MR动脉自旋标记在缺血性脑血管病外科治疗中的应用进展2023.docx

MR动脉自旋标记在缺血性脑血管病外科治疗中的应用进展2023摘要：动脉自旋标记(ASL)是一种无创、无需外源性对比剂的MR灌注成像技术,可实现脑血流定量评估。缺血性脑血管病是我国的高发病率疾病之一,外科手术或介入治疗是早期恢复脑血流灌注的重要手段。ASL在缺血性脑血管病治疗决策的制定、术后疗效评估等方面均具有重要的应用价值。成像技术的进展使ASL的图像质量、定量评估脑血流动力学指标的准确性不断提高,采集时间缩短。作者就该技术在缺血性脑血管病外科治疗中的应用进展进行综述,以期使影像科医师以及脑血管病专业的神经内科、神经外科医师深入了解ASL技术的临床实用价值。动脉自旋标记(arterialspinlabeling,ASL)是一种利用动脉血中的水质子作为内源性示踪剂以实现血流灌注成像的功能磁共振技术,其原理为在动脉血中的水质子进入脑组织之前对其进行磁化标记彳寺标记的水质子通过动脉血管到达成像平面后进行信号的快速采集,从而得到标记像,另在相同层面内采集一次不施加脉冲的控制像,两者减影所得信号强度差异反映了脑组织的局部血流灌注量,即脑血流图像。ASL无需注射对比剂,无电离辐射,可重复性强,能够定量测量脑血流及了解脑血管病发生发展过程中的血流动力学和微循环变化。缺血性脑血管病占全部脑血管病的85%,最常见病因为动脉粥样硬化导致的颅内外动脉狭窄或闭塞,研究表明,46.6%的卒中患者患有颅内动脉狭窄或闭塞1L约33%的卒中由大脑中动脉狭窄引起0。尽管药物治疗对血管狭窄率50%卒中患者效果较好,但血管重度狭窄(狭窄率70%99%)或闭塞患者大多需要采取外科手术或介入治疗,主要方法包括颅内外动脉吻合术、颈动脉内膜切除术(Carotidendarterectomy,CEA)、血管内支架成形术等,手术前后全面评估患者脑血流灌注、侧支循环、脑血管储备情况,有助于临床筛选能够从血运重建术中获益的患者,制定个体化治疗方案,并预测和客观评价外科治疗的预后及疗效。本文就ASL技术在缺血性脑血管病外科治疗中的临床应用进展进行综述。1 ASL技术进展1.1 ASL标记方法根据不同的标记方法,ASL技术一般分为连续式ASL(continuousASLzCASL)、脉冲式ASL(pulsedASLzPASL)及伪连续式ASL(pseudo-continuousASL,pCASL)。CASL的优点为信噪比高、成像范围广,可测量多层灌注图像,但易因发生能量聚集而造成较高的比吸收率,且目前临床广泛使用的MRI设备难以满足CASL产生长脉冲的硬件条件;PASL对设备要求相对较低,但其发射的脉冲较短,对脉冲传输时间敏感性较高,故导致其信噪比较低、伪影较大,限制了成像范围;PCASL综合了以上二者的优点,且磁化传递效应相对较轻,射频能量沉积较少,具有良好的可重复性。根据国际医学磁共振协会(InternatiOnalSocietyforMagneticResonanceinMediCine,ISMRM）灌注研究小组和欧洲ASL联盟的共识推荐,pCASL已成为临床ASL成像的首选标记方法4。1. 2标记后延迟（POStlabelingdelay,PLD）时间为确保标记血流流入目标组织,从标记到ASL采集图像之前需要延迟一段时间,这段时间在PASL序列中称为反转时间,在CASL和pCASL序列中称作PLD时间。单PLD时间的ASL是指在标记后的某一个时间点（一般为1.82.5s）采集数据,仅能获取该时间点的全脑血流量图,在临床工作中,延迟时间的设置需要根据检查对象的不同而做出相应的调整,根据血流速度的快慢,患儿和老年患者一般分别应用较短和较长的延迟时间3o动脉血到达时间（arterialtransittime,ATT）代表血流从标记层面到达采集层面的时间,ATT与PLD时间越接近,表示脑血流量化值越接近于真实状态。