急性缺血性卒中缺血半暗带体积测量：多延迟ASL与CTP对比研究

文献信息

Title: Multidelay Arterial Spin Labeling Versus Computed Tomography Perfusion in Penumbra Volume of Acute Ischemic Stroke

Year: 2023

Journal Name/Impact Factor: Stroke/10.170

DOI: 10.1161/STROKEAHA.122.040759

导读

缺血半暗带的存在与否是判断缺血性脑卒中患者是否适宜接受再灌注治疗的重要指标。目前，CT灌注成像（CTP）、动态敏感性对比磁共振成像（DSC-MRI）等灌注成像手段已被广泛用于缺血半暗带的评估。动脉自旋标记（ASL）是一种无创、无辐射的灌注成像手段，较于上述传统灌注成像方法，其无需额外注射造影剂，使用更加灵活、适用人群更广。既往研究已证明了ASL与传统灌注成像方法如DSC-MRI、CTP等检测缺血半暗带方面的一致性。有研究使用ASL所得脑血流灌注量（CBF）定量图和扩散加权成像（DWI）图像上的不匹配区域表征缺血半暗带。然而，传统的单延迟时间ASL可能由于标记后延迟时间（PLD）不准确导致针对CBF的低估。相较而言，多延迟时间ASL能够通过获取多个PLD下的灌注加权图像准确定量CBF，并且获得血液渡越时间（ATT）这一额外参数表征标记血液到达组织的时间。

本研究将多延迟时间ASL判定缺血半暗带的结果与CTP进行比较，探讨了基于多延迟时间ASL判定缺血半暗带的相对和绝对定量参数阈值，并探究了进行ATT校正前后多延迟时间ASL技术进行缺血半暗带检测体积的差异。

1. 背景

2. 研究方法

2.1 研究人群

2.2 MR成像和图像处理

2.3 CTP成像和图像处理

3. 结果

3.1 患者情况

3.2 多延迟ASL评估脑灌注状况

3.3 利用校正后多延时ASL和CTP所识别低灌注区域的异同

3.4 利用校正后多延时ASL和CTP所识别缺血半暗带区域的异同

3.5 多延时ASL校正前后CBF在测量脑灌注和缺血半暗带体积方面的差异

4. 讨论和结果

5. 研究局限性

1. 背景

缺血半暗带的存在与否是判断缺血性脑卒中患者是否适宜接受再灌注治疗的重要指标，其在临床决策方面的价值超过了传统时间窗。因此，对缺血半暗带的早期评估对于指导个性化治疗至关重要。目前，灌注成像已被广泛用于缺血半暗带的评估。

动脉自旋标记（ASL）利用磁共振射频脉冲标记血液，使得血液成为内源性示踪剂。因此，ASL无需额外注射示踪剂即可实现脑灌注的定量测量。与动态敏感性对比磁共振成像（DSC-MRI）和CT灌注（CTP）成像相比，ASL还具有如下优点：其对血脑屏障损伤不敏感，可在短时间内重复测量，适用于老人、儿童、孕妇、示踪剂过敏、甲状腺亢进、肾功能不全等特殊人群。既往研究已证明了ASL与传统灌注成像方法如DSC-MRI、CTP等检测缺血半暗带方面的一致性。有研究使用ASL所得脑血流灌注量（CBF）定量图和扩散加权成像（DWI）图像上的不匹配区域表征缺血半暗带。

然而，传统的单延迟时间ASL可能由于标记后延迟时间（PLD）不准确导致CBF的低估。相较而言，多延迟时间ASL能够通过获取多个PLD下的灌注加权图像准确定量CBF，并且获得血液渡越时间（ATT）这一额外参数表征标记血液到达组织的时间。与传统技术相比，多延迟时间ASL无创、无辐射、无需注射示踪剂，能够提供多个参数信息，且提高了单延迟时间ASL测量的准确性，对急性缺血性脑卒中患者的早期诊断与预后评估具有重要意义。

目前，多延迟时间ASL测量缺血半暗带的定量参数阈值尚不清楚。因此，本研究旨在分析急性缺血性脑卒中患者多延迟时间ASL早期灌注变化，探讨了基于多延迟时间ASL判定缺血半暗带的相对和绝对定量参数阈值。本研究将多延迟时间ASL判定缺血半暗带的结果与CTP进行比较，并探究了ATT校正前后多延迟时间ASL测量缺血半暗带检测体积的差异。

2 研究方法

2.1 研究人群

本研究前瞻性地纳入了2021年3月至2022年1月首都医科大学宣武医院急性缺血性卒中患者。

纳入标准为：（1）年龄≥18岁；（2）急性卒中发病时间<24小时；（3）疑似急性前循环大血管闭塞的急性缺血性卒中；（4）在急诊室连续进行CTP、多延时ASL、DWI和CTA扫描。排除标准为：（1）颅内出血；（2）MRI禁忌症；（3）对侧前循环大血管中度至重度狭窄。

