磁共振三维动脉自旋标记技术的应用研究进展

2023-11-30汪文章

广西医学 2023年16期

张娟汪文章刘剑

(成都体育学院附属体育医院放射科,四川省成都市 610041)

【提要】磁共振三维动脉自旋标记(3D-ASL)技术是近年新发展起来的一项灌注成像技术,其通过标记患者自身血液中的水分子作为内源性示踪剂,不需要体外注射造影剂,特别适用于不适合注射造影剂的患者,目前已经逐渐应用于临床。本文就该技术在临床疾病中的应用进展进行综述。

常规磁共振增强扫描常常需要体外注射造影剂以显示病灶的灌注信息,而某些肾功能不全或者对造影剂过敏的患者则不能进行该项检查,使临床的诊断工作增加了难度。而磁共振三维动脉自旋标记(three-dimensional arterial spin labeling,3D-ASL)技术通过标记患者自身血液中的水分子作为内源性示踪剂,避免了体外注射造影剂的多种副作用,且该技术安全、无创且操作简单,为那些不能进行常规造影检查的患者提供了新的选择。近年来,磁共振3D-ASL技术成为研究热点,其在临床上的应用也得到了较为广泛的认可,本文主要对磁共振3D-ASL技术的临床应用进展进行综述。

1 磁共振3D-ASL技术的成像原理及优势

磁共振ASL技术是以血液内的水分子作为内源性示踪剂进行成像,通过给受试者施加特定的序列来标记动脉中的水分子,被标记的水分子经过一定时间会到达目标层面,此时采集目标层面的图像即为标记像,将标记像与静息态未标记的图像进行减影即为灌注信息。传统的ASL技术可分为连续ASL(continuous-ASL,CASL)技术、脉冲式ASL(pulsed-ASL,PASL)技术、假连续ASL(pseudo-CASL,pCASL)技术等,CASL与PASL技术都有一定的局限性,pCASL技术则综合了前两种技术的优点[1],但上述技术都由于灌注像信号强度小、信噪比低,常需多次采集。而磁共振3D-ASL技术能达约700次/s的准连续式标记,此外,磁共振3D-ASL技术采用基于快速自旋回波的螺旋K空间采集技术,MRI系统可将螺旋K空间原始数据转换,最后重建出高保真度的影像[1-2]。最重要的是磁共振3D-ASL技术无须体外注射造影剂,避免了体外注射造影剂潜在的风险,具有无创、成本低、可重复操作性强等优点。

2 磁共振3D-ASL技术的临床应用

2.1 磁共振3D-ASL技术在肿瘤中的应用

2.1.1 肿瘤病灶的检出:磁共振3D-ASL技术能够精准诊断肿瘤病灶。Xiao等[3]对新诊断的52例鼻咽癌患者均行磁共振3D-ASL技术和磁共振动态对比增强扫描,发现鼻咽癌区域和非鼻咽癌区血流量有明显差异,磁共振3D-ASL技术的血流量参数与磁共振动态对比增强扫描的多个参数存在显著相关性,提示磁共振3D-ASL技术可在不使用造影剂的情况下定性、定量显示鼻咽癌区域的高灌注,进而区分出肿瘤区域与非肿瘤区域。

2.1.2 肿瘤性质的鉴别:不同性质肿瘤的临床治疗方式及预后均不同。良性肿瘤手术难度较低、预后较好,而恶性肿瘤手术难度高、预后较差,因此术前对肿瘤性质进行判断尤为重要。骨肌肿瘤影像表现较为复杂,常规影像检查对其性质的判定较为困难。但由于不同性质肿瘤的新生血管形成程度不同,在磁共振3D-ASL技术上常常表现为不同的灌注状态,因此可通过磁共振3D-ASL技术测定肿瘤的灌注情况,从而区分肿瘤的性质。Xu等[4]对44例骨肿瘤患者进行磁共振3D-ASL技术扫描,以获得术前肿瘤血流量,结果发现恶性组肿瘤血流量明显高于良性组和中间型组,这为临床上鉴别良性、恶性骨肿瘤提供新的方法。此外,有些肿瘤在常规影像学检查上表现相似,鉴别困难,而准确诊断肿瘤性质对于确定治疗方案和患者临床预后至关重要。Xiao等[5]研究了磁共振3D-ASL技术在鞍旁脑膜瘤和海绵状血管瘤的影像特点,发现脑膜瘤的最大标准化脑血流量(cerebral blood flow,CBF)显著高于海绵状血管瘤,这是因为脑膜瘤的新生血管相对丰富,而海绵状血管瘤缺乏新生血管,这为鉴别鞍旁脑膜瘤与海绵状血管瘤提供了新的方法。Lin等[6]研究表明,磁共振3D-ASL技术在鉴别不典型脑膜瘤和神经鞘瘤也有一定的作用。以上研究表明,磁共振3D-ASL技术可通过测定肿瘤的血流灌注情况,在鉴别肿瘤的性质及常规影像学表现相似的肿瘤方面具有较好的应用价值。

