區域性動脈自旋標記聯合TOF-MRA 對缺血性卒中患者側支循環的評估價值

幸章力，曾芳，孫斌，佘李嵐，鄭恩雙，段青，薛蘊菁

（福建醫科大學附屬協和醫院影像科，福建 福州 350001）

急性缺血性腦卒中（Acute ischemic stroke，AIS）是由于腦部血管突然狹窄或閉塞導致血流中斷引起腦組織缺血缺氧以致神經功能喪失的一種常見腦血管疾病，其發病率高、致殘致死率高[1-2]。側支循環的良好建立能限制卒中后缺血半暗帶的擴大并降低梗死進展率，正確評估側支循環對于卒中患者的臨床管理及預后判斷具有重要的意義[3-4]。CTA 目前已廣泛用于側支循環的評估[5]，但仍需注射外源性造影劑。區域性動脈自旋標記技術（Territorial arterial spin labeling，t-ASL）能選擇性地對感興趣的單支血管進行標記，生成單支血管的血流分布區域圖，直觀反應各支主干動脈的供血區域，有著無創、無電離輻射、無需注射外源性造影劑等諸多優點[6-7]。本研究旨在探討t-ASL 聯合TOF-MRA 評估急性卒中患者側支循環開放情況的可行性，并探討經t-ASL聯合TOF-MRA 評估的側支循環開放情況與臨床預后的關系。

1 資料與方法

1.1 基本資料

前瞻性收集2019 年1 月—2020 年1 月在我院神經內科住院并診斷為AIS 的患者為研究對象，納入標準：①根據中國急性缺血性腦卒中診治指南（2014 年版）[8]，符合腦梗死的診斷標準；②梗死灶位于幕上大腦半球；③受試者對檢測項目知情同意。排除標準：①伴有腦出血、煙霧病等其他腦血管??；②已接受血管內溶栓治療或手術治療的患者；③存在MR 掃描禁忌癥；④進行CTA 檢查的患者存在CTA掃描禁忌癥；⑤圖像偽影較大無法進行分析。

1.2 檢查方法

MR 掃描采用GE Discovery 750w 3.0T 磁共振掃描儀（Discovery 750w，GE Healthcare，Wilwaukee，WI，USA），使用32 通道專用顱腦接收線圈。掃描序列包括：軸位高分辨T1（3D T1 BRAVO）、T2、FLAIR、DWI、T2-star、TOF-MRA 以及t-ASL。t-ASL標記方式：雙側頸內動脈采用超選擇性動脈自旋標記（ss-ASL）技術，雙側椎動脈采用血管編碼動脈自旋標記（VE-ASL）技術，掃描參數：TR：4 538.0 ms，TE：10.8 ms，Number of Excitations（NEX）：1，PLD：1525.0，Slice Thickness：4 mm，Scan Locs：30。

CTA 掃描采用GE Revolution CT 掃描儀（Revolution CT，GE Healthcare，Wilwaukee，WI，USA），包括頭顱CT 平掃和多時相CTA 掃描。對入組患者先行CT 頭顱平掃，平掃完成后進行多時相CTA 掃描，使用CT 專用雙筒高壓注射器（Medrad，Stellant，Bayer，Germany），經肘靜脈高壓團注非離子型造影劑（碘美普爾注射液-典邁倫，濃度：400 mgI/mg），根據患者體重，以5 mL/kg 注入50 mL，隨后注入生理鹽水30 mL。多時相CTA 掃描共3 期：動脈峰值期、靜脈峰值期、靜脈晚期。動脈峰值期掃描采用螺旋掃描，掃描參數：管電壓：120 kV，管電流：300 mAs，層厚：0.625 mm，探測器寬度：80 mm，螺距：0.992：1，螺旋掃描速度：158.75 mm/s，螺旋掃描時間：0.50 s，團注監測層面放置于主動脈弓（氣管分叉處）層面，用于探測動脈峰值期，150 HU 的CT 值作為觸發閾值，延遲2 s 開始觸發掃描。靜脈峰值期和靜脈晚期采用軸位掃描，掃描參數：管電壓：120 kV，管電流：300 mAs，層厚：0.625 mm，探測器寬度：160 mm，旋轉時間：0.50 s，曝光時間：1.0 s。將得到的圖像傳至后處理工作站（AW4.6 GE Medical Systems），觀察掃描的所有期相，選擇其中的最佳期相進行CTA 后處理，重建出最大密度投影圖（Maximum intensity projection，MIP）。

