三维动脉自旋标记技术评估急性脑梗死病人侧支循环形成的临床价值

邝 鱼,陈 艳,刘 芮

脑梗死是由于供血动脉狭窄或闭塞所致的脑组织缺血、缺氧和坏死性改变,也是临床最为常见的脑血管疾病[1]。脑梗死发病率、致残率和致死率较高,预后较差,对人类的生存和健康产生严重威胁[2]。恢复脑组织血液供应,挽救缺血半暗带(IP)是急性脑梗死(acute ischemic stroke,AIS)减轻神经功能损伤、改善病人预后的关键[3]。脑梗死发生后侧支循环的建立和开放可部分代偿缺血脑组织的血液供应,以减小缺血脑组织范围,减少神经组织的损伤,改善预后。应用影像学检查方法准确评估AIS病人侧支循环的形成情况,对于神经内科医师准确评估病情和合理干预治疗具有重要意义。数字减影血管造影是评价脑组织血流情况的金标准,但其为有创检查,同时存在着X线辐射、费用昂贵、可重复性差等不足。三维动脉自旋标记(3D-arterial spin labeling,3D-ASL)技术是近年来应用于临床的磁共振容积灌注成像技术,该技术以自由扩散的水分子为内源性对比剂,在局部脑组织血流量(cerebral blood flow,CBF)的评估中具有较高的准确性,目前正逐渐应用于急性脑血管疾病的临床诊断[4-6]。本研究通过3D-ASL技术观察梗死区血流灌注情况和脑血管侧支循环建立情况,探讨3D-ASL技术在AIS病人侧支循环评估中的临床价值。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取本院神经内科2020年3月—2022年3月收治的AIS病人103例,其中,男62例,女41例;年龄38～78(62.45±10.27)岁;体质指数20.41～29.46(24.83±3.06)kg/m2;基础疾病:高血压病49例,2型糖尿病27例,高脂血症62例,冠状动脉硬化性心脏病17例;吸烟28例,饮酒33例。根据侧支循环情况分为侧支循环良好组(39例)和侧支循环不良组(64例)。本研究经医院伦理委员会审批通过。

1.2 纳入与排除标准

纳入标准:经磁共振成像(MRI)弥散加权成像(diffusion weighted imaging,DWI)证实、符合AIS的诊断标准[7];发病时间<72 h;首次发病,病变位于一侧,另一侧脑实质无病变;未接受静脉溶栓或血管内取栓治疗;病人及家属签署知情同意书。排除标准:既往有脑梗死、脑出血病史及颅脑手术史;MRI扫描显示存在脑肿瘤、血管畸形、脑脓肿等其他神经系统疾病;合并心、肺、肝、肾等严重疾病及血液病、恶性肿瘤、自身免疫性疾病等;未有效控制的精神系统疾病;拒绝MRI扫描或有MRI扫描禁忌证者。

1.3 方法

所有病人均接受MRI DWI序列检查和3D-ASL检查,应用GE Discovery MR750型磁共振成像仪,32通道颅脑线圈,扫描范围包括全脑。DWI参数:重复时间(TR)=4 000 ms,回波时间(TE)=72 ms,层厚为4 mm,无间隔,扫描矩阵140×100,重建视野(FOV)为240 mm×240 mm,NEX 2,扩散系数(b值)为1 000 s/mm2。3D-ASL扫描:TR为4 649 ms或5 344 ms,TE=10.9 ms,层厚4 mm,无间隔,扫描矩阵512×512,FOV为240 mm×240 mm,NEX 3,翻转角62.5°,标记后延迟(posted labeling delay,PLD)分别为1 525 ms、2 525 ms。将扫描数据传输至GE AW 4.6图像处理工作站,应用系统自带Functool软件处理3D-ASL图像,经计算机处理得到脑血流灌注伪彩图,与DWI序列的异常高信号图比较,如3D-ASL异常灌注面积大于DWI面积超过10%时即认为存在IP。选择DWI图像信号最高区域,测定该区域表观扩散系数(apparent diffusion coefficient,ADC)值,同样方法测定该区域健侧镜像位置的ADC值,并测定3D-ASL图梗死区和健侧镜像区的CBF值,测量时避开脑室、脑池、血管、钙化灶等结构,两侧所选兴趣区(region of interest,ROI)大小相同,每个区域进行3次测量,取平均值。上述数据处理分别由2位高年资放射科主治医师或副主任医师单独进行。侧支循环情况的判断:如ASL原图皮层或皮层下出现点状或带状高信号,表示侧支循环良好,否则为侧支循环不良[8]。

