3D pCASL不同標記后延遲時間評估急性缺血性腦卒中缺血半暗帶體積時相對腦血流量閾值的選擇

黃川勝，鄭召龍，李芹，謝福才，陳永升，于海童，牛慶亮

1 山東中醫藥大學第一臨床醫學院，濟南 250014；2 濰坊市中醫院影像中心；3 山東第二醫科大學醫學影像學院；4 濰坊市第二人民醫院影像科

缺血半暗帶是指急性缺血性腦卒中（AIS）發生后，圍繞在不可恢復的梗死區周圍的低灌注區，若不及時進行有效干預，缺血半暗帶可進展為梗死，嚴重影響患者預后。因此，準確評估并挽救缺血半暗帶是AIS 治療的關鍵。目前評估缺血半暗帶主要通過CT 灌注成像或動態磁敏感對比增強—磁共振灌注成像（DSC-PWI）技術，采用低灌注區與梗死核心之間不匹配的方法進行定量評估［1］。CT 灌注成像能夠快速評估腦血流灌注情況以及缺血半暗帶，但存在輻射損傷，不適合孕婦及短時間內需要多次檢查的患者；CT 灌注成像和DSC-PWI 需要注入對比劑，不能用于對比劑過敏及肝腎功能不全的患者［2-3］。三維偽連續動脈自旋標記（3D pCASL）通過磁性標記動脈血液中擴散的水質子實現灌注成像，可避免有創靜脈通道建立及對比劑應用禁忌的限制［4-5］。研究顯示，3D pCASL 設定腦血流量（CBF）閾值為＜20 mL/（100 g·min）時，可較準確地定量評估缺血半暗帶［6］。另有研究評估3D pCASL 不同標記后延遲時間（PLD）定量缺血半暗帶，建議使用長PLD（2 500 ms）定量評估缺血半暗帶［7］。然而，同時分析PLD和CBF閾值對缺血半暗帶定量評估的影響尚未見有報道。在臨床實踐中，常規聯合1 525 ms 和2 525 ms 的PLD 動態評估AIS 患者的腦灌注情況，以明確側支代償能力。使用不同PLD 的3D pCASL定量評估缺血半暗帶時，必須選擇正確的CBF 閾值，才能準確評估缺血半暗帶。F-stroke是一款用于缺血型卒中影像學自動分析的圖像處理軟件，該軟件內設置3D pCASL 相對腦血流量（rCBF）＜30%、40%、50%的閾值，可應用于臨床定量評估缺血半暗帶。本研究以DSC-PWI 測量的缺血半暗帶作為參考標準，觀察PLD 分別為1 525、2 525 ms 時3D pCASL 定量評估缺血半暗帶的rCBF 閾值（＜30%、＜40%、＜50%）的選擇。

1 資料與方法

1.1 臨床資料 選擇2019 年1 月—2023 年7 月在濰坊市中醫院接受MRI常規序列成像、3D pCASL及DSC-PWI 成像的136 例AIS 患者。納入標準：年齡≥18 歲；根據入院時癥狀、體征和影像學檢查確診為AIS；最后一次癥狀發作至MRI掃描時間＜24 h；急性前循環大血管閉塞；DSC-PWI 上存在低灌注區與梗死核心不匹配，即缺血半暗帶。排除標準：雙側新發腦梗死；3D pCASL 或DSC-PWI 數據后處理失??；腦梗死合并滲血；圖像偽影嚴重，無法進行診斷。共納入符合上述標準的患者42 例，男31 例、女11 例，年齡（59.26 ± 13.03）歲，最后一次癥狀發作至MRI 掃描時間為10.25（4.00，17.25）h，3D-TOF-MRA 顯示大腦中動脈閉塞25 例，頸內動脈閉塞11 例，大腦前動脈閉塞1 例，大腦中動脈、頸內動脈同時閉塞5 例。本研究經濰坊市中醫院醫學倫理委員會審核批準（批號：2023YX040）。