2.2 MR成像和图像处理

在3.0T磁共振扫描仪（Discovery MR750 scanner, GE）上利用32通道头线圈进行成像。

多延时ASL序列为进行背景抑制的三维螺旋快速自旋回波（stack-of-spirals FSE）序列,利用T1调整（T1-adjusted）后的基于Hadamard编码的伪连续标记（pCASL）模式进行ASL血液标记[1],基本参数为:TE/TR,14.08/10476 ms;层内分辨率,1.72×1.72 mm2;层厚,3.5 mm;层数,36;平均次数,1;采集翻转角,111°;PLD,1.00/1.22/1.48/1.78/2.15/2.62/3.32 s;扫描时间,6min 36s。基于Hadamard解码矩阵获取不同PLD下的灌注加权图像,并计算出相应ATT定量图、经过（cCBF）和未经过（CBF）ATT校正后的CBF定量图[2,3]。

二维DWI基本参数为：SE序列；TE/TR，83.3/3000 ms；层内分辨率，0.94×0.94 mm2；层厚，5 mm；层数，42；b值，0 和 1000 s/ mm2；扫描时间，24s。利用DWI图像计算得到ADC图。

梗死核心由ADC< 620×10-6 mm2/s识别。分别利用绝对和相对CBF值（校正及未校正）识别低灌注区域，其中相对CBF（rCBF）值为同侧测量值除以对侧测量值。针对rCBF值，认为100%为完全健康，分别取阈值20%、25%、30%、35%、40%、45%和50%划定相应区域。针对绝对CBF值，分别取阈值0~10、0~20、0~30 mL/100g/min划定相应区域。最后，定义缺血半暗带为低灌注区域减去梗死核心区域。

2.3 CTP成像和图像处理

采用第三代CT成像仪（Revolution CT，GE）进行全脑CTP成像。CTP所用管电压为 70 kVp，管电流100 mAs，旋转时间 0.5s。经前屈静脉以 6 mL/s 速度注射 40 mL 碘化造影剂，之后以 6 mL/s 速度用 40 mL的生理盐水冲洗，注射5s后开始扫描。动态灌注扫描共获取22张图像，层厚 5 mm。

计算分析CTP图像获取CBF图像，并同理计算rCBF值。采用Tmax > 6s 识别低灌注区域，采用Tmax > 6s区域减去 rCBF < 30% 区域确定缺血半暗带。

3. 结果

3.1 患者情况

本研究前瞻性地纳入2021年3月至2022年1月宣武医院急诊卒中绿色通道中疑似前循环大血管闭塞的急性脑卒中患者107例。其中，59例患者因夜间或周末送诊，未接受MRI扫描；9例患者拒绝参与该项目；2例患者因MRI图像伪影被排除；1例患者因CTP图像伪影被排除；2例患者因后循环病变被排除；4例患者因非大血管闭塞被排除。最后研究纳入了30例患者，其中男性22例（73.33%），年龄 67.17±9.90岁，基线期NIHSS评分11.33±5.76，发病至成像时间为281(204.75-547.25)分钟。

图1. 研究患者入组情况

3.2 多延迟ASL评估脑灌注状况

梗死区和对侧软脑膜MCA区ATT分别为1.58±0.13和1.52±0.12 s。梗死区和对侧软脑膜MCA区cCBF分别为23.85 (18.84 ~ 33.18) mL/100g/min和29.74 (25.33 ~ 49.13) mL/100g/min。梗死区和对侧穿支MCA区的cCBF分别为18.13 (13.05-23.76) mL/100g/min和23.19 (19.27-27.16) mL/100g/min。患侧与对侧灌注水平差异有统计学意义(P<0.05)。

图2. 梗死区与对侧相应区域ATT和CBF对比图

3.3 利用校正后多延时ASL和CTP所识别低灌注区域的异同

不同阈值下，基于校正后多延时ASL所判定低灌注区域体积如下：（1）rCBF < 40%，117.95 (87.77–151.49) mL；（2）CBF < 20 mL/100g/min，130.29 (85.99–249.37) mL。上述结果与利用CTP判定的低灌注区域体积（109.5 (65.8–178.0) mL）无显著性差异（P>0.05）。

利用校正后rCBF < 40% 和 Tmax > 6s 确定的低灌注区域具有高度一致性（ICC, 0.91）。利用校正后cCBF < 20 mL/100g/min 和 Tmax > 6s 确定的低灌注区域具有较好一致性（ICC, 0.727）。

3.4 利用校正后多延时ASL和CTP所识别缺血半暗带区域的异同

不同阈值下，基于校正后多延时ASL所判定缺血半暗带体积如下：（1）rCBF < 40%，91.00 (42.68–125.27) mL；（2）CBF < 20 mL/100g/min，108.94 (62.03–150.86) mL。上述结果与利用CTP判定的缺血半暗带体积（85.3 (43.3–132.8) mL）无显著性差异（P>0.05）。图3展示了一例典型病例。

