动脉自旋标记技术的临床应用进展

曾 艳 钱银锋*

动脉自旋标记技术的临床应用进展

曾 艳 钱银锋*

动脉自旋标记 (ASL)是一种以动脉血内可自由扩散的水质子为内源性示踪剂的MR灌注成像技术，可以通过定量测量局部微血管的灌注，为疾病的临床诊断提供明确的客观依据。与传统注射对比剂的MR灌注成像方法相比，其不需注射外源性对比剂，可降低成本，并具有无创性、简单易行、可重复性等优点，因而有较强的临床应用潜力。就ASL的原理、分类、临床应用的现状和未来发展趋势予以综述。

磁共振成像；动脉自旋标记；灌注；脑；肾脏；前列腺

Int J Med Radiol，2015，38（4）：446-449

MR灌注成像（perfusion weighted imaging，PWI）属于MR功能成像的一种，主要是通过测量局部组织血液灌注，反映组织中微观血流动力学信息。因多种疾病的病理基础均是灌注异常，所以灌注的定量测量对疾病的临床诊断、评估及治疗有着重要参考价值。根据成像原理PWI可分为两种：一种是使用外源性示踪剂，经静脉团注的首过成像法，较为常用的是动态磁敏感对比增强（dynamic susceptibility contrast，DSC）；另一种是利用水质子作为内源性示踪剂的动脉自旋标记 （arterial spin labeling，ASL）技术。因ASL无需注入外源性对比剂，具有无创性、可重复性、成本低和成像速度快等优点，其在临床上的应用越来越广泛。

1 ASL成像原理及其分类

ASL是以可自由扩散的水分子为内在示踪剂的MR灌注成像方法，它对上游动脉血中的水质子行反转标记，当标记过的水质子随血流流入下游成像层面内，扩散至局部组织引起其磁化矢量发生变化而得到反转水质子标记影像，磁化矢量的变化与血流灌注成比例，将所获标记影像与没有标记的对照影像减影，即可获得反映器官灌注情况的血流（blood flow，BF）图。根据动脉血反转标记的方法不同，ASL技术总体上可分为连续式动脉自旋标记（continuous ASL，CASL）和脉冲式动脉自旋标记（pulsed ASL，PASL）[1]两种，前者是利用持续的射频脉冲对流入的动脉血液进行连续的反转标记，后者则是利用一个绝热的双曲正割脉冲对动脉血液进行反转标记[2]。CASL技术最早由Detre等[3]在1992年提出并通过大鼠实验证实，1994年Roberts等[4]用该技术行人脑灌注实验也取得了成功；PASL则是最早由Edelman等[5]提出的单标记交替平面回波成像 （echo-planar imaging and signal targeting with alternating radiofrequency，EPISTAR）。与PASL相比，CASL技术的优点在于信噪比较高、标记平面狭窄、可以采集多层灌注影像，同时它也存在很多缺点，如需要额外的线圈、功率沉积大、组织受磁化传递效应的影响较大。CASL的缺点使它在临床上未能得到广泛应用。PASL具有功率沉积小、技术需求少、操作简便、标记效率高等优点，故成为临床上最常用的ASL技术。在近几年研究中，Wu等[6]提出了一种介于CASL和PASL之间的伪连续式动脉自旋标记（pseudo CASL，pCASL）技术。

2 ASL在神经系统疾病的应用进展

2.1 脑肿瘤 血管的生成在肿瘤发展和转移中起着关键的作用，而血管生成情况的评估主要是通过PWI测量肿瘤血流量（tumor blood flow，TBF），进而对肿瘤进行分级、选择治疗方案以及评估预后。Cebeci等[7]对33例脑胶质瘤病人(高级别胶质瘤20例，低级别胶质瘤13例)行ASL检查，发现局部脑血容量（regional cerebral blood volume，rCBV）和局部脑血流量（regional cerebral blood flow，rCBF）在高、低级别胶质瘤之间有显著差异，表明ASL作为一种无创性的检查技术，可用于评估胶质瘤的灌注情况，并有助于对肿瘤进行分级评判。Koizumi等[8]对25例脑膜瘤病人行pCASL扫描后发现，ASL测得的TBF与组织病理学获得的肿瘤微血管密度成正比，血管生成型脑膜瘤的最大肿瘤血流量与平均肿瘤血流量均明显高于非血管生成型脑膜瘤，证实ASL可以评估肿瘤的血管生成，并且可以用于血管生成型脑膜瘤与其他类型脑膜瘤的鉴别。Weber等[9]研究发现，可以利用ASL监测脑转移瘤病人放疗术后局部相对脑血流量变化，进而评估病人预后情况。有研究[10]发现ASL有助于鉴别原发性中枢神经系统淋巴瘤与多形性胶质母细胞瘤，后者的相对和绝对TBF均明显高于前者。

