3D pCASL、3D CUBE 及Rapid 灌注分析对单侧症状性颅内动脉硬化性狭窄患者NIHSS 评分影响因素的评估

颜立群，颜瑾，汪国石，董倩波，穆晓丹，尤明伟，王振常

（1.河北医科大学第二医院东院区，河北 石家庄 050000；2.天津医科大学，天津 300070；3.首都医科大学附属友谊医院，北京 100050）

颅内动脉症状性动脉硬化性狭窄患者的神经功能缺损可能受多种因素影响，随着诊断技术和手段的不断丰富，我们发现并非所有症状性狭窄患者都会发生脑梗死。无论其病理生理学机制如何，患者的神经功能损害可能取决于狭窄动脉下游的血流动力学的变化，而非单纯性的血管狭窄程度。目前如何精确地量化狭窄动脉下游的血流动力学变化，发现患者神经功能缺损的影响因素逐渐成为相关领域的热点与难点。Lyu等[1]采用两个标记后延迟时间（Post label delay，PLD）（1.5 s 和2.5 s）的3D pCASL 技术分类和量化了单侧大脑中动脉（MCA）狭窄M1 段狭窄下游的血流，通过计算得到了分别代表顺向血流和侧支血流的早期到达血流比率（Early-arriving flow proportion，EAFP）和晚期到达血流比率（Latearriving retrograde flow proportion，LARFP）。Rapid灌注分析软件是IschemaView 研发的专门针对缺血性脑血管事件进行血流分析、梗死体积测量及半暗带量化、侧支血流评估等一系列指标分析的自动图像后处理系统，该系统可以根据灌注数据自动获得预测侧支血流和脑梗死进展的指标——低灌注指数比（Hypoperfusion intensity ratio，HIR）。文献报道颅内动脉血管壁强化（Intracranial arterial vessel wall enhancement，IAVWE）是颅内动脉硬化斑块不稳定和斑块急性损伤的影像学征象[2-4]，它很有可能对患者的神经功能产生不利影响。因此，本研究采用了上述两种脑血流动力学评价方法，并结合局部动脉血管狭窄率、IAVWE 及与动脉硬化相关的实验室指标等来评估症状性颅内动脉硬化性狭窄患者神经功能缺损的影响因素。

1 资料与方法

1.1 一般资料

本研究是根据《赫尔辛基宣言》进行的，并且于2021 年10 月28 日由河北医科大学第二医院伦理委员会批准（第464 号），该研究已在中国临床试验注册中心（Chinese clinical trial registry，ChiCTR）注册，注册号ChiCTR2100053661。

回顾性分析2019—2021 年在河北医科大学第二医院就诊并住院治疗的122 例症状性单侧MCA M1 段狭窄的动脉硬化患者的临床及影像资料，症状性狭窄被定义为有缺血性卒中或短暂性脑缺血（TIA）发作的颅内动脉狭窄。患者在发病后3 日内行MRI 检查，通过电子病历系统获得MR 检查当日的NIHSS 评分及其他相关临床指标（包括年龄、性别、血压、血脂、血糖、吸烟史），患者的纳入标准包括：①单侧MCA M1 段狭窄的动脉硬化患者；②无血管内支架置入，血管内球囊扩张及溶栓治疗史；③无脑出血。排除标准包括：①颅内外多发动脉狭窄（狭窄率＞20%）；②MR 采集图像质量差影响到测量和后处理；③合并颅内外动脉瘤或动脉夹层；④MR检查禁忌症；⑤心肌梗死或心功能不全。

