扩散张量成像和动脉自旋标记对急性缺血性脑卒中脑损伤的评价

岳倩，徐香玖，王治民，周星

1.兰州大学第一临床医学院，兰州730000

2.甘肃省人民医院放射科，兰州730000

在我国脑血管疾病的致死率、致残率已成为第一位原因，其中缺血性脑梗死约占80%[1]。早期诊断和及时、有效的治疗对预后意义重大，因此，早期关注梗死区的神经功能受损程度和缺血情况对临床治疗方案的选择及评估预后具有重要的参考意义。本研究通过扩散张量成像(diffusion tensor imaging,DTI)和动脉自旋标记(arterial spin labeling,ASL)成像技术获得的量化数据，探讨其在急性缺血性脑梗死诊断中的临床应用价值。

1 材料与方法

1.1 一般资料

搜集我院2013年1月至2015年1月行脑卒中3.0 T MRI评估检查的病人共114例，其中仅有25例患者经临床和影像学明确诊断为单侧急性或亚急性脑梗死，男18例，女7例；年龄50～83岁，平均65.2岁；超急性期脑梗死5例(发病后6 h内)，急性期16例(6～72 h)，亚急性期4例(3～15 d)。主要临床表现：头晕、嗜睡、肢体乏力或偏瘫、言语不清及视野缺损等。纳入标准：(1)发病急且病情较重的缺血性脑梗死患者；(2)所选患者均为首次患病且生命体征平稳；(3)病灶均为单侧单发；(4)所选患者均无MRI检查禁忌；(5)所选患者均同时做了DTI和ASL成像技术；(6)知情同意。

1.2 检查方法

采用SIEMENS Skyra 3.0 T超导型MR扫描仪和分析软件，20通道头颈联合线圈，进行常规MRI、DTI及ASL检查。

1.2.1 DTI检查

所有病例均采用单次激发自旋回波-回波平面序列(spin echo-echo plane image，SE-EPI)横轴面扫描，b值1000 s/mm2，TR 3700 ms，TE 95 ms，在20个方向施加扩散敏感梯度场，NEX为2，层厚4 mm，FOV 220 mm×220 mm，层间距0 mm，扫描时间4 min 39 s。将DTI数据传输至工作站，在梗死区画出感兴趣区，同时画出镜像区，获得FA值和ADC值；将DTI序列与MPRAGE序列进行融合，对所有病例进行白质纤维束成像(DTT)。

1.2.2 ASL检查

本院SIEMENS Skyra 3.0 T扫描仪ASL为脉冲式动脉自旋标记技术(PASL)，采用平面回波成像(EPI)序列进行扫描，扫描参数：TR 5000 ms，TE 36.34 ms，间隔式扫描时相40个，层厚3 mm，层间距0 mm，扫描时间2 min 5 s，FOV 192 mm×192 mm。手动画出血流灌注异常区及镜像区的大概范围，得到rCBF值。

1.3 图像处理及分析

所有原始图像均在MMWP(multi modality work place)version：VE40工作站上使用Nervus 3D软件进行分析，显示出FA图和DEC图，在原始图像病变高信号区(有病变的每个层面)手动画出梗死面积，并画出健侧镜像区，获得定量参数即部分各向异性分数(fractional anisotropy，FA)值与表观扩散系数(apparent diffusion coeffi cient，ADC)值；通过纤维束成像软件包及专业处理软件进行分析得出白质纤维束图(DTT)，观察纤维束的移位、连续性及破坏情况。将Perfusion Weighted序列进行分割，得到ASL灌注图像，手动勾画出与DTI图像梗死区同层面、同位置、同尺寸区域，得到ASL定量参数-局部脑血流量(rCBF)，观察梗死区的血流变化情况。测量时，尽量避开血管及脱髓鞘病变。若病变涉及多个层面，取其平均值进行分析。所有图像均由两名资深的MR诊断医师共同分析、判断。

