酰胺质子转移加权成像在缺血性脑梗死中的研究进展

李晗，尹建忠*

缺血性脑梗死的发病率、致残率及致死率均较高，给病人及家庭带来沉重负担[1]。脑梗死后发生不可逆性损伤的脑组织为梗死核心，此区域血流灌注减低最明显；其周围存在梗死风险的脑组织为缺血半暗带，如脑梗死持续进展，梗死核心可扩大到缺血半暗带区域[2-3]。此外，梗死病灶周围也存在血流灌注减低却没有梗死风险的脑组织，为良性低灌注区[4]。因此，准确识别脑梗死病灶的代谢状态，有利于选择合适的治疗手段对脑梗死病人进行精准的个体化治疗[5]。

酰胺质子转移加权（amide proton transfer weighted,APTw）成像是近年迅速发展的MRI 技术，能利用化学交换饱和转移（chemical exchange saturation transfer，CEST）效应评估脑组织细胞微环境的酸中毒情况。酰胺质子与水的氢质子之间化学交换速度随组织内pH 的减低而下降，表现为APTw信号的减低[6-7]。本文归纳APTw 成像的影响因素，并综述其在缺血性脑梗死应用中的进展。

1 APTw 成像技术

1.1 成像影响因素 APTw 成像能够观察氢质子和酰胺质子两池间的化学交换过程，此过程在体内会受到多种混杂因素的影响，主要包括：（1）半固态大分子的磁化传递（magnetization transfer，MT）效应，当射频脉冲发出后，半固态大分子的氢质子与水质子之间发生饱和传递，产生的信号频谱较宽，横跨于水峰的两侧[8]。（2）直接水饱和（direct water saturation，DS）效应，指饱和脉冲对水质子的直接饱和作用，偏移频率与水饱和频率越接近则DS效应就会越明显。（3）核奥氏（nuclear overhauser enhancement，NOE）效应，本质上也是一种磁化传递，其产生的干扰信号多来自于脂肪族化合物、烯烃或芳香族化合物所含质子[9]。这些因素都会导致代谢物峰出现交叉重叠，脑梗死的APTw 成像尤其需要对测量指标进行优化和校正，去除上述因素对结果的干扰。

1.2 定量参数的优化 APTw 信号常用不对称磁化转移率（asymmetric magnetization transfer rate,MTRasym）进行评估，通过计算水峰两侧（±3.5ppm，ppm 表示10-6）MTR 测量值之差，可很方便地校正DS效应的影响，即MTRasym=MTR+3.5ppm-MTR-3.5ppm[10]。但是MT 效应和NOE 效应仍会在一定程度上降低MTRasym对pH 变化评估的准确性[11]。

Guo 等[12]采用磁化转移与弛豫标准化酰胺质子转移率（magnetization transfer and relaxation-normalized amide proton transfer rate,MRAPTR）进行脑梗死的评估，由于MRAPTR 对脑组织pH 值变化评估的准确性高于MTRasym，能更好地区分不同程度酸中毒的脑组织[13]，因而识别脑梗死的能力更强[14]。此外，Sun[15]近期提出类稳态（quasi-steady-state，QUASS）酰胺质子转移率（amide proton transfer rate,APTR），将QUASS 算法扩展用于改进的快速多层CEST MRI 序列，从而提高APTw 成像对脑梗死的识别能力。

2 APTw 成像在缺血性脑梗死中的应用

APTw 成像用于脑梗死的价值在于反映局部脑组织的酸中毒程度，准确识别缺血半暗带的范围，并对梗死预后进行评估。在梗死核心及缺血半暗带区域，局部组织由于缺氧代谢障碍，导致组织转向无氧糖酵解，继而乳酸积累，细胞内pH 值降低[16]。因此，可认为组织酸中毒是组织处于危险状态的最早迹象。APTw 成像通过定量缺血性酸中毒所致的pH 值变化，判断可挽救脑组织的范围，这些也直接关系到病灶的预后与病人精准治疗方案的选择。

2.1 评估急性脑梗死酸中毒 Zhou 等[17]首次在脑缺血动物模型中观察到pH 敏感的APTw 信号，与对侧正常脑组织相比，缺血区域的APTw 信号减低，这与缺血性脑梗死的病理生理学演变一致。Zhao等[18]首次报道了APTw 成像在4 例急性脑梗死病人和4 例健康志愿者中应用的临床研究，结果显示急性梗死病灶的APTw 信号减低，证明了在3.0 T MRI上对急性脑梗死病人进行APTw 成像的可行性。Lee等[19]纳入12 例急性脑梗死病人和19 例健康志愿者进行多时间点的APTw 成像，显示在不同临床条件和解剖位置下大脑APTw 成像都具有良好的可重复性。这些研究表明，在3.0 T MRI 上对急性脑梗死病人进行APTw 成像是可行的。