单PLD时间的ASL不考虑不同脑区之间的ATT,易导致大血管狭窄或闭塞侧脑区的脑血流量值由于ATT的延长而被低估,从而影响脑血流定量的可靠性及可重复性;多PLD时间的ASL在标记后的多个时间点采集数据,能够获取每个时间点的全脑血流量,并计算出多个血流动力学定量指标（脑血流量、平均脑血流量、ATT和动脉脑血容量）,可实现真实、全面地定量脑血流灌注,有助于提高脑血流动力学评估的准确性,也能通过一系列动态图像更好地显示侧支血流。长标记长延迟时间的特点为标记的时间及延迟的时间均延长,较长的延迟时间可确保标记血液到达目标脑组织,长标记时间可有助于提高信噪比。1.3血管选择性ASL血管选择性ASL能够选择性地标记一支或多支动脉并清楚地划分各个灌注区域,实现无创显示和量化单支脑动脉灌注区域。血管选择性ASL可用于确定急性缺血性卒中患者的栓子起源,明确血流动力学病因,也有助于评估慢性缺血性脑血管病(尤其是颅外动脉狭窄或闭塞)患者单支动脉的实际供血区域。目前最常用的两种血管选择性ASL均基于PCASL技术,包括血管编码ASL和超选择性ASL,其中血管编码ASL最突出的优势为能同时选择多支血管,在短时间内一次性获取脑血流分布图像,具有较高的时间效率,也可以对Willis环以上水平的动脉选择性标记,而超选择性ASL则能够在标记血管与周围血管距离非常近的情况下,实现标记血管的精确选择7O2 ASL技术在头颈动脉狭窄及闭塞外科手术或介入治疗前的临床应用2.1 评估脑血流灌注状态早期精确地评估急性缺血性卒中患者的脑缺血范围及预测梗死灶扩大的风险,对于制定治疗策略及判断预后有重要意义8Jyu等9利用ASL及动态磁敏感对比增强(dynamicsusceptibilitycontrast,DSC)灌注成像对53例颈内动脉或大脑中动脉闭塞性卒中患者进行检测,结果显示,在根据缺血性卒中影像学评估后血管内治疗3(theendovasculartherapyfollowingimagingevaluationforischemicstroke3zDEFUSE3）试验10中的评价指标筛选适合血管内治疗的患者时,相对于较短PLD时间（1.5s）的ASL,较长PLD时间（2.5s）的ASL与DSC-MRI相关性更佳（PearSOn相关系数分别为0.773,0.679）,且采用较长PLD时间的ASL筛选患者的特异度（分别为92.86%、64.29%）和阳性预测值（分别为97.20%、88.40%）也更高提示较长PLD时间的ASL可更真实地反映卒中患者侧支循环参与下的灌注结果,有助筛选适合血管内治疗的患者。Amemiya等11对18例血管狭窄或闭塞性脑血管病患者进行标准延迟（长标记时间/PLD时间=1.333/2.333S）时间、3个PLD时间和长标记长延迟（长标记时间/PLD时间=4.0/4.0S）时间的ASL扫描及单光子发射计算机体层摄影（SPEeT）扫描,以探讨ATT延长对这些患者脑血流测量准确性的影响及最佳脑血流定量方案,结果显示,在标准延迟时间方案、长标记长延迟时间方案以及组合方案（基于ATT校正的3个PLD时间和长标记长延迟时间）的ASL与SPECT的脑血流定量之间的PearSorl相关系数分别为0.52±0.12,0.41±0.10和0.55±0.09提示基于ATT校正的3个PLD时间和长标记长延迟时间的ASL组合方案有助于提高卒中患者脑血流测量的准确性。Yan等12研究中纳入的30例急性脑梗死患者,均在发病24h内行CT灌注成像、扩散加权成像及多（7个）PLD时间的ASL检查,对多PLD的ASL图像进行处理以获得ATT,分别计算未经ATT校正的脑血流量和经ATT校正的脑血流量,结果显示,经ATT校正的多PLD时间ASL测得的缺血半暗带体积与CT灌注成像结果一致性良好（组内相关系数为0.822）,而未经ATT校正的多PLD时间ASL的缺血半暗带体积则与经ATT校正后结果及CT灌注成像结果差异均有统计学意义(均P<0.01),表明多PLD时间的ASL通过ATT校正后不仅可以检测急性脑梗死患者的早期缺血改变,其通过量化脑血流所确定的缺血半暗带体积也更真实。