劉蔣靜,周智鵬
腦血管病是目前我國致死率排名第一的疾病,其中單病種致殘率最高的急性腦血管疾病給社會(huì)帶來了沉重的負(fù)擔(dān)[1]。腦供血?jiǎng)用}狹窄或閉塞所導(dǎo)致的缺血性腦血管疾病作為臨床中較為常見的疾病之一[2],可導(dǎo)致短暫性腦缺血發(fā)作(transient ischemic attack, TIA)或腦梗死[3],其發(fā)病率、致殘率高,易并發(fā)認(rèn)知功能障礙[4-5]。煙霧?。∕oyamoya disease, MMD)、動(dòng)靜脈畸形(arteriovenous malformation, AVM)亦與顱內(nèi)血管息息相關(guān)。
動(dòng)脈自旋標(biāo)記(arterial spin labeling, ASL)是以動(dòng)脈血中的氫質(zhì)子作為內(nèi)源性的示蹤劑[6]進(jìn)行的一項(xiàng)無創(chuàng)的腦灌注技術(shù),區(qū)域性動(dòng)脈自旋標(biāo)記(territorial arterial spin labeling, t-ASL)以ASL 技術(shù)為基礎(chǔ),不僅能觀察單支血管的灌注區(qū)域成像,也能觀察缺血區(qū)域有無側(cè)支循環(huán)的開放及來源[7]。目前,數(shù)字減影血管造影(digital subtraction angiography, DSA)是評(píng)估腦血管疾病責(zé)任血管及觀察側(cè)支血管開放情況的金標(biāo)準(zhǔn)[8-9],但因其昂貴的費(fèi)用、有創(chuàng)性[10]、手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)[11](如術(shù)后出血、再栓塞等風(fēng)險(xiǎn)),讓許多患者無法接受該檢查。ASL 能有效觀察側(cè)支血管開放及血流灌注情況,亦能有效為無法行DSA 檢查的患者提供另一項(xiàng)選擇。并有研究發(fā)現(xiàn),磁共振血管造影(magnetic resonance angiography,MRA)聯(lián)合ASL 雙標(biāo)記延遲時(shí)間在頸內(nèi)動(dòng)脈(internal carotid artery, ICA)狹窄患者中有所提高,并在DSA檢查中發(fā)現(xiàn)相應(yīng)區(qū)域有側(cè)支循環(huán)形成,ASL能無創(chuàng)半定量分析責(zé)任血管側(cè)支循環(huán)代償水平[12-13]。CT 血管 造 影(CT angiography, CTA)、CT 灌 注 成 像(CT perfusion, CTP)需要注射外源性對(duì)比劑,時(shí)間高分辨率雖高,但對(duì)患者有電離輻射損害[14]。動(dòng)態(tài)磁敏感對(duì)比增強(qiáng)灌注加權(quán)成像(dynamic susceptibility contrast perfusion weighted imaging, DSC-PWI)與DSA 評(píng)估系統(tǒng)之間有較好一致性[15], 但需要注入釓劑,對(duì)于腎功能不良的患者應(yīng)慎用或禁用,其可沉積于神經(jīng)組織內(nèi),可能存在遠(yuǎn)期危害。ASL 因其無創(chuàng)性[16]及t-ASL 能顯示單支供血?jiǎng)用}的優(yōu)勢(shì),在腦血管疾病中具有良好的應(yīng)用前景。本文回顧了t-ASL 技術(shù)與顱內(nèi)疾病相關(guān)的最新文獻(xiàn),主要從ASL、t-ASL技術(shù)成像原理及現(xiàn)階段的應(yīng)用,探討t-ASL技術(shù)在腦血管病、顱內(nèi)腫瘤及非動(dòng)脈硬化性腦病中的診斷價(jià)值,為制訂臨床診斷標(biāo)準(zhǔn)并進(jìn)行有效的干預(yù)措施提供重要支持。