在不同类型的急性脑梗死中的应用，Song 等[20]将92 例急性脑梗死病人分为腔隙性梗死、全前循环梗死、部分前循环梗死以及后循环梗死4 种亚型，同时对幕上及幕下数据进行对比分析，结果表明APTw MRI 能更好地反映幕上非腔隙性急性缺血性脑梗死。

2.2 准确识别缺血半暗带 目前临床常通过“灌注加权成像（PWI）-扩散加权成像（DWI）错配”来评估缺血半暗带，该区域位于PWI 异常区域的内侧，在DWI 异常区域的外侧。近期研究[12]表明经典缺血半暗带区域可能包含一部分良性低灌注区。APTw 成像有利于区分良性低灌注区和有梗死风险的缺血半暗带，能更准确地评估缺血半暗带范围。

Sun 等[21]分析21 只永久性大脑中动脉闭塞大鼠模型以评估APTw 成像检测缺血半暗带的可能性，结果显示所有pH 值减低的大鼠脑组织范围始终≥扩散异常的脑组织，≤灌注减低的脑组织。重要的是，脑组织pH 值的减低区与24 h 后DWI 显示的梗死面积一致，表明APTw 成像具有准确识别缺血半暗带的能力，能够区分有梗死风险的缺血半暗带和良性低灌注区。Wang 等[22]对35 只永久性大脑中动脉闭塞大鼠模型进行分析，结果显示扩散异常区（梗死核心）、pH-扩散错配区（缺血半暗带）和灌注-pH 错配区（良性低灌注区）中的脑组织酸中毒程度依次减轻。Heo 等[23]的临床研究表明APTw 成像可以将出血性脑梗死与缺血性脑梗死区分开来。Msayib 等[24]对12 例临床脑梗死病人的6 种APTw定量参数进行比较发现，相较于不基于模型的定量参数，基于模型的定量参数能更好地区分缺血半暗带的边界。Wu 等[25]纳入38 例急性脑梗死病人，分析病人首次影像及保守治疗1 周后复查影像，1 周后进展的区域与未进展区域相比，前者的首诊APTw值低于后者，提示APTw 成像可对PWI-DWI 错配区域进行分层。综上所述，APTw 成像能有效识别有梗死风险的缺血半暗带组织，为病人的个体化精准治疗方案提供可靠依据，利于有效控制病情进展，避免无效的治疗。

2.3 评估脑梗死严重程度、疗效和预后 Yu 等[26]对26 例脑梗死病人治疗前后APTw 信号的演变进行研究，观察到病变的首诊APTw 值与首诊时的美国国立卫生研究院卒中量表（National Institute of Health Stroke Scale,NIHSS）评分呈显著负相关，治疗后大部分病人（92.3%）缺血组织的APTw 信号增高，症状改善；少数病人（7.7%）缺血组织的APTw信号进一步减低，伴有症状加重。这些表明APTw 信号可作为一种有效的生物学标志物，量化缺血性脑梗死的严重程度及治疗疗效。Momosaka 等[27]研究29 例缺血性脑梗死病人APTw 改变与脑梗死预后的关系，根据90 d 改良Rankin 量表（mRS）评分将病人分为预后良好组（mRS 评分≥2）与预后不良组（mRS 评分<2），结果显示预后不良组的APTw 值低于预后良好组；研究同时显示，大面积梗死、表观扩散系数较低、发病后检查时间较短、NIHSS 评分或mRS 评分较差的病人具有更低的APTw 信号。这些研究表明APTw 成像具备评估病人预后的潜力。

3 小结与展望

大量实验和临床研究均证实了APTw 成像技术对缺血性脑梗死成像的巨大潜力，特别是可以区分有梗死风险的缺血半暗带和良性低灌注区，有利于病人获得更恰当、准确的个性化精准治疗。此外，APTw 技术的潜在应用是区分动脉粥样硬化所致的血管闭塞和栓塞性疾病，前者更易导致慢性灌注不足（pH 值没有变化），如果APTw 技术能应用于临床，动脉粥样硬化致血管闭塞的病人则有望避免非必要的机械血栓切除术[28]。

尽管APTw 成像能够为脑梗死的准确评价提供有价值的信息，但其在临床中应用仍然存在一定的限度：（1）急性期的APTw 成像存在困难。急性脑梗死病人易躁动且难以忍受长时间的MRI 扫描，许多研究报道严重的运动伪影使可用数据减少[26]；此外，病情尚不稳定的年长病人参与科研性复查的意愿较低。因此，大样本的临床研究仍存在挑战。（2）APTw成像采集方案、方法缺乏标准化。临床研究现多采用单层影像进行分析，结果可能存在偏差。少数研究对多层影像进行分析，这种容积成像能对病人的缺血状态做出更完善的评估，因此快速多层面或3D体积成像的APTw 技术亟待进一步完善。综上，APTw 目前仍需更大规模的临床研究和技术优化统一，从而为进入临床应用打下坚实基础。