烟雾病患者的ATT差异一般较大,对ASL量化脑血流的要求较高。Farl等13为优化及验证ASL在烟雾病中的临床应用,对15例烟雾病患者进行DSC灌注成像检查并分别应用标准延迟(长标记时间/PLD时间=1.5/2.0S)时间、5个PLD时间和长标记长延迟(长标记时间/PLD时间=3.0/4.0S)时间的ASL扫描,根据Alberta卒中项目早期CT评分(AlbertastrokeprogramearlyCTscore,ASPECTS)的分区方法,在每侧大脑半球各10个脑区(2个前部、6个中部和2个后部)测定局部脑血流量,与同步150卜正电子发射体层摄影(PET)所测得的脑血流量进行比较,结果显示,在中度达峰时间延迟(35s)区域标准PLD时间的ASL所测相对脑血流量(relativecerebralbloodflow,rCBF)为PET的73%(校正P<0.01),经多PLD时间校正ATT后,其测量的rCBF值可提高至PET测定结果的83%,但在严重达峰时间延迟(>5S)区域的rCBF仍被低估(校正P=0.02)zBland-Altman曲线显示标准PLD和多PLD时间的ASL扫描分别具有16%和14%的低估偏差,而长标记长延迟时间的ASL扫描则与PET的相关性最强,相对偏差最小(1%),由于烟雾病患者的ATT变化范围较大,难以确定最佳延迟时间,因此全面评估脑血流需要扩展延迟时间范围,这表明提高烟雾病患者的脑血流定量准确性可能需要长标记长延迟时间与多PLD时间相结合的ASL方案。随着脑缺血程度进展,小动脉的自主调节方式从血管扩张转变为生成新的侧支血管或旁路以维持脑组织供氧,这种脑血流灌注区的迁移可能是发生血流动力学障碍和卒中的标志物14。Gao等15联合应用血管选择性ASL和MR血管成像(MRA)检测43例烟雾病患者的术前脑灌注状态,将血管选择性ASL所显示的79个半球中的137处灌注区域迁移根据血流分流方向进行分类,通过MRA进一步将其细分为由主要侧支(WilIiS环)或次要侧支(软脑膜血管、扩张的月并周动脉、脉络膜前动脉及新生血管)产生的灌注区域迁移,结果显示,仅由次要侧支引起的灌注区域迁移是发生出血的独立危险因素(P=0.026)也证实了血管选择性ASL和MRA的组合可较为全面地显示烟雾病患者脑血流灌注变化及血管情况,并可作为烟雾病病情评估、患者管理及手术策略制定的依据。Zhang等16纳入24例烟雾病患者和21名健康受试者,回顾性分析烟雾病患者血运重建手术前1周的多反转时间ASL与DSC灌注图像并探究其相关性,结果显示,烟雾病组和对照组应用多反转时间ASL测得的患侧大脑中动脉区域rCBF平均值分别为0.81±0.16和0.95±0.17,应用DSC灌注测得平均rCBF分别为0.98±0.24和1.21±0.27,两种成像方法所获rCBF具有较强相关性(r=0.839,P<0.01提示多反转时间ASL作为一种无创多参数灌注成像技术,可应用于烟雾病患者脑灌注的术前评估。2.2评估侧支循环状态侧支循环是影响缺血性脑血管病患者脑血运重建术预后的关键因素17-18。动脉通过伪影(arteriaItransitartifact,ATA)是指在血管成像过程中,一些被标记血流由于血流速度减慢或到达延迟而未如期扩散至组织中,从而形成ASL灌注图中的血管内高信号伪影,主要反映软脑膜侧支血流灌注情况19。DiNapoli等20对44例颈动脉狭窄率50%患者的ASL图像分析结果显示,与不存在ATA的颈动脉狭窄患者相比,存在ATA患者更易在近期(6个月内)出现短暂性脑缺血发作(TlA)或卒中的症状81%(13/16)½32%(9/28),P=0.004,且其狭窄率均70%,这表明ATA与颈动脉狭窄患者的近期脑缺血症状密切相关,该研究还表明,血管狭窄程度、斑块内出血及斑块结构与患者发生近期症状无关(P值分别为0.54、0.31.0.54)zATA为颈动脉狭窄患者近期发生TIA或卒中症状的唯一相关因素。