1.2 影像学检查

1.2.1 影像学数据采集

所有患者的MR 检查均由GE 公司1.5T Signa超导磁共振扫描机（16 通道头颈线圈）采集，对比剂采用拜耳钆-二乙烯四胺五乙酸（Gd-DTPA）（0.2 mL/kg），扫描序列主要包括结构像（主要为T1WI 和T2FLAIR），弥散加权成像（DWI），双PLD的3D pCASL 序列，MR 灌注扫描序列，注药后三维时间飞跃磁共振血管造影（Contrast enhancement three-dimensional time-of-flight magnetic resonance angiography，CE-3D TOFMRA）序列以及3D CUBE T1及T2黑血血管壁成像，每个患者采集时间大约为30～40 min。各序列参数如下：①DWI 序列由单次激发平面回波（Echo planar imaging，EPI）序列采集，b值取0 和 1 000 s/mm2，重复时间（TR）＝3 279 ms，回波时间（TE）＝78 ms，视野（FOV）=240 mm，矩阵＝130×130，激发次数（NEX）＝2，层厚＝5 mm；②T1WI 由横轴位的三维稳态毁损梯度回波（Three-dimensional spoiled gradient recalled acquisition in steadystate，3D SPGR）序列采集而来，层数128，FOV＝240 mm，矩阵＝240×240，层厚＝1.0 mm，翻转角＝20°，采集时间约4 min。③T2WI 由FSE 序列采集，TR＝8 500 ms，TE＝150 ms，层厚＝5 mm，带宽＝27.78 kHz，矩阵＝256×224，采集时间约4 min。④脂肪及背景抑制3D FSE 序列获得3D pCASL 数据，TR＝4 590 ms（PLD=1 525 ms）/5 285 ms（PLD=2 525 ms），TE＝10.5 ms，带宽＝62.5 kHz，层厚＝4 mm，层数＝30，PLD＝1 525 ms 和2 525 ms，采集时间约4 min（PLD=1 525 ms）及4 min（PLD=2 525 ms），FOV＝240 mm，NEX＝3。⑤采用注药后3D TOF 序列，TR＝19 ms，TE=2.7 ms，FOV=240 mm，矩阵=288×192，翻转角＝20°，带宽＝25 kHz，层厚＝1.0 mm。⑥MR灌注扫描采用EPI 序列，TR＝2 000 ms，TE＝30 ms，带宽＝250 kHz，层厚＝5 mm，翻转角＝90°，FOV＝240 mm，NEX＝1。⑦3D CUBE T1矢状位扫描，体素=1×1×1（各向同性），TE=11.48 ms，TR=852 ms，FOV=260 mm，矩阵=256×256，层厚=1 mm，带宽＝50 kHz，NEX=1；3D CUBE T2矢状位扫描，TE=73.93 ms，TR=2 402 ms，带宽=41.7 kHz，其余参数与T1相同。

1.2.2 数据后处理

采用GE AW4.7 图形工作站对双PLD 灌注数据进行处理，分别计算获得3D pCASL 灌注彩图和脑血流（CBF）图。采用基于Matlab 2013b 软件平台的SPM 8.0 对灌注数据做包括头部校正、空间标准化、数据归一化和平滑等多种后处理得到标准化后的CBF 图。参考Kim 等的方法[5]，从自动解剖标记（Automated antomical labeling，AAL）模板中提取的双侧MCA 供血区的脑区图（包括大脑皮层、软脑膜及岛叶的皮层）作为蒙片（图1），并应用于上述CBF图计算得到CBF 值。参照Lyu 的方法将PLD 1.5s得到的CBF 图定义为早期到达血流（EAF，即顺向血流）灌注图，而PLD 2.5s 得到的CBF 图是EAF、晚期到达顺向血流（LAAF）和晚期到达逆向血流（LARF）灌注的组合。PLD 1.5 s 时的平均CBF 值代表EAF 的灌注值，LARF 灌注值=（CBF患侧PLD2.5s-CBF患侧PLD1.5s）-（CBF对侧PLD2.5s-CBF对侧PLD1.5s），LARF灌注值/CBF对侧PLD2.5s×100%=LARFP，LARFP代表侧支血流代偿能力；而CBF患侧PLD1.5s/CBF对侧PLD2.5s×100%=EAFP。Rapid 分析软件计算MRI 弥散和灌注扫描的缺血体积，并按照对比剂到达所有组织的峰值时间（Time to max，Tmax）系统自动计算出不同的Tmax 值灌注体积，自动获得HIR，采集序列及图像示例见图2。

图1 从AAL 模板中提取的全脑双侧MCA 区域蒙片的示意图。Figure 1.Mask of a bilateral MCA region extracted from the AAL template.