1.4 观察指标

比较PLD=1.5 s和PLD=2.5 s时梗死区和健侧镜像区CBF值,并比较梗死区不同标记时间、健侧镜像区不同标记时间CBF值。比较侧支循环良好组和侧支循环不良组病人ADC值,不同标记时间CBF值,梗死区、健侧镜像区不同标记时间CBF变化值(△CBF)。

1.5 统计学处理

2 结 果

2.1 PLD=1.5 s和PLD=2.5 s时梗死区和健侧镜像区CBF值比较

健侧镜像区、梗死区PLD=2.5 s时的CBF值高于PLD=1.5 s时,差异均有统计学意义(P<0.05);PLD=1.5 s和PLD=2.5 s时,健侧镜像区CBF值高于梗死区,差异有统计学意义(P<0.05)。详见表1。

表1 PLD=1.5 s和PLD=2.5 s时梗死区和健侧镜像区CBF值比较(±s) 单位:mL/(100 g·min)

2.2 侧支循环良好组和侧支循环不良组ADC值、CBF值比较

侧支循环良好组梗死区ADC值高于侧支循环不良组,差异有统计学意义(P<0.05)。PLD=1.5 s时,侧支循环良好组和侧支循环不良组CBF值比较,差异无统计学意义(P>0.05);PLD=2.5 s时,侧支循环良好组CBF值高于侧支循环不良组,差异有统计学意义(P<0.05)。详见表2。典型病例见图1。

图1 侧支循环良好组典型病人DWI和3D-ASL图像(A为DWI序列右枕叶梗死灶;B为ASL原始图,PLD=1.5 s时病灶周围可见条状高信号区;C为伪彩色图,PLD=1.5 s时病灶区域高灌注;D为ASL原始图,PLD=2.5 s时病灶周围见高信号区;E为伪彩色图,PLD=2.5 s时病灶区域高灌注)

表2 侧支循环良好组和侧支循环不良组ADC、CBF值比较(±s)

2.3 侧支循环良好组和侧支循环不良组△CBF值比较

侧支循环良好组梗死区△CBF值高于侧支循环不良组,差异有统计学意义(P<0.05)。详见表3。

表3 两组△CBF值比较(±s) 单位:mL/(100 g·min)

2.4 梗死区ADC值、PLD=2.5 s时CBF值对AIS侧支循环形成良好的诊断效能

ROC曲线显示,ADC值为0.537 μm2/ms,诊断AIS侧支循环形成良好的敏感度为72.89%,特异度为75.30%,AUC值为0.720[95%CI(0.659,0.765)];PLD=2.5 s时,CBF值为55.137 mL/(100 g·min)时,诊断AIS侧支循环形成良好的敏感度为74.22%,特异度为78.61%,AUC值为0.804[95%CI(0.712,0.828)];ADC值与PLD=2.5 s时CBF值联合应用诊断AIS侧支循环形成良好的敏感度为78.25%,特异度为93.78%,AUC值为0.915[95%CI(0.878,0.953)]。详见图2。

图2 ADC、CBF诊断AIS侧支循环形成良好的ROC曲线

3 讨 论

AIS是威胁人类健康和生命安全的常见脑血管疾病,在AIS的临床诊治决策中,影像学评估具有至关重要的作用[9]。脑梗死发生后周围可形成轻度或中度缺血性组织,即IP区,如IP区血液供应能够及时恢复,这部分脑组织的电生理活动仍可能恢复正常;而血液供应如不能及时恢复,则会形成脑组织坏死,成为梗死区[10]。研究发现,即使在脑梗死发生的亚急性期(<14 d)仍然存在着IP区,故无论脑梗死处于哪个时期,只要MRI扫描确认IP区的存在,就应该采取积极、针对性的治疗措施以减轻神经功能损伤,而良好的脑血管侧支循环形成是IP区血流恢复的关键[11]。脑血管侧支循环是脑组织血液循环的代偿机制之一,对AIS病人治疗方式的选择和预后评估均具有重要的参考价值,在急性缺血性脑血管疾病的诊治中发挥着不可替代的作用[12]。

