动脉自旋标记MRI技术在脑底异常血管网病中的应用与发展

沈栩轩综述 韩 聪审校

脑底异常血管网病，又称烟雾病（moyamoya disease，MMD），是一种原因不明的慢性进展性脑血管疾病，以双侧颈内动脉末端和/或大脑前、中动脉起始部动脉内膜缓慢增厚，动脉管腔逐渐狭窄以至闭塞，脑基底部大量异常血管网代偿性形成为主要特点[1]。MMD 的临床表现多种多样，根据首发症状可分为梗死型、短暂性脑缺血发作（transient ischemic attack，TIA）型、出血型、癫痫型、频发TIA型、头痛型和无症状型[2]。颅内动脉进行性狭窄导致的脑缺血症状（TIA、脑梗死）和伴随出现的异常扩张血管引起的脑出血症状是MMD 最主要的临床表现。如何准确预测MMD的卒中风险，是判断预后和评估手术指征的重要依据。近年来，随着影像学技术，特别是脑灌注成像技术的进展，各种血流动力学评估技术已成为评估MMD严重程度、预测卒中风险和判断预后的重要手段。近年来，动脉自旋标记（arterial spin labeling，ASL）技术受到越来越多的关注。ASL技术是一种利用动脉血液中的水分子作为内源性对比剂实现脑血流成像的功能磁共振技术，是一种非侵入性灌注成像方法，具有无创、可视化、量化和可重复性强等特点，可以高灵敏度地显示脑组织的血流灌注变化，如新的小范围缺血[3]。本文对ASL-MRI的常用技术及其在MMD的应用进行综述。

1 ASL定义及成像原理

1992 年，Williams 等[4]首次提出ASL 的概念，就是利用血液中的水分子作为内源性示踪剂进行成像。从施加脉冲到采集图像的时间称为标记后延迟时间（post labelindelay，PLD），也就是从动脉血被标记到进入目标区域的时间间隔。在被标记的水分子进入感兴趣区前后进行两次图像收集，通过计算标记和未标记的对照图之间的磁化差异，即可得到脑实质目标区域的血管灌注结果[5]。ASL 技术不需要注射任何造影剂，且无辐射暴露。ASL 按照常用的标记方式分类，包括脉冲式ASL（pulsed ASL，PASL）、连续式ASL（continous ASL，CASL）及其衍生出的伪连续动脉自旋标记技术（pseudo-CASL，pCASL）。

2 ASL-MRI在MMD中的临床应用

2.1 常规ASL-MRI与传统血流灌注评估方法的一致性比较 不同性别和不同年龄的健康人脑血流速度和血流量存在显著差异。儿童血流速度及血流量在3～8岁达高峰，然后逐渐下降；青年男性脑血流速度常显著低于青年女性；绝经后女性脑血流速度与同年龄段男性无明显差异[6]。由于PLD无法准确预估，因此，ASL 采集过程中，PLD 多经验性设定为2 025 ms[7]。Niibo等[8]报道，与动态磁敏感对比核磁共振灌注成像（dynamic susceptibility contrast-enhanced perfusion weighted imaging，DSC-PWI）相比，ASL-MRI检测急性缺血性脑卒中的灌注异常更为敏感。Goetti 等[9]研究表明，对于儿童MMD 的评估，ASLMRI与PET也具有较好的一致性。但单个PLD的单延迟ASL 技术在实际应用中暴露出一定的问题，主要是MMD病人大动脉闭塞和动脉间侧支循环开放，血流通过速度减缓、血流到达时间延迟，部分被标记的血液仍残留在血管内导致在病变区域观察到蔓状匍匐的条状高信号，这种现象称为动脉传递伪影（arterial transit artifact，ATA），延长PLD 时间可以减少ATA。动脉通过时间（arterial transit time，ATT）的延长导致局部血流信号及组织灌注在一定程度上被低估，单延迟ASL 的分析结果往往高估了缺血症状。这可能与病变区域血流缓慢，在采集时间内标记血流未进入脑组织造成信号丢失相关[10]。

尽管ATA 是单个PLD 所造成的采集信号延迟显影现象，但这个现象目前被认为是评估侧支循环的开放程度的一个标志。对MMD 同时行DSA 和ASL-MRI的对比试验（PLD=2.0 s），分别观察侧支循环的开放情况和ATA，结果显示，以DSA为评价侧支循环的金标准，ATA 的敏感度及特异度分别为0.83和0.82[11]。

2.2 多延迟ASL-MRI 技术与MMD 的血流灌注状态评估 为解决ATT 的延长导致局部组织灌注被低估的问题，多延迟ASL 技术应运而生。多延迟ASL 技术是指在标记后采用多个PLD进行分析某一灌注区域一系列动态数据，称为多参数多相位动脉自旋标记技术，简称多延迟ASL技术。Wang等[12]研究表明，多延迟ASL-MRI 不仅能够测量脑血流量（cerebral blood flow，CBF），还可以通过分析得到动脉通过时间图，较单延迟ASL 更好地反映脑血流动力学的状态。Fan 等[10]对MMD 的研究发现，与单延迟ASL 相比，多延迟ASL得到的CBF值与PET更为接近，可避免脑血管病病人ATT 改变造成的误差，从而获得更为准确全面的灌注信息。Wang等[13]对17例MMD行ASL-MRI 与CT 灌注成像检查，结果表明，通过对灰质和白质的体素分析以及基于感兴趣区的归一化灌注处理，ASL 和CT 灌注成像存在显著相关性；与单次PLD（PLD=2 000 ms）采集的CBF 相比，使用多延迟ASL 的CBF 和CT 灌注成像的相关性更显著。由于多延迟ASL与PET有较好的一致性，且无创、无需使用对比剂、可重复高，多延迟ASL可以作为脑血流疾病的筛查方式及随访的有效方法。

