动脉自旋标记灌注成像技术在神经系统中的应用进展

李娅铭，姜兴岳（通讯作者）

( 滨州医学院附属医院放射科 山东 滨州 256600）

1 ASL 基本原理

ASL是通过180°翻转脉冲标记颈内动脉血液中的质子，让颈内动脉血液中的质子磁化矢量翻转到180°，经过一定延迟时间，标记质子进入信号采集区域，通过信号采集得到标记像（Label像）。继续对血液中的质子发射第二次180°脉冲，经过一定延迟时间得到控制像（Control 像），用控制像减去标记像即得到脑灌注图像。vsASL，即基于流速ASL，利用射频脉冲结合流动敏感性梯度将超过一定速度（cutoff velocity,Vc）的动脉血进行标记，这样得到的ASL 信号仅是标记时超过Vc 而到达成像区域低于Vc 的血液，因此有效避免了血流缓慢、血流时间过长而导致的信号丢失[1]。

2 ASL 的衍生技术

ASL 的衍生技术包括供血区ASL（territory ASL,TASL）、3D-ASL、4D-ASL、多延迟ASL（multi-PLD ASL,mPASL）。TASL 是在ASL 的基础上分别选择单支或多支动脉进行标记，进而得到该动脉供血区域的灌注图像，还可以测量感兴趣脑区的CBF 等。有研究显示[2]，使用T A SL 技术评估慢性脑血管疾病患者的侧支循环代偿程度与DSA 具有良好的一致性。mPASL 通过设置多个PLD 时间进行多次信号采集，生成不同PLD 时间的灌注图像，再利用特定模型定量A T T，计算特定血管区域的最佳PLD 时间。对于正常人脑灌注最佳标记后延迟时间，研究显示[3]青少年最佳PLD 为1525ms，中年、老年最佳PLD 为3025ms。mPASL 也与MRA 联合应用于判断TIA后脑梗死的价值研究[4]等。

3 ASL 相关参数

研究显示，标记后延迟（post-labeling delay,PLD）时间应尽量与动脉通过时间（arterial transit time,ATT）保持一致。当ATT ＞PLD 时，被标记的血液还未到达成像区域就进行信号采集，所得的CBF 将低估真实灌注量。然而当PLD 过长时，标记血液的质子信号会发生明显衰减，所得的CBF 也将低估真实灌注量[3]。当局部血流速度缓慢，即ATT ＞PLD，在ASL图像上会出现血管内高信号，即动脉内穿行伪影（ATA），研究显示[1]当梗死核心区周围出现ATA 时，提示侧支循环建立良好。因此3D-ASL 与MRA 联合可以诊断DWI 结果阴性的短暂性脑缺血发作（TIA）。3D-ASL 对表现为孤立性眩晕的后循环缺血也有一定价值[5]。

研究认为[6]，延迟血管内标记反映在ASL 信号的空间方差中，因此ASL 信号的空间变异系数（Spatial coefficient of variation，SCOV）可以作为ATT 的代理参数。研究发现[6]，SCOV 联合CBF 可扩大ASL 作为颈动脉闭塞性疾病的脑血管标志的临床效用。同时使用SCoV 也可能有助于评估代偿侧支血管的程度，较高的SCOV 可能表明有更好的侧支血管形成，可以纳入颅内外血管狭窄的筛查。

4 ASL 临床应用

4.1 新生儿、儿童中枢神经系统疾病

ASL 的不注射造影剂、安全性高的特点，在新生儿及儿童的脑灌注成像应用中具有独特的优势。3D-ASL 可定量足月健康新生儿脑血流动力学，发现基底节区和放射冠区的CBF 随着新生儿日均年龄的增加而增加，新生儿的基底节、脑干、丘脑和放射冠的CBF 值高于额叶和顶叶白质的CBF 值[7]。烟雾病（Moyamoya disease，MMD）是一种以双侧颈内动脉末端及大脑前、中动脉起始部进行性狭窄或闭塞为特征的脑血管疾病。jiaxi Li等[8]将ASL 和认知功能研究结合在一起对儿童MMD 患者进行研究，显示MMD 导致CBF 降低可能是儿童认知功能低下的潜在原因。另一研究[9]通过使用mPASL 测得自闭症（autism speCTrum disorder，ASD）儿童患者的CBF下降。