2.1.3 肿瘤的分级及分期:不同级别、分期的肿瘤临床预后不一,且治疗方式差异较大,准确的术前分级及分期对肿瘤治疗具有重要意义。磁共振3D-ASL技术在胶质瘤分级方面的应用是近年的研究热点。Qu等[7]回顾性分析了72例胶质瘤患者的磁共振3D-ASL技术图像特点,发现高级别胶质瘤的肿瘤血流量明显高于低级别胶质瘤。Ma等[8]研究也显示磁共振3D-ASL技术的CBF和相对CBF随着胶质瘤级别的增加而增加,且在高级别胶质瘤和低级别胶质瘤之间存在显著差异;与动态磁化率对比灌注加权成像相比,磁共振3D-ASL技术的相对CBF与病理分级的相关性更高。Pang等[9]研究了胶质瘤患者中磁共振3D-ASL技术灌注指标与血管内皮生长因子表达和总生存期的相关性,结果显示,磁共振3D-ASL技术的CBF与血管内皮生长因子表达呈正相关,而与胶质瘤患者的总生存期则呈负相关。以上研究均表明磁共振3D-ASL技术的灌注强度与肿瘤的恶性程度密切相关,恶性程度越高,新生血管越丰富,灌注则越强,因而采用磁共振3D-ASL技术来评估肿瘤的分级可靠性较高。此外,磁共振3D-ASL技术还可以提高肿瘤分期评估的准确性。Xiao等[10]发现,与单独使用弥散加权成像相比,联合使用磁共振3D-ASL技术对诊断鼻咽癌T分期的准确性从72.3%提高到78.5%,对诊断美国癌症联合委员会分期的准确性从72.3%提高到83.1%。

2.1.4 肿瘤的随访:少部分恶性胶质瘤患者在放疗及化疗后复查常规磁共振扫描会出现病灶强化范围增大或新发强化灶,这些病灶不需特殊治疗,在数月后会自行消失,这种表现称为肿瘤“假进展”。肿瘤“假进展”常发生在放疗及化疗后2～3 个月,而肿瘤的“真进展”与“假进展”的临床处理方式完全不同,常规磁共振扫描难以鉴别。有文献报告,磁共振3D-ASL技术可以通过分析感兴趣区内灌注信息的改变来鉴别肿瘤治疗后的“真进展”与“假进展”,可用于放疗后胶质瘤患者的长期随访,而且该方法对于肾功能不全或对造影剂过敏的胶质瘤患者的长期随访也同样适用[11]。

2.1.5 特殊肿瘤的应用:有些特殊肿瘤在传统的CT和磁共振增强扫描中不会强化,这为临床诊断及治疗增加了难度。非强化低级别胶质瘤(non-enhancing low-grade glioma,NE-LGG)是一种特殊类型的低级别胶质瘤,由于血脑屏障未被破坏,故在常规影像学检查上表现为不强化,而放射治疗是NE-LGG的有效治疗方法,临床上通常以T2-液体衰减反转恢复序列扫描上的异常高信号作为勾画肿瘤靶区的标准,但由于肿瘤周围水肿在T2-液体衰减反转恢复序列序列扫描也表现为高信号,导致勾画的靶区过大,过大的靶区会对周围的健康组织产生损伤,而核心肿瘤区剂量较低则容易导致放疗效果不佳,因此区分肿瘤的周围水肿区域与未强化的肿瘤显得极其重要。磁共振3D-ASL技术特殊的成像原理使其不依靠血脑屏障的破坏也可以反映微观变化,在NE-LGG的靶区勾画及剂量描绘方面具有重要作用。Zhu等[12-13]发现磁共振3D-ASL技术可区分NE-LGG的未强化肿瘤和肿瘤周围水肿,而且磁共振3D-ASL技术可提高高灌注容积的剂量,这为患者的个体化精确放疗提供了依据。