ASL 由WILLIAMS 等于1992 年首次提出[6],是一項(xiàng)通過反轉(zhuǎn)恢復(fù)射頻脈沖激發(fā)血液中的氫質(zhì)子使其成為內(nèi)源性示蹤劑,用于觀察全腦血液灌注情況的一項(xiàng)磁共振灌注技術(shù)。ASL 標(biāo)記技術(shù)[17]包含脈沖式動(dòng)脈自旋標(biāo)記(pulsed arterial spin labeling,PASL)、連續(xù)式動(dòng)脈自旋標(biāo)記(continuous arterial spin labeling, CASL)及偽連續(xù)動(dòng)脈自旋標(biāo)記(pseudo-continuous arterial spin labeling,p-CASL)。在PASL 中,通過應(yīng)用一個(gè)反轉(zhuǎn)脈沖,例如將一個(gè)厚的反轉(zhuǎn)板放置在頸部的主要腦供血?jiǎng)用}上,可以使大量血液立即反轉(zhuǎn)。相反,在CASL 中,使用一個(gè)薄的標(biāo)記平面,在標(biāo)記期間使用恒定的流動(dòng)方向梯度,并結(jié)合恒定的射頻,持續(xù)反轉(zhuǎn)流動(dòng)的血液。與PASL相比,CASL方法射頻能量吸收率更高[18]。傳統(tǒng)的CASL 需較長時(shí)間脈沖以維持磁場、磁化方向夾角的穩(wěn)定,PASL 其信噪比低、對(duì)灌注均勻性及偽影較大。而p-CASL通過一連串射頻脈沖來模擬連續(xù)的反轉(zhuǎn)脈沖,保留了CASL、PASL的優(yōu)點(diǎn),其信噪比高、成像范圍大及脈沖時(shí)間短,對(duì)脈沖傳輸時(shí)間敏感性高,因此,p-CASL 成為ASL 技術(shù)中常用的一項(xiàng)序列。t-ASL 技術(shù)是ASL 的一種延續(xù),目前常用的t-ASL 多基于p-CASL 技術(shù),其中包括血管編碼動(dòng)脈自旋標(biāo)記(vessel encoded arterial spin labeling,VE-ASL)、超選擇式動(dòng)脈自旋標(biāo)記(super-selective arterial spin labeling, SS-ASL)。VE-ASL能使平面內(nèi)梯度場沿著梯度方向進(jìn)行線性相位變化,在整個(gè)標(biāo)記層面產(chǎn)生類似于正弦波的反轉(zhuǎn)輪廓,通過使用K-means 聚類法來計(jì)算各支動(dòng)脈的灌注區(qū)域。有研究證明VE-ASL 與K-means 相結(jié)合,對(duì)不同的腦血流灌注區(qū)域進(jìn)行分割是有效的[15]。因此,VE-ASL 基于傳統(tǒng)的p-CASL 技術(shù),血管編碼偽連續(xù)動(dòng)脈自旋標(biāo)記(VE p-CASL)具有相對(duì)高效的優(yōu)點(diǎn)[19]。VE p-CASL可以同時(shí)標(biāo)記多根血管,并通過標(biāo)記的標(biāo)準(zhǔn)定位來實(shí)現(xiàn)被標(biāo)記血管之間相對(duì)的獨(dú)立性。SS-ASL 是一種超選擇性p-CASL,聯(lián)合MRA 做定位,通過旋轉(zhuǎn)標(biāo)記平面,同時(shí)垂直于雙側(cè)頸內(nèi)動(dòng)脈及椎基底動(dòng)脈,無須平行于成像區(qū)域,即使周圍有很多無法避開的細(xì)小血管,也能有很高的標(biāo)記效率[20]。在WANG 等[21]的研究中,優(yōu)化后的p-CASL能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)健地灌注成像,并能進(jìn)一步提高標(biāo)記效率。