此外,多PLD时间的ASL及血管选择性ASL技术也可用于评估缺血性脑血管病患者的侧支循环情况。通常采用基于ASL参数的软脑膜侧支灌注评分,即在脑血流量、ATT和脑血容量图上按照ASPECTS分区方法将病变侧大脑半球划分为特定区域,通过观察这些图像上的ATA(皮质区的线性或蛇形高信号),确定每个特定区域软脑膜侧支灌注等级的评分：0分为ATA信号无或较小;1分为ATA信号适中;2分为ATA信号显著21。LoU等22纳入55例单侧大脑中动脉闭塞性急性缺血性卒中患者,分析血管内治疗前基于ASL参数的软脑膜侧支灌注评分与治疗后90d预后情况的相关性,基于4个PLD时间ASL的3个参数(包括脑血流量、ATT和脑血容量)定量测量结果分别进行软脑膜侧支灌注评分结果显示,预后良好(mRS评分03分)患者的脑血容量图像上软脑膜侧支灌注评分显著高于预后不良(mRS评分46分)患者(3.01±2.11)分比(1.82±1.51)分,P=0.024,但其脑血流量(2.31±1.61)分比(1.66±1.32)分,P=0.231和ATT(2.67±2.33）分比（342±3.37）分,P=0.593图像的软脑膜侧支灌注评分差异无统计学意义,提示多PLD时间ASL所获得的脑血容量图像上较高的软脑膜侧支灌注评分可能是大脑中动脉闭塞性急性缺血性卒中患者血管内治疗预后良好的标志。Chng等23比较了DSA与联合应用血管选择性ASL和MRA在评估脑血管狭窄或闭塞患者侧支循环方面的作用,由于血管选择性ASL数据可显示局部灌注情况,MRA可显示大脑动脉Willis环水平侧支血流的相应解剖信息,两者联合检测评估侧支循环的效能与DSA具有显著一致性（P<0.01,存在侧支循环的K叩Pa值为0.72）,表明血管选择性ASL和MRA的联合成像方法或可成为评估脑血管狭窄或闭塞患者侧支循环的完全无创性替代方法。综上,ASL对术前侧支循环的评估在缺血性脑血管病患者术前管理和治疗决策方面可发挥重要作用。2. 3评估脑血管储备力脑血管储备力是指反映脑组织在灌注压下降时保持血流充足及满足不断变化的生理需求的能力,能够预测低灌注时发生脑梗死的风险,因此缺血性脑血管病患者的脑血管储备力检测具有重要临床意义24。Zhao等25应用单PLD时间和多（3个）PLD时间的pCASL检测乙酰嗖胺激发后的26例烟雾病患者脑血管储备力（注射乙酰嘤胺后的脑血流量减去基线脑血流量所得结果除以基线脑血流量的百分比）,结果显示,PET、单PLD时间和多PLD时间的pCASL所检测的受累区域脑血管储备力均显著低于未受累区域（分别低于未受累区域68.12%、52.5%和56.9%,均P<0.05）,而在未受累区域,以PET检测结果作参考,单PLD时间的PCASL低估了8.7%脑血管储备力,多PLD时间的PCASL高估了3.9%脑血管储备力,分析结果表明,无论在受累区域(一致性相关系数分别为0.36、0.35)还是未受累区域(一致性相关系数分别为0.32、0.16),多PLD时间的PCASL与PET的相关性均略高于单PLD时间的PCASL,可作为烟雾病患者脑血管储备力检测的有价值的成像方式。LeW6n等26通过ASL评估7例烟雾病患者在多点钻孔间接血运重建术前后的脑血流量和乙酰嗖胺激发后测得的脑血管储备力,研究结果显示,大脑中动脉受累区域的术前平均脑血流量和平均脑血管储备力分别为(46±16)ml/(100gmin)和(38.5±9.9)%,术后12个月ASL检测的首次平均脑血流量为(41.1±12.0)ml(100gmin),脑血管储备力平均相对变化为增加(23.5±23.3)%,由于多点钻孔间接血运重建术的患者选择主要根据症状、缺血性病变的存在及脑血管储备力进行综合判断,其中对于症状严重或脑血管储备力较低,及症状轻微但反复检查后脑血管储备力持续下降的患者,建议行多点钻孔间接血运重建术。