流入饱和技术对多标记后延迟动脉自旋标记图像动脉“流入伪影”的影响

林天烨，冯 逢，孙应实

(1.北京大学肿瘤医院暨北京市肿瘤防治研究所医学影像科 恶性肿瘤发病机制及转化研究教育部重点实验室，北京 100142；2.中国医学科学院 北京协和医学院 北京协和医院放射科 疑难重症及罕见病国家重点实验室，北京 100730)

动脉自旋标记(arterial spin labeling，ASL)为MR灌注技术，无需外源性对比剂即可定量评估脑血流量(cerebral blood flow，CBF)[1]。国内外ASL专家共识[2-3]推荐连续单标记后延迟1 800～2 000 ms进行采集，但动脉狭窄性脑血管病患者脑血流缓慢，动脉通过时间(arterial transit time，ATT)长，导致CBF测量值可能低于实际值；同时，由于大量被标记的血液仍停留于大血管中，使血管走行区出现点、线状高信号，即动脉通过伪影(arterial transit artifact，ATA)[4-5]。多标记后延迟(multi-post label delay，multi-PLD)ASL常用于获得脑血管病患者的脑血流重要参数ATT[6]及不同标记后延迟(post label delay，PLD)CBF。ATT随空间变化缓慢，无需高空间分辨率，故常采用单次或较少的激发次数和平均次数，以在短时间内完成multi-PLD ASL采集[7]。目前采集multi-PLD ASL主要通过顺序(sequential-ASL，SASL)[8-9]或Hadamard编码(Hadamard-encoded ASL，HASL)[10-11]方式，图像中时见类似ATA伪影，可能系血液 “流入效应”所致，且与激发和重复次数较少有关。本研究观察流入饱和技术对单次激发multi-PLD ASL中动脉“流入伪影”的影响。

1 资料与方法

1.1 研究对象 于2021年1月—2月纳入8名健康志愿者，男5名，女3名，年龄29～60岁，中位年龄42.5岁。纳入标准：①无脑部外伤、脑卒中等脑部器质性疾病史；②无颅内动脉、颈动脉或椎动脉中重度狭窄；③无MR检查禁忌证。本研究经北京协和医院伦理委员会批准(编号：ZS-1466)。检查前受试者均签署知情同意书。

1.2 仪器与方法 采用Siemens Skyra 3.0T MR扫描仪，32通道头部线圈。嘱受试者仰卧，以联合并行采集单次激发螺旋堆叠三维快速自旋回波(single shot accelerated stack of spiral 3D fast spin echo，single-shot FSE)序列采集头部轴位SASL和HASL。于开始采集前493 ms和1 771 ms各设置1个背景抑制反转脉冲，使SASL和HASL达到90%背景抑制效果(目标残余信号强度10%)；于2个背景抑制反转脉冲之间、反转脉冲与采集之间各放置1个厚度为120 mm的流入饱和模块，最佳饱和血流速度为50 cm/s，对标记后等待时间内流入成像区域的血液进行预散相，获得使用流入饱和及不使用流入饱和的图像。具体扫描参数：HASL，TR 5 000 ms，TE 9.51 ms，标记时间1 000 ms，PLD 1 000/2 000/3 000 ms，FOV 240 mm×240 mm，层数40，平面内分辨率3.75 mm×3.75 mm，每个PLD共采集5次；SASL，TR 2 800/3 800/4 800 ms，其余参数同前。

1.3 数据分析 采用信号加权延迟法计算ATT[12]。由2名具有3年以上经验的神经放射学医师独立评估SASL及HASL灌注图像，观察使用流入饱和前后multi-PLD ASL出现“ATA类似伪影”的频率和特点，意见不一致时经协商确定。判断“ATA类似伪影”：发现multi-PLD ASL灌注图像存在异常高信号、而ATT图中对应位置未见高信号，提示伪影区域血流灌注ATT并未异常延长，即判定该伪影并非ATA，而属“ATA类似伪影”。

1.4 统计学分析 采用SPSS 26.0统计分析软件。以配对t检验比较不同条件下ASL灌注图像出现动脉内异常信号的频率差异。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

血管内异常信号包括血管内高信号和低信号，常见于血管走行区域，加入流入饱和后，大部分伪影明显减弱或完全消除，见图1、2。

图1 1号受试者，女，29岁 A、B.PLD为1 000 ms时无流入饱和HASL灌注图像(A)见双侧大脑中动脉近端走行区高信号(箭)，加入流入饱和后，伪影明显减弱(B)，提示该伪影为“流入伪影”；C、D.PLD为2 000 ms时无流入饱和HASL灌注图像(C)示双侧大脑中动脉近端走行区低信号(箭)，加入流入饱和后基本消除(D)，提示其为“流入伪影”；E、F.PLD为1 000 ms时无流入饱和SASL灌注图像(E)见双侧大脑中动脉近端走行区高信号(箭)，加入流入饱和后明显减弱(F)，提示其为“流入伪影”；G、H.PLD为2 000 ms时无流入饱和SASL灌注图像(G)示双侧大脑中动脉近端走行区低信号(箭)，加入流入饱和后基本消除(H)，提示其为“流入伪影”