2.3 ASL-MRI 技术用于评价MMD 术后重建效果及预后 直接血管重建术是目前成人MMD最主要的治疗方式之一，虽然能够即刻改变颅内血供，但短期内剧烈的血流动力学变化引起高灌注现象是主要并发症之一[2]；同时，短期内缺血区域血供改变情况，也是评价直接血管重建术吻合口通畅情况的重要依据。Lee等[14]应用ASL-MRI技术评价145例MMD直接血管重建术后CBF、侧支血流的变化和吻合口的通畅性，结果显示，与金标准DSA相比，ASL-MRI 可用于识别血管重建术后的CBF 变化，具有良好的诊断性能；而在术后重建的侧支血管评估和吻合口通畅性方面，与DSA的一致性为良好和中等。对于儿童MMD，间接血管重建术是目前主要的治疗方式[2]。与成人MMD 一样，DSA 是评价术后血管重建效果的金标准，但间接血管重建术后的侧支血管重建是一个缓慢的过程，需要长期、动态的评估。DSA 是一项具有侵入性的检查方法，并且有一定的并发症风险，因此无创的血流灌注评估技术是对间接血管重建术效果评估的有效补充方法。Quon等[15]采用ASL-MRI 技术测量15 例MMD 及MMD 综合征患儿手术前后20 个脑区CBF 值，结果显示，术后大脑中动脉高位区域的CBF 显著增加，而同侧豆状纹状核供血的基底节的CBF 明显减少，其余脑血管区域无血流灌注改变。Tortora 等[16]通过ASL得到的CBF 值在特定脑组织中的空间变异系数（ASLsCoV）评估ATT，并且与DSC-MRI 得到的CBF 和达峰时间（time to peak，TTP）进行比较，纳入37例行脑硬膜颞浅动脉颞肌贴敷术的MMD患儿，术前和术后6、12、24个月采集ASL和DSC-MRI数据，结果显示，对于大脑中动脉供血区，ASL-sCov可以有效地评价MMD患儿术后脑灌注变化，与DSC-TTP的变化密切相关，均在术后逐渐降低；ASL-MRI 检测到的CBF较DSC-MRI检测到的CBF明显降低，考虑与ATA导致的单延迟ASL-CBF被低估有关。

2.4 新兴ASL-MRI技术在MMD中的应用 区域性动

脉自旋标记技术（territorial arterial spin labeling，t-ASL），可以选择性标记颅内外供血动脉的一条或多条动脉，可以对各动脉的脑供血区域情况进行可视化显示，可以提供一个直接、相对客观的局部脑灌注评估结果。Gao 等[17]通过3D-TOF-MRA 与t-ASL 技术结合，以一种无创、无放射性、无增强的方式评估MMD 不同动脉灌注区域的转移情况，发现5 种不同类型的动脉供血区域，即灌注区域的转移情况，并且发现单纯依靠二级侧支循环的灌注区域转移，可能是引起MMD脑出血的独立危险因素；而原有的脉络膜动脉灌注区域转移可能对MMD 术后出血风险没有明显影响。Yuan 等[18]应用t-ASL 技术评估MMD病人颞浅动脉-大脑中动脉分流术后早期颞浅动脉向颅内供血的面积，并且评估手术前后主要脑动脉灌注区域的变化，30例MMD通过t-ASL技术标记颞浅动脉检测术后的供血范围，结果发现，14 例（46.7%）可以通过t-ASL 检测到颞浅动脉术后的供血区域，而16例（53.3%）没有检测到（阴性）；阳性组与阴性组术后脑主动脉灌注区域变化差异较大；并且相关结果与CTA有较好的一致性。这提示t-ASL是评估MMD术后重建效果的一种有效的技术。

4D-ASL技术使用准连续动脉自旋标记（pseudo continuous arterial spin labeling，PCASL）为成像基础[19]。在灌注成像的长PLD 内，同时进行多次短标记时间（label duration，LD）和短标记PLD 的图像采集，流入动态数据通过改变LD进行多次获取，每个标记脉冲使用单个时间点数据采集，降低射频饱和效应，使4D-ASL 可以获得更高地动脉血管空间分辨率[20，21]。4D-ASL 可以评估MMD 血管的狭窄或闭塞性变化，特别是可以更好地观察到侧支循环血管内血流的动态变化，并且更加清晰地显示侧支血管的末端细小血管，包括软脑膜的侧支血管[22，23]。这为临床提供了有效的治疗策略参考。

综上所述，目前，脑血流动力学的评估方法众多，ASL-MRI 是一种安全的、侵入性小的方法，对于儿童MMD，这一点尤为重要。另外，ASL-MRI 可重复性好，对MMD这类需要长期观察和术后随访的慢性进展性脑血管疾病，是更加适合的评估方法。此外，其他以ASL 为基础的血管成像方法，如4D-ASL技术，为ASL技术发展提供了另一个方向。MMD临床诊治中迫切需求一种无创、定量、稳定、可重复的脑灌注成像方法，ASL-MRI 具有良好的发展前景，值得进一步进行深入研究。