以上结果表明,ASL技术可以有效检测血运重建术前后的血流动力学改变,无创性评估烟雾病患者脑血流量及脑血管储备力的变化,有助于患者选择合适的治疗方式。3ASL技术在头颈动脉狭窄及闭塞外科手术或介入治疗后的临床应用3.1 评价术后脑血流再灌注应用ASL可以预测脑血运重建术后的脑血流灌注情况,客观评价手术疗效OWang等27探讨了应用血管选择性ASL评价行大脑中动脉闭塞再通术预后的可行性,研究纳入的47例单侧大脑中动脉狭窄或闭塞患者分别在介入手术再通术前7d及术后7d内进行三维pCASL和血管选择性ASL检查,血管选择性ASL检测结果显示,患侧血管再通术前后的脑血流量平均值分别为(34.3±8.5)ml/(100gmin)与(40.6±9.2)ml/(100gmin),又寸侧相应值为(42.6±9.8)ml/(100gmin)(43.5±9.9)ml/(100gmin),即血管再通后患侧和对侧绝对脑血流量均显著高于术前(均P<0.05),分析结果显示,手术前后基于ASPECTS分区的血管选择性ASL评分和三维pCASL评分(均为将大脑中动脉供血区每半球分为10个区域:Ml-6、岛叶皮质L尾状核U豆状核L和内囊IC,每个区域计1分,总计10分,灌注量减少的相应区域减1分)均为术后7d良好预后(mRS评分<2分)的独立预测因子(均P<0.05),患侧血管选择性ASL评分比三维pCASL评分的受试者工作特征曲线下面积更高曲线下面积分别为0.829(95%CI:0.6511.OOo)和0.760(95%CLO.5740.946),均P<0.05,故血管选择性ASL不仅有助于评估单侧大脑中动脉狭窄或闭塞再通术后的血流灌注变化,也可对良好预后进行更可靠的预测。YU等28利用2个PLD时间的pCASL评价39例烟雾病患者接受颍浅动脉-大脑中动脉吻合术与脑-硬膜-肌肉-血管融合术的联合旁路移植术后的疗效,结果显示,术前大脑中动脉的rCBF、较短PLD时间(1525ms)和较长PLD时间(2525ms)的空间变异系数在预测新生血管方面均具有良好的敏感度(分别为75.0%.82.1%和82.1%)及特异度(分别为81.8%,72.7%和81.8%),根据颈外动脉造影侧位片,对患者术后中位时间7个月的新生血管进行Matsushima分级(O级或1级为代偿差,2级或3级为代偿良好)发现,术前大脑中动脉rCBF(r=0.472,P=0.002)、较短PLD时间(r=0.486,P=0.002)和较长PLD时间(r=O.573zP<0.01)的空间变异系数均与术后中位时间7个月随访的Matsushima分级呈正相关,证实其有效评估脑血流灌注及预测血运重建预后的价值。Zhao等29利用7个PLD时间的PCASL探究46例烟雾病患者在血管旁路移植术后短期(中位数为6d)及长期(中位数为213d)的血流动力学变化,长期随访结果显示,术后患侧脑血流较术前改善平均增加(51±34)%,P<0.01,比短期随访改善平均增加(41±31)%,P<0.01更显著,且受累区域的脑血管储备力较术前显著增加平均增加(68±33)%/=0.02417则显著降低平均降低(6.6±2.9)%,P<0.01,这表明血运重建术后的短期和长期血流动力学状态均有改善,多PLD时间的PCASL检查可作为烟雾病患者血管旁路移植术后短期和长期血流动力学改善情况评估的有效手段。3. 2评估术后脑过度灌注ASL技术在预测脑过度灌注方面具有重要的临床价值。