ASL是近年应用于临床的非创伤性MRI容积灌注新技术,这种检查方法无需注射外源性对比剂,而将供血动脉的水分子做磁性标记,并用作内源性示踪剂,可对脑组织血流量进行定量检测,与传统的注射造影剂比较,ASL具有可重复性好的优势,且能更真实地反映脑组织的血流灌注情况[13]。3D-ASL应用三维伪连续性动脉标记,信噪比和空间分辨率明显提高。ASL成像过程中,标记脉冲至灌注成像采集需要一定的延迟时间,方可确保被标记的血流进入所检测的脑组织,故PLD的适当选择对于所测定的CBF值尤为重要[14]。本研究选择PLD=1.5 s和PLD=2.5 s时有利于动态脑组织的CBF值,具有较高的准确性。侧支循环是动脉血管之间的吻合通路,在一个动脉血管狭窄或闭塞时,可向血流量减少的脑组织提供血氧供应[15]。研究表明,良好的侧支循环是急性脑梗死病人良好预后的影响因素[16]。有研究对颈内动脉狭窄或闭塞的病人进行ASL和数字减影血管造影检查,发现在PLD=1.5 s时低灌注区域较PLD=2.5 s时明显升高,而数字减影血管造影检查显示病变区域存在着初级和次级的侧支循环,表明应用多个PLD时间的脑组织CBF值可对于AIS病人侧支循环灌注情况进行准确的评估[16-17]。

本研究结果显示,梗死区、健侧镜像区PLD=2.5 s时CBF值较PLD=1.5 s时明显升高,侧支循环良好组、侧支循环不良组梗死区PLD=2.5 s时CBF值也高于PLD=1.5 s时;组间比较显示,侧支循环良好组CBF值在PLD=1.5 s时与侧支循环不良组比较,差异无统计学意义(P>0.05),而在PLD=2.5 s时CBF值和△CBF高于侧支循环不良组,表明PLD=2.5 s时CBF值和△CBF值可反映AIS病人侧支循环形成情况,在AIS病人侧支循环形成评估中具有较高的临床价值。本研究结果还显示,侧支循环良好组DWI扫描的ADC值也显著高于侧支循环不良组(P<0.05)。脑梗死发生后脑组织缺血、缺氧,神经细胞发生毒性水肿,细胞间隙减小,分子扩散受限,同时该区域脑组织血液供应减少,导致ADC值、CBF值(PLD=2.5 s)降低,而侧支循环形成良好病人通过代偿途径维持脑组织血液供应,故局部脑组织ADC值、CBF值(PLD=2.5 s)增加[18]。本研究还绘制ROC曲线分析了CBF值(PLD=2.5 s)、ADC值对AIS病人侧支循环形成良好的诊断效能,发现两指标联合应用的敏感度、特异度和AUC最大,表明DWI序列ADC值、3D-ASL检查CBF值(PLD=2.5 s)两种检查方法相辅相成,联合应用可提高对AIS病人侧支循环形成良好的诊断效能。

综上所述,3D-ASL技术在AIS病人侧支循环形成的评估中具有较高的临床价值,CBF值(PLD=2.5 s)联合DWI序列ADC值测定可提高对侧支循环形成良好的诊断效能。本研究不足之处在于样本量较小,所得结论需增加病例数进一步验证;另外,CBF、ADC值测定时所选兴趣区均为手动选取,难免存在误差;由于供血动脉狭窄或闭塞所致脑动脉血流动力学的复杂性,健侧的顺行血流速度可能会减慢,导致侧支循环血流时间可能较2.5 s更长,而PLD=1.5 s采集的ASL信号也可能会含有少部分侧支血流,上述因素均可能对结果产生一定影响。相信随着3D-ASL技术的快速进步,尤其血管编码动脉自旋标记技术的应用会更精确的对侧支循环情况做出评估。