单、多相位动脉自旋标记灌注成像在脑卒中的研究

苏州大学附属第三医院放射科(江苏 常州 213003)

邢 飞 邢 伟 卢又燃 陈 杰 邢士军

脑卒中是一种发病率、致残率较高的常见病，关注脑组织的缺血情况，判断其再灌注/侧枝循环的存在与否，对指导临床治疗方案的选择及疾病预后的判断具有重要的参考价值。MR灌注成像已成为脑卒中患者评估缺血区血流情况的重要检查手段,目前常用脑灌注技术为动态磁敏感对比(dynamic susceptibility contrast-enhanced,DSC)成像，但由于该方法需団注顺磁性对比剂、具有创伤性而存在一定局限性。动脉自旋标记技术则是另一种通过标记自体动脉血成像的灌注技术，近年来，它以其无创、方便、可重复等优点逐渐应用于临床研究。ASL技术中反转时间(inversion time，TI)一般采用单个参数进行扫描，但随之带来的问题，是由于通过时间延长效应的影响，ASL对于检测侧枝循环、延迟灌注有限，测量局部脑血流量(regional cerebral blood flow，rCBF)上也会存在偏差[1-3]。笔者通过对32例脑卒中患者行DWI及单、多相位ASL检查，探讨单、多相位ASL技术在脑卒中的成像特点以及在显示侧枝循环、延迟灌注的应用价值。

1 资料与方法

1.1 临床资料 本组包括我院2012年10月至2013年5月经临床和影像学诊断的31例脑卒中患者(男18例，女13例)，中位年龄65(47～84)岁，接受检查时间为发病后3h～2d。临床主要症状有头晕头痛、口齿不清、肢体无力、意识不清等。

1.2 MR检查方法与扫描参数 采用全新双梯度3.0T超导多源发射MR机(Philips Achieva 3.0 T TX，Philips Medical Systems)，16通道头部线圈，对所有患者均行一系列MR检查，包括矢状面T1WI、轴面T2WI和T1WI，DWI、3D-TOF MRA、以及单、多相位ASL检查。其中DWI序列，TR2400ms，TE87ms，b值=0和b值=1000，层厚7mm，间距为0。

ASL采用Philips EPI/灌注单相位(Single phase ASL)及EPI/灌注多相位(Multiphase ASL)进行扫描，单相位扫描参数：TR4000ms，TE20ms，动态数量30，TI1800ms，扫描时间4min08s。多相位扫描参数：TR250ms，TE16ms，动态数量30，相位数8，相位间隔250ms，扫描时间4min08s。ASL图像层厚、层距及扫描基线与DWI相同。

1.3 图像处理与分析 图像处理：在Philips专用工作站上进行, ASL图像使用“Image Algebra”软件包进行后处理，将标记像与控制像剪影，得到灌注图像。

图像分析：所有图像由两位资深的MR诊断医师共同分析、判断。分析内容包括：单、多相位ASL显示异常区域灌注特点，包括低灌注、正常灌注、延迟灌注、高灌注等，是否存在局部高信号，并将2者判断结果逐一进行比较；在DWI和ASL上确定病变范围，人工勾画出DWI图像、ASL-rCBF图像异常区域并测量其面积大小，比较其匹配情况。测量时，尽量避开血管、钙化、陈旧性脑梗塞和脱髓鞘病变。

2 结 果

2.1 单、多相位ASL显示病变灌注特点 31例患者，23例单、多相位ASL灌注结果完全一致，其中低灌注14例，低灌注伴局部高信号3例，正常灌注2例，高灌注4例；8例灌注结果不完全一致，其中2例单相位显示低灌注，多相位显示延迟灌注，6例单相位显示低灌注，多相位显示低灌注伴局部高信号。9例多相位ASL不同时相显示局部高信号，其中2例为后4个时相，1例后3个时相，5例后2个时相，1例为最后1个时相。显然，在显示延迟灌注、局部高信号方面，多相位ASL(6.7%、30.0%)比单相位ASL(0%、10.0%)更具优势。单相位ASL与多相位ASL灌注表现比较结果，如表1。