图2 1 例59 岁高血压、糖尿病女性患者的MRI 扫描序列及后处理图。患者突发单侧肢体不利，言语不清，意识模糊3 天入院，NIHSS 评分为7分，DWI（图2d）显示右侧MCA 供血区脑质内及同侧基底节脑质多发斑片状高信号，注药后的TOF MRA（图2a）显示右侧MCA M1 段狭窄，远端血管显示欠佳。3D CUBE T1 血管壁成像及多平面重建显示右侧MCA M1 段局部管壁明显的偏心性增厚（图2g，2h 及2i 分别为垂直于M1 段长轴的黑血矢状位T1、T2 像及强化后T1像，图2j 为MPR 重建后的冠状位强化T1像，图2i 和2j 中的白箭分别对应于患侧和对侧，箭头所指为局部斑块），可以看出患者MCA M1 段局限性的管壁增厚，并强化，局部管腔狭窄，T2 像发现局部管腔内的留空现象消失。图2b，2c为患者PLD 1.5 s 和2.5 s 的CBF图，图2e，2f 为相应的3D pCASL 灌注伪彩图，发现右侧MCA 供血区的低灌注表现，Rapid 灌注分析软件（图2k）自动分析得到的不同Tmax 的脑体积和HIR 值。Figure 2.MRI scanning sequence and post-processing map of a 59-year-old hypertensive and diabetic woman.The patient was admitted due to sudden unilateral limb disadvantage,slurred speech and confusion for 3 days,NIHSS score was 7 points,DWI imaging(Figure 2d) showed multiple patchy high signals in the blood supply area of the right MCA and the ipsilateral basal ganglia,post-contrast TOF MRA(Figure 2a) showed stenosis of the M1 segment of the right MCA,and the distal vessels were poorly visualized.3D CUBE T1 vessel wall imaging with multiplanar reconstruction showed marked eccentric thickening of the local wall in the M1 segment of the right MCA (Figure 2g,2h and 2i maps were black blood sagittal T1,T2 and T1 imagings after enhancement perpendicular to the long axis of the M1 segment,respectively.Figure 2j was coronal enhanced T1 imaging after MPR reconstruction.Two white arrows in Figure 2i and 2j correspond to the affected side (top) and the contralateral side (bottom),respectively.The arrow pointed to the local plaque).In the figure,the localized wall thickening,enhancement and local stenosis of M1 segment of MCA were observed,and the vascular flowing-void effect was disappeard.Figure 2b,2c were CBF maps at 1.5 s and 2.5 s of PLD in patients,Figure 2e,2f were corresponding 3D pCASL perfusion pseudo-color maps,hypoperfusion in the right MCA territory was found,and brain volumes and HIR values of different Tmax obtained by rapid perfusion analysis software(Figure 2k).

1.3 血管狭窄率确定

本研究采用Owen法[6]测量病变侧MCA 的M1段狭窄率：血管狭窄率=（1-狭窄段直径/正常段直径）×100。其中狭窄段直径是指狭窄MCA M1 段管腔最窄部分的直径，正常段直径代表病变侧MCA M1 段正常部分管腔的直径。

1.4 统计学方法

应用SPSS 统计软件（25 版）分析数据，因变量NIHSS 评分为连续变量，自变量中年龄为连续变量，其他包括狭窄率、EAPF、LARFP、HIR、血压、血脂、血糖、吸烟、性别和IAVWE 在内的自变量均为分类变量。P＜0.05 为差异有统计学意义。采用多元线性回归分析评估NIHSS 评分的危险因素。

