ASL灌注成像评价无症状型单侧颈内动脉重度狭窄或闭塞老年患者脑血流动力学改变及Willis环侧支代偿作用

郝晓勇，吴江，杨朝慧，朱丽娜，牛衡，李璇

单侧颈内动脉(internal carotid artery，ICA)重度狭窄或闭塞是引起颅内缺血最主要的因素之一，但并不是所有患者都会发生脑梗死，有些单侧颈内动脉动脉闭塞患者临床症状较轻，仅表现为可逆性神经功能缺损或短暂性脑缺血发作，甚至仅仅表现为轻微的头晕或头痛。近年来，对于缺血性脑卒中病理生理机能改变的探索也在不断深入，有学者提出应用磁共振定量磁化率成像(一种反映脑氧代谢成像的技术)对其进行探索[1]。单侧颈内动脉闭塞后临床症状的轻重不仅与闭塞血管的部位、血管闭塞速度等多个因素有关，还与侧支循环形成的代偿状态密切相关。本研究通过对无症状型单侧颈内动脉重度狭窄或闭塞老年患者的全脑动脉自旋标记(arterial spin labeling，ASL)灌注成像特征进行分析，对其脑血流动力学改变及Willis环侧支循环代偿作用进行评价，旨在为无症状型单侧颈内动脉重度狭窄或闭塞的老年患者早期血管再通治疗提供血流动力学等相关影像学依据。

材料与方法

1.临床资料

回顾性分析2018年7月-2019年8月本院42例无症状型单侧颈内动脉重度狭窄或闭塞老年患者(年龄≥60岁)的病例资料，其中男23例，女19例，年龄60～81岁。入选患者均无明确神经系统症状及定位体征，仅其中15例自诉有不典型头晕和头痛症状。头颅MRI检查显示其中9例未见明显异常，另33例仅发现少量腔隙性脑梗死。排除标准 ：①磁共振检查显示双侧颈内动脉和大脑中动脉闭塞患者；②有颅内肿瘤、动静脉畸形、动脉炎、动脉夹层和烟雾病者，或经过病史或影像学证实有出血性卒中的患者。

2.检查方法

使用GE Signa HDxt 1.5T磁共振扫描仪，扫描序列包括横轴面T1WI、T2WI、T2-FLAIR、DWI、3D-TOF MRA、3D-ASL及矢状面T1WI。3D-TOF MRA扫描参数：TR 23.0 ms，TE 2.7 ms，层厚1.2 mm，视野24 cm×24 cm；矩形视野比值0.81；3D-ASL成像扫描参数：视野24 cm×24 cm，标记后延迟时间1525 ms。

对3D-TOF MRA原始扫描数据采用最大密度投影(MIP)算法进行图像重组，获得显示Willis环的MRA图像。对3D-ASL原始扫描数据使用Functool软件(ADW 4.6工作站)进行后处理，获得脑血流量(cerebral blood flow，CBF)图，利用对称技术手动勾画ROI，分别测量双侧颈内动脉供血区的各相应脑叶(颞叶、额叶、顶叶)的CBF值，ROI的选择应避开血管、脑沟裂和脑池等结构，ROI面积为50～60 mm2，每个ROI均由3位有经验的放射科医师重复测量3次，取其平均值。

3.图像分析和评估

通过在显示器上多角度观察TOF-MRA原始图像及(或)三维重建图像，对血管状态予以评价。将颈内动脉未显影定义为颈内动脉重度狭窄或闭塞。Willis环完整性的判定：组成血管起止点及走行显示清楚、显影连续性良好时认为该段血管存在，3D-TOF MRA原始图像无法明确起始点时，可认为该段血管缺如。

图1 A组患者。a) MRA示Willis环完整(箭)； b) ASL灌注CBF伪彩图，显示左、右侧颞叶的颜色相近、分布基本对称，表明双侧CBF值无明显差异；c)ASL灌注CBF伪彩图，显示左、右侧额顶叶的颜色相近、分布对称，表明双侧CBF值无明显差异。

Willis环变异较多，根据代表性文献，如Krabbe-Hartkamp等[2]将Willis环按前后环的形态分别分型，前环分a～j共10型，后环分a～j共10型，该分型详细地介绍了Willis环变异的形态，但过于繁琐，结合本研究实际情况，本研究中分为Willis环完整型、Willis环部分完整型(Willis环前后至少有一条侧支开放)及Willis环不完整型(Willis环前后侧支均不完整)共3组。