4.2 缺血性脑病

目前对于急性缺血性脑病，一般选用DSC 或CT灌注技术。DSC 需要注射造影剂，有电离辐射风险，而近来新兴的3D-ASL 技术无造影剂和电离辐射，同时可反映缺血性脑病的血流灌注状态，有利于指导和预测预后。研究表明[10]，在缺血性脑病中，3D-ASL 诊断敏感性、特异性均高于MRA。3D-ASL 能够清楚地显示急性脑卒中（CIS）局部脑组织梗死病灶的血流动力学改变，结合CBF 更能客观的反映脑组织缺血梗死的情况[11]。ASL 与DWI 在大面积脑梗诊断上具有一致性[12]，DWI 显示的高信号区为梗塞核心区域，而ASL 能够检测梗塞核心及周边范围的血流动力学改变。3D-ASL 所显示的CBF 降低的区域比DWI 范围大，说明有缺血半暗带的存在，半暗带面积较大者溶栓治疗后的出血率及再发率均明显增高[13]。在缺氧脑损伤患者中[13]，ASL 显示CBF 整体的增加，与DWI 之间存在正相关关系。HR MRI 联合pCASL 可以对烟雾病（MMD）与颅内动脉粥样硬化性狭窄（IAS）进行鉴别[14]。HR MRI 联合ASL 也可以对缺血性脑血管疾病患者头颈部动脉斑块的性质和缺血区动脉灌流状态进行评价。研究显示斑块稳定性与脑组织血流灌注情况密切相关，提示动脉斑块的稳定性可能对改善脑血流灌注情况起积极作用[15]。另一研究[16]发现高血压患者有较高的逆行性脑静脉血流量，并伴有局部低灌注和低组织体积，其可以对相应低灌注的血管进行评估，提高因血管狭窄造成的供血不足的原因检出，提高了检查的敏感性和特异性。[17]

4.3 神经退行性疾病

神经退行性疾病是指神经元和（或）其髓鞘丧失，逐渐出现功能障碍。利用长反转时间的3D TGSE PASL对评价正常人与阿尔茨海默病（AD）患者中枢神经系统灌注清除率具有一定的潜力。研究发现[18]AD 患者的信号清除率明显减少。轻度认知障碍（MCI）被认为是AD 的起始阶段。对MCI 患者的准确诊断和及时干预可降低AD的转归率。采用PASL 技术，观察到MCI 患者右侧颞中回、右颞极均出现低灌注现象，而左颞中回、双侧楔前叶等均出现高灌注，这可能是维持高级神经活动的代偿活动所致。

4.4 脑肿瘤

脑肿瘤通常是异质性病变，瘤内可能包括出血和钙化。患者术后经常出现出血残余物如含铁血黄素。含铁血黄素和钙含量干扰磁场的均匀性，引起敏感性伪影降低灌注敏感性。研究表明[19]，与DSC 灌注成像相比，ASL 更不容易受到敏感性伪影的影响。mPASL 相比于DSC在诊断颅内肿瘤可靠性及的敏感性更高。因此，我们认为mpASL 可以代替DSC 用于原发性颅内肿瘤的诊断和随访。然而，对于胶质瘤分级和生存预测中的价值，DCEMRI 的表现优于3D-ASL 或IVIM-DWI。桥小脑角区（CPA）血管母细胞瘤的影像学表现与前庭神经鞘瘤和脑膜瘤相似，同时发现pCASL 的高CBF 为CPA 肿瘤的鉴别诊断提供了更多有用的信息。

4.5 脑白质病变

脑白质是中枢神经系统的重要组成部分，脑白质中的中枢神经细胞的髓鞘损害会引起脑白质病变，在MRI的T2WI 或FLAIR 图像表现为异常高信号。这种异常高信号大多被认为是由于慢性缺血，包括微血管病变引起的慢性缺血性脑损害。脑缺血程度所致的白质损害可能导致血脑屏障系统的损伤，最终导致白质脱髓鞘和血管源性水肿。研究发现，基于弥散加权动脉自旋（DW-ASL）的磁共振成像新方法可以定量血脑屏障的水交换速率（Kw），从而对血脑屏障功能进行间接评价。

5 小结

综上所述，动脉自旋标记（ASL）具有重复性好、成本低、无创性、无需外源对比剂等优点。随着ASL技术的不断进步，其衍生技术在科研和临床的应用也显示出广泛的前景，例如T ASL 技术可以对一定的血管进行标记从而得到感兴趣区域的灌注图像，这为脑血管甚至其他脏器的灌注评价提供了新的思路和方法。但是ASL本身尚有一些不足，例如易受运动伪影和磁敏感性伪影的影响；易受不同PLD 对CBF 测定结果的影响等。随着高场强M R 设备出现，ASL 作为一种新的功能标记技术会在一些疾病中逐渐代替侵入性检查，发挥更重要的作用。