LUijten等30利用7个PLD时间的pCASL量化44例颅内前循环大血管闭塞患者的脑血流,并评估其与血管再通术后早期(术后24h)神经功能结局之间的联系,结果显示,37例血管成功再通(动脉闭塞性病变评分31为23分)的患者中有24例患者的缺血核心区和挽救的缺血半暗带均发生过度灌注,并且血管成功再通患者的缺血核心区(校正B=-2.75,95%CI:-4.11-1.40)和挽救的缺血半暗带(校正=-5.62z95%CI:-9.571.68)中较高的rCBF均与术后24h较低的美国国立卫生研究院卒中量表(NlHSS)评分之间存在显著相关性Ju等32纳入54例已接受血栓机械切除术的大脑中动脉或颈内动脉闭塞患者,收集其临床信息并在术后1周内进行ASL检查,ASL上的过度灌注定义为受累侧脑区的局灶性脑血流量之对侧相应脑区血流量的130%,研究结果显示,ASL上的过度灌注与成功再通(改良脑梗死溶栓分级为2b3级)、术后24hNIHSS评分及术后24hNIHSS评分改善(术后24hNIHSS评分与术前NIHSS评分的差值)均存在显著关联(均P<0.05),与术后90d良好结局(mRS评分02分)也存在显著联系(P<0.05),表明ASL上的过度灌注是组织再灌注的标志,也是血栓机械切除术后90d良好结局的独立预测指标。然而,术后过度灌注也可能与不良预后相关。脑过度灌注综合征是指原低灌注区的脑血流量显著增加,灌注量较基线增加100%以上,以至于超过脑血管自身调节能力而导致的严重并发症,为术后发生脑出血的主要原因,多见于CEA及支架置入术后33。Fan等34探讨颈动脉狭窄CTA诊断为症状性颈动脉狭窄(狭窄率50%)或无症状性颈动脉狭窄(狭窄率70%)行CEA患者(86例)术前ASL预测术后7d发生过度灌注的可行性,患者于CEA术前2周内及术后7d内进行ASL检查,通过分析手术前后的脑血流图像生成脑血流比率图,将脑血流量比率>2的体素集(>100mm3)作为有效的过度灌注区域,在术前基于ASPEeTS分区方法进行ASL评分,结果显示,患者ASL中位评分为28(25,30)分,与不存在过度灌注的患者(69例)相比,过度灌注患者(17例)手术同侧大脑半球的中位ASL评分明显较低19(13,23份比28(27,30)分,P<0.01)zASL评分25分时预测术后7d脑过度灌注的敏感度、特异度、阳性预测值和阴性预测值分别为94.1%、88.4%、66.7%和98.4%,提示术前ASL评分可以有效预测CEA术后脑过度灌注的发生。刘颖等35评价三维PCASL和血管选择性ASL技术在预测CEA术后发生脑过度灌注中的价值,采用三维pCASL和血管选择性ASL获取了29例患者的CEA前后大脑中动脉供血区脑血流和颅内总灌注体积进行分析,结果显示,两个指标在预测术后发生过度灌注的敏感度和特异度分别为87.00%和100.00%与87.00%和83.33%,研究认为,三维pCASL和血管选择性ASL技术可实现无创评价CEA后的脑血流变化及观察单支动脉供血区域情况,术前脑血流量及手术前后的颅内总灌注体积对预测过度灌注风险的效能较高。综上,通过ASL可以准确检测术后脑血流灌注,帮助临床医师早期识别存在过度灌注风险的患者。4小结与展望ASL作为一种无创、无电离辐射、可重复性强的灌注技术,可以定量测量脑血流和监测脑梗死发生过程中的血流动力学变化,在评估头颈动脉狭窄或闭塞患者术前脑血流灌注、侧支循环状态及脑血管储备力方面均有着重要意义,也为术后脑血流再灌注和脑过度灌注的评估提供了一种有效途径。但是目前ASL技术仍存在信噪比低、PLD选择影响脑血流准确性、对运动伪影敏感等问题,多PLD时间的ASL虽然在缺血性脑血管病评估中更有价值,但其采集时间较长,在临床实践中应用受限。图像质量和扫描时间的平衡需根据患者实际情况进行调整,急诊患者需尽量缩短扫描时间,可通过降低空间分辨率适当补偿图像信噪比;运动伪影可导致ASL成像过程中的剪影发生错误,表现为皮肤脂肪等脑外结构显示脑血流信号,可采取背景抑制技术和头动自动校正技术,以保证脑血流定量评估的准确性。随着多种ASL改良技术的不断涌现,ASL采集和后处理将会进一步优化,ASL与其他成像技术的融合也I等会有更为广阔的临床应用前景。