2.2 短暂性脑缺血发作 短暂性脑缺血（transient cerebral ischemia，TIA）发作是脑梗死的重要危险因素之一。临床统计显示，1/3以上的未经治疗的TIA病人将会发展为脑梗死，每年有4%～8%的脑梗死发生于TIA之后，所以早期诊断、治疗TIA对预防脑梗死具有重要的临床价值。近年来，许多研究通过MR灌注成像或CT灌注成像发现发病早期的TIA病人均存在局部脑组织的灌注异常[11-13]。Zaharchuk等[14]对78例TIA病人行多种影像检查后发现，ASL阳性率62%，DWI阳性率24%，MRA阳性率13%，此外48例行DSC PWI检查阳性率为31%，且93% DSC PWI异常的病人ASL也显示异常，因此可通过ASL技术检测局部脑组织血流灌注变化协助诊断缺血性脑血管病，且其敏感性高于DWI和MRA。Qiao等[15]通过研究也证实了这一结论，他们将49例临床怀疑TIA的病人纳入研究，这些病人行常规MRI检查、DWI和MRA均未发现异常，而ASL可发现明显异常，敏感度为55．8%，特异度为90．7%。这些研究初步表明，ASL对血流灌注改变更敏感，可为其他神经影像学检查阴性的TIA病人诊断提供依据。

2.3 脑梗死 脑梗死发生后，缺血半暗带（ischemic penumbra，IP）的检出对脑梗死的治疗和预后起着关键性的作用。Chalela等[16]对15例24 h内的急性脑梗死病人行ASL成像，发现ASL可显示急性脑缺血区的灌注不足，且灌注不足与临床症状和（或）DWI的异常是一致的。Huang等[17]对39例脑梗死病人行ASL和DSC成像，发现ASL灌注法与DSC灌注法对判断脑梗死病人的血流灌注状态具有很好的一致性。此外，Bivard等[18]将58例发病6 h内的超急性脑梗死病人纳入研究，证实ASL能够较好地评价IP。若对存在缺血半暗带的脑梗死病人行溶栓治疗，其区域灌注有望得到恢复。Mirasol等[19]研究发现，ASL在评估缺血区再灌注中与DSC有很好的一致性，ASL可替代DSC评估急性脑卒中病人的再灌注情况。

2.4 阿尔茨海默病 阿尔茨海默病（Alzheimer disease，AD）是老年期最常见的痴呆类型，占老年期痴呆的50%～70%。Wierenga等[20]认为AD病人在表现出临床症状之前就存在局部脑组织低灌注现象，且低灌注影像可以通过ASL技术获得。Dai等[21]通过对AD病人、轻度认知功能障碍和健康志愿者行ASL检查，发现AD病人左顶叶、左侧额叶、左上颞叶脑血流量较健康对照者和轻度认知功能障碍病人显著下降，而右侧前扣带回灌注增加，这与早期AD病人局部脑组织细胞和血管代偿性改变有关。国内也有研究者[22]通过研究证实ASL可用于评估AD病人脑血流量，且病人的低灌注与其脑结构和功能的改变密切相关。Binnewijzend等[23]应用ASL对AD、额颞痴呆（frontotemporal dementia，FTD）和路易体痴呆（dementia with Lewy bodies，DLB）病人和正常对照组进行研究后发现，AD病人幕上所有脑区的CBF均下降，以后部最明显；DLB病人除颞叶外，全脑的CBF均明显下降；当采用部分容积校正计算皮质的CBF时，AD病人的最低CBF位于颞叶，而FTD病人位于额叶。

3 ASL在其他系统病变的应用进展

3.1 肾脏疾病 肾功能损伤与肾皮髓质血流灌注下降密切相关。Hueper等[28]通过钳夹小鼠右肾蒂造成急性肾损伤（acute kidney injury，AKI）后行ASL检查，发现ASL可通过定量测量肾灌注来评估小鼠AKI之后的肾体积减小和组织学变化，为AKI评估提供一种无创性方法。Pedrosa等[29]对肾功能衰竭而不能行增强检查的肾脏肿块病人行ASL检查，11个ASL阳性[平均血流（134±85.7）mL/（min·100 g）]的肿块中，3个为恶性，1个为上皮不典型性增生，7个随访后进展，表明在肾功能受损的病人中ASL检测到肾脏肿块存在血流灌注则提示为肿瘤，较高的血流灌注水平预示肿瘤进展迅速。Lanzman等[30]在34例肾肿瘤的ASL研究中发现，嗜酸细胞瘤的血流灌注[平均373.9 mL/（min·100 g）]明显高于所有的肾癌，而乳头状肾细胞癌的血流灌注 [平均27.0 mL/（min·100 g）]明显低于其他类型肾癌，表明ASL有助于肾脏肿瘤的鉴别和肾细胞癌类型的区分。一项对20例肾移植病人ASL灌注的研究[31]发现，肾移植后急性肾功能恶化者皮质灌注显著降低，表明ASL有望成为平扫即可定量分析移植肾皮质灌注的技术，但ASL监测移植肾功能的临床参考值还需进一步探讨。

