三维动脉自旋标记在病毒性脑炎诊断中的应用研究

彭铮堃 张洪英 吴晶涛 叶靖 王守安 徐耀 徐俊

病毒性脑炎是常见的中枢神经系统感染性疾病，通常呈急性或亚急性起病，临床主要表现为头痛、发热、呕吐、精神异常等，预后取决于病原体和宿主免疫状态［1］，故准确诊断和及时治疗对预后具有重要影响。病毒性脑炎的临床诊断主要依靠病史、临床表现以及脑脊液蛋白、葡萄糖和细胞学检查。目前，MRI业已成为病毒性脑炎定位和定性诊断不可或缺的检查方法之一，常规MRI序列包括T1WI、T2WI、FLAIR 成像和扩散加权成像（DWI），通常呈阴性［2⁃3］。三维动脉自旋标记（3D⁃ASL）是近年发展起来的灌注成像（PWI）技术，以动脉血中水分子氢质子作为内源性示踪剂，实现全脑灌注成像。3D⁃ASL无需对比剂增强，具有无创性、简便、安全等优点而逐渐应用于临床研究，对脑血管病、神经变性病、中枢神经系统肿瘤、癫等的研究具有重要价值［4］。本研究采用3D⁃ASL观察41例病毒性脑炎患者脑组织灌注情况，以探讨3D⁃ASL在病毒性脑炎诊断中的应用价值。

资料与方法

一、临床资料

1.纳入标准 （1）呈急性或亚急性起病，多有发热。（2）有脑实质损害症状与体征。（3）腰椎穿刺脑脊液检查呈非化脓性改变。（4）脑脊液病毒特异性抗体呈阳性。（5）脑电图显示大脑皮质广泛重度损害时呈广泛性高电压δ波。（6）头部CT和（或）MRI显示脑实质异常改变［5］。（7）本研究经江苏省苏北人民医院道德伦理委员会审核批准，所有患者或其家属均知情同意并签署知情同意书。

2.排除标准 （1）排除中枢神经系统细菌、真菌、寄生虫、螺旋体、支原体等感染。（2）排除中枢神经系统非炎症性病变，如脑血管病、神经变性病、中枢神经系统肿瘤和中毒性脑病。（3）排除急性播散性脑脊髓炎。（4）排除其他诊断。

3.一般资料 选择2014年11月-2016年11月在江苏省苏北人民医院首诊为病毒性脑炎的患者共41例，男性21例，女性20例；年龄16～85岁，平均（49.09±19.83）岁；病程10小时至2个月、中位病程 5（2，10）d，＜ 10 d（急性期和亚急性早期［6］）28 例（68.29%）、≥ 10 d（亚急性晚期和慢性期［6］）13例（31.71%）；临床主要表现为发热19例（46.34%）、头痛头晕18例（43.90%）、意识障碍10例（24.39%）、精神行为异常9例（21.95%）、肢体活动障碍7例（17.07%）、视力障碍1例（2.44%）。39例（95.12%）腰椎穿刺脑脊液外观清亮、透明，其中28例（68.29%）异常，分别为压力升高6例（14.63%），为190～ 230 mm H2O（1 mm H2O=9.81× 10⁃3kPa，80～180 mm H2O）；白细胞计数增加14例（34.15%），多呈轻度增加，为（9～20）×106/L［（0～8）×106/L］，尤以淋巴细胞显著；蛋白定量升高16例（39.02%），为460～1360 mg/L（150～450 mg/L）；葡萄糖和氯化物均于正常值范围。

二、研究方法

1.头部MRI检查 采用美国GE公司生产的Discovery MR750 3.0T MRI扫描仪，8通道头部线圈，梯度场强为40 mT/m，扫描序列包括T1⁃快速自旋回波（T1⁃FSE）、T2⁃快速自旋回波（T2⁃FSE）、DWI和3D⁃ASL。（1）横断面 T1⁃FSE：重复时间（TR）1750 ms、回波时间（TE）24 ms，扫描视野（FOV）为240 mm ×240 mm，矩阵320×256，激励次数（NEX）0.50次，层厚5 mm、层间距1 mm，扫描时间54 s，共22层，范围覆盖颅底至颅顶全部脑组织。（2）横断面T2⁃FSE：重复时间4200 ms、回波时间102 ms，视野240 mm×240 mm，矩阵320×288，激励次数1次，层厚5 mm、层间距1 mm，扫描时间38 s，共22层，范围覆盖颅底至颅顶全部脑组织。（3）DWI：采用单次激发平面回波成像（SE⁃EPI），b值为 0和 1000 s/mm2，重复时间为3000 ms、回波时间为65 ms，扫描视野240 mm×240 mm，矩阵160×160，激励次数1次，层厚5 mm、层间距1 mm，扫描时间24 s，共24层，范围覆盖全脑。（4）3D⁃ASL：采用伪连续动脉自旋标记（pCASL）和螺旋式（spiral）采集的FSE序列，重复时间为4852 ms、回波时间10.50 ms、标记后延迟时间（PLD）2050 ms，扫描视野240 mm×240 mm，矩阵512×12，激励次数3次，层厚4 mm、层间距为零，扫描时间394.20 s，共36层，范围覆盖全脑。

