血管编码动脉自旋标记技术在烟雾病直接脑血运重建术中的应用

刘兴炬 李嘉熙 袁 菁 吕 征 张 岩 张 东 赵继宗*

(1. 首都医科大学附属北京天坛医院神经外科 国家神经系统疾病临床研究中心，北京 100050； 2. 首都医科大学附属北京天坛医院神经放射科，北京 100050)

烟雾病是一种慢性进展性脑血管疾病，其主要特点为双侧颈内动脉末端及主要分支血管进行性狭窄和闭塞，伴广泛侧枝血管形成[1]。脑血管搭桥术是目前治疗烟雾病最为有效方法，其中直接脑血运重建术是治疗成人烟雾病主要方式，以颞浅动脉-大脑中动脉吻合术最为常见[2-3]。全脑血管数字减影血管造影(digital subtraction angiography,DSA)成像和CT脑血流灌注成像(computed tomography perfusion，CTP)是目前烟雾病术前及术后评估的主要方式[4]。与DSA和CTP相比，动脉自旋标记(arterial spin-labeling，ASL)磁共振成像具有无创和无放射暴露的优点。近年来，ASL技术进展迅速，研究[5]显示ASL在脑梗死患者的侧支血管代偿评估中具有很好应用价值。血管编码动脉自旋标记(vessel encoded arterial spin-labeling，VE-ASL)能对特定血管流速和空间选择的不同标记，从而显示标记血管的灌注情况。本研究通过VE-ASL技术评估烟雾病患者术前和术后脑血流灌注情况变化，评估其在烟雾病直接脑血管搭桥手术中的应用价值。

1 对象与方法

1.1 研究对象

选取2017年8月-2019年5月在首都医科大学附属北京天坛医院神经外科住院并接受颞浅动脉-大脑中动脉吻合术的56例烟雾病患者为研究对象。入选标准：① 年龄>18岁；②烟雾病诊断符合2017年中国专家共识的DSA标准[2]；③所有患者均接受颞浅动脉-大脑中动脉吻合术治疗，术中荧光造影证实搭桥血管通畅；④患者术前、术后1周及术后 3个月能完成VE-ASL检查。56例患者年龄21～57岁，平均年龄(38.4±8.3)岁，男性31例，女性25例；手术方式：联合血运重建术43例，单纯颞浅动脉大脑中动脉(superficial temporal artery-middle cerebral artery，STA-MCA)搭桥术13例，搭桥位置选择大脑中动脉M3段和M4段区域；首发症状类型：出血型22例，TIA34例，头痛4例，癫痫2例；DSA分期：Ⅱ期4例，Ⅲ期23例，Ⅳ期24例，Ⅴ期4例，无0期及VI期患者。本研究经首都医科大学附属北京天坛医院伦理委员会批准(伦理审批号：KYSB2017-098)，所有入选者均签署知情同意。

1.2 影像学评估

1.2.1 VE-ASL检查评估

使用GE Discovery MR750 3.0 TMRI(通用医疗公司，美国)以及8通道头线圈。扫描范围自颅底至顶叶全部脑实质区。VE-ASL基于伪连续性动脉自旋标记脉冲序列，采用血管超选择灌注成像。三维动脉自旋标记(3D arterial spin-labeling，3D-ASL)以斜坡至第二颈椎作为标记层面。术前术后VE-ASL包括双侧颈内动脉，颈外动脉和基地动脉。颈外动脉标记处位于其起始处和颞浅动脉。搭桥血管的VE-ASL位于颞浅动脉主要分支上。脑灌注成像图谱基于三维叠螺旋快速自旋回波序列，标记时间为1 450 ms，延迟时间为2 025 ms。每位患者VE-ASL扫描时间约为8～9 min，相关参数设置：视野(field of vision, FOV)200 mm×200 mm; 层厚4.0 mm; 重复时间4 762 ms; 回波时间10.6 ms; 激发次数(number of excitations,NEX) 3。三维T1脑成像基于结构成像，相关参数FOV 224 mm×224 mm; 各向同性分辨率1 mm重复时间7.6 ms; 回波时间2.9 ms; NEX 1。

1.2.2 CTP评估

选择64排CT，患者仰卧位，扫描范围为颅底至颅顶。采用CT高压注射器由肘静脉注入碘海醇15 mL，追加25 mL 0.9%(质量分数)氯化钠注射液 (速率6.0 mL/s)。相关参数设置：管电压80 kV,管电流300～580 mA, 管球转速0.5 s/r, 探测器宽度40.00 mm, 螺距0.984:1,矩阵512×512, 视野250 mm,描层厚0.625 mm。