1.3 圖像判讀

選擇多時相CTA 的最佳期相作為判斷側支血管的標準，分析梗死側的大腦半球側支血管顯影情況。進行Maas 等學者研究的側支循環量化評分系統[9]，對側支循環的開放情況進行判斷，通過與正常側比較，將梗死側的側支血管的開放情況分為5 個等級：1 分：梗死側的側支未明顯建立；2 分：梗死側的側支較對側稀疏；3 分：梗死側的側支與對側大致相仿；4 分：梗死側的側支較對側多；5 分：梗死側的側支豐富，將評分≤2 分定義為側支循環開放不佳，評分≥3 分定義為側支循環開放良好，見圖1。

圖1a 右側大腦半球梗死，CTA 示側支循環開放不佳。圖1b 右側大腦半球梗死，CTA 示側支循環開放良好。Figure 1a.Ischemic stroke in right hemisphere,CTA shows poor collateral status.Figure 1b.Ischemic stroke in right hemisphere,CTA indicates good collateral circulation.

以多時相CTA 作為判斷標準，聯合t-ASL 和TOF-MRA，對卒中患者的側支循環的開放情況進行判斷。

根據Gao 等學者對二級側支循環的定義[10]，我們將卒中患者的側支循環開放的標準判斷如下：①前循環：顱腦血流分布不平衡，前循環之間產生血液分流，但不存在前交通動脈（Anterior communicating artery，AcomA），或分流的血液不能由AcomA 解釋；②梗死側的前-后循環：顱腦血流分布不平衡，梗死側的前-后循環之間產生血液分流，但不存在后交通動脈（Posterior communicating artery，PcomA），或分流的血液不能由PcomA 解釋。

多時相CTA 及t-ASL 圖像的判讀由兩名高年資神經放射科醫師共同完成，當觀點不一致時，則商討后共同確定。

1.4 入組急性卒中患者預后分組

所有入組患者在入院時采用美國國立衛生研究院卒中量表（NIHSS）評分、在出院1 月采用改良Rankin 量表（mRS）評分進行神經功能評價，2 次評分均由神經內科醫師完成。按照患者出院1 月的mRS 評分分為預后良好組（mRS 評分為0～2 分）與預后不良組（mRS 評分為3 分及以上），比較兩組的臨床資料、入院NIHSS 評分及側支循環建立情況。

判斷患者的梗死區域是否存在動脈（大腦前動脈A2 段、中動脈M2 段、后動脈P2 段以及上述血管段的近心端）急性狹窄或閉塞（狹窄率≥30%，NASCET 標準[11]），分析伴有動脈急性狹窄或閉塞的卒中患者的側支循環的建立對臨床預后的影響。

2 結果

2.1 基本資料

共計52 例患者納入本研究，其中19 例患者存在大動脈急性狹窄或閉塞（頸內動脈1例，大腦前動脈1例，大腦中動脈16例，大腦后動脈1 例），2 例患者存在一側頸內動脈慢性閉塞，余31 例患者未見明顯大動脈狹窄或閉塞。52 例入組患者的一般臨床資料見表1。其中26 例患者進行了多時相CTA 掃描。

表1 52 例入組患者的一般臨床資料

2.2 t-ASL 聯合TOF-MRA 判斷卒中患者側支循環：與多時相CTA 比較

26 例患者同時進行了MR 及CT 掃描，其中15例患者存在大動脈狹窄或閉塞。對伴有大動脈病變的患者進行側支循環的比較，在15 例患者中，CTA判斷側支開放良好有12例，開放不良有3例，t-ASL聯合TOF-MRA 判斷側支開放10例，未見明顯開放5例，結果顯示：以多時相CTA 為標準，t-ASL 聯合TOF-MRA 評估側支循環開放情況的Cohen’s Kappa系數值為0.667，95%CI 為0.261～1.073，P＜0.05，具有中等強度一致性，見表2。

表2 15 例伴有大動脈狹窄或閉塞的卒中患者側支循環開放情況比較

2.3 影響卒中患者側支循環開放的因素

在52 例卒中患者中，21 例患者伴有大動脈的狹窄或閉塞，在該21 例患者中，t-ASL 聯合TOFMRA 顯示側支開放10例，側支開放的臨床資料對比見表3，側支循環開放組的患者年齡較低，具有統計學差異（P=0.042）。對于一級側支循環，盡管已是在卒中后血流動力學發生病理改變的狀態下，其開放情況仍然受到先天血管因素（Willis 環解剖學形態）的影響，當雙側A1 段直徑大致相等時，即使AcomA 存在，但AcomA 卻并未開放以產生血液分流（圖2），AcomA 存在但未有血液分流共計16 例；而當梗死側的A1 段直徑較對側大時，梗死側頸內動脈（ICA）反而會通過AcomA 向對側分流（圖3），梗死側血液向對側分流共計23 例；在一側頂葉發生梗死后，若梗死側的PcomA 存在，則ICA 仍會對同側的枕葉進行供血（圖4），共計15 例。