綜上,CASL 信噪比、能量吸收率高,PASL 有較高的標(biāo)記效率且具有短射頻脈沖,p-CASL 結(jié)合兩者的優(yōu)點(diǎn),成為ASL 掃描中常用的序列,但其不能有效標(biāo)記單根血管及顯示單支血管灌注區(qū)域。在p-CASL基礎(chǔ)上,衍生出VE-ASL、SS-ASL。VE-ASL能同時(shí)高效率地標(biāo)記多根血管,VE p-CASL 與線性分析或貝葉斯框架相結(jié)合,在標(biāo)記每根血管的基礎(chǔ)上能檢測(cè)到混合灌注,在顯示單根血管灌注方面更優(yōu)越。但其在標(biāo)記血管時(shí),會(huì)因標(biāo)記范圍或者患者運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的不同而發(fā)生標(biāo)記血管誤差或其他血管污染而導(dǎo)致信號(hào)采集失敗,在未來的研究中有望克服這些局限。
缺血性腦卒中是腦血管病變所導(dǎo)致的腦部血液供應(yīng)障礙,導(dǎo)致局部腦組織缺血、缺氧壞死,又稱腦梗死、缺血性腦中風(fēng)。大多數(shù)缺血性腦卒中患者存在著腔隙性腦梗死、側(cè)腦室周圍梗死、腦干梗死及小腦梗死,基于對(duì)常規(guī)灌注區(qū)域的認(rèn)識(shí),梗死分類的改變僅在皮質(zhì)或邊緣區(qū)域。LIU 等[22]在對(duì)顱內(nèi)責(zé)任血管狹窄或閉塞導(dǎo)致的缺血性腦卒中研究發(fā)現(xiàn),基于標(biāo)準(zhǔn)血管解剖區(qū)域的分類,在評(píng)估動(dòng)脈缺血性腦卒中,ASL 同DSC-PWI 具有中-高度的一致性,并可定量評(píng)估腦內(nèi)責(zé)任供血?jiǎng)用}流動(dòng)區(qū)域范圍。t-ASL 能清楚顯示梗死部位與側(cè)支灌注的關(guān)系,腦卒中患者的灌注血管區(qū)域存在著較大的變異性[23],也能明確梗死部分是否位于兩支供血血管灌注區(qū)的邊界,是否存在灌注與腦梗死之間的不匹配關(guān)系,即錯(cuò)配關(guān)系。HARTKAMP 等[24]亦研究了缺血性梗死部位與腦血管區(qū)域關(guān)系之間的錯(cuò)配關(guān)系,在87例患者中檢出了149個(gè)梗死病灶,有15個(gè)(10%)被錯(cuò)誤地歸為單一灌注區(qū),根據(jù)灌注圖,這些梗死灶定位于相鄰邊界區(qū)(部分不匹配),有27個(gè)(18%)為邊緣區(qū)梗死,有12個(gè)(8%)梗死區(qū)域完全位于不同的灌注區(qū)(完全不匹配)。TIA是缺血性腦卒中的一項(xiàng)臨床表現(xiàn),CASTELLANA等[25]發(fā)現(xiàn)該病與局部ASL灌注的缺失有關(guān),提示該部分的血管灌注異常。大腦中動(dòng)脈(middle cerebral artery, MCA)及大腦后動(dòng)脈(posterior cerebral artery, PCA)的灌注區(qū)域在缺血性腦卒中患者之間不同[26]。SALERNO 等[27]發(fā)現(xiàn)大約三分之二的基底動(dòng)脈(basilar artery, BA)所致的缺血性腦卒中是由大動(dòng)脈粥樣硬化引起的,解釋了與顱內(nèi)其他責(zé)任血管導(dǎo)致的中風(fēng)相比,BA 缺血性中風(fēng)的發(fā)病經(jīng)常是進(jìn)行性的,閉塞性血栓可以影響B(tài)A的近端、中段或遠(yuǎn)端,根據(jù)缺血梗死的程度,導(dǎo)致非常嚴(yán)重的癥狀。VAN NIFTRIK 等[28]發(fā)現(xiàn),孤立性小腦缺血性腦卒中會(huì)導(dǎo)致對(duì)側(cè)遲發(fā)性的幕上皮質(zhì)發(fā)生萎縮,導(dǎo)致不良的臨床后果。與MCA狹窄或閉塞導(dǎo)致的腦卒中相比,PCA 所致的卒中更容易導(dǎo)致腦實(shí)質(zhì)受損,產(chǎn)生更嚴(yán)重的臨床表現(xiàn)。