图3. 一名43岁男性患者，右侧肢体突然失能、言语模糊，528min后基线期NIHSS评分17，CTA确诊左侧MCA M1节段闭塞。利用CTP判定梗死核心体积12mL（rCBF < 30%）（A图中紫色区域）；利用CTP判定的低灌注区域体积为107mL（Tmax>6s）（B图中绿色区域），因此得到缺血半暗带体积 95 mL （Tmax>6s - rCBF < 30%）；DWI图像显示左脑室旁和基底节区弥散受限（C）；校正后的多延迟ASL所得CBF图显示左额顶叶和颞叶低灌注（D）；利用多延迟ASL所得rCBF<40%（E图蓝色区域）减去ADC < 620×10-6 mm2/s（E图黄色区域）所得缺血半暗带体积为 107.45 mL；利用多延迟ASL所得CBF<20 mL/100g/min（E图蓝色区域）减去ADC < 620×10-6 mm2/s（E图黄色区域）所得缺血半暗带体积为 110.23 mL。

与CTP所识别缺血半暗带体积相比，基于校正后rCBF < 40% - DWI 和 cCBF < 20 mL/100g/min – DWI所得的缺血半暗带体积具有极强（ICC, 0.822）和强（ICC, 0.501）相关性。

利用校正后rCBF<40%和CTP识别的缺血半暗带体积差值为 0.77 (−14.97 ~ 11.97)

mL；利用校正后cCBF<20 mL/100g/min和CTP识别的缺血半暗带体积差值为 5.24 (−22.36 ~ 51.02) mL（图4）。

图4. 与CTP对比，利用校正后rCBF<40%（A）和校正后cCBF<20 mL/100g/min（B）识别缺血半暗带体积差值

3.5 多延时ASL校正前后CBF在测量脑灌注和缺血半暗带体积方面的差异

梗死处和对侧脑区的校正后cCBF分别为25.79 (20.48–34.72) mL/100g/min 和 31.84 (24.61–47.24) mL/100g/min。相应地，梗死处和对侧脑区未经校正CBF分别为14.96 (9.38–22.27) mL/100g/min 和 21.13 (13.92–30.95) mL/100g/min。校正前后CBF值具有统计学显著差异（P<0.05）。

经未校正 rCBF<40% - DWI 识别的缺血半暗带体积为 209.57 (123.21–292.45) mL，这与校正后 rCBF<40% - DWI 识别的缺血半暗带体积（91.00 (42.68–125.27) mL，P<0.001）以及CTP识别的缺血半暗带体积（85.3 (43.3–132.8) mL，P<0.001）均具有显著差异（图5）。经未校正 CBF<20 mL/100g/min - DWI 识别的缺血半暗带体积为 186.23 (86.56–298.22) mL，这与校正后 cCBF<20 mL/100g/min - DWI 识别的缺血半暗带体积（108.94 (62.03–150.86) mL，P<0.001）以及CTP识别的缺血半暗带体积（P<0.001）均具有显著差异（图5）。

图5.校正前后CBF、rCBF以及CTP识别缺血半暗带体积的差异

4. 讨论和结果

◆ 多延迟ASL可以检测急性缺血性卒中患者的早期缺血性改变。

◆ 校正后的rCBF<40%-DWI或cCBF< 20 mL/100g/min -DWI鉴别所得缺血半暗带体积接近CTP识别结果。

◆ 其中，校正后rCBF<40%-DWI所识别的缺血半暗带体积最为准确。

◆ 脑血管闭塞或狭窄患者的标记血液抵达时间明显增长。因此，与校正前相比，ATT校正后的cCBF更接近生理水平，所识别的缺血半暗带体积更准确；未校正的CBF可能造成脑灌注的低估，进而导致缺血半暗带体积的高估。

5. 研究局限性

◆ 样本量较小；

◆ 大多数急诊患者缺乏第二次MRI扫描，因此仅研究了基线期的数据；

◆ 未使用DWI梗死体积的增长来确定缺血半暗带的体积，这可能比目前研究使用的CTP评估方法更为准确。

▎参考文献

[1]Teeuwisse WM, Schmid S, Ghariq E, Veer IM, van Osch MJ. Time-encoded pseudocontinuous arterial spin labeling: basic properties and timing strategies for human applications. Magn Reson Med. 2014;72:1712–1722. doi: 10.1002/mrm.25083

[2]van der Thiel M, Rodriguez C, Giannakopoulos P, Burke MX, Lebel RM, Gninenko N, Van De Ville D, Haller S. Brain Perfusion measurements using multidelay arterial spin-labeling are systematically biased by the number of delays. AJNR Am J Neuroradiol. 2018;39:1432–1438. doi: 10.3174/ajnr.A5717

[3]Dai W, Robson PM, Shankaranarayanan A, Alsop DC. Reduced resolution transit delay prescan for quantitative continuous arterial spin labeling perfusion imaging. Magn Reson Med. 2012;67:1252–1265. doi: 10.1002/mrm.23103