1.2 AIS缺血半暗帶體積評估方法

1.2.1 MRI 檢查方法 采用3.0 T MRI 系統（Discovery 750W，GE Healthcare），21 通道相控陣頭頸聯合線圈。依次進行T2Flair序列、DWI序列、3D-TOFMRA 序列、3D pcASL 序列和DSC-PWI 序列掃描。常規序列參數：①T2Flair：TR 10 000 ms，TE 140 ms，FOV 24 cm，層厚5 mm，層數20；②DWI：TR 4 362 ms，TE 78.1 ms，FOV 24 cm，層厚5 mm，b值1 000 s/mm2，層數20。3D pCASL 序列掃描參數：TR 4 640 ms（PLD=1 525 ms）或5 335 ms（PLD=2 525 ms），TE 10.7 ms，FOV 24 cm，層厚4 mm，層數36，采集時間4 min 29 s（PLD=1 525 ms）或5 min 10 s（PLD=2 525 ms）。DSC-PWI 成像參數：TR 1 200 ms，TE 16.7 ms，FOV 24 cm，層厚5 mm，層數20，掃描時間1 min。高壓注射器團注釓對比劑（釓特酸葡胺注射液，恒瑞醫藥），速率4 mL/s，劑量0.2 mL/kg。

1.2.2 圖像處理方法 使用F-stroke 影像處理軟件（版本V1.0.22，上海腦璽智能科技有限公司）快速處理灌注和彌散影像。F-stroke 軟件以大腦前中后動脈供血區作為模板，區域標注DWI 數據，生成ADC 參數圖，將ADC 圖予以閾值處理，自動計算ADC＜620 × 10-6mm2/s 閾值部分的體積（梗死核心體積）。將DSC-PWI 影像數據輸入F-stroke 軟件后，系統自動確定動脈，通過反卷積算法，應用動脈輸入函數方法，生成DSC-PWI 剩余函數達峰時間（Tmax）＞6 s的腦組織低灌注體積。以腦組織低灌注體積減去梗死核心體積，即為DSC-PWI 的缺血半暗帶體積。將1 525 ms 和2 525 ms PLD 的3D pCASL 影像數據分別輸入F-stroke 軟件，F-stroke 軟件可識別缺血病灶，并以對側鏡像區健康組織作為對照，計算對側鏡像區健康組織平均像素的CBF 值，將對側鏡像區健康組織平均像素30%、40%、50%的CBF 作為閾值，自動生成小于對側鏡像區健康組織平均像素相應閾值的低灌注體積。分別用2 個PLD 時rCBF＜30%、＜40%、＜50%的低灌注體積減去梗死核心體積，即為3D pCASL的缺血半暗帶體積。

1.3 統計學方法 采用SPSS25.0 和GraphPad Prism8.0 統計軟件。計量資料采用Shapiro-Wilk 正態性檢驗，符合正態分布的數據以±s表示，不符合正態分布的數據以M（P25，P75）表示。采用組內相關系數（ICC）分析3D pCASL 與DSC-PWI 間定量評估缺血半暗帶的一致性，0～0.40為較低一致，0.41～0.60 為中度一致，0.61～0.80 為基本一致，0.81～1.00 為顯著一致。缺血半暗帶體積之間的差異性分析采用Mann-WhitneyU檢驗。P＜0.05 為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 DSC-PWI 和3D pCASL PLD 獲得的缺血半暗帶體積 DSC-PWI 上Tmax＞6 s 的缺血半暗帶體積為48.05（17.38，104.55）mL；3D pCASL PLD為1 525 ms時，rCBF＜30%、＜40%、＜50%的缺血半暗帶體積分別為-4.05（-18.43，-1.00）、17.60（-1.53，56.03）、74.40（42.53，126.03）mL；3D pCASL PLD為2 525 ms時，rCBF＜30%、＜40%、＜50%的缺血半暗帶體積分別為-9.45（-23.38，-1.90）、-2.35（-18.43，4.65）、19.50（-5.60，51.05）mL。