HARTKAMP 等[24]證實(shí)了缺血性腦梗死部位與腦血管區(qū)域之間存在錯(cuò)配關(guān)系,但僅基于MRI 和MRA 來判斷缺血性腦卒中責(zé)任動(dòng)脈存在一定局限性。在對(duì)后循環(huán)導(dǎo)致的缺血性腦卒中研究中,SALERNO 等[27]與VAN NIFTRIK 等[28]發(fā)現(xiàn)BA 缺血性中風(fēng)的發(fā)病是進(jìn)行性的,但未對(duì)慢性閉塞的后循環(huán)缺血性腦卒中代償血管進(jìn)行研究,且CASTELLANA等[25]利用ASL發(fā)現(xiàn)缺血性腦卒中與局部灌注缺失有關(guān)。綜上所述,基于ASL技術(shù)成像的t-ASL 技術(shù)能進(jìn)一步提供梗死區(qū)域的灌注情況,評(píng)估其責(zé)任血管,為血管灌注與腦梗死之間的是否存在錯(cuò)配關(guān)系進(jìn)行補(bǔ)充,為患者的個(gè)體化精準(zhǔn)治療及預(yù)后提供重要信息。
腦灌注區(qū)域側(cè)支血管在不同腦卒中患者之間存在差異[23]?;讋?dòng)脈環(huán)(Willis 環(huán))是顱內(nèi)存在的變異血管,主血管為Willis環(huán)的組成部分,占顱內(nèi)側(cè)支的大部分,二級(jí)側(cè)支血管包括軟腦膜血管、眼動(dòng)脈等。軟腦膜及眼動(dòng)脈的二級(jí)側(cè)支循環(huán)通路在腦卒中的發(fā)病機(jī)制中起著重要作用。側(cè)支循環(huán)的存在影響ICA 和后循環(huán)腦灌注的區(qū)域。HARTKAMP 等[29]在利用MRA聯(lián)合ASL對(duì)38例狹窄或閉塞性ICA患者檢查中發(fā)現(xiàn),非變異的Willis 環(huán)的側(cè)支血管對(duì)腦血管反應(yīng)性(cerebrovascular reactivity, CVR)沒有影響,但在變異的Willis 環(huán)的患者中,存在“盜血現(xiàn)象”。在有癥狀的單側(cè)ICA 閉塞患者研究中[30],發(fā)現(xiàn)顱內(nèi)血管盜血范圍與Willis環(huán)的完整性及其側(cè)支的存在或受損存在關(guān)聯(lián),CVR 受損,激活同側(cè)大腦半球的二級(jí)側(cè)支循環(huán)開放。在缺血性腦卒中急性期,軟腦膜側(cè)支代償見于MCA徹底閉塞,這種逆向血流出現(xiàn)及程度影響腦梗死體積與預(yù)后,而不同延遲時(shí)間對(duì)于側(cè)支狀態(tài)真實(shí)準(zhǔn)確的判斷有很大影響,逆向軟腦膜血流充盈較慢,而延遲標(biāo)記時(shí)間的ASL成像可能更真實(shí)反映側(cè)支循環(huán)狀態(tài)[31]。在非變異的Willis 環(huán)中,兩個(gè)大腦后動(dòng)脈主要是由基底動(dòng)脈提供,大約20%的腦血流向后循環(huán),Willis 環(huán)解剖變異的灰質(zhì)和白質(zhì)腦血流量(cerebral blood flow, CBF)無明顯差異[32]。但研究表明[33],由于椎基底動(dòng)脈鈣化斑塊形成以及其曲度變換較高,使得灌注區(qū)域結(jié)果準(zhǔn)確度較低。JOHANSSON 等[34]利用CTA 模擬ICA 近閉塞,在區(qū)分是由動(dòng)脈粥樣硬化導(dǎo)致的遠(yuǎn)端動(dòng)脈血管直徑減小導(dǎo)致的ICA 狹窄、閉塞或是先天性的ICA 閉塞或狹窄的研究中發(fā)現(xiàn),ICA狹窄或閉塞情況可與Willis環(huán)變異不對(duì)稱相關(guān)。