8名受试者共40个时相无流入饱和HASL灌注图像中，70.00%(28/40)可见动脉内异常信号；而使用流入饱和HASL图像中仅5.00%(2/40)出现动脉内异常信号，差异具有统计学意义(t=5.02，P<0.01)。无流入饱和SASL灌注图像中，75.00%(30/40)可见动脉内异常信号；使用流入饱和SASL图像中仅7.50%(3/40)出现动脉内异常信号，差异具有统计学意义(t=7.33，P<0.01)。使用流入饱和的HASL(5.00%)与SASL(7.50%)时相出现动脉内异常信号的频率差异无统计学差异(t=-0.51，P=0.63)。见表1。

图2 3号受试者，男，60岁 A、B.PLD为1 000 ms时无流入饱和HASL灌注图像(A)示双侧大脑中动脉近端及远端走行区高信号(箭)，加入流入饱和后近端走行区伪影明显消除，远端伪影未消除(B，箭)，提示该伪影可能为ATA；C、D.PLD为2 000 ms时无流入饱和HASL灌注图像(C)见双侧大脑中动脉近端走行区低信号(箭)，加入流入饱和后基本消除(D)，提示其为“流入伪影”

表1 无/有流入饱和SASL和HASL时相灌注图像动脉内异常信号出现频次

3 讨论

SASL的出现早于HASL，是简单的多次标记、多次采集，每次标记后采集不同标记后延迟(post label delay，PLD)灌注图像，所需时间较长；HASL则将总标记时间划分为多个短标记区块，可缩短总扫描时长。本研究对比观察上述2种multi-PLD ASL实现方式，发现其multi-PLD ASL均存在类似ATA伪影，称之为“流入伪影”，且表现形式及出现频率无显著差异，提示“流入伪影”的出现和multi-PLD ASL实现方式无关，Hadamard编码不会增加其出现频率。

本研究证实流入饱和技术可减少或消除类似ATA伪影。既往研究[13]发现ASL时间序列不同时相图像存在明显的信号波动，尤其是大血管区域，且该信号波动与空间相关，即同时相图像整体呈或明或暗变化，全部体素均呈相同变化趋势，考虑“流入伪影”并非随机噪声，可能与心动周期相关，在灌注图像中表现为高或低信号，波动特点符合心动周期表现，可采用心动触发去除此种周期性信号波动。此外，“流入伪影”常见于血管走行区域，亦为心动周期相关伪影的常见位置。心动触发ASL需同步心电监控以及进一步数据处理，操作相对复杂，临床应用较困难。本研究在扫描序列中加入流入饱和模块以抑制“流入伪影”，简便易行，且与真实的ATA无关，后者对受试者血流动力学状态具有重要提示作用，其出现提示可能存在慢速血流、侧支循环等[4-5]。利用流入饱和技术实现了在去除混杂伪影的同时保留有价值的信号，有利于提高临床解读multi-PLD ASL数据的准确性。本研究评估PLD灌注加权数据，发现在流入饱和技术不可用的情况下，仔细分析各PLD灌注加权数据有助于区分真实的ATA与“流入伪影”。

本研究以联合并行采集single-shot FSE序列实现multi-PLD ASL，单次激发采集全脑图像仅需1个TR，具有较高的时间分辨率。因采集multi-PLD ASL的主要目的在于获得ATT信息，而ATT并不要求较高的空间分辨率，为在获取有效信息与控制扫描时间之间达到平衡，multi-PLD ASL多采用较少的平均次数，以在一定程度上牺牲空间分辨率换取较高的时间分辨率。本研究结果显示，multi-PLD ASL各PLD灌注加权图像中均部分存在“流入伪影”，提示单次激发对“流入伪影”更为敏感，可能因信号未平均所致。常规PLD ASL的主要目的是获得高分辨率CBF图，故采用多次平均以提高空间分辨率，其中并不常见“流入伪影”，原因可能在于“流入伪影”为周期性信号波动，多次平均信号有利于削弱甚至抵消这种波动。

综上，流入饱和技术可减轻或消除单次激发multi-PLD ASL中的动脉“流入伪影”。但本研究样本量小，年龄及性别分布不均，代表性不强，且采集时未同步监测心动周期，无法证实“流入伪影”与心脏搏动的关系，有待进一步观察。