2.2 3D pCASL 與DSC-PWI 缺血半暗帶體積的一致性分析結果 3D pCASL PLD 為1 525 ms時，rCBF＜40%、＜50%的缺血半暗帶體積與DSC-PWI Tmax＞6 s的缺血半暗帶體積具有一致性（ICC=0.595，95%CI為0.247～0.782，P＜0.01；ICC=0.791，95%CI為0.612～0.888，P＜0.01），而rCBF＜30%的缺血半暗帶體積與DSC-PWI Tmax＞6 s 的缺血半暗帶體積無一致性（P＞0.05）。3D pCASL PLD 為2 525 ms 時，rCBF＜50%的缺血半暗帶體積與DSC-PWI Tmax＞6 s的缺血半暗帶體積具有一致性（ICC=0.577，95%CI為0.213～0.773，P＜0.01），而rCBF＜30%、＜40%的缺血半暗帶體積與DSC-PWI Tmax＞6 s 的缺血半暗帶體積不具有一致性（P＞0.05）。進一步對1 525 ms時rCBF＜40%與2 525 ms 時rCBF＜50%缺血半暗帶體積的差異性進行分析，結果顯示PLD=1 525 ms 時rCBF＜40%的缺血半暗帶體積17.60（-1.53，56.03）mL 與PLD=2 525 ms 時rCBF＜50%的缺血半暗帶體積19.50（-5.60，51.05）mL 比較差異無統計學意義（P=0.613）。

3 討論

挽救缺血半暗帶是AIS 治療的關鍵，準確識別、定量評估缺血半暗帶在AIS 患者的個性化管理中起重要作用，有助于調整治療時間窗，為患者選擇更合適的治療方案。目前，3D pCASL定量評估缺血半暗帶的最佳PLD尚未形成共識，其PLD和rCBF閾值的選擇都會對AIS 缺血半暗帶的定量評估產生一定影響，rCBF 閾值隨不同的PLD 而變化，因此，明確3D pCASL 在不同PLD 時定量評估缺血半暗帶的最佳rCBF 閾值意義重大。在3D pCASL 中，PLD 是頸內動脈血液標記后流入腦組織進行成像的時間間隔，AIS 血流動力學多變，通常需要多個PLD 動態評估患者的腦灌注情況。PLD是3D pCASL的重要參數，可影響CBF 測量，不同PLD 測量的CBF 值有所不同，AIS 因動脈閉塞及代償側支的復雜性，長PLD 的CBF 比短PLD 高，以不同PLD 定量評估缺血半暗帶時，必須考慮CBF 因素，才能準確評估缺血半暗帶［8］。LYU 等［7］使用自主研發的3D pCASL 定量評估缺血半暗帶的軟件，發現rCBF閾值在＜60%時，長PLD（2 500 ms）評估缺血半暗帶更準確。本研究結果顯示，PLD 為1 525 ms 時，rCBF＜50%是評估缺血半暗帶的最佳閾值。不同PLD 的不同CBF，導致不同PLD 時3D pCASL 定量評估缺血半暗帶的最佳rCBF 閾值不同。ZHANG 等［9］研究顯示，3D pCASL在不同PLD 時測量的CBF 不同，長PLD（2 025 ms）的CBF 顯著高于短PLD（1 525 ms）。因此，使用3D pCASL 定量評估缺血半暗帶時，需要在不同PLD 下選擇最佳rCBF閾值。