2.图像和数据处理 由2位经验丰富的神经影像科医师对MRI图像进行独立判读和分析，并计算T1WI、T2WI、DWI和3D⁃ASL阳性率。采用AW 4.6工作站Functool软件（美国GE公司）对3D⁃ASL原始图像进行处理并获得脑血流量（CBF）图和表观扩散系数（ADC）图。在CBF图上取病灶最大层面中心部位和镜像侧15～20 mm2区域作为兴趣区（ROI），阴性患者对称性选取各脑叶灌注较均匀的区域作为兴趣区，每例检测3次，取平均值。采用相同方法在ADC图上选取兴趣区并测量病灶侧和镜像侧ADC值。进一步测量病灶所在脑区外脑叶CBF值和ADC值，为减少潜在变量和干扰因素的影响，病灶所在脑区外脑叶的测量选择单发病灶患者，按患侧和健侧额颞顶枕叶和小脑进行分组。

3.统计分析方法 采用SPSS 19.0统计软件进行数据处理与分析。对2位神经影像科医师的观察结果进行一致性检验（Kappa检验），κ＞0.75为一致性较好、＜0.40为一致性较差，以P≤0.05为差异有统计学意义。对存有异议的观察结果进行讨论后达成一致，并进行后续评价。计数资料以相对数构成比（%）或率（%）表示，T1WI、T2WI、DWI和3D⁃ASL阳性率的比较采用χ2检验；呈正态分布的计量资料以均数±标准差表示，病灶侧与镜像侧以及病灶所在脑区外脑叶CBF值和ADC值的比较采用配对t检验。以P≤0.05为差异有统计学意义。

结 果

Kappa检验显示，2位神经影像科医师对T1WI、T2WI、DWI和 3D⁃ASL结果判断的κ值分别为 0.788、0.828、0.764和0.881（均P=0.000），表明二者具有较好的一致性。

MRI显示，41例患者中28例（68.29%）呈异常表现，包括单发病灶21例，多发病灶7例，其中2例呈弥漫性分布、1例呈双侧不对称性分布、1例呈双侧对称性分布、3例呈单侧分布；病灶累及额叶13例，颞叶12例，顶叶6例，枕叶8例，基底节区2例，丘脑2例和小脑半球1例；其中累及皮质或皮质下24例，同时累及皮质、基底节区和丘脑2例，累及皮质和边缘系统5例，单侧局限性累及边缘系统2例；病灶形态多不规则，呈局灶性斑片状或大片状异常信号，无明显占位效应，累及皮质者脑回轻微肿胀；5例T1WI呈等信号、T2WI呈高信号，3例T1WI呈低信号、T2WI呈高信号，14例DWI呈高信号，27例3D⁃ASL呈病灶高灌注（图1～3）、1例呈病灶低灌注。

本组41例患者中3例T1WI呈阳性，阳性率为7.32%；8例T2WI呈阳性，阳性率为19.51%；14例DWI呈阳性，阳性率为34.15%；28例3D⁃ASL呈阳性，阳性率为68.29%；组间差异有统计学意义（χ2=39.111，P=0.000），其中，3D⁃ASL 阳性率高于 T1WI（χ2=32.416，P=0.000）、T2WI（χ2=19.807，P=0.000）和 DWI（χ2=9.567，P=0.004）。

急性期和亚急性早期（＜10 d）患者病灶侧CBF值高于镜像侧且差异有统计学意义（P=0.012），而双侧ADC值差异无统计学意义（P＞0.05）；亚急性晚期和慢性期（≥10 d）患者病灶侧与镜像侧CBF值和ADC值差异均无统计学意义（P＞0.05，表1）。病灶所在脑区外脑叶比较，患侧与健侧额颞顶枕叶和小脑CBF值和ADC值差异均无统计学意义（P＞0.05，表2）。

讨 论

病毒性脑炎系病毒直接侵犯中枢神经系统引起的脑实质炎症性病变，病毒大多直接侵犯神经细胞胞体和树突积聚的皮质，少数因宿主过度免疫应答而直接导致或继发性引起局灶性或弥漫性神经细胞凋亡或白质脱髓鞘改变，从而出现脑实质广泛充血、肿胀，并伴大量淋巴细胞和浆细胞浸润［7⁃8］。病毒性脑炎通常预后良好，但仍有少数患者因疾病发展迅速或治疗不及时，遗留严重后遗症甚至死亡，因此，早期准确诊断和及时治疗是改善临床预后的关键［9］。

