双期相3D-pCASL在评估症状性与无症状性单侧大脑中动脉次全闭塞脑灌注血流量中的应用价值

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作者:无, 字数:23371

   【摘要】 目的:探讨磁共振三维伪连续式动脉自旋标记成像(3D-pulsed continuous arterial spin labeling,3D-pCASL)双期相扫描技术对单侧大脑中动脉(middle cerebral artery,MCA)次全闭塞脑灌注血流量的应用价值,以评价有症状与无症状患者脑灌注的差异性。方法:前瞻性选取2018年7月-2019年10月本院收治的48例MCA次全闭塞患者,依据MRI检查前1个月有无TIA病史分为症状组(30例)和无症状组(18例)。所有患者均行常规MRI检查、磁共振脑血管成像(MRA)、扩散加权成像(DWI)及3D-pCASL[标记后延迟时间(PLD)=1.5、2.5 s]扫描,3D-pCASL原始数据输入GE AW 4.7工作站后应用ReadyView软件进行图像后处理,生成全脑血流量(cerebral blood flow,CBF)图,分别测量患侧基底节、岛叶、颞叶皮层区及镜像对照侧CBF,然后取相应侧平均值,比较分析3D-pCASL对症状组与无症状组脑灌注量的评估价值。结果:症状组3D-pCASL灌注图患侧CBF值(PLD=1.5、2.5 s)均低于镜像侧,差异均有统计学意义(P<0.05);患侧、镜像侧(PLD=1.5 s)平均值分别为23.51、36.56 mL/(100 g·min),患侧、镜像侧(PLD=2.5 s)平均值分别为32.82、43.58 mL/(100 g·min),患侧与镜像侧CBF值(PLD=1.5、2.5 s)均值的比值分别为0.64、0.75,呈低灌注状态。无症状组3D-pCASL灌注图患侧CBF值(PLD=1.5、2.5 s)均低于镜像侧,差异均有统计学意义(P<0.05);患侧、镜像侧(PLD=1.5 s)平均值分别为39.38、49.68 mL/(100 g·min),患侧、镜像侧(PLD=2.5 s)平均值分别为46.98、54.56 mL/(100 g·min),患侧与镜像侧CBF值(PLD=1.5、2.5 s)均值的比值分别为0.79、0.86,呈低灌注状态。两组患侧测量区CBF值(PLD=1.5、2.5 s)比較,差异均有统计学意义(P<0.01)。症状组与无症状组患者PLD=1.5 s时患侧和镜像侧的CBF值均低于PLD=2.5 s,差异均有统计学意义(P<0.05)。3例3D-pCASL(PLD=2.5 s)患侧颞叶皮层区CBF较对侧镜像区≥11.6%。6例患者患侧脑皮层和皮层下见ATA信号。随访3个月2例患者患侧出现急性脑卒中。结论:双期相3D-pCASL技术可准确检测大脑中动脉次全闭塞患者脑灌注血流量,无症状患者较有症状患者侧支循环脑灌注量高,PLD=1.5 s较2.5 s敏感性高,PLD=2.5 s能够准确反映二级侧支循环代偿状况。
   【关键词】 动脉自旋标记 大脑中动脉闭塞 磁共振灌注成像 脑血流量
   [Abstract] Objective: To investigate the value of Dual-phase magnetic resonance imaging (3D-pCASL) on cerebral perfusion flow of middle cerebral artery (MCA) with subtotal occlusion, so as to evaluate the difference between symptomatic and non-symptomatic patients. Method: A total of 48 patients with subtotal occlusion of MCA admitted to our hospital from July 2018 to October 2019 were prospectively selected, they were divided into the symptomatic group (30 cases) and the asymptomatic group (18 cases) according to the history of TIA or not one month before MRI examination. All patients were performed routine MRI, magnetic resonance (NMR) and cerebrovascular imaging (MRA), diffusion weighted imaging (DWI) and 3D-pCASL [tag after the delay time (PLD)=1.5, 2.5 s] scanning, 3D-pCASL original data input after GE AW workstation 4.7 ReadyView software was used to image post-processing, generate the cerebral blood flow, cerebral blood flow(CBF) figure, measured with lateral lobe, temporal lobe cortex, basal ganglia, island area and CBF image contrast, and then take corresponding average side, the evaluation value of 3D-pCASL on cerebral perfusion in symptomatic group and asymptomatic group was compared and analyzed. Result: CBF values (PLD=1.5, 2.5 s) on the affected side of 3D-pCASL perfusion in the symptom group were all lower than those on the mirror side, the differences were statistically significant (P<0.05); the mean values of the affected side, mirror side (PLD=1.5 s) were 23.51, 36.56 mL/(100 g·min), respectively; the mean values of the affected side, mirror side (PLD=2.5 s) were 32.82, 43.58 mL/(100 g·min), respectively; the ratios of the mean CBF values of the affected side and the mirror side (PLD=1.5, 2.5 s) were 0.64 and 0.75, respectively, showing a hypoperfusion state. CBF values (PLD=1.5, 2.5 s) on the affected side of 3D-pCASL perfusion map in the asymptomatic group were lower than those on the mirror side, the differences were statistically significant (P<0.05); the mean values of the affected side, mirror side (PLD=1.5 s) were 39.38, 49.68 mL/(100 g·min), respectively; the mean values of the affected side, mirror side (PLD=2.5 s) were 46.98, 54.56 mL/(100 g·min), respectively; the ratio of the mean CBF values of the affected side and the mirror side (PLD=1.5, 2.5 s) were 0.79 and 0.86, respectively, showing a hypoperfusion state. Comparison of CBF values (PLD=1.5, 2.5 s) in the measured area of the affected side between the two groups showed statistically significant differences (P<0.01). When PLD=1.5 s in the symptomatic group and the asymptomatic group, the CBF value of the affected side and the mirror side was lower than that of PLD=2.5 s, the difference was statistically significant (P<0.05). 