以不同ASL 技術定量評估缺血半暗帶時，其rCBF 閾值可不相同。BIVARD 等［10］使用脈沖式ASL（PASL）評估缺血半暗帶，表明rCBF＜40%最為可靠。本研究使用3D pCASL 測量缺血半暗帶，結果顯示rCBF＜50%是最佳閾值。3D pCASL 與PASL 的不同主要表現為：①3D pCASL 相對于PASL 的信噪比高；②PASL 射頻脈沖的反轉效率高于3D pCASL，動脈通過時間（ATT）相對較短；③3D pCASL 因非共振效應的敏感性可導致明顯的局部低灌注［11］。另外，PASL 與3D pCASL 之間的有效PLD 差異以及PLD 與ATT 的不匹配，導致PASL 測量的CBF更高［12］。

使用3D pCASL 相對CBF 閾值與絕對CBF 閾值定量評估缺血半暗帶時，可產生不同影響。NIIBO等［6］使用絕對CBF 閾值測量缺血半暗帶，結果顯示短PLD（1 525 ms）時CBF＜20 mL/（100 g·min）測量的缺血半暗帶更準確。絕對CBF 閾值無需考慮個體差異，便于臨床使用；但AIS 患者的病理生理情況以及腦血流動力學并不完全相同；并且在單個PLD時，由于ATT 過長，動脈閉塞末端的CBF 值不可能準確測量，絕對CBF 閾值也許不能準確測量缺血半暗帶［13］。本研究使用相對CBF 閾值定量缺血半暗帶，可避免個體間年齡和循環狀態等固有差異對測量結果產生的影響，更加準確。

本研究結果顯示，3D pCASL在不同PLD時測量AIS 的低灌注區不同：短PLD（1 525 ms）時，標記的血流尚未到達腦組織，可高估低灌注區；長PLD（2 525 ms）時，標記的血流已流入腦組織，雖然信噪比有所下降，但能較為準確地評估低灌注區。AKIYAMA等［14］研究表明，AIS 由于錯綜復雜的側支以及血流延遲，短PLD（1 500 ms）的低灌注區可在長PLD（2 500 ms）時有所改善。短PLD 主要反映腦灌注的行為特征，而長PLD 則反映最終的腦灌注狀態，用于明確腦血管儲備和側支代償能力［15］。

3D pCASL可無創定量腦血流和腦灌注，但其固有的局限性導致臨床應用不廣泛。3D pCASL 不能準確檢出腦白質的灌注信號，導致結果不準確。此外，由于不同研究間3D pCASL 技術采集信號的敏感性差異以及ATT 復雜多變，可導致不同研究間結果存在不同?？傊?，使用3D pCASL 定量評估缺血半暗帶時，由于ATT 的延遲、可變，腦白質信號不佳，不能區分良性缺血區與嚴重低灌注區等，導致臨床應用受限。

綜上所述，在3D pCASL中，1 525 ms和2 525 ms的PLD 均可用于定量評估缺血半暗帶，并且不同PLD 時的rCBF 閾值不同：短PLD（1 525 ms）時需要選擇較高的rCBF 閾值（＜50%），而長PLD（2 525 ms）的rCBF閾值則高于短PLD（1 525 ms）。本研究存在一定局限性：本研究為單中心小樣本研究，未來需要基于多中心的更大人群進行研究和驗證；本研究只使用2 個PLDs（1 525 ms 和2 525 ms）及3 個rCBF 閾值（30%、40%、50%）進行分析，將來需要對多個PLDs 及rCBF 閾值進行研究，以進一步明確不同PLD 時3D pCASL 定量缺血半暗帶的rCBF 閾值選擇。目前，定量3D pCASL 和DSC-PWI 影像數據的商業軟件眾多，其技術原理及算法各異，本研究使用F-stroke軟件進行分析，當應用其他軟件進行后處理時，結果也許不同。當前，3D pCASL 定量缺血半暗帶的后處理軟件閾值設置較少，導致臨床應用受限，研發閾值更多的定量軟件，在臨床實踐中，明確不同PLD 時3D pCASL 定量缺血半暗帶的最佳rCBF 閾值至關重要。