變異的Willis 環(huán)與非變異的Willis 環(huán)在顱內(nèi)血管狹窄或閉塞情況下對(duì)側(cè)支的反應(yīng)代償不一致,但目前現(xiàn)有的研究中少有能提供在其缺血性腦卒中責(zé)任血管灌注區(qū)域側(cè)支代償來源情況。綜上所述,t-ASL 技術(shù)能夠?qū)ψ儺惣胺亲儺惖腤illis 環(huán)灌注區(qū)域在缺血性腦卒中的責(zé)任血管側(cè)支代償情況進(jìn)行補(bǔ)充,評(píng)估狹窄或閉塞血管周圍一級(jí)、二級(jí)側(cè)支血管反應(yīng)開放情況,亦能單根標(biāo)記曲度較高的椎基底動(dòng)脈,有效評(píng)估其灌注范圍。但標(biāo)記范圍或者患者運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的不同而發(fā)生標(biāo)記血管偏倚,導(dǎo)致灌注異常。
大腦中動(dòng)脈閉塞的動(dòng)物組織學(xué)數(shù)據(jù)表明,微血管阻塞是血管閉塞再通后無復(fù)流現(xiàn)象的機(jī)制,NG等[35]在對(duì)急性大腦中動(dòng)脈閉塞再通患者進(jìn)行隨訪后發(fā)現(xiàn),其缺血性腦血管的腦微血管阻力仍顯著升高,此時(shí)術(shù)后有效評(píng)估責(zé)任大腦中動(dòng)脈灌注尤為重要。術(shù)前通過ASL動(dòng)脈穿行偽影征象能判斷側(cè)支循環(huán)[36],并對(duì)再通后復(fù)流有一定的評(píng)估作用。WANG 等[37]利用t-ASL評(píng)估單側(cè)MCA狹窄或閉塞患者再通前后的灌注情況,結(jié)果顯示術(shù)前患側(cè)MCA供血區(qū)絕對(duì)CBF低于正常側(cè),術(shù)后7天內(nèi)行t-ASL復(fù)查顯示雙側(cè)CBF均有不同程度的增加。YAMAMOTO 等[38]利用ASL 技術(shù)評(píng)估ICA 血管重建術(shù)后灌注區(qū)域變化與CBF的關(guān)系,觀察到術(shù)后腦流量增加相關(guān),血管重建術(shù)增加了狹窄側(cè)ICA的灌注量,對(duì)側(cè)ICA的灌注量相對(duì)減少。術(shù)后灌注的提高可提示頸動(dòng)脈內(nèi)膜切除術(shù)(carotid endarterectomy,CEA)患者的預(yù)后,LIN 等[39]對(duì)22 例將行CEA 手術(shù)的患者于術(shù)前1 個(gè)月及術(shù)后1 周內(nèi)行ASL 掃描,并與54 例無明顯頸動(dòng)脈狹窄且灌注區(qū)域正常、無須行CEA手術(shù)的志愿者腦灌注進(jìn)行對(duì)比,發(fā)現(xiàn)所有圍手術(shù)區(qū)患者基于術(shù)前的ASL側(cè)支循環(huán)評(píng)分在術(shù)后顯著升高,表明灌注區(qū)域正常的患者比未達(dá)到灌注區(qū)域正?;幕颊哂懈嗟膫?cè)支循環(huán)通路。DI NAPOLI 等[40]利用DSC-PWI 量化腦血流量,評(píng)估動(dòng)脈傳輸偽影,判斷其側(cè)支循環(huán)的形成,對(duì)是否行CEA 手術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步判斷。
綜上所述,ASL 及t-ASL 利用其動(dòng)脈穿行偽影能有效評(píng)估狹窄或閉塞術(shù)后再通患者的血管灌注復(fù)通情況,并能為臨床進(jìn)一步評(píng)估早期腦出血、腦高灌注綜合征等并發(fā)癥的風(fēng)險(xiǎn)。但由于其成像時(shí)間長,使得其在血管急性狹窄或閉塞的圍手術(shù)期前患者中使用受限,t-ASL 技術(shù)的發(fā)展有望克服這些局限,并能在臨床上得到有效應(yīng)用。