2.2 磁共振3D-ASL技术在非肿瘤性疾病中的应用

2.2.1 烟雾病:烟雾病是一种以双侧颈内动脉末端及大脑前、大脑中动脉起始部动脉内膜缓慢增厚,动脉管腔逐渐狭窄以至闭塞,脑底穿通动脉代偿性扩张为特征的疾病。烟雾病患者发生脑卒中的风险明显高于健康人群,手术治疗可缓解烟雾病患者的临床症状,降低脑卒中发生风险,因此评估烟雾病患者的脑血流灌注信息对于其预后极为重要。数字减影血管造影是目前诊断烟雾病和评估侧支循环是否开放的首选检查方法,但该方法辐射较大,且需要注射造影剂,临床应用受限。Goetti等[14]发现,磁共振3D-ASL技术评估烟雾病患儿脑血流灌注的灵敏度、特异度和准确度分别高达94.0%、93.0%和93.0%,提示磁共振3D-ASL技术能够较准确地评估烟雾病患儿的脑灌注情况。Venkatraghavan等[15]利用磁共振3D-ASL技术评估烟雾病患者在不同麻醉剂作用下的脑血流灌注情况,发现使用七氟烷的烟雾病患者的CBF大于使用丙泊酚的患者,这可为烟雾病患者麻醉药物的选择提供参考。

2.2.2 缺血性脑血管疾病:脑组织对缺血缺氧极为敏感,早期发现脑组织血流灌注异常可以早期进行干预,从而避免一些不可逆的脑损伤。缺血性脑血管疾病主要包括脑梗死、短暂性脑缺血等,其中脑梗死对人体的危害极大,可以引起瘫痪甚至死亡,而脑梗死主要是由颅内外血管粥样硬化导致血管壁增厚、管腔狭窄所致,故早期发现颅内外血管的狭窄情况及脑内血流的灌注信息极为重要。颈内动脉作为颅脑重要的供血动脉,一旦发生狭窄则很有可能影响颅脑的血流灌注情况,临床上常采用CT血管造影评估颈内动脉狭窄情况,但此方法需要体外注射造影剂,有一定的辐射风险,而且不能显示脑内的血流灌注信息。时彤彤等[16]先通过磁共振三维时间飞跃技术对颈内动脉狭窄患者的颈内动脉狭窄情况进行分级,随后采用磁共振3D-ASL技术对健侧与患侧脑区的CBF进行评估,结果显示,重度颈内动脉狭窄患者患侧脑区的CBF低于健侧,而且脑内CBF随颈内动脉狭窄程度增加而减小,颈内动脉狭窄程度与患侧脑区CBF呈负相关。这提示磁共振三维时间飞跃技术与磁共振3D-ASL技术联合使用不仅能评价颈内动脉狭窄程度,还能评估患者的脑血流灌注情况,为临床医生提供更多的影像信息。此外,梁高等[17]对比了磁共振3D-ASL技术及磁敏感加权成像技术在诊断急性缺血性脑血管病患者颅内动脉狭窄中的价值,结果显示,二者诊断大动脉狭窄的效能相近,而磁共振3D-ASL技术诊断中小动脉狭窄的效能更优,也进一步体现了磁共振3D-ASL技术评估颅内动脉狭窄的优势。

2.2.3 非动脉炎性前部缺血性视神经病变:非动脉炎性前部缺血性视神经病变(nonarteritic anterior ischemic optic neuropathy,NAION)是一种可导致失明的严重致残性疾病,但具体发病机制仍不清楚。Li等[18]利用磁共振3D-ASL技术对NAION患者视网膜/脉络膜复合体的视神经头区域、视神经的血流量进行评估,发现患眼血流量灌注显著低于健眼,从而推断NAION发生的潜在机制可能是短暂的血液供应不足和眼血管调节失代偿。

