区域性动脉自旋标记在缺血性脑血管病中的应用进展

幸章力，薛蕴菁

脑血管病是导致人类死亡的三大疾病之一，其中缺血性脑血管病比例高达70%[1]，尤其脑供血动脉狭窄/闭塞所致的缺血性卒中因发病率高、致残率高和并发症多，在缺血性脑血管病中备受关注[2-3]。因此，了解单支供血动脉的血流灌注情况，对于判断缺血性卒中责任血管及侧支血管的开放情况具有重要价值。目前，DSA是判断脑血管病责任血管和观察侧支血管的金标准，但对操作者和设备的要求较高，且因其有创和潜在的肾毒性而使很多患者无法接受该项检查[4]。CTA和CTP具有高时间分辨率，但不足之处是有电离辐射和需注射外源性造影剂[5]。传统的磁共振灌注技术PWI仅能反映全脑血流灌注状态，不能显示单支动脉的供血情况，此外，PWI也需注射外源性造影剂，部分患者无法进行该项检查。

区域性动脉自旋标记技术（territorial ASL，t-ASL）是一种无创、无电离辐射、无需注射外源性造影剂、能显示单支动脉供血区域的新型磁共振灌注技术，近年来发展迅速，在缺血性脑血管病中具有广泛的应用前景，本文对t-ASL在缺血性脑血管病的应用研究现状予以综述。

1 动脉自旋标记

ASL由Williams等[6]于1992年首次提出，是非造影剂增强的磁共振灌注技术，可用于观察全脑血流灌注情况，并能定量测量脑血流量（cerebral blood flow，CBF）值。ASL技术通过射频脉冲和梯度场的结合，以反转血液中的氢质子进行纵向磁化（T1），被标记的血液充当一种内源性造影剂，经过一段时间后到达感兴趣区进行信号采集获取标记相，在成像参数相同情况下获取同一层面动脉血标记前的图像作为参照相，参照图像和标记图像相减，可获得脑血流灌注图像[7]。ASL具有定量评估脑血流量、无需注射外源性造影剂、无电离辐射、能连续采集图像等诸多优势，相比SPECT和传统磁共振影像灌注技术，ASL不仅能直观测量CBF值，还能反映脑血管储备（cerebrovascular reserve，CVR）情况，多时相ASL能定量计算动脉血流通过时间（arterial transit time，ATT），比SPECT更能反映脑血流动力学状态，也能反映潜在的侧支血流供应[8-10]。

ASL根据标记方法分为连续式动脉自旋标记（continous ASL，CASL）和脉冲式动脉自旋标记（pulsed ASL，PASL）。CASL技术具有较高的信噪比，且能量吸收率高，导致射频特殊吸收率（specific absorption rate，SAR）偏高，同时对设备要求较高，因此目前应用较少；PASL技术使用短射频脉冲，具有较高的标记效率[11-12]。Wu等[13]于2007年提出了伪连续式动脉自旋标记（pseudocontinuous ASL，pCASL），结合了CASL技术的高信噪比和PSAL技术的高标记效率，目前临床应用最为广泛。

2 区域性动脉自旋标记

t-ASL能在各种ASL技术（CASL、PASL、pCASL）基础上进行单支血管的选择性标记，目前常用的t-ASL多是基于pCASL技术，主要有血管编码动脉自旋标记和超选择性动脉自旋标记。

血管编码动脉自旋标记（vessel encoded ASL，VE-ASL）基于传统的pCASL技术，能同时标记多根血管，其标记效率较高。VE-ASL使平面内梯度场沿着梯度方向产生线性相位变化，从而在整个标记层面产生类似于正弦波的反转轮廓，通过计算线性方程或使用K-means聚类法来计算各支动脉的灌注区域，已有研究证实VE-ASL与K-means相结合，对不同的脑血流灌注区域进行分割是有效的[14-15]。此外，VE-ASL通过对标记层面的标准定位实现了多根标记血管的相对独立性，但仍不可避免血管之间互相污染，导致某些区域的血流灌注缺失[16]。VEASL的缺点主要是图像后处理较为复杂，目前VE-ASL图像的分析方法主要基于线性分析及贝叶斯公式推理框架[17-18]。

超选择性动脉自旋标记（super-selective ASL，ss-ASL）也是基于传统的pCASL技术，将与血流方向一致的梯度场与一组选择性射频脉冲相结合，并施加一个额外的横向梯度场将标记平面缩小至一个标记焦点，以实现对感兴趣的单根血管的选择性标记[19-20]。同时，ss-ASL技术引入一个垂直于血流方向的附加梯度以调节标记效率；改变横向梯度的零坐标可以调整标记焦点的大小，以能够适应彼此临近的血管结构[21]。ss-ASL技术的优点是可以对血管任意位置和角度进行标记，且标记点的大小可以根据感兴趣血管的直径进行调整，此外，也能同时进行多根动脉的选择性标记，同时显示不同的灌注区域[16]。

3 t-ASL在缺血性卒中诊断评估中的应用

在缺血性卒中诊断评估中，根据脑灌注缺血域判断责任动脉系统（脑梗死位置）及评估缺血后侧支等血供代偿，对于临床治疗决策及预后评估非常重要。Hendrikse等[22]探讨了使用t-ASL和DWI显示的脑灌注情况来判断脑梗死位置（脑责任动脉系统）的诊断价值，结果显示相比DWI影像诊断，在皮质及分水岭区梗死中，t-ASL改变了其11%的脑梗死部位定位（责任动脉系统），而在其他类型的梗死（腔隙性梗死、脑室周围、小脑及脑干梗死）与DWI影像诊断一致，认为选择性ASL技术可以更准确地描述单根血管供血区域的脑血流分布，有助于判断栓子的来源。Hartkamp等[23]使用VE-ASL对87例患者149个梗死灶进行研究，比较由MRA的标准图谱与VE-ASL血流灌注图所产生的不匹配情况，认为MRA与VE-ASL存在两种错配情况：一种是部分错配，共计15个梗死灶，通过MRA判断为单支动脉所引起的梗死，但VE-ASL显示为分水岭区梗死；另一种为完全错配，共计12个梗死灶，VE-ASL判断梗死灶完全由另外的责任血管引起，提示在临床中，仅仅依靠MRA来判断责任动脉情况仍存在不足，t-ASL可提供重要的补充信息。

