磁共振动脉自旋标记技术在评估脑血管侧支循环中的研究进展.pdf

320心肺血管病杂志 2024 年 3 月第 43 卷第 3 期 Journal of Cardiovascular&Pulmonary Diseases,March 2024,Vol.43,No.3DOI:10.3969/j.issn.1007-5062.2024.03.020磁共振动脉自旋标记技术在评估脑血管侧支循环中的研究进展胥海洋孙雨蒙李璐于薇作者单位：100029 首都医科大学附属北京安贞医院-北京市心肺血管疾病研究所 医学影像科通信作者：于薇，主任医师，博士研究生导师，研究方向：心血管疾病的磁共振诊断。Email:关键词 动脉自旋标记技术；磁共振成像；脑卒中；脑血管侧支循环中图分类号 R54 文献标志码 A 文章编号 1007-5062（2024）03-320-04综述脑血管疾病指的是因多种脑血管问题导致的脑部损伤，包括脑出血、脑梗死、脑栓塞、动静脉畸形等。此外，颅内动脉炎是导致年轻女性出现脑血管疾病的重要原因1。一旦发生脑血管疾病会对中枢神经系统造成很大损害，引起生活质量下降，甚至致死、致残。脑血管疾病的主要症状为脑出血和脑缺血引发的一系列神经功能障碍，如头痛、失语和偏瘫等，主要病因是血管破裂和堵塞，但其背后的脑侧支循环与症状的严重程度密切相关，决定着治疗方式和临床结局，这就是脑血管的代偿与适应机制2。随着医学影像技术的日益进步，磁共振动脉自旋标记（arterial spin labeling，ASL）技术已经具备了无创评估诸如侧支循环、缺血半暗带、动脉闭塞和出血转化等问题的能力。在这些领域，ASL 技术已经取得了显著的突破3。本文针对 ASL 技术在评估脑血管侧支循环方面的临床应用和研究进展展开综述。一、脑血管侧支循环的定义及其临床意义脑血管侧支循环是指在脑血管系统中形成的一种代偿性循环通路。当主要血管发生阻塞或狭窄时，它可以提供额外的血液和氧气供给，以保证脑组织的正常功能。脑血管的代偿主要通过激活和重构脑侧支循环来实现，脑侧支循环的血流代偿途径决定了其分级：其中一级侧支循环即Willis 环被认为是主要的代偿机制；二级侧支循环是由眼动脉、软脑膜动脉和其他较小的分支动脉相互连接形成的血液循环网络；三级侧支循环是缺血发生短时间内形成的新生血管。当脑部供血动脉出现严重狭窄或完全堵塞时，脑血管会通过颅内、颅外潜在的或新生的血管互相连接，以弥补血流不足2。因此，脑血管病变的严重程度与患者的临床表现可以呈现出很大差异，并非血管病变越重，症状越重。侧支循环是近年来缺血性脑卒中的研究热点之一，它在有效减少急性脑梗死患者的梗死面积与进一步改善其预后方面具有重要意义。急性脑梗死患者术前侧支循环等级与血管内介入治疗后的再灌注率，手术后出血率及首发和出院时的梗死面积有关，等级越高，预后越好4。研究表明，在脑卒中患者接受血管内治疗时，良好的侧支循环预示着在发病后 624h 这个较晚的时间窗口内进行溶栓治疗也能延缓卒中进展，产生较好的预后5。通过评估侧支等级，可以适当增宽患者的治疗窗口，这大大减弱了时间的负面影响。因此，对侧支循环进行及时、迅速、精确和高效的评估变得尤为关键。是否存在良好的侧支循环可能反映了缺血半暗带组织的范围及缺血程度，然而，它们之间的确切关系尚不清楚，因此将血管造影信息与灌注数据相结合的无创方法的发展将极大地促进我们对侧支循环的理解。二、评估脑血管侧支循环的影像学方法1.传统影像学方法目前针对脑血管侧支循环的影像学评估方法多样，尚未建立统一标准。在临床应用中，数字减影血管造影（digital subtraction angiography，DSA）技术是诊断血管疾病的金标准，但因其侵入性强、辐射剂量大，并且仅显示脑血管分布而非脑血流灌注，使其应用范围受限。CT 灌注成像（CT perfusion,CTP）检查速度快，适用于急诊，并可提供侧支循环信息，但由于辐射损害，在多次随访监321心肺血管病杂志 2024 年 3 月第 43 卷第 3 期 Journal of Cardiovascular&Pulmonary Diseases,March 2024,Vol.43,No.3测中并不适用。经颅多普勒超声技术（transcranial Doppler ultrasound,TCD）没有创伤、价格低廉、检查限制少、可重复检查，但对于患者和操作人员都有很高的标准，并且不同的操作人员得出的结果存在明显的差异。磁共振血管成像（magnetic resonance angiography,MRA）以其无创、安全、简便可靠等优势已成为血管疾病诊断的常用方法，甚至是首选方法，但 MRA 与血流速度有关，因此在展示小血管方面存在一定的局限性。