2.2.4 阿尔茨海默病与皮质下血管性认知功能障碍:痴呆是一种以认知功能下降为特征的复杂病症,但其具体的发病机制仍不清楚。阿尔茨海默病是引起痴呆的重要原因,部分学者利用磁共振3D-ASL技术发现阿尔茨海默病患者部分脑区血流量减少,这为本病发病机制的探索提供新的方法。如Li等[19]采用磁共振3D-ASL技术发现阿尔茨海默病患者病情进展过程中存在基底节区多个区域的血流灌注减少;Zou等[20]发现,与健康人群相比,阿尔茨海默病患者多个感兴趣区的CBF明显降低。皮质下血管性认知功能障碍是引起痴呆的另一重要原因。Sun等[21]采用磁共振3D-ASL技术检测53例皮质下血管性认知功能障碍患者的CBF,并分析大脑中CBF减少的区域与认知障碍程度的关系,发现皮质下血管性认知功能障碍组患者脑内CBF降低,颞叶、额叶、海马、丘脑、岛叶脑灌注缺损程度与认知功能损害程度密切相关。此外,2型糖尿病也可能导致痴呆,而且我国2型糖尿病的发病率较高,严重影响患者的生存质量,但糖尿病相关认知功能障碍的机制至今尚未完全阐明。Shao等[22]发现海马CBF降低和血管内皮生长因子表达减少可能是糖尿病相关认知功能障碍发病的重要机制,通过磁共振3D-ASL技术测量CBF或可成为2型糖尿病相关认知功能障碍的无创成像生物标志物。

2.2.5 抑郁症与偏头痛:抑郁症、偏头痛患者在常规的影像学检查上可无异常改变,而磁共振3D-ASL技术却能发现其异常。Fu等[23]采用磁共振3D-ASL技术评估抑郁症患者前额叶脑血流灌注情况,并探讨了其与抑郁症状的相关性,结果发现与健康对照组相比,抑郁症患者双侧额中回局部CBF降低,提示CBF可作为评价抑郁症严重程度和监测抑郁症治疗效果有效的标志物。Uetani等[24]对49例偏头痛患者进行了磁共振3D-ASL技术检查,提示11例患者存在脑血流灌注异常,其中10例患者显示低灌注,提示偏头痛患者的脑血流灌注会有所减少,这为偏头痛的研究提供新的方向。

2.2.6 系统性红斑狼疮:神经精神性系统性红斑狼疮(neuropsychiatric systemic lupus erythematosus,NPSLE)是一种严重威胁人类生命的系统性红斑狼疮类型,具有广泛的临床神经和精神表现。磁共振3D-ASL技术可为临床上区分NPSLE与非NPSLE提供重要依据,Zhuo等[25]采用磁共振3D-ASL技术分析NPSLE患者和非NPSLE患者的脑血流灌注特点,发现NPSLE患者脑白质内的CBF增加,但脑灰质内的CBF减少,而非NPSLE患者脑白质和脑灰质内的CBF均增加;与非NPSLE患者相比,NPSLE患者额回、小脑和胼胝体的CBF显著降低;扣带回和胼胝体等几个脑区的CBF与系统性红斑狼疮疾病活动指数和系统性红斑狼疮国际合作临床损伤指数评分显著相关。

2.2.7 早产儿脑损伤:早产儿脑组织及脑血流循环系统尚未成熟,多种围产期因素均可导致脑损伤,这些损伤可能与脑血流密切相关,监测早产儿出生后的CBF对其治疗及预后评估极为重要。研究表明,磁共振3D-ASL技术可为早产儿的脑白质损伤、缺氧缺血性脑病的诊断提供一定的参考[26],但目前相关研究较少。

2.2.8 基因病:磁共振3D-ASL技术在基因病方面的应用也有报告。Liu 等[27]对1例因身材矮小、智力低下且癫痫反复发作的4岁女孩行18F-氟代脱氧葡萄糖PET及磁共振3D-ASL技术检查,发现双侧额叶、左颞叶、枕叶及顶叶的磁共振3D-ASL技术灌注显像显示高血流量,而PET图像显示18F-氟代脱氧葡萄糖低摄取,高血流量与低糖代谢的矛盾为线粒体脑肌病伴乳酸酸中毒和卒中样发作的诊断提供了线索,最终经基因检测确诊为线粒体脑肌病伴乳酸酸中毒和卒中样发作。

2.2.9 肾脏疾病:慢性肾病患者发生造影剂肾病风险较正常人明显升高,而磁共振3D-ASL技术由于特殊的成像原理,可无创测量肾血流量,在肾脏疾病的应用中具有较大的价值。Cai等[28]利用磁共振3D-ASL技术测量慢性肾病患者肾血流量,结果发现与健康对照组相比,慢性肾病患者的肾皮质血流量值较低,且慢性肾病患者的肾血流量与肾小球滤过率呈正比。这提示采用磁共振3D-ASL技术测量肾脏血流灌注情况可为临床诊断肾脏疾病提供有价值的信息。