3.2 乳腺疾病 乳腺癌是一种严重影响妇女身心健康甚至危及生命的恶性肿瘤，是女性最常见的恶性肿瘤之一，早期乳腺癌往往不具备典型的症状和体征，不易引起重视，而乳腺癌的早期发现、早期诊断是提高疗效的关键。乳腺癌的影像检查方法较多，Kawashima等[32]将13例乳腺癌病人（14枚肿瘤）纳入研究，对其行ASL检查发现，12例病人（13枚肿瘤）的肿瘤灌注均呈现明显的异常，并与CT灌注成像结果一致，故ASL可为乳腺癌的诊断提供依据。在一组18例未经治疗的乳腺癌的ASL研究中发现，浸润性导管癌的血流灌注平均为88.2 mL/（min·100 g），明显高于正常乳腺的[24.9 mL/（min· 100 g）]和浸润性小叶癌的[30.5 mL/（min·100 g）]，而后两者间无明显差异[33]。

3.3 前列腺癌 前列腺癌的预后与早期诊断和治疗密切相关，而MR灌注成像可为前列腺癌的早期诊断和治疗提供病理生理学指标。Cai等[34]将43例病理证实为前列腺癌的病人纳入研究，通过ASL测量后发现肿瘤区血流量明显高于非肿瘤区，且其结果与动态对比增强所得结果一致。对一组35例临床疑似前列腺肿瘤的病人行ASL检查，发现前列腺外周带与中央带、外周带与外周带内的肿瘤、中央带与中央带肿瘤平均灌注值差异均有统计学意义，表明ASL有助于疑似前列腺肿瘤病人的确诊[35]。

3.4 多发性骨髓瘤 多发性骨髓瘤（multiple myeloma，MM）的治疗目前多以化疗为主，而化疗早期疗效的判断对其后期化疗方案的制定以及预后有着重要的参考价值。Fenchel等[36]对19例多发性骨髓瘤Ⅲ期病人抗血管生成治疗前后行ASL检查，发现同治疗有效组相比，治疗无效组治疗前的灌注值低；在治疗后3周和8周时，治疗有效组的灌注值均明显下降，而治疗无效组灌注值增加；且灌注值的变化与血液学参数β2-微球蛋白和异蛋白密切相关，表明ASL对于新兴的抗血管生成治疗的疗效预判和早期评估是一种有价值的方法。

4 展望

ASL作为一种完全无创的测量区域灌注的MR成像方法，从提出至今有了很大发展。但是ASL技术作为一种新兴的技术，本身尚存在一些不足，如信噪比较低，由于存在传输延迟效应，区域CBF值往往被低估或白质量化差等，尤其在颅脑以外的部位，ASL技术受运动伪影、邻近组织器官影响明显，ASL影像易与解剖影像匹配不准，使ASL在颅脑以外的应用受到明显的限制。随着理论和技术的不断发展，ASL技术存在的问题正在逐一解决。今后它有可能取代有创性技术来测量区域灌注，其研究领域与临床应用将会得到更广泛的拓展。

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（收稿2015-01-26）

The progress in clinical applications of arterial spin labeling technique

ZENG Yan,QIAN Yinfeng.
Department of Radiology,First Affiliated Hospital of Anhui Medical University,Hefei 230022,China

As a kind of MR perfusion imaging methods,arterial spin labeling (ASL)takes water in arterial blood, which is freely diffusible,as an endogenous tracer.Through quantitatively measuring local relative blood flow,ASL can provide tangible proofs for diseases diagnosis.Not like dynamic susceptibility contrast enhanced MR perfusion,it does not need exogenous contrast agent.With the advantage of noninvasiveness,simplicity,relatively lower costs and repeatability,it has strong potential in clinical application.In this review we mainly focued on the principle,categories,clinical applications, and future prospects of ASL.

Magnetic resonance imaging;Arterial spin labeling;Perfusion;Brain;Kidney;Prostate

10.3874/j.issn.1674-1897.2015.05.Z0508

安徽医科大学第一附属医院放射科，合肥 230022

钱银锋，E-mail：894206876@qq.com

*审校者