2.新兴的 ASL 技术ASL 技 术 是 一 种 非 侵 入 性 磁 共 振 成 像（magnetic resonance imaging,MRI）技术，不需要外源性造影剂，除显示血管结构以外，还可用于可视化灌注和量化脑血流量，与动态敏感性对比（dynamic susceptibility contrast,DSC）灌注成像检测灌注缺损和灌注-扩散不匹配的能力相当，可代替 DSC 来测量脑血流量（cerebral blood flow,CBF）6。在出现卒中症状的患者中，ASL 用于识别缺血脑组织并评估有梗死风险的组织数量，这是再灌注治疗的潜在目标。血管编码伪连续 ASL（vessel-encoded pseudocontinuous arterial spin labeling，VEPCASL）技术可以在单个动脉区域内生成灌注图，提供与 DSA 非常一致的血流信息，并且不会对信噪比或 CBF 量化产生影响7。ASL 技术的基本原理是，通过在动脉血中标记氢质子，将这些带有标记的动脉血流导入到成像平面，从而产生被称为“标记像”的图像，该图像涵盖了进入组织和静态背景的血液数据。此外，当对成像区域执行无标记的血液成像时，所产生的图像被称作“非标记像”，其中也融合了静态背景的信息，两者相减则得到灌注像8。质子标记技术主要有三种:连续标记（continuous ASL,CASL）、脉冲标记（pulsed ASL,PASL）和伪连续标记（pseudo-continuous ASL,PCASL），PCASL 的方法具有 CASL 和 PASL 的综合优点。ASL 作为一种 MRI 功能成像技术，可以直接显示组织血流灌注情况，随着 ASL 理论的深入研究以及新序列的持续创新，ASL 技术得到了广泛应用。1992 年，Detre等首次引入了 ASL 灌注成像这一创新理念。ASL 技术在经历了一系列的优化和完善后，实现了迅猛的发展，因其高速、无侵入性、稳定性高、应用范围广、保真度高、操作方便以及可多次检查的优点而广受好评，特别是3D-ASL技术，它不仅具有更高的信噪比和更少的磁化率伪影，而且对组织血流灌注异常有较高的敏感性。此外，该技术还能在某种程度上预防不良事件的出现，操作起来既有技术优势，也可进行多次随访检查，成本相对较低，容易被患者所接受，因此备受医学影像学及神经科学工作者们的欢迎，但 ASL技术因其不能与商业扫描仪广泛兼容以及图像后处理困难等在临床上的应用仍然局限。三、磁共振动脉自旋标记评估脑血管侧支循环的方法及其准确性ASL 在评估一级和二级侧支循环方面表现出色，与DSA 在评价侧支循环的状态和分级方面展现出了高度的一致性，能够提供有关侧支血管起源和远端循环的信息，成像质量高，在临床应用中具有重要价值2。1.通过 ATT 评估侧支循环根据动脉自旋标记脑灌注 MRI 技术规范化应用专家共识9，ASL 可以通过对动脉传递时间（arterial transit time,ATT）的高度敏感性评估侧支循环建立与否。通过获得多个标记后延迟（post labeling delay,PLD）时相的数据，可以计算标记血液到达组织所需的时间，即 ATT。延迟的ATT 可以在有侧支循环形成的疾病中观察到，如血管狭窄、组织缺血和微血管病变。值得注意的是，ATT 在狭窄动脉区域的延长会导致对灌注不足的高估10。2.ATA 征象及 PLD 的选择当 ATT 超过 PLD 时，会在灌注图像上观察到侧支循环动脉穿行伪影（arterial transit artifact,ATA），它是指被标记的血流由于速度减慢或延迟到达，在脑灌注图像采集时，大量的标记质子未能及时扩散到脑组织并滞留于侧支血管内，从而在梗死灶旁形成的点状、条状和匍匐状高信号。用 ATA 征象来表示通过侧支血管到达的较晚的血流，使得ASL信号增加，可能导致对灌注不足的低估11。因此，应优化 ASL 标记后延迟时相的选择，以确保在获取图像时标记质子已到达脑组织。ASL 伪彩图中显示的梗死核心旁的信号改变可以帮助我们判断是否存在侧支循环，如果在梗死核心区周围观察到高灌注信号，则认为存在侧支循环；反之则认为不存在侧支循环12。在研究急性脑梗死患者的侧支循环时，通过 ATA 征象将其分为侧支血管形成良好组和不良组，结果显示在确定急性期脑梗死患者有无侧支循环方面，ASL 与 DSA 表现出较好的一致性，但在诊断侧支循环的分级上，两者之间的差异并没有统计学意义13。