3 cases of 3D-pCASL (PLD=2.5 s) had CBF in the temporal cortex of the affected side greater than 11.6% in the contralateral mirror area. ATA signal was observed in the cortex and subcortex of the affected side in 6 patients. 2 patients with acute cerebral apoplexy were followed up for 3 months. Conclusion: Dual-phase 3D-pCASL technology can accurately detect cerebral perfusion blood flow in patients with middle cerebral artery incomplete occlusion, the amount of cerebral perfusion in asymptomatic patients is higher than that in symptomatic patients, PLD=1.5 s is more sensitive than 2.5 s, PLD=2.5 s can accurately reflect the secondary collateral circulation compensation.    [Key words] Arterial spin labeling Middle cerebral artery occlusion Magnetic resonance perfusion imaging Cerebral blood flow
   First-author’s address: Liaocheng Maternity and Child Health Care Hospital, Liaocheng 252000, China
   doi:10.3969/j.issn.1674-4985.2020.23.007
   慢性缺血性脑血管病(ischemic cerebral vascular diease,ICVD)多由动脉粥样硬化致血管腔狭窄或闭塞引起,造成脑血流灌注降低而引起临床症状,大脑中动脉(middle cerebral artery,MCA)供血区是最常见受累部位。Ryu等[1]评估有症状与无症状的MCA次全闭塞患者认为,有症状患者发生脑中风的风险明显较大,其原因多与血流储备和侧支循环代偿较差有关。磁共振三维伪连续式动脉自旋标记成像(3D-pulsed continuous arterial spin labeling,3D-pCASL)采用快速自旋回波技術,以体内动脉血中水分子作为内源性磁性示踪剂进行容积成像,能够反映组织微血管灌注水平,图像信噪比高,伪影小。作为一种无辐射、无损伤、可重复性强的灌注成像方法,已广泛应用于脑血管及脑肿瘤微循环的评价中,但对脑血管次全闭塞患者研究相对较少。本研究应用双期相(PLD=1.5、2.5 s)3D-pCASL技术研究单侧MCA次全闭塞患者脑血管责任区血流量(cerebral blood flow,CBF)变化情况,以期更客观评价有症状和无症状患者脑血流灌注水平及血流储备状态的差异性,为临床治疗及预后观察提供依据。现将研究结果报道如下。
  1 资料与方法
  1.1 一般资料 前瞻性收集2018年7月-2019年10月本院收治的单侧大脑中动脉次全闭塞患者48例,纳入标准:(1)MRI提示单侧大脑中动脉重度狭窄(狭窄率≥75%)或次全闭塞;(2)所有患者行常规MRI检查、MRA及3D-pCASL扫描,DWI(B值=0、1 000 s/mm2)未见新近扩散受限高信号;(3)所有患者检查前未进行过任何临床治疗性干预。排除标准:(1)脑内肿瘤、炎症、血管畸形、脑外伤或脑出血患者;(2)有新近脑梗死、既往有较大面积脑梗死或脑软化灶者;(3)危重病患者,发热、有心脏起搏器及幽闭恐惧症等磁共振检查禁忌证患者。48例患者中男26例,女22例,年龄53~89岁,中位61岁;有症状者30例,定义为1个月内出现过眩晕、肢体乏力、记忆力减退及语言不利等临床症状;无症状组18例,定义为近1个月内未出现临床脑神经系统不适或脑血管事件。本研究经本院伦理委员会审查通过,患者或家属均签署知情同意书。
