价脑组织血流灌注状态最常用且最敏感的参数。脑血管狭窄患者常有不同程度侧支循环建立，这在保证脑血流动力学平衡中起着重要作用［2-3］。因此，早期快速评估脑动脉狭窄后是否建立良好侧支循环代偿，可为临床医师评估病情及预后或干预治疗提供可靠依据。DSA 是目前评估侧支循环的金标准，但因其为有创性检查、有辐射损伤及费用高等原因，临床推广应用受限。本文拟通过无创性三维伪连续式动脉自旋标记（3D pseudo-continuous arterial spin labeling，3D-pcASL）双后标记延迟（postlabeling delay，PLD）时间技术定量评估单侧大脑中动脉狭窄后CBF 变化及侧支血流量，以探讨该技术的临床应用价值。

1 资料与方法

1.1 一般资料 收集2019 年1 月至2020 年2 月经CTA 或MRA 检查提示一侧大脑中动脉狭窄患者（狭窄程度≥50%）46 例，其中有症状31 例，男18 例，女13 例；年龄40～80 岁，平均（58.2±6.7）岁；主要表现为头痛、头晕、肢体乏力，发病时间1 d～1 个月。无症状15 例，男9 例，女6 例；年龄36～72 岁，平均（53.0±7.2）岁。8 例治疗后14～30 d 内复查。纳入标准：①CTA 或MRA 提示单侧大脑中动脉狭窄（狭窄程度≥50%）；②DWI 示颅内无急性大面积脑梗死、出血或软化灶；③年龄>30 岁。排除标准：①大面积脑梗死；②伴风湿性心脏病、房颤、下肢静脉血栓等血栓性卒中风险因素的基础疾病；③MRI 检查禁忌证。

1.2 仪器与方法 采用GE Discovery 750 W 3.0 T超导MRI 扫描仪，24 通道头颈联合线圈，行常规T1WI、T2WI、FLAIR、DWI 及ASL 检查。T1WI 参数：TR/TE 1 551 ms/32 ms，矩阵288×288，视野24 cm×24 cm，激励次数1.5，层厚、层距分别为6、2 mm，层数17 层，时间1 min 4 s。T2WI 参数：TR/TE 4 139 ms/113 ms，矩阵416×416，视野24 cm×24 cm，激励次数1.5，层厚和层距分别为6、2 mm，层数17，扫描时间49 s。FLAIR 参数：TR/TE 8 000 ms/120 ms，矩阵256×256，视野24 cm×24 cm，激励次数1，层厚、层距分别为6、2 mm，层数17，扫描时间1 min 44 s。DWI 参数：b 值为0 和1 000 s/mm2，TR/TE 4 880 ms/78 ms，矩阵128×128，视野24 cm×24 cm，激励次数1，层厚、层距分别为6、2 mm，扫描时间39 s。ASL 参数：采用3D-pcASL 方式、快速自旋回波序列信号读取，扫描参数：8 个螺旋、512 个采样点，TR 4 640 ms（PLD 1.5 s）/5 335 ms（PLD 2.5 s），TE 10.7 ms，带宽62.5 kHz，视野24 cm×24 cm，激励次数3，层厚4 mm、无间隔，层数36，扫描时间4 min 29 s（PLD 1.5 s）/5 min 10 s（PLD 2.5 s）。

1.3 图像分析 使用GE AW 4.5 工作站Function-Tool 软件中自带3D pCASL 后处理软件，选择阈值后分别生成PLD=1.5 s 及PLD=2.5 s CBF 图及伪彩图；通过工作站减法工具用PLD 2.5 s CBF 图减去PLD 1.5 s CBF 图获取减影图像。由2 名高年资神经放射科主治医师对图像进行判读，手动勾画患侧伪彩图中灌注减低最显著层面作为ROI，并复制相应ROI 至健侧镜面对照脑区，以获得2 个ROI 的CBF值，取两者测量值的平均值，比较血管狭窄侧与镜面对照脑区CBF 值差异；同时勾画灌注减影图中升高区域面积，分析有症状组与无症状组减影图差异。