4.统计学方法

使用SPSS 19.0统计学软件对所有数据进行统计分析。各脑叶内ROI的ASL灌注参数CBF值均以均数±标准差的形式表示，并采用配对t检验对双侧对称区域ROI的CBF测量值进行比较，当P<0.05时认为差异有统计学意义。

结 果

42例中左侧和右侧颈内动脉重度狭窄或闭塞者分别为24和18例。42例中Willis环完整8例(A组)，Willis环部分完整21例(B组)，Willis环不完整13例(C组)。

Willis环完整组中各脑叶双侧CBF测量值及比较结果见表1、图1。Willis环完整时，各脑叶患侧与健侧的ASL灌注参数CBF值比较，差异均无统计学意义(P>0.05)。

表1 A组中各脑叶双侧CBF值及比较 /mL/(100g·min)

Willis环部分完整组中(n=21)，各脑叶双侧CBF测量值及比较结果见表2、图2。各脑叶患侧与健侧CBF值比较，差异均无统计学意义(P>0.05)。

表2 B组中各脑叶双侧CBF值及比较 /mL/(100g·min)

Willis环不完整组中(n=13)，各脑叶双侧CBF测量值及比较结果见表3、图3。当Willis环前后侧支均不完整时，患侧各脑叶的CBF值小于健侧，且差异均有统计学意义(P<0.05)。

表3 C组中各脑叶双侧CBF值及比较 /mL/(100g·min)

讨 论

单侧颈内动脉狭窄或闭塞是引发缺血性脑血管疾病的主要原因之一，其临床表现与缺血性脑损伤的程度有重要关系[3]，同时与血管的代偿建立与开放程度有密切关系[4]。临床上常采用无创性3D-ASL MRI检查来评估闭塞血管远端脑组织的血流灌注情况及其存活变化情况。有部分研究表明，无症状型颈内动脉闭塞患者缺血性脑卒中的发生率较低、预后较好[5]，但是对于不同年龄患者，尤其是老年人，是否有明确的远期脑血管事件的发生还有待商榷。单侧颈内动脉重度狭窄或闭塞时，患侧病变血管远端脑组织的血流灌注降低，而有效的侧支循坏代偿可很大程度缓解脑组织缺血程度[6]。本研究旨在通过对无症状型单侧颈内动脉重度狭窄或闭塞老年患者的全脑ASL灌注成像表现进行分析，对其脑血流动力学改变及Willis环侧枝循环代偿作用进行评价，为无症状型单侧颈内动脉重度狭窄或闭塞的老年患者早期血管再通治疗提供血流动力学的影像学依据。

图2 B组患者。a)MRA示Willis环部分完整(箭)，仅见Willis环左侧后环侧支开放；b)ASL灌注CBF伪彩图，显示左、右侧颞叶颜色相近，分布对称；c)ASL灌注CBF伪彩图，显示左、右侧额顶叶颜色相近，分布对称。 图3 C组患者。a)MRA示Willis环前、后侧支均不完整(箭)；b)ASL灌注CBF伪彩图，显示左侧颞叶(箭)颜色较右侧更偏向于蓝色，提示左侧CBF值减小；c)CBF伪彩图，显示左侧额顶叶(箭)的颜色较右侧更偏向于蓝色，提示左侧CBF值减小。

脑侧支循环代偿一般通过三级侧支循环途径建立，一级侧支循环指通过颅底Willis环的血流代偿，是颅内最重要的侧枝循环通路之一，指前、后交通动脉的开放，其完整性、发育类型、变异情况及开放程度都会影响代偿功能的发挥[7,8]，单侧颈内动脉重度狭窄或闭塞时Willis环的开放可迅速使双侧大脑半球血流相互贯通，维持缺血脑组织区域的血流灌注压，降低脑梗死的发生率[9]；二级及三级侧支循环则是通过较细的侧支血管及新生小血管来维持脑血流灌注。

颈内动脉供应双侧大脑半球脑组织约3/5血液，当单侧颈内动脉出现重度狭窄或闭塞时，侧支循环会立即启动来维持脑组织正常的生理机能，良好的Willis环侧支循环可以在一定程度上减少分水岭脑梗死的发生，为脑血管事件发生后的脑血流再灌注提供良好条件[10]。在最新发布的症状性动脉粥样硬化性颅内大动脉闭塞血管临床诊疗指南中[11]，对于颈内动脉等大血管闭塞的治疗提出了更高的要求，这就要求前期的影像学诊断一定要准确、客观，甚至要求能提前预判是否有梗死后血管代偿事件的发生。