1.2.3 影像数据处理

CTP及VE-ASL数据通过GE AW 4.6工作站处理。应用3D-ASL 专用分析软件产生灌注伪彩图，红色代表高灌注，蓝色代表低灌注。术前、术后分别标记获取双侧颈内和双侧椎动脉供血范围，同时术前评估双侧颈外动脉是否向颅内供血。搭桥血管供血范围作为感兴趣区，首先通过VE-ASL评估颞浅动脉是否向颅内供血，对比CTP评估搭桥血管区域灌注结果的一致性。对于感兴趣区有搭桥血管正向供血者，对比术前术后感兴趣区脑血流量(cerebral blood flow，CBF)的变化。所有影像结果均经过2名影像工作5年以上的医师完成。

1.3 统计学方法

2 结果

2.1 VE-ASL对脑灌注评估

56例患者术前VE-ASL均显示颅内不同程度灌注不足，16例显示颈外动脉向颅内代偿供血。术前、术后7 d及术后3个月搭桥区域CBF变化见表1。联合手术组(n=43)术后3个月平均CBF较术后7 d有进一步提高(P=0.009)，单纯搭桥组(n=13)术后3个月平均CBF较术后7 d无明显变化(P=0.616)。14例(17.8%)患者术后3个月复查VE-ASL未显示颞浅动脉向颅内供血，42例(75%)患者显示供血，供血范围涉及大脑中动脉M1段区域占23.8%(10/42)，M2段59.5%(25/42)，M3段71.4%(34/42)，M4段85.7%(36/42)，M5段47.6%(24/42)，大脑后动脉和大脑前动脉区域未见颞浅动脉供血。5例患者术后出现高灌注反应，其术侧术后7 d平均CBF增加123%(102%～212%)；术前平均CBF (312±68) mL·kg-1·min-1与术后 (676±152)mL·kg-1·min-1比较，差异有统计学意义(P<0.05)。

表1 基于ASL术前、术后CBF值变化

*P<0.001vspreoperative,#P<0.001vs7 days after operation;ASL: arterial spinlabeling;CBF: cerebral blood flow;STA-MCA: superficial temporal artery-middle cerebral artery.

2.2 VE-ASL和CTP对搭桥侧CBF变化结果一致性评估

56例患者中，术后7 d VE-ASL结果显示36例(64.2%)患者搭桥血管向脑内的供血，20例(35.7%)患者未显示搭桥血管供血；同期术后CTP结果显示39例患者的术侧CBF值改善，12例脑血管流灌注无明显改善，5例显示脑血流灌注加重。术后3个月复查VE-ASL，其中6例显示颞浅动脉恢复向颅内供血，其平均血容量为(654±123) mL·kg-1·min-1。与术前比较，术后3个月CTP的脑血流灌灌注改善44例，无明显变化9例，3例加重。术后7 d和术后 3个月VE-ASL和CTP对CBF评估均具有很好的一致性(术后7 d，Kappa=0.724；术后 3个月Kappa=0.753,表2、3， 图1)。

表2 术后7 d VE-ASL和CTP对CBF改善情况评价的一致性分析

Kappa=0.718，χ2=30.8,P<0.001;VE-ASL: vessel encoded arterial spin-labeling;CTP: computed tomography perfusion；CBF: cerebral blood flow.

表3 术后3个月 VE-ASL和CTP对CBF改善情况评价的一致性分析

Kappa=0.744，χ2=29.2,P<0.001;VE-ASL: vessel encoded arterial spin-labeling;CTP: computed tomography perfusion;CBF: cerebral blood flow.

图1 典型病例

3 讨论

脑血管搭桥术是目前治疗烟雾病最为有效方法，但手术治疗效果有个体差异性，围手术期脑血流灌注变化是评价脑血管搭桥手术治疗效果的客观指标。在本研究中，VE-ASL能很好显示烟雾病患者接受直接搭桥术后搭桥血管向颅内供血的血流分布情况，直接反映搭桥血管有效供血区域，和CTP在定性评价CBF变化中具有很好的一致性。此外，VE-ASL能定量评估搭桥血管向颅内供血量，能预估潜在高灌注反应，同时术前也能评估是否存在潜在的颅外代偿血管。