1.4 统计学分析

应用SPSS 17.0统计软件分析数据，计量资料以±s表示。同一患者梗死侧与对照侧的FA值、ADC值及rCBF值采用配对设计t检验；控制年龄因素，对梗死区FA值、ADC值与rCBF值进行多变量偏相关分析；3个不同时期梗死灶的FA值、ADC值与rCBF值之间的相关性采用Spearman秩相关分析，P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2名资深的诊断医师对每位患者梗死侧rCBF图与ADC图的面积进行目测评估，发现所有患者rCBF图的梗死面积明显大于ADC图。本研究中25例脑梗死患者梗死区的FA值均较对侧降低，ADC值中有8例病侧高于对侧，17例病侧低于对侧，局部白质纤维束均有中断征象，其中24例rCBF值降低(低灌注)(图1，2)，仅有1例为高灌注。缺血性脑梗死患者梗死区与对照区比较，经配对设计t检验显示：FA值(t=6.920，Sig.(2－tailed)=0.000，P＜0.05)，ADC值(t=2.069，Sig.(2－tailed)=0.049，P＜0.05)，rCBF值(t=3.110，Sig.(2－tailed)=0.005，P＜0.05)(表1)，差异均有统计学意义。采用多变量偏相关分析，对梗死区FA值、ADC值与rCBF值进行偏相关分析，均未见明显相关性(P＞0.05)(表2)；不同发病时期梗死区的FA值、ADC值和rCBF值进行单因素方差分析，结果示3个时期的FA值、ADC值和rCBF值均无差异(P＞0.05)(表3)。

图1 左侧半卵圆中心急性缺血性脑梗死。A、B：DTT图，病灶白质纤维束走形中断、破坏；C：FA伪彩图，病灶纤维束中断； D：FA图，病灶呈低信号；E：ADC图，病灶呈低信号；F：ASL图，病灶区脑血流量明显降低 图2 右侧侧脑室旁急性缺血性脑梗死。A,B：DTT图，病灶白质纤维束走形中断、破坏；C：FA伪彩图，病灶纤维束中断；D：FA图，病灶呈低信号；E：ADC图，病灶呈低信号；F：ASL图，病灶区脑血流量明显降低Fig.1 Acute ischaemic cerebral infarction in the left Semi oval center.A,B:DTT map,site of lesion manifested as fi ber bundles running interruption,disruption.C:FA pseudo-color map,site of lesion manifested as fi ber bundles running interruption.D:FA,lesions showed a low signal.E:ADC,lesions showed a low signal.F:ASL,lesion area cerebral blood flow decreased obviously.Fig.2 Acute ischaemic cerebral infarction on t he right side of the lateral ventricle.A,B:DTT map,site of lesion manifested as fi ber bundles running interruption,disruption.C:FA pseudo-color map,site of lesion manifested as fi ber bundles running interruption.D:FA,lesions showed a low signal.E:ADC,lesions showed a low signal.F:ASL,lesion area cerebral blood fl ow decreased obviously.

表1 脑梗死患者梗死区与对照区FA值、ADC值及rCBF值的比较(×10-3 mm2/s)Tab.1 Comparison of FA,MD and rCBF values of cerebral infartion patients between infarct and contrast areas(×10-3 mm2/s)

3 讨论

缺血性脑梗死起病急、有效救治时间短，它在演变的过程中首先出现的是局部脑血流量(rCBF)的变化，rCBF在一定程度上可以即时反映脑组织的血流动力学改变，目测其梗死范围。根据量化的rCBF信号数据，可以将其分为正常灌注、高灌注和低灌注(梗死区/镜像区：＞1.1为高灌注，0.9～1.1为正常灌注，＜0.9为低灌注)；灌注正常或高灌注一般提示预后良好[2]，但Wang等[3]认为高灌注是否有利于临床预后并不能一概而论；脑梗死发生时，脑组织微结构的改变不但影响了水分子的扩散能力，同时也影响了水分子的扩散各向异性，DTI对扩散具有较高的敏感性，能够发现在常规MRI上显示正常的超急性病灶，是DWI检查的延伸，并在三维空间内直观显示白质纤维束的走行，量化扩散各向异性的信号数据，以评估组织结构的完整性[4-5]。FA值和ADC值是描述脑白质纤维各向异性特征的主要参数，尤其是FA值的大小与髓鞘完整性、纤维致密性及平行性密切相关，能够反映白质纤维束是否完整[6]，而ADC值反映的是脑实质水分子整体的扩散率，ADC值越大水分子的扩散能力越强，信号下降越多，可以反映细胞内水肿情况。ADC值下降代表了细胞毒性脑水肿，升高则为血管源性脑水肿[7-8]。