2 结果

122 例患者平均年龄为（61.34±7.391）岁，出现IAVWE 的患者74 例（60.7%），具体基线人口学数据采集结果见表1。多元线性回归模型的负相关系数R=0.833，提示所有自变量与NIHSS 评分之间的回归关系密切；Durbin-Watson 检验DW 值为1.654，决定系数R2=0.694，提示各自变量间不存在自相关性，模型拟合度良好；方差分析显示回归模型检验结果中最终回归模型F 值=22.713，P＜0.001，提示回归模型具有统计学意义；所有自变量的容差均＞0.1，方差膨胀因子（Variance inflation factor，VIF）均在1～1.5之间，提示自变量不存在共线性；各变量中LARFP（B=-0.990，P ＜0.001）、HIR（B=1.655，P ＜0.001）和IAVWE（B=4.475，P＜0.001）对NIHSS 具有显著影响，其中LARFP 为负相关，而HIR 和IAVWE 为正相关，提示LARFP 及HIR 代表的侧支血流及IAVWE征象对NIHSS 评分具有显著的影响，而血管狭窄率（P=0.629）、EAPF（P=0.267）、血 压（P=0.351）、血 脂（P=0.438）、血糖（P=0.232）、吸烟（P=0.931）和性别（P=0.814）对NIHSS 评分的影响无显著性，具体统计结果见图3。

表1 122 例单侧大脑中动脉M1 段动脉硬化性狭窄的动脉硬化患者的基线人口学数据表

图3 多元线性回归分析结果。Figure 3.Results of multiple linear regression analysis.

3 讨论

3.1 症状性颅内动脉硬化狭窄患者的神经功能缺损影响因素分析

临床经验和大量文献研究的结果显示动脉硬化患者的神经功能缺损及预后与颅内动脉管腔的狭窄率无显著相关性。本研究结果表明，相关患者的神经功能缺损与IAVWE 及HIR 有关，而与局部血管狭窄率等其他因素无关。本研究方法中采用的EAFP和LARFP 也在Lyu 等的研究中通过数字减影血管造影技术（DSA）的改良脑梗死溶栓分级（modified thrombolysis in cerebral infarction，mTICI）量表和美国介入和治疗神经放射学学会/介入放射学学会（American Society of Interventional and Therapeutic Neuroradiology/Society of Interventional Radiology，ASITN/SIR）侧支循环评估量表被证实与顺向血流和侧支血流的显著相关性[1]。过去对于动脉硬化斑块的发生、演变及风险认识并不深入，随着磁共振高分辨血管壁成像技术的快速发展，使我们能够更加深入的评估颅内动脉硬化斑块对患者神经功能缺损产生的影响。尽管我们发现IAVWE 与神经功能缺损相关性显著（P＜0.001），但由于其无法像颅外动脉那样通过影像-病理学对照进行证实，因此大多数文献认为IAVWE 可能是不稳定动脉硬化斑块的一个重要影像学征象[2，7-8]，因此，IAVWE 的确切机制及其对斑块下游的脑血流和患者神经功能缺损产生的影响仍有待进一步深入研究。另外，本研究显示与侧支血流密切相关的LARFP、HIR 也会影响患者的神经功能缺损，而代表着顺向血流的EAFP 和血管狭窄率对其并无显著影响。本研究结果与早期的具有代表性的几项研究（如MR CLEAN、ESCAPE、DAWN 和DEFUSE 3等[9]）结果一致，这一结果再次提示对侧支血流进行影像学评估在临床诊断及治疗中的重要性。