圖2 50 歲女性患者，入院1 天前突發言語不能，右側肢體無力，持物不穩，行走不穩，無法理解他人語言。DWI：左側頂葉片狀梗死，TOF-MRA：左側M2 段中度狹窄，雙側A1 段直徑大致相仿，AcomA（+），PcomA（-）；t-ASL：顱腦血流分布平衡，未見側支循環開放，提示AcomA 并未開放。Figure 2.A 50-year-old female patient with sudden speak inability,right limb weakness,unstable holding,unsteady walking,and inability to understand the language 1 day before admission.DWI shows the presence of infarction in left parietal lobe,TOF-MRA shows moderate stenosis of left M2 segment,both A1 segments have similar diameters,AcomA(+),PcomA(-),t-ASL indicate balanced blood flow,and no collateral suggesting that AcomA is not open.

圖3 43 歲男性患者，入院1 天前突發反應遲鈍、語言困難，12 小時余前出現視物重影。DWI：左側顳頂葉片狀梗死，TOF-MRA：左側M2 段中度狹窄，A1 左＞A1右，AcomA（+），PcomA（-）；t-ASL：左側ICA 血液向右側分流（由于Willis 環先天血管因素導致）。Figure 3.A 43-year-old male patient with sudden retardation and speech difficulties 1 day before admission and double vision 12 hours ago.DWI shows the presence of infarction in left temporo-parietal lobe,TOF-MRA shows moderate stenosis of left M2 segment,and the diameter of the left A1 segment is larger than that of the contralateral side,t-ASL indicates left-to-right unbalanced blood flow because of congenital variation.

圖4 45 歲女性患者，入院前3 天晨起后突發左側肢體無力，伴言語含糊，頭部悶脹痛。DWI：右側基底節區片狀梗死；TOF-MRA：右側M1 段以遠重度狹窄，AcomA（+），PcomA（+），A1 左＞A1 右；t-ASL：前循環左向右分流，梗死側后向前分流的同時也存在前向后分流，右側ICA 仍然向同側的枕葉進行供血。Figure 4.A 45-year-old female patient with a sudden onset of left limb weakness,slurred speech,swelling and pain in the head 3 days before admission.DWI shows the presence of infarction in right basal ganglia,TOF-MRA shows severe stenosis beyond the right M1 segment,AcomA(+),PcomA(+),and the diameter of the left A1 segment is larger than that of the right side,t-ASL indicates left-to-right unbalanced blood flow,and on the infarcted side,unbalanced anterior-to-posterior blood flow and unbalanced posterior-to-anterior blood flow exist at the same time.The right ICA still supplies blood to the occipital lobe on the same side.

表3 側支循環開放組與未開放組的患者臨床資料對比

2.4 側支循環與卒中患者臨床預后的Logistic 回歸分析

在伴有急性動脈狹窄或閉塞的19 例卒中患者中，預后不良的患者有11 例（57.89%），這部分患者的臨床資料對比見表4。

表4 19 例伴有急性動脈狹窄或閉塞的AIS 患者臨床預后資料對比

患者的年齡、側支循環開放情況及入院NIHSS評分在伴有急性動脈狹窄或閉塞的卒中患者臨床預后中，具有統計學差異（P＜0.05，入院NIHSS 評分為0.05）。調整干擾因素（包括年齡和入院NIHSS 評分）后，Logistic 回歸顯示側支循環不是患者出院1 月預后良好的獨立預測因素（P=0.063），見表5。

表5 19 例伴有急性動脈狹窄或閉塞患者臨床預后的Logistic 回歸分析

3 討論

CTA 是目前評價卒中患者側支循環應用最廣泛的方法之一，多時相CTA 優于單時相CTA，在注射造影劑后能得到全腦軟腦膜吻合支的充盈信息以及軟腦膜動脈造影劑的動態排泄過程，并能體現腦灌注壓的動態變化[5，12]，在AIS 患者中，多時相CTA的側支分級與DSA 側支分級有著很好的一致性，并已作為預測最終梗塞體積、梗死進展及溶栓治療后臨床效果的預測工具[13]。但電離輻射及注射外源性造影劑仍是CTA 不可避免的缺陷。t-ASL 作為ASL技術的延續，在ASL 的各種成像基礎上施加額外的梯度場或使用相位變化對感興趣的血管進行選擇性標記[14-15]，生成單支血管供血區域的血流分布圖，可以直觀地觀察主干動脈的血流分布區域，與傳統影像技術通過血管的解剖形態學判斷側支循環不同，t-ASL 通過與標準血流圖譜進行對比，以血流分布區域的改變來判斷側支循環是否存在。t-ASL 所反映的感興趣單支血管的血流分布信息是其他影像技術不能實現的。目前使用t-ASL 研究側支循環的報道多集中于慢性缺血性腦血管病[7，16-18]。