表2 在年龄控制下梗死区FA值、ADC值与rCBF值间偏相关系数及概率Tab.2 Partial correlation coeffi cient and probability of infarcted areas’FA,MD and rCBF values of patients in controlling for age

表3 不同时期脑梗死区的FA值、ADC值及rCBF值的差异(×10-3 mm2/s)Tab.3 Difference on FA,ADC and rCBF values of infarcted areas in different periods(×10-3 mm2/s)

本组25例患者中，rCBF低灌注面积明显大于ADC图异常信号区的有18例，小于ADC图异常信号区的7例。由于ASL技术正处于早期发展阶段，其本身存在许多不足之处，最突出的便是信噪比较低，另外，我院MR ASL为脉冲式(PASL)，相对于连续式ASL(CASL)而言，信噪比更低，因此不能够明确画出梗死区的边界，只能通过目测比较梗死区在rCBF图和ADC图的大概范围，若在rCBF图上的面积大于ADC图的，证明梗死区存在缺血半暗带(PI)[9]，此区为临床治疗的关键[10-11]。所有患者梗死区在超急性期、急性期及亚急性区的FA值均较镜像区显著降低，ADC值中有8例病侧高于对侧，17例病侧低于对侧，缺血性脑梗死的梗死区与镜像区有显著的差异，与以往的研究具有良好的一致性。25例患者中仅有1例为高灌注，其余24例均为低灌注，其中部分低灌注内可见条状高信号区，此现象在其他文献中也有报道[3，12-13]，Chalema等[2]认为局部高信号是由侧支循环导致质子留在动脉管腔内造成的匍匐于脑表面，有别于再通后高灌注，并提示预后良好。在进行相关性分析时，控制年龄因素分析FA值、ADC值和rCBF值三者之间无相关性，可能与本研究所选取的年龄段比较局限有关；分别对3个不同时期的FA值、ADC值和rCBF值进行秩相关分析，结果显示FA值、ADC值和rCBF值在不同时期均无统计学意义，表明本组病例中的不同时期的FA值、ADC值和rCBF值之间未发现明确相关性，是否相关还需更大样本量、更深入的研究去证实。本研究结果与胡涛等[14]的研究一致。分析可能是由于本研究为回顾性研究，只采用了患者当时期的数据而没有对其进行连续多次检查，同时也可能与病变部位、大小有关。以往研究仅限于用DTI或ASL单模态成像技术评估缺血性脑梗死，对于两者的相关性国内外均没有做过相关报道。推测可能与以下因素有关：(1)样本量过少，尤其是超急性期与亚急性期的患者很难配合完成长时间的扫描；(2)不同的患者梗死部位、大小及与白质纤维束的关系不同。对此，应该在技术层面上多做研究，通过选取更合适的参数值来缩短扫描时间，扩大样本量，以便进一步研究。

本研究的不足之处在于：(1)样本量过少，CT是大部分脑梗死患者的首选检查手段，且即使选择MRI检查也仅限于常规序列；(2)DTI检查易受运动干扰，需患者配合，该研究患者的情况都比较严重，很难避免运动伪影；(3)本组选取的年龄段比较集中，对于不同年龄段之间没有做出明确的分析。

综上所述，脑梗死患者的及早干预对于预后起着关键性的作用，越早溶栓效果越好，能够显著提高患者的生活质量。与单模态相比，DTI和ASL多模态联合兼顾脑组织微结构的完整性和局部血流动力学改变，且可判断PI的存在，实现了在无创基础上判断病情进展、评估预后和随访的需求，具有广阔的临床应用前景。

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