磁共振ASL技术在老年缺血性脑血管疾病中的应用研究

徐建文

(吉林大学第一临床医学院，吉林 长春 130021)

缺血性脑血管病是由各种原因引起的脑供血不足，脑组织呈不同程度的低灌注状态，而出现相应脑缺血缺氧的临床症状的一类疾病的总称。本病以中老年患者为多见，早期诊断及筛查并做到早期治疗对患者的预后有着有着重大意义。

脑血流量下降到急性脑梗死的发生经历了三个时期：首先是脑灌注压的下降导致局部血流动力学的异常；继而脑循环储备力失代偿性低灌注导致神经元功能改变；最终因脑血流量下降超过脑代谢储备力，神经元发生了不可逆改变，为脑梗死。

1 ASL基本原理、分类

磁共振灌注成像(magnetic resonance perfusion weighted imaging，MR-PWI，PWI)是一种功能成像方法，能够检测出脑血流灌注情况，能够较早显示出脑组织血流灌注的异常。根据成像原理可，磁共振灌注成像可分为3类：动态磁敏感性对比剂增强磁共振灌注成像(dynamic susceptibility contrast-enhanced MR imaging，DSC-MRI)、动脉自旋标记灌注成像及血氧水平依赖对比增强技术(BOLD-fMRI)。DSC可得到相对脑血流量(rCBF)、相对脑血容量(rCBV)、平均通过时间(MTT)及达峰时间(TTP)4个血流动力学参数。一旦发生脑缺血，比如颈内动脉严重狭窄甚至达到阻塞后，患侧的大脑灌注压(CPP)下降，将发生血液动力学改变，Ⅰ期为rCBV增高，rMTT延长，当rCPP进一步下降，发生Ⅱ期表现，即出现rCBF下降；随着rCBF 进一步减少并持续一段时间，则出现代谢改变甚至膜结构改变，此时便进入不可逆阶段。

常规的灌注成像需要注射造影剂或放射性示踪剂，对中老年患者具有一定的创伤性。而近年来发展起来的动脉自旋标记技术(ASL)则采用流动的血液作为内源性磁性示踪剂，把流动血液作为标记物进行灌注成像，是一种安全无创无需造影剂的灌注成像方法。

ASL概念最早由Detre、Kwong于1992年提出，并用鼠试验取得初步成功〔1〕。他将水作为自由弥散的内在示踪剂，首先在成像层面供血动脉的流入侧施加反转脉冲，使血液中的质子的磁化矢量发生反转，经过一定时间的延迟后，当血液中标记的质子流入成像层面时获得的图像，以获得标记后的图像；在其他参数都相同的情况下，不施加反转脉冲再对相同层面进行成像以得到未标记的图像；用标记后的图像与未标记的图像相减可得到灌注图像。由于此差值信号很小，因此动脉自旋标记技术的信噪比(signal-to-noise ratio，SNR)很小，所以需要进行多次采集，使信号平均。

根据动脉血反转标记的方法不同，ASL技术总体上可分为两种：连续式动脉自旋标记(continuous arterial spin labelling，CASL)和脉冲式动脉自旋标记(pulsed arterial spin labelling，PASL)以及假连续式(pseudo continuous arterial spin labeling,Pcasl)，后者介于前两者之间。PASL又可分为对称式和非对称式。对称式包括血流敏感性的交替反转恢复(flow sensitive alternating inversion recovery，FAIR)、UN-FAIR(Uninverted FAIR)、FAIRER(FAIR with an extra RF pulse)、FAIREST(flow-2 sensitive alternating inversion recovery exempting separate T1 measurement)及BASE(unprepared basis and selective inversion prepared images)等；非对称式包括信号靶向交替射频(signal targeting alternating radio-frequency，STAR)、非共振控制近端反转(proximal in-version with control for off-resonance effect，PI-CORE)、转移非敏感标记技术(transfer insensitive labeling technique，TILT)、单减法定量灌注成像(quantitative imaging of perfusion using a single subtraction，QUIPSS)等〔2〕。以上技术中以FAIR和STAR两种技术应用较广泛。

CASL：连续式动脉自选标记是当动脉血流过标记平面时，在一个持续的磁场梯度下，利用持续的射频脉冲连续地反转动脉血使之磁化。PASL：脉冲式动脉自旋标记是利用一个绝热的双曲正割脉冲反转动脉血自旋厚块使之磁化〔3〕。两者相比，首先CASL的信噪比较高，约高于相应PASL信噪比的25%〔4〕，而且CASL可以在脑部跟靠下一点的地方标记。但是CASL射频能量沉积较高、组织受磁化传递效应的影响较大。而PSAL在标记脉冲和对照脉冲前加上一个饱和脉冲，减小了层面轮廓的伪影，PASL反转标记率明显高于CASL，当血流速大于100 cm/s，PASL可以产生将近97%的反转磁矩〔5〕。而CASL标记效率则呈速度依赖性，血液流速越大，CASL标记效率越低。