  1.2 方法 应用美国GE signa 1.5T磁共振扫描仪,使用头颈联合8通道线圈(8HRBRAIN),患者仰卧检查床后保持静止状态,双手置于身体两侧,闭上眼睛,用棉球堵塞耳朵进行听力保护。扫描基线平行于胼胝体嘴部与压部下缘连线,自颅底扫描至颅顶。3D-pCASL扫描序列:PLD分别为1 525 ms、2 525 s,TR=4 361/5 326 ms,TE=10.5 ms,层厚24 mm,层数36,矩阵大小512×512,FOV=240 mm×240 mm,激励次数为3,翻转角度62.5°,扫描时间分别为4 min 29 s、5 min 9 s。扫描结束后将所得原始图像传输至AW 4.7后处理工作站,应用Functool-ReadyView软件包自动生成全脑灌注CBF图(PLD=1.5、2.5 s),由两名神经系统副主任医师对患侧及镜像对照侧基底节、岛叶及颞叶皮层CBF进行手动勾画测量,ROI为50 mm2,测量时避开脑沟、脑裂及软化灶,测量后取平均值作为该侧的CBF值,并计算患侧与镜像侧CBF比值,比值<0.9为低灌注,0.9~1.1为等灌注,>1.1为高灌注。
  1.3 统计学处理 所有数据应用SPSS 19.0软件包进行分析,计数资料以率(%)表示,比较采用字2检验;计量资料用(x±s)表示,组间比较采用t检验,组内比较采用配对t检验。以P<0.05为差异有统计学意义。
  2 结果
  2.1 两组患者一般资料比较 两组患者年龄、性别等一般资料比较,差异均无统计学意义(P>0.05),具有可比性,见表1。36例MRA单侧大脑中动脉完全未见显示,12例单侧大脑中动脉仅M1段显示少许纤细高信号,13例中远段未见显示,远侧端见等信号血栓影,原始图像大脑皮层区脑沟内见纤细侧支循环建立。
  2.2 两组双期相PLD患侧及镜像侧责任区CBF值比较 症状组3D-pCASL灌注图患侧CBF值(PLD=1.5、2.5 s)均低于镜像侧,差异均有统计学意义(P<0.05);患侧、镜像侧(PLD=1.5 s)平均值分别为23.51、36.56 mL/(100 g·min),患侧、镜像侧(PLD=2.5 s)平均值分别为32.82、43.58 mL/(100 g·min),患侧与镜像侧CBF值(PLD=1.5、2.5 s)均值的比值分别为0.64、0.75,呈低灌注状态。无症状组3D-pCASL灌注图患侧CBF值(PLD=1.5、2.5 s)均低于镜像侧,差异均有统计学意义(P<0.05);患侧、镜像侧(PLD=1.5 s)平均值分别为39.38、49.68 mL/(100 g·min),患侧、镜像侧(PLD=2.5 s)平均值分别为46.98、54.56 mL/(100 g·min),患侧与镜像侧CBF值(PLD=1.5、2.5 s)均值的比值分别为0.79、0.86,呈低灌注状态。两组患侧测量区CBF值(PLD=1.5、2.5 s)比较,差异均有统计学意义(P<0.01)。症状组与无症状组患者PLD=1.5 s时患侧和镜像侧的CBF值均低于PLD=2.5 s(P<0.05)。见表2。3例3D-pCASL(PLD=2.5 s)患侧颞叶皮层区CBF较对侧镜像区≥11.6%。6例患者患侧脑皮层和皮层下见ATA信号。随访3个月2例患者患侧出现急性脑卒中。   2.3 典型病例 患者,男,63岁,眩晕1周,见图1~4。
  3 讨论
   动脉粥样硬化引起脑动脉慢性狭窄是临床常见病,发病率高居不下。MCA是颈内动脉的直接延续,不参与Willis环的建立,由于受解剖因素影响,狭窄或次全闭塞发生率最高(55%~99%狭窄)[2],所引起的责任区低灌注状态与缺血性梗死严重影响患者的生存健康与生命安全。症状性脑动脉狭窄患者狭窄进展率和卒中发生风险率是无症状患者的3倍[1]。因此,早期评估及干预可降低发病率,提高生存率。目前,3D-pCASL磁共振扫描技术能够无创评估缺血脑组织CBF。有研究表明,1.5T MRI的3D-pCASL可准确评估健康成人静息状态下大脑皮髓质灌注血流量[3-4],De等[5]认为3D-pCASL敏感性高于DSC-PWI,且重建时间更短(4~6 min)。
   MCA慢性重度狭窄或次全闭塞后,脑灌注CBF下降,临床表现各异,可能是由于侧支循环对脑灌注量产生的影响不同所致,本研究根据患者有无症状分为症状组和无症状组。症状组的入组标准是根据患者的临床表现及症状出现的时间窗,从症状出现到MRI检查间隔时间最长1个月。而无症状组患者主要以临床病史作为参考依据。脑血流量(CBF)是指脑动脉单位时间内输送到组织毛细血管床的血量,与受试者的神经活动和代谢状况密切相关。本研究中,两组性别、年龄、危险因素比较,差异均无统计学意义(P>0.05),与Lou等[6]研究结果一致,唐纳等[7]应用3D-pCASL测量健康人群脑各解剖区域CBF时也认为,年龄因素无显著影响,女性除左侧丘脑外,各脑区的CBF值均高于男性。而Zhang等[8]认为不同个体之间存在差异性,与年龄呈负相关。出现结论各异的原因考虑与所选患者人群的差异性或研究设计的多样性有关。