有效的评估STA-MCA 搭桥术后脑血流灌注改善情况十分必要。既往已有研究[6-7]探讨ASL技术对比SPECT/PET在评价脑血流动力学状态一致性。Goetti等[8]报道采用动态增强MR成像ASL技术评估脑血流灌注变化。ASL技术以动脉血中质子作为示踪剂，在评估结果时必然会受到血流通过时间的影响。研究[9]显示ASL可能低估脑白质CBF，这与脑白质血流通过时间较脑灰质长有关。烟雾病作为一种闭塞性脑血管病，其血流通过时间较正常人延长，因此应用ASL技术评价烟雾病患者的CBF应考虑到血流通过时间的影响。不同延迟时间ASL 技术评估烟雾病患者CBF有一定差异，较短标记时间CBF主要反映了在狭窄的动脉顺行灌注血流，较长标记时间的CBF 反映逆行通过软脑膜吻合侧支循环灌注。在本组研究中基于前期研究[10]结果设定标记延时时间为2 025 ms，本组研究患者的平均CBF值为349 mL·kg-1·min-1。对于搭桥术后CBF变化，目前常用的有正电子发射扫描(positron emission tomography,PET)、发射计算机断层摄影(emission computed tomography,ECT)、CTP，和磁共振灌注成像。但是这些方法均未对特定血管进行选择，因此不能准确评估颅内主要血管供血区域CBF变化，对于搭桥术后搭桥血管向颅内供血情况研究很少。本组研究通过VE-ASL技术，对搭桥颞浅动脉进行标记，直观显示颞浅动脉向颅内的供血区域和CBF增加情况，同时对比CTP在评估CBF改善情况，无论术后1周或术后1个月，两者具有很好的一致性。

本组研究所有患者术中均行荧光造影来证实搭桥血管通畅性，但术后7 d复查VE-ASL结果显示20例(26.8%)患者未发现搭桥血管供颅内血，其中有6例患者术后3个月复查VE-ASL显示搭桥血管恢复向颅内供血。其主要原因与供体血管颞浅动脉和受体血管大脑中动脉分支血流动力学有关，尽管吻合口通畅，但颞浅动脉压力低于颅内受体血管压力，颅外未向颅内产生正向血流，甚至可能出现颞浅动脉盗血现象。本研究对CBF改善评估选择CTP作为对比，发现CTP对CBF改善比例评估上要高于VE-ASL结果，总体一致。因此选择VE-ASL技术对吻合口通畅性评价存在假阴性可能，随着术后时间延长，颅外正向血流稳定后，部分患者恢复供血，这也与患者术后临床症状出现加重，但随着时间延长临床症状逐渐恢复好转一致。

搭桥术后最危险合并症为继发脑出血。除了吻合口漏这技术原因外，主要原因为术后血流增加导致局部出现高灌注，血管破裂出血所致[11-12]。对于烟雾病搭桥术后高灌注反应准确评估和及对应的临床处理对降低术后再出血有重要意义。本组研究中，术后5例患者术后出现高灌注反应，主要表现为头痛，躁动亢奋，对这5例患者搭桥侧的CBF测定显示术后平均CBF较术前增加123%，最高达212%，CBF增加幅度明显高于其他未出现高灌注反应患者。研究[13-14]显示搭桥术后CBF增加幅度越高术后出现高灌注反应可能性越高。因此，基于VE-ASL技术，可以提前预估搭桥患者可能出现的高灌注反应。

目前治疗烟雾病哪种手术方式是最佳选择尚无定论。联合血运重建术越来越受到重视。本组研究中，联合手术组患者术侧术后3个月CBF值和术后7 d 对比有进一步提高，而单纯搭桥组患者术后3个月和术后7 d比较无明显改善。其主要原因与间接血管搭桥带来的侧支血管再生有关，因此VE-ASL在评估间接血运术中也有较好的评估作用，也说明联合手术长期血管代偿能力优于单纯搭桥手术。

本研究也存在不足：对于搭桥血管通畅性评价仅依据术中荧光造影证实，术后未进一步选择全脑DSA来证实，因此存在血搭桥血管自身闭塞导致VE-ASL存在假阳性结果可能；对于血管标记时间延迟本研究选择2 025 ms，部分患者的动脉通过时间可能高于它或者低于它，因此存在一定误差；在CBF改善评估对比中未选择标准的PET，而选择CTP作为参考。

综上所述， VE-ASL能直观评估烟雾病搭桥手术，定量评估搭桥后脑血流增加情况以及搭桥血管分布情况，对潜在高灌注患者能提前提供血流动力学信息参考，具有良好临床应用前景。