2 ASL的临床应用范围

ASL对大动脉和静脉不敏感，其信号主要来自小血管及周围组织血流交换。脑灰质是微血管密度分布较高部分，血流量较大，微血管即较大的动脉进入血液中分支所致，可达80 ml～100 ml/100 g/min，脑白质血流量较少，达到20 ml～25 ml/100 g/min〔6〕。血液流经灰质的时间要比白质短得多，平均时间为0.3～0.6 s，白质为0.6～0.9 s〔7〕。在ASL中血流通过不同组织产生的灌注效果是有区别的，灰质灌注相对白质更为准确。如慢性腔隙性梗死主要在白质，而且病灶又较小的，可能导致ASL未见异常〔8〕。

3 ASL临床应用进展

Detre等〔9〕应用CASL来评价14名脑血管狭窄病人在乙酰唑胺激发前后脑血流量的变化，并使用CASL来观察脑血管狭窄及发生脑血管意外的患者，从此ASL技术从动物模型试验开始向临床应用发展。

Chalela等〔10〕对15例急性缺血性卒中病人行CASL研究，发现CASL对急性脑缺血的低灌注与临床症状和(或)弥散加权像之间存在相关性。Jeroen等〔11〕在对9例颈内动脉闭塞患者及11例健康志愿者进行PASL对照研究发现。颈内动脉闭塞患者患侧灰质及对侧相应区域和健康对照组相应区域的rCBF对比。证明了明ASL技术可以用来显示脑组织的灌注情况并在疾病的早期发现血流动力学的异常。

Tsuchiya〔12〕等证实了用PASL的FAIR技术研究脑梗死患者的灌注异常区域与MRI图像上的脑梗死区域一致。此研究还对比了用FAIR技术和sPECT技术对患者局部脑血流情况。表明运用FAIR技术可以用来测量缺血性脑血管病患者的脑灌注情况。

Bokkers〔13〕等用ASL技术扫描23例颈动脉狭窄和20例健康志愿者，发现颈内动脉狭窄并有症状者脑组织灌注区域小于颈动脉狭窄的无症状者。静脉注射乙酰唑胺后，颈内动脉狭窄患者中有症状者的脑血流量的增加幅度低于无症状者，但是两者的增加幅度均低于健康志愿者。此研究的结果发现ASL能检测脑组织的血流灌注情况，提供有关脑缺血患者的CBF信息。

近年来国内对于ASL技术的研究也有很大进展，雷静〔14〕等研究5例脑缺血患者，发现ASL灌注图的异常表现为病灶区域rCBF减低。

陈耿〔15〕对60例缺性脑血管病患者应用DWI和ASL联合诊断缺血性脑血管病。得出现以下情况：①DWI图像上缺血区域面积明显小于ASL图像上的面积。此情况多出现在急性脑梗死患者，多为较大的动脉及其分支闭塞而侧支循环未能充分建立。两者不匹配区组织尚未发生不可逆性损失，是功能性电活动可恢复区，即缺血半暗带。②DWI图像上缺血区域面积约于图像上相应面积相一致，可能梗死灶面积较大且缺乏有效侧支循环或处于梗死晚期，缺血半暗带已经转变为梗死灶。DWI阴性ASL阳性，提示为一过性脑缺血，而没达到脑梗死阶段，即TIA。③DWI异常而未显ASL示灌注缺损区，甚至显示灌注过度。可能是在进行PWI成像时，脑梗死的病因已自行解除或发生了血管部分或完全的自发性再通，所以表现为灌注正常或过度灌注。

娄昕等〔16〕报道15例颈内动脉系统狭窄或闭塞患者的DSC和ASL均提示异常灌注区域，且ASL与DSC的rCBF值无显著性差异。此研究结果表明，ASL技术可用于颈动脉狭窄引起的脑缺血疾病脑灌注情况的评估，同样也可用于颈动脉术后患者的复查以及脑血流灌注情况的监测。

4 ASL技术的研究现状

ASL常用于缺脑性梗死、癫痫、肿瘤等，尤其在是在脑缺血方面，ASL有助于显示低灌注区的存在。

目前较多学者采用ASL、MRA及DWI联合诊断脑缺血疾病，其诊断价值获得了有效肯定。在ASL及DSA-PWI的对比分析中认为ASL在检出缺血区域侧支循环建立和开放方面不如DSA-PWI敏感，ASL只有单一参数rCBF，且这个rCBF为一个平均的数值，所以在描述脑缺血患者的血流动力学改变时没有DSA-PWI全面。在脑缺血患者中ASL灌注不足的情况下也会出现DSA-PWI表现为灌注延迟，可能与ASL的延迟时间不足有关〔17〕。在未来对ASL技术在脑缺血疾病的诊断中仍有发展及挑战。

5 ASL技术展望

随着对ASL技术研究的深入，理论已逐步趋于成熟，虽然其技术本身仍存在许多不足，例如：ASL信噪比较低，易受运动伪影，磁化传递效应，BOLD效应的影响等。ASL现阶段主要应用于颈动脉性脑梗死以及脑缺血等方面，作为一种无创而方便的MR灌注成像方法，ASL可用于脑缺血的灌注评估，有助于早期发现脑内低灌注，了解灌注异常的范围及程度。ASL完全无创，不必注射对比剂。因此，没有外源性药剂会影响血液的物理、化学以及生理特性，对于老年患者而言，则减少了不必要的创伤，并且简化了检查程序及图像后处理简单，可多次重复检查，除了可作为了解缺血脑组织血流灌注情况的筛选检查，对临床早期诊断、早期治疗有很大的帮助。

6 参考文献

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