MMD是一種以ICA近端分支進(jìn)行性狹窄并伴有顱底小側(cè)支血管發(fā)育為特征的一種罕見的慢性血管疾病[41]。MMD 可視為第二或第三側(cè)支循環(huán),其出現(xiàn)往往表明血流動(dòng)力學(xué)受損,臨床主要通過血管重建術(shù)治療MMD。術(shù)前,學(xué)者利用t-ASL 技術(shù)觀察到大腦半球中5種不同類型的灌注區(qū)偏移,僅由次級(jí)側(cè)支循環(huán)引起的灌注區(qū)域偏移是術(shù)前出血的潛在獨(dú)立危險(xiǎn)因素[42],在消除次級(jí)側(cè)支影響后,初級(jí)側(cè)支對(duì)術(shù)前出血風(fēng)險(xiǎn)無顯著影響。HWANG等[43]評(píng)價(jià)MMD術(shù)后獲得的血管再生區(qū)域(revascularization area, RA),術(shù)后均行t-ASL、DSA 檢查,發(fā)現(xiàn)t-ASL 在側(cè)支循環(huán)評(píng)估中可與DSA 相媲美,與YUAN 等[44]研究相符。TOGAO 等[45]利用t-ASL 在AVM 中進(jìn)行了應(yīng)用,顯示了AVM 的病變部位、功能性部位與皮層之間的空間關(guān)系,并評(píng)估AVM周圍的低灌注區(qū),探測(cè)AVM病變潛在的“盜血現(xiàn)象”,為手術(shù)提供了有價(jià)值的信息。LU 等[46]利用t-ASL 對(duì)27 例腦膜瘤患者的供血?jiǎng)用}進(jìn)行了研究,發(fā)現(xiàn)10例腦膜瘤同時(shí)由頸外動(dòng)脈(external carotid artery, ECA)和ICA的聯(lián)合供血,4例患者由ECA和BA聯(lián)合供血,另外4 例由ICA 和BA 聯(lián)合供血。在非動(dòng)脈硬化腦疾病中,常規(guī)MRI 檢查對(duì)腦梗死與腦炎之間不易甄別,此時(shí)ASL 灌注情況能有效對(duì)腦梗死及腦炎進(jìn)行鑒別,腦梗死ASL顯示低灌注,而腦炎代謝增強(qiáng),局部血管擴(kuò)張,呈高灌注狀態(tài)[47]。
綜上所述,t-ASL 可于術(shù)前判斷腦膜瘤的供血?jiǎng)用},并能有效評(píng)估MMD 的次級(jí)側(cè)支循環(huán)、AVM 的“盜血現(xiàn)象”,為術(shù)前精準(zhǔn)評(píng)估、診斷其供血?jiǎng)用}、術(shù)中判斷分離供血?jiǎng)用}提供了重要的診斷價(jià)值,減少患者手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。而在急性腦梗死期,部分患者梗死區(qū)域呈高灌注改變,難以與腦炎進(jìn)行區(qū)分,t-ASL 有望進(jìn)一步補(bǔ)充在兩種高灌注情況下的責(zé)任灌注區(qū)域血管側(cè)支反應(yīng)情況。
t-ASL 是一項(xiàng)無須注射外源性對(duì)比劑的磁共振灌注技術(shù),但是目前其成像時(shí)間較長,對(duì)于急性缺血性腦卒中患者來說,“時(shí)間就是大腦”,t-ASL 尚未廣泛應(yīng)用于急性缺血性腦卒中患者。期望隨著t-ASL技術(shù)不斷發(fā)展,克服這些局限,使這一項(xiàng)技術(shù)盡早使患者從中獲益。綜上所述,t-ASL 技術(shù)在缺血性腦血管疾病、腦灌注區(qū)域側(cè)支血管診斷與評(píng)估、腦血管病中圍手術(shù)期、MMD、AVM、腦膜瘤及非動(dòng)脈硬化腦疾病中有良好的評(píng)估價(jià)值及應(yīng)用前景。
作者利益沖突聲明:全體作者均聲明無利益沖突。
作者貢獻(xiàn)聲明:周智鵬設(shè)計(jì)本研究的方案,對(duì)稿件重要的智力內(nèi)容進(jìn)行了修改,獲得了國家自然科學(xué)基金的資助;劉蔣靜起草和撰寫稿件,獲取、分析或解釋本研究的文獻(xiàn);全體作者都同意最后的修改稿發(fā)表,都同意對(duì)本研究的所有方面負(fù)責(zé),確保本研究的準(zhǔn)確性和誠信。