3.2 狭窄动脉下游脑血流动力学评估

目前脑侧支血流的精确量化仍是相关领域的难题，本研究采用双PLD 的3D pCASL 技术，测量得到的EAFP 及LARFP 两个指标在Lyu 的研究中已经被证实与常规血管造影中测量得到的顺向和逆向血流具有显著相关性[1]。虽然侧支血流非常重要，但是Lyu 等的研究也证实了EAFP 占下游脑灌注的比例要大于LARFP（16.1%±10.2%），但其对患者神经功能缺损及预后的影响并非起到决定作用[1]。FDA批准的Rapid 灌注分析系统是专门针对缺血性脑血管事件进行血流分析、梗死体积测量及半暗带量化、侧支血流评估等一系列指标分析的自动图像后处理系统，参与了一系列包括DEFUSE 3 和SWIFT 在内的著名临床试验[10-12]。本研究结果发现HIR 与患者的神经功能缺损显著相关（P＜0.001），HIR 是代表脑缺血区低灌注的强度，是预测侧支血流和脑梗死进展的重要指标，因此HIR 的减低降低了狭窄动脉下游的侧支血流，对患者的神经功能造成了不利影响，本研究结果与文献报道一致[13]。

3.3 IAVWE 影响患者神经功能的可能原因

软脑膜侧支血流被认为是缺血性卒中侧支血流代偿的重要组成部分，也是临床选择治疗方案及治疗效果最重要的评价指标，但为什么不同的个体之间侧支血流的差异如此巨大，这在当前的影像技术层面和研究领域中仍然无法完全解释。早在2016 年开展的一项动物实验[14]中发现，一种新的附属基因（Rab GTPase-binding effector protein-2，Rabep2）发生的自然变异，导致了小鼠中风解剖学侧支血管数量、血流动力学状态和梗死面积的巨大差异，目前正在对人类进行相关基因验证。最近的研究发现，很多脑血管病始发于血管壁本身，特别是一些隐源性卒中，而磁共振血管壁成像中的IAVWE 可能是缺血性卒中发生的重要因素，很可能对病变血管下游的血流产生了某种不利影响。本研究结果也显示IAVWE 对患者的神经功能造成了不利影响。目前，IAVWE 的确切机制仍不明确，但基于文献报道，动脉硬化性IAVWE 的原因可能是多方面的：炎症、新生血管及管壁纤维化都被认为可能是血管壁强化的病理学基础，其中的炎性损伤可能更为重要[3，15-16]。尽管已经有很多有关强化动脉硬化斑块的解剖学形态、MR 强化信号强度等病理及影像学分层研究[17]，但不稳定斑块的形成和演变机制仍不明确，文献报道由炎症细胞介质（包括巨噬细胞和T 细胞谱系）的IAVWE，可能通过炎性反应破坏血脑屏障并部分介导新生血管的形成，这一过程很可能是高危斑块的成因[18]，因此IAVWE 对于症状性颅内动脉硬化性狭窄患者神经功能缺损的影响可能比血管的解剖学形态改变更加重要，今后IAVWE 的相关影像及病理学对照研究仍有待深入开展。

3.4 本研究的局限性

首先，本研究采用的双PLD 的ASL 成像技术是一种基于文献的经验性方法，由于个体脑血流动力学的复杂性，依照PLD 1.5 s 和PLD 2.5 s 计算和量化顺向和侧支血流并不精确，对于顺向和逆向血流的绝对量化非常具有挑战性；其次，本研究仅仅搜集和记录了IAVWE 的有无，并未对强化斑块的形态结构和MR 信号强度进行分层，进一步深入研究有待于今后开展；另外，本研究LARFP 量化了侧支逆向血流，但是仍无法提供侧支血流来源的确切信息，这个限制也是该研究领域内的重要挑战，解决此限制可能需要更先进的成像方法，如血管选择性ASL等高级技术的支持；最后，本研究方法假设患侧与正常侧MCA M1 段下游的理想脑灌注状态相同，但是在实际的个体，即便是正常人群，双侧MCA M1 段下游的脑灌注也会有轻微差异，这种个体的精细区分和研究更具挑战性。

综上所述，IAVWE 可能是症状性颅内动脉硬化性狭窄患者神经功能缺损的重要影响因素，需要在今后的研究中给与重点关注，对未来有关侧支血流新的影像评估手段应进行重点研究，这对于研究患者神经功能缺损的机制、及早发现或预防神经功能损害至关重要，对患者的分层、临床治疗及预后也有重要的指导意义。