图1 男性患者，47岁，主因言语错乱7 d入院，临床诊断为病毒性脑炎。头部MRI检查所见 1a 横断面T1WI显示，双侧颞枕叶病灶呈斑片状稍低信号（箭头所示），并可见脑回肿胀 1b 横断面T2WI显示，双侧颞枕叶病灶呈斑片状稍高信号（箭头所示），并可见脑回肿胀 1c 横断面DWI显示，病灶呈高信号（箭头所示） 1d 同层面CBF伪彩图显示，病灶呈高灌注（红色区域所示）Figure 1 A 47⁃year⁃old male patient had suffered paraphasia for 7 d,and was clinically diagnosed as viral encephalitis.Head MRI findings Axial T1WI showed irregular flaky mind hypointense signal located in bilateral temporal and occipital lobes(arrow indicates)and cerebral sulci swelling(Panel 1a).Axial T2WI showed mild hyperintense signal in bilateral temporal and occipital lobes(arrow indicates)and cerebral sulci swelling(Panel 1b).Axial DWI showed high signal of the lesions(arrow indicates,Panel 1c).CBF pseudo⁃color map on the same level showed the lesions demonstrated prominently high perfusion(red areas indicate,Panel 1d).

图2 女性患者，50岁，主因意识障碍4 d入院，临床诊断为病毒性脑炎。头部MRI检查所见 2a～2c 横断面T1WI、T2WI和DWI未见双侧大脑半球明显异常信号影 2d 同层面CBF伪彩图显示，左侧岛叶病灶呈高灌注（红色区域所示）Figure 2 A 50⁃year⁃old female patient had suffered confusion for 4 d,and was clinically diagnosed as viral encephalitis.Head MRI findings Axial T1WI,T2WI and DWI showed no abnormal signal of bilateral hemispheres(Panel 2a-2c).CBF pseudo⁃color map on the same level displayed high perfusion of the lesion in left insular lobe(red areas indicate,Panel 2d).

图3 女性患者，46岁，主因发热、头痛伴恶心、呕吐4 d入院，临床诊断为病毒性脑炎。头部MRI检查所见 3a～3c 横断面T1WI、T2WI和DWI未见双侧大脑半球明显异常信号影 3d 同层面CBF伪彩图显示，右侧额颞叶病灶呈高灌注（红色和黄色区域所示）Figure 3 A 46⁃year⁃old female patient had suffered fever,headache,nausea and vomiting for 4 d,and was clinically diagnosed as viral encephalitis.Head MRI findings Axial T1WI,T2WI and DWI showed no abnormal signal of bilateral hemispheres(Panel 3a-3c).CBF pseudo⁃color map on the same level showed high perfusion of the lesion in right fronto⁃temporal lobe(red and yellow areas indicate,Panel 3d).

MRI可以为病毒性脑炎的诊断提供较直观的依据。典型病灶通常表现为长T1、长T2信号，FLAIR成像呈高信号，DWI序列可因不同类型病毒性脑炎而呈现不同信号特点，多表现为高信号，ADC图呈低信号［10⁃11］，但是由于 DWI的 T2穿透效应（T2信号固有特点）对脑室周围和皮质病灶的显示效果较差，有可能导致假阴性结果，且对处于病程中后期以血管源性水肿为主的病灶敏感性较低［12］。

表1 急性期和亚急性早期（＜10 d）以及亚急性晚期和慢性期（≥10 d）患者病灶侧与镜像侧CBF值和ADC值的比较Table 1. Comparison of CBF and ADC values between ipsilateral side and contralateral side in different phases(duration＜10 d and≥10 d,

表1 急性期和亚急性早期（＜10 d）以及亚急性晚期和慢性期（≥10 d）患者病灶侧与镜像侧CBF值和ADC值的比较Table 1. Comparison of CBF and ADC values between ipsilateral side and contralateral side in different phases(duration＜10 d and≥10 d,

CBF，cerebral blood flow，脑 血 流 量 ；ADC，apparent diffusion coefficient，表观扩散系数。The same for Table 2

CBF[ml/(min·100 g)]ADC(× 10 ⁃3mm2/s)N 7 21 63.32± 4.83 83.61± 7.19 2.690 0.012 0.85±0.02 0.79±0.03⁃1.623 0.117 0.89±0.01 0.87±0.03⁃2.018 0.078 Group Duration＜10 d Contralateral side Ipsilateral side t value P value Duration≥10 d Contralateral side Ipsilateral side t value P value 6 7 64.91± 6.98 74.37±10.72 1.149 0.284