脑供血动脉在长期狭窄或闭塞的情况下，病变侧的脑血流灌注不足，颅脑会形成多发的侧支循环。Wu等[24]使用VE-ASL探究颈动脉/大脑中动脉狭窄患者的侧支循环，将TOF MRA和二维相位对比法MRA与VE-ASL比较，判断经Willis环的侧支循环通路，将DSA与VE-ASL进行比较，判断远端侧支存在的程度，结果显示VE-ASL显示的经Willis环侧支通路及远端侧支程度与MRA和DSA的匹配性良好。Van Laar等[25]使用选择性ASL标记颈内动脉狭窄患者的双侧颈内动脉及基底动脉，发现其狭窄侧的大脑前动脉区域主要由对侧颈内动脉系统通过前交通动脉供血，大脑中动脉区域主要由基底动脉通过后交通动脉供血，证实t-ASL能揭示脑动脉慢性闭塞下的颅脑交通支的开放情况。

Hartkamp等[26]使用VE-ASL研究有症状和无症状的颈动脉闭塞患者深部脑白质的血流分布改变，提示在有症状的颈内动脉闭塞患者中，尾状核可能更多地由对侧颈内动脉供血，而豆状核及丘脑的供血在颈内动脉狭窄/闭塞患者及正常组中无明显变化，提示t-ASL或许能将颅脑在慢性缺血状态下深部脑白质的病理变化以血流动力学的形式展现，为进一步临床干预提供可靠的证据支持。

目前，t-ASL较少应用于急性卒中患者，一定程度上与成像时间较长有关，随着t-ASL技术的发展，成像时间缩短，将有助于一站式评估急性卒中患者的缺血核心、缺血半暗带等影像学信息，为临床的治疗决策提供有力的影像学证据支持。

4 t-ASL在缺血性卒中围手术期中的应用

对于颈动脉狭窄/闭塞的患者，常见的手术方式有颈动脉内膜剥脱术（carotid endarterectomy，CEA）、颈动脉支架置入术（carotid artery stenting，CAS）以及动脉搭桥术，手术前后使用t-ASL可以评估患者颅脑血流灌注状态，判断手术疗效情况等。Lin等[27-28]将行CEA的颈动脉狭窄患者作为研究对象，术前通过ASL-动脉穿行伪影征象（artery transmit artifact，ATA）判断侧支循环，术后行t-ASL判断颅脑灌注恢复状况，结果显示CEA术后正常灌注组患者的术前侧支循环ATA评分更高，而术后发生高灌注综合征的患者具有术前脑血流量空间变异系数较高、全脑灌注体积较低等一系列特征，提示t-ASL不仅能显示行CEA患者手术前后颅脑血流灌注情况，还能根据术前脑灌注情况判断患者是否存在术后脑高灌注综合征等并发症风险。Helle等[21]通过ss-ASL评估颈外-颈内动脉搭桥术后的脑灌注改变，标记颈外动脉的颞浅动脉分支及脑膜内动脉分支，可清晰观察到颈外动脉系统血液供应至颅内，证实t-ASL可显示搭桥手术前后不同的血流动力学状态，能准确评估手术的疗效情况。

Hosoda等[29]应用t-ASL评估颈动脉狭窄患者CEA/CAS围手术期的大脑灌注变化，t-ASL能清楚显示CEA和CAS术后狭窄侧颈内动脉的灌注量增加，在CBF升高患者，尽管颈内动脉血流量显著增加，但其灌注量脑血容量（cerebral blood volume，CBV）仅轻微增加，这些发现表明血流动力学参数之间的不平衡性可能在术后高灌注的病理生理中发挥重要作用。Yamamoto等[30]也同样发现颈内动脉狭窄或闭塞患者行CEA或CAS后，颈内动脉灌注体积CBV增量与CBF增量的不平衡性在颈动脉术后发生高灌注综合征的过程中发挥重要作用，t-ASL技术是连接CBV与CBF之间的桥梁，对于预测CEA/CAS术后高灌注综合征具有重要的临床价值。

5 总结

t-ASL技术能选择性标记感兴趣的单支供血动脉的血流灌注情况，在缺血性脑血管病的诊断评估、疗效评价、并发症风险评估等临床管理中具有重要价值。但目前t-ASL仍存在成像原理复杂、成像时间较长、图像处理较难、无法对CBF及CBV定量计算等诸多问题，在临床应用受到一定限制。随着t-ASL技术的不断发展，有望克服这些局限性，实现单支动脉供血域的CBF、CBV的精准评估，而多个标记后延迟时间的应用能进一步实现单支动脉在不同标记后延迟时间下CBF、CBV的可视化动态变化显示，对替代PWI及传统的3D-ASL有着潜在的优势。此外，脉冲序列的进一步发展将能使t-ASL更为精细地标记颅脑分支动脉，从而可能显示各分支动脉间软脑膜吻合的血流动力学信息，而非仅局限于颈部大动脉的标记。

【点睛】本文阐述了t-ASL能展现单支动脉在病理状态下的血流灌注变化，旨在为缺血性脑血管病的影像学评估及个体化干预提供更多的参考。