1.4 统计学处理 采用SPSS 19.0 软件进行数据分析。计量资料以表示。采用配对t 检验比较两侧脑区CBF 差异。对有症状组与无症状组减影图中升高区域面积行配对t 检验。以P＜0.05 为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 脑血管狭窄情况 所有患者单侧大脑中动脉狭窄程度均≥50%（图1a），其中有症状组血管狭窄程度及长度多重于无症状组。有症状组31 例中，19 例DWI 高b 值图像见小灶性高信号，代表腔隙性脑梗死；无症状组DWI 高b 值图像均未见明显高信号（图1b）。

2.2 不同PLD 所得CBF 值 2 组两侧脑区PLD 1.5 s及2.5 s 的3D-pcASL 检查的CBF 值见表1，2。PLD=1.5 s 时，2 组血管狭窄侧脑区的CBF 值均显著低于健侧相应脑区（均P＜0.01）。当PLD=2.5 s时，血管狭窄侧脑区CBF 值较PLD=1.5 s 时升高（19.84±2.73）mL/（100 g·min），差异有统计学意义（P＜0.01）；健侧相应脑区CBF 值升高辐度不显著（P>0.05）；2 组血管狭窄侧脑区的CBF 值均显著低于健侧相应脑区（均P＜0.01）。血管狭窄侧脑区与健侧相应脑区在CBF 灌注伪彩图有可视化差异（图1c、1d）。

表1 有症状组（31 例)3D-pcASL 血管狭窄侧脑区与对侧脑区CBF 的比较结果［mL/（100 g·min），］

表1 有症状组（31 例)3D-pcASL 血管狭窄侧脑区与对侧脑区CBF 的比较结果［mL/（100 g·min），］

注：3D-pcASL，三维伪连续式动脉自旋标记；CBF，脑血流量；PLD，标记后延迟。

表2 无症状组（15 例)3D-pcASL 血管狭窄侧脑区与对照侧脑区的CBF 比较结果［mL/（100 g·min），］

表2 无症状组（15 例)3D-pcASL 血管狭窄侧脑区与对照侧脑区的CBF 比较结果［mL/（100 g·min），］

2.3 侧支血流量的估算 有症状组2 个PLD 减影图残影面积为（43.42±7.98）mm2（图1e），无症状组为（57.97±9.88）mm2，两者差异有统计学意义（t=12.83，P>0.05）。

2.4 治疗后随访 8 例在改善脑循环治疗后1 个月内进行复查，治疗后2 个PLD 所得血管狭窄侧脑区的CBF 值均较治疗前明显升高，2 个PLD 减影图残影面积亦较治疗前增加（图1f～1h）。

图1 女，62 岁，反复左侧肢体乏力6 个月 图1a CTA 示右侧大脑中动脉M1 段重度狭窄 图1b DWI 未见明显高信号 图1c～1e 首次动脉自旋标记（ASL）检查 图1c 双后标记延迟（PLD）1.5 s 时，右侧大脑中动脉供血区域灌注明显降低 图1d PLD 2.5 s 时，对应区域脑血流量（CBF）升高 图1e 减影图残影面积为44.27 mm2 图1f～1h 临床内科药物治疗1 个月后复查 图1f PLD 1.5 s 时，右侧大脑中动脉供血区域灌注降低，但较第1 次升高 图1g PLD 2.5 s 时，对应区域CBF 升高 图1h 减影图残影面积为56.46 mm2，明显高于第1 次，间接提示药物治疗有效，侧支循环建立良好

3 讨论

侧支循环的评价对缺血性脑血管病的治疗及预后判断具有重要意义。3D-ASL 因其无创、简便等优势，近年来已成为脑血管疾病的应用研究热点。DANNY 等［4］采用多参数ASL（4 个PLD）与DSC-PWI对比，证明多参数ASL 灌注成像在急性脑卒中应用中的可行性。LOU 等［5］采用2 个PLD 3D-pcASL 技术证实该方法可用于量化评估单侧大脑中动脉狭窄患者的顺应性和侧支血流，为评估颅内动脉粥样硬化性狭窄的侧支循环形成提供了经验性方法。