有研究对 38 例急性脑卒中患者进行了 ASL 检查，其中 25例（65.8%）存在 ATA 征象的患者在出院时有更好的预后，这表明通过使用 ATA 征象评估脑侧支循环的方法来预测临床结局意义重大14。PLD 已被推荐用于区分侧支灌注，但是选择合适的PLD 时相对评估脑血流量和灌注效果至关重要15。是否选择了合适的 PLD 时相直接影响到我们对脑血流量和脑灌注的评估，PLD1.5s 图像反映的是灌注的行为，用于前向血流速度和路径长短的推测，PLD2.5 s 图像则展示了灌注的实际效果，二者结合来看才能更真实地反映灌注区的状322心肺血管病杂志 2024 年 3 月第 43 卷第 3 期 Journal of Cardiovascular&Pulmonary Diseases,March 2024,Vol.43,No.3态。为了降低 ATT 的干扰，更准确地评估侧支循环，有研究者采用了多 PLD 时相的 3D-ASL 技术，结果发现在判断单侧大脑中动脉闭塞后是否存在侧支血管供血时，使用不同 PLD 时相的 ASL 与 MRA 结合非常重要15。艾莉等12对 38 例脑梗死患者不同 PLD 时相（1 525ms、2 525ms）下的梗死区的灌注情况进行了观察，并与同期 MRA 结果进行了比较，发现双参数 ASL 能更好地显示侧支循环代偿情况并进行量化。当 ASL 的 PLD 时间为 2 525ms 时，它可以有效地评估急性脑梗死侧支循环代偿的建立和时间，为临床治疗方案的选择提供了有力且客观的影像学支持。还有研究采用 1.5 s 和 2.5 s 两个 PLD 时相的脑灌注 CBF计算方法来量化单侧大脑中动脉狭窄程度 50%的患者侧支循环的晚到达逆行血流量，其中 50%患者的晚到达逆行血流比例与 DSA 侧支循环评分有显著相关性（r=0.81，P0.0001），但在此项研究中，未将大面积脑梗死患者纳入其中。王莉蓉等16在此研究基础上进一步对急性大面积脑梗死的患者进行了研究，得出了相同的结论，他们发现，当晚到逆行血流比例更高时，患者的神经功能恢复会更好。因此，在量化侧支循环时，使用不同的 PLD 时相是可行的，但由于存在个体差异，脑侧支循环的具体形成情况或许更为复杂，这就需要设置更多不同的 PLD 时相进行扫描，以得到最佳脑血流数据。3.t-ASL 新技术选择性评估脑血管侧支循环供 血 区 动 脉 自 旋 标 记 技 术（territory arterial spin labeling,t-ASL）作为一种基于 ASL 技术的 MR 灌注成像新技术，能够标记感兴趣血管并准确反映其灌注范围和脑血流量，在评估脑血管侧支循环情况方面十分有效，与DSA 评估结果的一致性较强。刘佩凡等17 用 t-ASL 技术对正常成年人的脑血管进行了选择性标记，得到了被标记血管的脑灌注特征及侧支循环信息，结果发现大部分人在Willis 环中存在一级侧支循环，这有助于确保额叶获得足够的血流供应。通过使用 t-ASL 技术，我们可以直观地观察到血管标记区域的脑血流灌注情况，从而评估脑侧支循环的代偿状态。此外，t-ASL 可以直接显示通过血运重建术后获得的血运重建区域，是烟雾病患者术后评估的一种有前途的技术18。四、小结与展望ASL 与 MRA 相结合来评估脑低灌注区的侧支循环对因血管狭窄导致的脑供血不足的病因检出来说，敏感性及特异性更高。若 MRA 显示脑血管主干动脉近端重度狭窄而 ASL 无低灌注，说明该区有侧支供血而不必进行干预治疗。相反，若病变血管所支配的脑区与低灌注区相匹配，则提示该区未形成有效的侧支循环，可能会进展为梗死区，因此要采取积极的治疗措施，以预防短暂性脑缺血或脑梗死的再次发生。对于急性缺血性卒中侧支循环良好的患者，在进行DSA 检查时，可以观察到侧支循环形成的逆向血流为缺血区供血。然而，DSA 无法区分梗死核心和缺血半暗带，因此许多学者对这一问题展开了研究。根据对 CTA 和 CTP联合进行的多项研究发现，侧支循环、缺血半暗带和梗死核心之间存在着一定关系，具体来说，良好的侧支循环与较小的梗死核心和较高的不匹配率相关19。近年来有研究应用 ASL 技术来探索侧支循环与梗死核心的关系，初步结论是侧支循环良好的患者，梗死核心更小，但尚未进行侧支循环与缺血半暗带相关性的研究。目前，ASL 技术在研究侧支循环、梗死核心与缺血半暗带的相互关系方面的应用相对较少，这需要我们在未来的科学研究中进一步深入探讨。参考文献1杨萌，郭衍秋，孙雨蒙,等.大动脉炎合并脑梗死的影像特 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