   PLD是3D-pCASL成像技术非常重要的参数,定义为血管内水分子开始标记到脑内完成交换后信号采集的时间[9],Choi等[10]研究表明,多个PLD可以评估大脑中动脉闭塞后的血流储备能力。Hu等[11]对脑灌注量应用多个PLD分析后认为,短PLD对于脑缺血的敏感性高,而长PLD则具有较高的特异性,进而可以评估前向血流和迂回侧支循环,因此本研究采用两个PLD(1.5、2.5 s)。本研究结果显示,症状组与无症状组在PLD=1.5、2.5 s时患侧脑CBF比较,差异均有统计学意义(P<0.01),两组患侧大脑半球脑组织灌注量明显低于镜像侧(P<0.05),与Lin等[12]研究结果相符,提示血管反应性降低。PLD=1.5 s时症状组患侧与镜像侧CBF差值较无症状组显著,与Lou等[6]报道结果一致,说明无症状患者较有症状患者侧支循环脑灌注血流量大,眼动脉或周围软脑膜吻合动脉的顺向血流起到一定的补偿作用。Nam等[13]报道3D-pCASL不仅可以观察缺血区的低灌注程度,且周边ATA或动脉内高信号(intraarterial high-intensity signal,IAS)的间接征象也能反映侧支循环代偿水平或大血管狭窄状态,皮层区ATA增加有助于减少脑血管事件的发生,而IAS增多则有促进作用。PLD与血流流速成反比,Akiyama等[14]应用双期PLD(1.5、2.5 s)分析单侧脑动脉闭塞或颈内动脉狭窄(ICA)患者CBF,并与DSA对照研究后认为,PLD=1.5 s低灌注区在延迟到2.5 s时灌注量增加会出现ATA,认为通过此方法可区分发育良好的末梢动脉与流速较慢的静脉,同时可通过计算逆向血流百分比来评估侧支循环血流量[15],Choi等[10]也认为多个PLD可以预测单侧大脑中动脉闭塞后的血流储备能力。本研究症状组患侧(PLD=1.5、2.5 s)CBF增大幅度均较无症状组高,6例患者CBF伪彩图脑皮层和皮层下区域见小条状或蚓状高灌注ATA信号,说明前向血流对灌注量贡献大于侧支逆向血流,与Lyu等[15]研究结果一致。脑血管次全闭塞后,血流速度减慢,动脉血通过时间(ATT)延长,本研究症状组与无症状组长PLD(2.5 s)的CBF均大于短PLD(1.5 s),说明延迟PLD更接近于ATT,包含更多的前向顺行血流与侧支循环形成的逆向血流。有报道显示,血管狭窄的老年患者PLD=2.5 s时能更好地反映脑组织缺血灌注的真实情况,在重度狭窄患者中3D-pCASL CBF(PLD=2.5 s)低灌注范围与DSCTmax、MTT一致性较好,可能与重度狭窄患者侧支循环建立后,短PLD时间无法探测侧支循环的前向血流有关[16]。本研究中3例无症状患者PLD=2.5 s时,患侧颞叶皮层区CBF较对侧≥11.6%,说明软脑膜丰富的吻合支和旁路交通动脉血流量高于原有水平,表现为相对过度灌注,可能由于长期的脑灌注不足和血流动力学代偿作用导致二级侧支的恢复和交通动脉的开放。Saura等[17]应用PET评估慢性动脉重度狭窄或次全闭塞患者MCA责任区认为,脑CBF和氧摄取分数增加,原因可能为慢性狭窄或次全闭塞进展过程中,侧支循环代偿性重建良好和脑血管的储备能力较强,但不會引起显著的灌注状态改变。
   3D-pCASL技术虽然在无创测量脑血流量研究方面有很大优势,但生成的CBF图为相对血流量图,不能完全真实反映脑组织灌注血流量,因此本研究用患侧与镜像侧的比值来评价,为了减小人工测量误差,CBF采用大脑中动脉供血区基底节、岛叶及颞叶皮层区的平均值。症状组与无症状组患者的患侧与镜像侧CBF比值均小于以往学者研究标准0.9,以症状组为明显,呈显著低灌注状态,PLD=1.5 s和2.5 s时的比值分别为0.64、0.75。康钰等[18]认为相对脑血流量(relative cerebral blood flow,rCBF)与新发脑梗死呈负相关,rCBF越低发生脑梗死的风险越大,Lyu等[19]认为1年内缺血事件发生率为16.3%,本研究随访3个月后发现2例患者患侧出现急性脑卒中,其余患者未发生急性脑血管事件,可能与药物干预或随访时间较短有关,但显著的灌注贫乏状态提高了梗死发生的风险。    綜上所述,3D-pCASL是一种无创性灌注成像方法,能够真实反映脑动脉次全闭塞后组织缺血灌注水平,症状性患者较无症状性患者CBF减低,PLD=1.5 s较PLD=2.5 s更为敏感,PLD=2.5 s更能真实的反映组织灌注状态,可为临床诊断及疗效评估提供个体量化依据。同时本研究也存在一定局限性,样本量相对较少,可能存在一定的抽样误差。ROI采用手动勾画,存在主观误差。另外本研究应用3D-pCASL技术只有一种评估参数,变量相对单一,可能存在偏倚,下一步计划增加SWI信号值进一步对MCA狭窄或次全闭塞进行综合性分析以提高影像诊断准确性。
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  (收稿日期:2020-02-04) (本文编辑:张爽)

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