Willis 環作為一級側支通路，其完整性是一級側支代償的基礎，我們發現在一側頂葉（MCA 供血區域）發生梗死的卒中患者中，當梗死側A1 段直徑與對側A1 段直徑大小相仿時，即使AcomA 存在，但AcomA 也未必會開放（圖2），而當梗死側的A1段直徑較對側A1 段直徑大，梗死側的血液反而通過前交通支分流至對側（圖3），而當梗死側的PcomA存在時，ICA 仍會向同側的枕葉進行供血（圖4），因此，在卒中發生后血流動力學產生改變的病理狀態下，Willis 環的生理解剖結構仍是影響一級側支開放的重要因素。腦動脈狹窄程度越重，側支循環開放程度越高，我們發現大動脈存在狹窄或閉塞是建立二級側支重要的條件之一，因此時Willis 環已不能夠維持正常的腦灌注，二級側支循環啟動，這與沈、Ozgur等[19-20]的觀點一致。

本研究尚存在不足之處，首先，樣本例數較少，伴有大動脈狹窄或閉塞的患者僅有21例，這可能是矯正干擾因素后經t-ASL 聯合TOF-MRA 所評估的側支循環不是預測患者預后的獨立因素的重要原因。

其次，本研究中掃描的t-ASL 序列僅使用了單一標記后延遲時間（Post labeling delay，PLD），t-ASL作為ASL 技術的延伸，PLD 是t-ASL 成像中最重要的參數之一[21]，代表著血液經標記后到成像之間的時間，常用的PLD 為1.0～2.5 s，目前有學者通過不同的PLD 時間（多PLD）對卒中患者進行3D-ASL成像，認為使用多個PLD 成像能提高側支循環的檢出[22]，本研究僅使用了一個PLD 值（PLD=1.5 s），可能會漏掉某些血流動力學信息，會對側支循環的評價存在一定程度的低估。多PLD 成像不僅有助于側支循環的檢出，對于提高AIS 及短暫性腦缺血發作（TIA）的診斷效能，多PLD 的ASL 成像也有其獨到的優勢[23-24]。

此外，本研究沒有定量測量腦血流量（Cerebral blood flow，CBF）值，t-ASL 的本質仍是利用血液中反轉的氫質子作為內源性示蹤劑進行顱腦灌注成像，但它缺乏傳統3D-ASL 參數的定量對比，根據pcasl 技術原理，ASL 灌注圖=標記相-控制相，計算CBF 的公式為[25-26]：

最后，t-ASL 目前只能進行頸部大動脈的標記，即雙側頸內動脈和雙側椎動脈，因此，t-ASL 并不能完全展示顱內二級側支，如大腦前動脈與大腦中動脈之間的軟腦膜吻合支，而多時相CTA 反映的是全腦軟腦膜吻合支的動態變化情況，包括了顱腦動脈各級分支末端的吻合網，因此，t-ASL 聯合TOFMRA 并不能完全匹配多時相CTA，我們得出的Cohen’s Kappa 系數值一致性強度僅為中等（Cohen’s Kappa=0.667）。已有學者使用t-ASL 技術成功標記出頸外動脈在顱內的供血區域，發現腦膜瘤患者、煙霧病患者及一側ICA 慢性閉塞的患者存在頸外動脈供血的情況[29-31]，所以，我們也嘗試進行梗死側頸外動脈的標記，試圖標記出顱內-外吻合支，但均未成功，推測其原因，在發生急性腦梗時，Willis 環和顱內的軟腦膜吻合支立即開始產生相應的血流動力學改變以限制缺血進展，此時顱內-外吻合支（眼動脈等）尚未開放，可能需數天才能建立。隨著脈沖序列的進一步發展，t-ASL 在未來有望能單獨標記顱內分支動脈及顱外動脈，能展現不同動脈之間的吻合支，更加全面的評估軟腦膜側支循環，而不僅僅局限于標記頸部大血管。