表1 单相位ASL与多相位ASL灌注表现比较

表2 急性脑卒中DWI异常高信号面积与ASL异常灌注面积比较

2.2 DWI与ASL对对同一病例相同病变显示面积大小 SDWI＜SASL，n=13；SDWI≈SASL，n=16；DWI阳性而ASL阴性，n=2。测量结果，如表2。

3 讨 论

3.1 ASL原理 ASL技术是一种无需注射对比剂的MR灌注方法。它将水作为自由弥散的内在示踪剂，利用反转脉冲标记上游区的动脉血，经过一个从标记层到成像层的通过时间，即反转时间(inversion time，TI)后，血中已标记的自旋在成像层毛细血管区与组织水自旋交换，引起局部组织纵向弛豫时间TI的变化，所得的图像与没有标记的控制像相减就剩下输送过来的磁化，从而产生灌注加权CBF图像。

3.2 ASL在缺血性脑卒中的应用与不足 DWI异常信号区代表梗死核心区，ASL能够检测梗塞中心以及周边区域的血流动力学改变，两者结合能够对脑梗塞情况有较全面的了解与预后判断。本研究显示，2种技术显示缺血区域范围存在以下几种形式：(1)SDWI＜SASL，多数急性脑梗塞为此型。两者不匹配区域，即存在缺血半暗带(ischemic penumbra,IP)[3]，如得到积极有效的溶栓治疗后，这部分是可以挽救的，但这种恢复有着严格的时间限制。(2)SDWI≈SASL，此型存在3种情况，①ASL为低灌注，见于梗塞面积较大且缺乏有效的侧枝循环或梗塞晚期；②ASL显示高灌注。(3)DWI阳性，ASL正常。本组2例与前述4例高灌注患者，头颅MRA均显示正常，分析原因可能与脑梗塞病因自行解除或血管部分、完全的自发性再通有关，所以表现为灌注正常或过度灌注，而过度灌注可能与再通后血脑屏障破坏有关[4]。灌注正常与高灌注一般提示预后良好[3、5]，临床也无需对此进行溶栓治疗。

TI在ASL技术中是最为关键的参数之一，它涉及到一个根本的问题，就是动脉内的血质子从被标记后到进入毛细血管与组织进行交换这段时间的判定。理想的TI，是要求能够获得高的ASL组织信号强度以及最小血管信号强度，如果TI选择过短，就会因通过延迟导致灌注不完全，低估了血流状态，或者因采集时标记的质子正好处于动脉血管内呈高信号强度，高估了血流状态；如果TI选择过长，标记效果会因为T1弛豫效应而大幅降低，从而影响定量的准确性[1]。近年一些研究显示，ASL可以无创性评价闭塞性脑血管病CBF情况[6、7]，然而，在这些患者中，很大一部分由于梗塞部位侧枝循环的存在，使得CBF定量分析变得更加复杂。标记的质子经过动脉Willis环或软脑膜动脉冗长的侧枝循环通路到达成像层，会使通过时间明显延长，结果导致血流状态的低估[1、9]。在Siewert[9]等研究中，发现TI时间长达2400ms才可检测到侧枝循环的延迟灌注。因此，利用单参数TI进行ASL图像采集，往往会因侧枝血流延迟导致ASL图像信号强度的减低，即 CBF的减少。

3.3 单、多相位ASL应用价值本研究选用Philips Achieva 3.0 T TX机单、多相位ASL，采用平面回波-自由衰减(EPI-FID)序列。单相位(Single phase)ASL与大多数文献报道一样，进行一次扫描TI值只能选择一个参数值，本研究TI选择1800ms，能够较好的显示组织的信号强度；而多相位(Multiphase ASL)与单相位ASL不同，它进行一次扫描时可以同时选择多个不同的TI值，本研究多相位ASL，最小TI选择300ms，最大TI选择2400ms，相位数为8，每个相位之间相差300ms，完成扫描可一次性获得同一层面8不同TI值的多相位图像，而扫描时间与单相位ASL完全相同。

图1-4 左侧额顶叶及半卵圆区急性脑梗塞，发病后2d。单相位ASL示低灌注区边缘条形高信号，多相位ASL示TI分别为1500ms、1800ms、2100ms、2400ms显示高信号条带影，提示侧枝循环存在，多相位能够更准确的反映侧枝循环的延迟过程及时间。SASL＞SDWI，梗塞未进展，提示侧枝循环对于预后的判断；图5-6 左侧颞枕叶急性脑梗塞，发病后12h，ASL呈低灌注，SASL≈SDWI，不存在IP；图7-8 左侧基底节区及枕叶叶急性脑梗塞，发病后1d。ASL呈高灌注SASL≈SDWI；图9-13 左侧额顶叶及基底节区多发腔隙性脑梗塞，发病后10h，双侧颈内动脉及分支狭窄、闭塞，为烟雾病患者。单相位ASL示双侧大脑颈内动脉分布区呈低灌注，多相位ASL先显示灌注区域为基底动脉供血区()，颈内动脉分布区（TI=300ms、600ms、900ms、1200ms、1500ms、1800ms、2100ms、2400ms）呈延迟灌注（白箭）。