脑动脉粥样硬化是导致脑血管狭窄的主要原因，且常呈慢性改变，临床上以脑组织慢性缺血或腔隙性梗死为主要症状，多以药物保守治疗为主。因此，有效监测脑动脉粥样硬化性狭窄脑组织缺血情况，以及侧支循环形成和代偿能力，对治疗及预后评估具有重要意义［6-7］。本研究采用2 个PLD 3D-pcASL 技术，发现PLD 1.5 s 能敏感检出血管狭窄侧缺血脑组织及其范围，PLD 2.5 s 能间接反映侧支循环建立情况，2 个PLD 灌注减影图残影面积能反映侧支循环代偿能力，且可进行定量分析。与无症状组比较，有症状组2 个PLD 减影图残影面积明显低于无症状组，提示无症状组总体侧支循环代偿能力高于有症状组，反映了脑侧支循环形成机制，也可解释ASL 成像原理。

侧支循环建立是维持供血动脉狭窄或闭塞后供血脑区神经功能正常活动的基础［8］。颅内动脉侧支循环主要有3 条通路：一级循环通路由Willis 环组成，二级循环通路由颅内外动脉吻合支及软脑膜侧支组成，三级循环通路为新生血管［9］。大脑中动脉位于Willis 环之外，发生狭窄或闭塞后通常经过二、三级侧支循环代偿，与正常侧血管相比，同一时间供应脑区的CBF 狭窄侧血管低于正常侧，呈低灌注改变。侧支血管越丰富，则侧支循环越好。DSA 虽能显示侧支血管情况，但无法定量其血流量。ASL 是一种MRI灌注成像技术，是以血管内水分子作为天然示踪剂，可在组织水平上对全脑灌注进行可视化观察并定量测量血流量，无需外源性对比剂，与血-脑脊液屏障是否完整无关。PLD 指的是从标记脉冲结束到ROI图像采集开始等待的时间，是ASL 成像的重要参数［10］。PLD 的选择对ASL 灌注结果有重要影响和临床意义，不同PLD 反映不同血流灌注信息［11］。较短PLD 时间（如1.5 s）反映的是前向性供血的灌注行为，如灌注责任血管（供血动脉）的粗细、路径长短等信息［12］。二、三级侧支循环通常血管管径细小、通路较长，因此在短PLD（1.5 s）时能敏感且精确检出血流灌注降低脑区及其范围，可反映供血动脉狭窄的灌注信息；延长PLD 时间，侧支循环建立良好的患者通常能达到正常灌注水平，因此长PLD 时间（2.5 s）更能反映灌注的真实结果，间接反映侧支血流情况，与LOU 等［5］研究结果相似。本研究中与无症状组相比较，有症状组血管狭窄侧2 个PLD 的CBF 值均明显降低，尤以短PLD 降低为著，且有症状组2 个PLD减影图残影面积明显减小，反映了无症状组侧支血流量明显优于有症状组。因此，2 个PLD 减影图残影面积反映了侧支血流量，可用于评价侧支血流量和评估患者预后。

本研究不足之处：①通过2 个PLD 所示缺血最大层面减影图残影面积计算侧支血流量，理论上侧支血流量的定量应为容积，需将各层面残影面积与层厚的乘积累加才能获得，故残影面积仅能反映相对侧支血流量的大小和代偿能力，而无法真实反映侧支血流量。②手动选取ROI 定量测量CBF 值，在CBF 伪彩图视觉差异不显著时，可能存在一定主观偏倚。③样本量较小。通过对多中心大样本数据的收集、多因素的总结及更精细的计算和分析方法，有望弥补上述不足。

总之，ASL 作为一种无创性MRI 检查技术，能在生理状态下真实反映脑血管狭窄后脑组织缺血情况，以及侧支循环形成和代偿能力，可用于脑血管狭窄患者动态随访和治疗后疗效监测，同时为临床治疗方案选择提供可靠依据。