当然，仅根据3D-TOF MRA、CTA、DSA等脑血管影像形态学检查判断颈内动脉狭窄程度并不能很好地预测病变区域脑组织的灌注状态[12]，而缺血脑组织剩余灌注是后续临床康复的重要决定因素之一。因此，掌握单侧颈内动脉闭塞后远端脑组织的血流灌注的代偿变化是临床亟待解决的重要问题。

评价脑血流灌注状态优良的影像学诸多，常见的包括有CT灌注成像、MR动态磁敏感对比增强和ASL技术等，其中，CT灌注成像及MR动态磁敏感对比增强均需要注射对比剂，即存在发生对比剂过敏反应等风险；此外，CT灌注成像还存在着电离辐射及不宜短时间内重复检查等缺点，但这项技术可以获得更多的反映脑灌注情况的参数，包括脑血容量(CBV)、脑血流量(CBF)、平均通过时间(MTT)及达峰时间(TTP)等，可以对脑血流灌注情况进行更全面的评价。尤其是CT灌注成像参数中MTT和TTP可以很好地评估脑血流灌注的通过时间，相对真实地反映局部脑血管的灌注情况，进而为临床的诊疗提供更优的影像学依据。

三维动脉自旋标记(3D-ASL)作为一种无需使用对比剂的MRI技术，具有安全、无创、不用对比剂、可重复性强和不可控因素少等多个优点，可较为准确地判断单侧颈内动脉狭窄患者脑组织灌注情况[13-14]，利于我们深入了解该类患者的脑侧枝循环病理生理机制，也有利于临床治疗方案的选择、预后的评估等[15,16]。但相对于需使用对比剂的CT灌注成像和MR动态磁敏感对比增强而言，ASL技术也存在着数据单一、图像分辨率低、不能提供多参数来更精准地反映局部脑组织的真实灌注情况等缺点。

本研究结果显示，对于无症状型单侧颈内动脉重度狭窄或闭塞老年患者，当其Willis环完整或部分完整时，患侧与对侧大脑半球的CBF值的差异无统计学意义(P>0.05)，说明这两组患者虽有单侧颈内动脉的重度狭窄或闭塞，但由于侧支循环形成良好，病变血管远端的脑组织能保持足够的灌注压，因此双侧大脑半球的CBF灌注值相近。Willis环完整时主要依靠一级侧支循环，而当Willis环部分完整时三级侧支均可对其造成正向影响，以保障一定的脑灌注压。而当Willis环不完整时，即前后支血管形成均不完整时，患侧与对侧大脑半球CBF值的差异有统计学意义(P>0.05)，且患侧CBF值要小于健侧，说明对于此类患者而言，尽管临床上同样表现为无症状，但由于其Willis环前后侧支血管形成均不完整，其远端脑组织的血流灌注未能得以良好代偿，使得患侧脑血流灌注减少。通过ASL的测值可以很好地评估局部脑组织血流灌注的情况。

本研究尚存在着一定的不足之处：①样本量偏小，还有待进一步扩大样本量进行更深入的研究；②Willis环的变异类型较多，按照Krabbe-Hartkamp等[2]的详细分型，前后环均可分为10型，对于单侧颈内动脉重度狭窄或闭塞患者，这种精细分型中Willis环不同类型与脑血流灌注的关系及相关影像学评估，尚有待在以后的研究中进行更深入地研究和分析；③本研究中主要考虑了Willis环完整性对于侧支循环发挥代偿作用的影响，而脑血管闭塞性疾病的血管代偿机制一般是多种途径共同作用的结果，每种途径各自的影响如何及多种途径间的主次作用如何发挥和评价，还有待进一步深入研究。

总之，对于无症状型单侧颈内动脉重度狭窄或闭塞老年患者而言，全脑ASL灌注成像可以对其脑血流动力学改变及Willis环侧支循环代偿作用进行较好地评价，对于这类患者尤其是Willis环不完整者，ASL技术可为临床早期进行血管再通治疗提供一定的血流动力学影像客观依据。