这样，通过多相位ASL图，可以根据不同TI值对梗塞区域的灌注情况进行动态观察与分析。本研究32例患者，19例多相位ASL图8个不同时相显示灌注结果一致，其中14例均为低灌注，2例为正常灌注，4例为高灌注。11例灌注结果不完全一致，其中2例前7个时相均为低灌注，第8个时相显示正常灌注，提示灌注延迟；9例前4～7个时相为低灌注，后1～4个时相显示低灌注周围出现局部高信号区，提示存在侧枝循环。显然，TI时间越长，越容易检测到侧枝循环、延迟灌注的存在，而这两者对于患者的预后判断具有重要的价值。Chanlela[3]等认为局部高信号是由侧枝循环导致质子留在动脉管腔内造成的，呈线条形，匍匐于脑表面，有别于再通后高灌注，可以做为评价侧枝循环存在的有用要素，并提示预后情况较好。Zaharchuk[10]等发现这种条形高信号一般出现于病灶边缘区域、双侧，本研究9例患者中有6例位于病变区域的两侧，3例位于一侧。而单相位ASL对于检测侧枝循环、延迟灌注相对有限。所以多相位ASL，在一定程度上克服了通过时间延长效应的影响，而单相位ASL具有较好的图像信噪比，两者各有优势。

虽然本研究通过单、多相位ASL脑卒中灌注成像的应用和比较，显示了侧枝循环、延迟灌注的成像特点，对ASL灌注图也有了更深刻的理解，不过本研究也存在一些不足。其一，作为回顾性研究，本组研究的样本量较少；其二，本研究TI值最大选择2400ms，可能存在还未检测到的侧枝循环；其三，与预后是否存在一定的关系，有待进一步随访复查

总之，ASL能基本反映脑梗死区的血流灌注情况，多相位ASL在显示脑卒中延迟灌注、侧枝循环方面比单相位ASL可能更具优势。ASL与DWI相结合能够较好的评价病变情况，ASL图中显示的高灌注、正常、低灌注区局部高信号以及延迟灌注可能提示预后较好。

1.Kin HS,Kin SY,KinJM.Underestimation of Cerebral perfusion on Flow-Sensitive Alternating Inversion Recovery Imaging semiquantitative evaluation with time-to-peak values AJNR,2007,28:2008.

2.Internal carotid artery occlusion assessed at pulsed arterialspin-labeling perfusion MR imaging at multiple delay times.Radiology 2004；233:899-904.

3.Chalema JA，Alsop DC，Gonzalez-Atavales JB，et al.Magnetic resonance perfusion imaging in acute ischemic stroke using continuous arterial spin labeling.Stroke,2000，31:680-687.

4.Tanaka Y, Nagaoka T, Nair G,et al.Arterial spin labeling and dynamic susceptibility contrast CBF MRI in postischemic hyperperfusion, hypercapnia,and after mannitol injection.Journal of Cerebral Blood Flow＆Metabolish,2011,31：1403-1411.

5.Marchal G，Furlan M, Beaudoin V，et al.Early spontaneous hyperperfusion after stroke：a marker of favourable tissue outcome? Brain .1996;119:409-419.

6.Ewing JR， Cao Y, Knight RA，et al.Arterial spin labeling: validity testing and comparison studies.J Magn Reson Imaging,2005,22:737-740.

7.Williams DS.Quantitative perfusion imaging using arterial spin labeling(Review).Methods Mol Med,2006,124:151-173.

8.MacIntosh BJ, Lindsay AC,Kylintireas I，et al.Multiple inflow pulsed arterial spinlabeling reveals delays in the arterialarrival time in minor stroke and transient ischemic attack.

9.Siewert B,Schlaug G,Edelman RR，et al.Comparison of EPISTAR and T2*-weighted gadoliniumenhanced perfusion imaging in patients with acute cerebral ischemia Neurology,1997,48:673.

10.Zaharchuk G, EI Mogy IS,Fischbein NJ, et al.Comparison of arterial spin labeling and bolusperfusion-weighted imaging for detecting mismatch in acute stroke.Stroke,2012，43:1843-1848.