ASL通过射频（RF）脉冲对动脉血中水分子氢质子进行标记（自旋状态发生反转），利用其作为自然内生流动的示踪剂，监测被磁化的氢质子T1弛豫时间衰减率，从而评价脑组织灌注，由于动脉血含有高丰度氢质子，故ASL检测结果可靠。有研究显示，ASL的CBF值与PET的CBF值和传统动态磁敏感对比增强灌注成像（DSC⁃PWI）的CBF值均具有较高的相关性和一致性［13⁃15］。ASL用于中枢神经系统感染特别是脑炎的研究较少，鉴于此，本研究采用3D⁃ASL技术并探讨其对病毒性脑炎的诊断价值。与传统二维动脉自旋标记（2D⁃ASL）采用的EPI序列不同，3D⁃ASL采用FSE序列，扫描时间更短、分辨力更高，具有较高的标记作用和较少的射频能量沉积，并能够较好地消除磁场不均产生的伪影和信号丢失，减少各层面对氢质子不同时间进入兴趣区后产生不同采集时间的影响［16］，消除鞍旁和颅底伪影，从而实现全脑灌注成像。在本研究中，3D⁃ASL较清晰地显示出位于鞍旁、内侧颞叶病灶，并以监测并标记后的氢质子信号强度作为成像基础以定量测量局部脑血流量（rCBF）。结果显示，急性期和亚急性早期患者病灶呈高灌注，病灶侧与镜像侧CBF值差异有统计学意义，且3D⁃ASL阳性率高于较其他MRI序列，这可能是由于ASL作为功能成像可以较好地反映病灶侧脑实质或脑膜广泛充血、肿胀和血流速度增快。研究显示，ASL探测的水分子氢质子不受血⁃脑屏障的限制，因此，除反映血管微循环异常灌注外，还可以反映脑组织间隙甚至神经元跨膜水分子运动的局部脑组织异常灌注［17⁃18］。本研究仅有1例患者呈现病灶低灌注，其病程为10天，尚处于亚急性期，考虑可能与血管痉挛、脑缺血或继发性癫引起的局部脑血流量减少、代谢降低有关。持续的脑组织低灌注常提示不良预后［19⁃20］。尽管本研究3D⁃ASL阳性率较高［68.29%（28/41）］，但仍有13例未显示出异常，结合临床病史，考虑可能与接受过治疗（13例中9例有外院治疗史）或病程不同（不同患者对疾病敏感性不同以及不排除部分患者主诉有误）有关；此外，病灶所在脑区外脑叶无论是患侧还是健侧，额颞顶枕叶和小脑CBF值和ADC值差异均无统计学意义。

表2 病灶所在脑区外脑叶患侧与健侧CBF值和ADC值的比较Table 2. Comparison of CBF and ADC values between ipsilateral side and contralateral side in different lobes except the lesion located

表2 病灶所在脑区外脑叶患侧与健侧CBF值和ADC值的比较Table 2. Comparison of CBF and ADC values between ipsilateral side and contralateral side in different lobes except the lesion located

CBF[ml/(min·100 g)]N ADC(× 10 ⁃3mm2/s)21 12 51.52±15.10 54.83±15.50 0.708 0.483 0.82±0.07 0.82±0.05⁃0.126 0.901 57.94±19.95 60.49±16.53 0.482 0.632 21 16 0.84±0.07 0.82±0.05⁃1.053 0.297 Group Frontal lobe Contralateral side Ipsilateral side t value P value Temporal lobe Contralateral side Ipsilateral side t value P value Parietal lobe Contralateral side Ipsilateral side t value P value Occipital lobe Contralateral side Ipsilateral side t value P value Cerebellum Contralateral side Ipsilateral side t value P value 21 18 56.18±20.27 58.77±19.98 0.436 0.665 0.80±0.05 0.80±0.06⁃0.265 0.792 21 19 53.57±14.06 56.41±15.47 0.671 0.505 0.85±0.08 0.84±0.08⁃0.262 0.794 21 20 61.22±21.00 60.52±19.44⁃0.129 0.898 0.68±0.04 0.67±0.03⁃0.930 0.794

本研究尚存在一定局限性：首先，仅以CBF值作为3D⁃ASL指标，这是由于成像技术的原因，未能获得其他量化指标；其次，最终诊断结果是基于临床诊断，尚缺乏进一步的病原学诊断。

综上所述，3D⁃ASL检测病毒性脑炎的阳性率优于 T1WI、T2WI和 DWI。病毒性脑炎患者行 3D⁃ASL检测，急性期即可见病灶呈异常高灌注，且可清晰显示小脑、颅底和鞍旁病灶。因此，3D⁃ASL是一种无创性、简便、费用较低且可以定量测量脑组织灌注的技术，对病毒性脑炎的诊断有重要价值。

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