脑动脉狭窄程度与动脉自旋标记脑灌注成像动态特征的相关性分析

摘要

目的：
　　缺血性脑血管病最常见的原因是脑动脉狭窄，脑动脉狭窄时其供血区脑卒中的发生率较高。缺血性脑血管病在表现为脑梗死之前常表现为脑血流动力学的异常改变。我们经常发现尽管存在相同位置脑动脉相同程度的狭窄，患者常表现为不同形式的缺血卒中的发生，这表明狭窄动脉的供血区存在不同形式的脑血流动力学改变。动脉自旋标记(arterial spin labeling，ASL)技术通过射频脉冲磁化标记动脉血中的水质子作为内源性标记物进行灌注成像，不需要注射外源性对比剂，是一种无射线、完全无创的检测脑灌注的方式。多相位脉冲式动脉ASL(pulsed ASL，PASL)技术具有较高的时间分辨率，可以动态监测脑灌注信号。
　　本研究应用3.0T磁共振成像设备对大脑中动脉狭窄患者行颅脑多相位PASL脑灌注成像，分析脑动脉狭窄程度与多相位动脉自旋标记脑灌注成像动态特征的相关性，评估多相位动脉自旋标记脑灌注成像对脑动脉狭窄脑血流动力学改变的价值。
　　方法：
　　本研究采用Philips Achieva3.0T磁共振成像系统，16通道头颈部神经血管相控阵表面线圈进行所有序列扫描。
　　头颈部三维TOF MRA序列扫描参数如下。颅脑段:快速梯度回波序列，TR/TE=20ms/3.Sms，扫描层数=160，NSA=2，FOV=220×220mm2;颈段:快速梯度回波序列，TR/TE=20ms/3.5ms，扫描层数=180，NSA=2，FOV=160×131 mm2;胸段:快速梯度回波序列，TR/TE=22ms/3.5ms，扫描层数=100，NSA=2，FOV=250×238 mm2;通过最大信号强度投影重建并连接三段MRA图像处理获得连续的头颈部MRA图像。
　　多相位PASL成像采用STAR(signal targeting by alternatingradiofrequency)标记技术。扫描参数如下:采用单激发快速梯度回波平面成像，层数=6层，层厚=6mm，TR/TE=250ms/16ms，翻转角=40°，矩阵=64×64，体素大小=3.48×3.48 mm2，FOV=240×240mm2，标记层厚=130mm，起始延迟时间=300ms，延迟时间间隔=250ms，每层图像获得8个延迟时间点的图像，标记带位于成像层面下20mm，采用两次采集:标记采集和无标记采集，通过后处理将标记采集和无标记采集相减的平均获得8相位的PASL灌注图像。
　　1、选取单侧大脑中动脉水平段重度狭窄（狭窄程度＞70％）患者17例，所有患者均行颅脑多相位PASL成像，在多相位PASL图像上选择双侧基底节作为感兴趣区，测量感兴趣区在8相位PASL图像上的信号强度，通过后处理获得两侧感兴趣的时间-信号强度曲线，分析狭窄侧和无狭窄侧的峰值信号强度有无统计学差异。
　　2、选择单侧大脑中动脉轻度狭窄（狭窄程度＜50％）患者29例、单侧大脑中动脉中度狭窄（狭窄程度50-69％）患者22例，所有患者均行颅脑多相位PASL成像检测双侧大脑中动脉的信号改变，选择多相位PASL图像上双侧大脑中动脉远段对称性分支作为感兴趣区，通过后处理获得两侧感兴趣区的信号强度和时间-信号强度曲线。对轻度狭窄和中度狭窄患者分别分析狭窄侧和无狭窄侧感兴趣区的峰值信号强度和峰值时间有无统计学差异，分析轻度狭窄和中度狭窄患者间狭窄侧与无狭窄侧感兴趣峰值信号强度和峰值时间的差异有无统计学差异。p＜0.05认为有统计学差异。
　　结果：
　　1、在对单侧大脑中动脉重度狭窄患者的研究中获得了感兴趣区三种类型的时间-信号强度曲线:8例平台型，5例双峰型，4例单峰型。狭窄侧和正常侧间的峰值信号强度差异有统计学差异。
　　2、在对单侧大脑中动脉轻中度狭窄患者的研究中，轻度狭窄组狭窄侧和正常侧间感兴趣区峰值信号强度差异有统计学意义而峰值时间差异无统计学意义，中度狭窄组狭窄侧和正常侧间感兴趣区峰值信号强度和峰值时间差异均有统计学意义，轻度和中度狭窄组间狭窄侧和正常侧的峰值信号强度变化和峰值时间变化均有统计学意义。
　　结论：
　　1、大脑中动脉重度狭窄患者，不同类型的时间-信号强度动态曲线代表不同的脑血流动力学改变，多相位动脉自旋标记成像可以敏感地检测脑灌注的血流动力学特征，为临床对脑动脉狭窄的治疗提供重要的动态灌注特征。
　　2、大脑中动脉轻中度狭窄患者，狭窄程度不同动脉自旋标记图像显示的血流动力学改变不同，中度狭窄较轻度狭窄有更大的血流动力学改变，多相位动脉自旋标记成像是评价脑动脉狭窄时血流动力学改变的一项有价值的研究方法。意义
　　本研究中脑灌注成像采用多相位PASL技术。PASL脑灌注成像的信噪比一般较低，这受到多种因素的影响。动脉通过时间(arterial transit time，ATT)是指磁化标记的动脉血水质子从标记层面到达成像层面的过程。PASL脑灌注成像对ATT敏感，成像层面血管中的标记血液会导致对脑灌注的过高评估，而标记延迟到达时会导致对脑灌注的过低评估。纵向弛豫时间(T1)也是一项重要因素，随着T1时间的延长标记血液的水质子会出现衰减。在3.0T磁共振上标记的水质子较1.5T磁共振的纵向弛豫时间长，标记的水质子有足够的时间到达成像层面从而得到较高信噪比的图像，所以在高场强磁共振上进行PASL成像具有较好的成像效果。标记血液水质子与采集图像之间的时间称为延迟时间，它是减小ATT和T1时间对图像影响的关键因素。较短的延迟时间会导致没有足够的标记血液进入成像层面，而较长的延迟时间则会导致标记血液水质子衰减的增加，从而导致PASL图像的信噪比减低。在本研究中，多相位PASL成像的起始延迟时间为300ms，延迟间隔为250ms，共采用8个延迟时间的采集来获得感兴趣区的动态灌注特征。
　　检测脑的动态灌注特征需要ASL成像技术具有较高的时间分辨率。单激发采集由于每次采集都会填充k空间中心，所以有利于时间分辨率的提高。本研究中多相位PASL成像采用单激发采集提高了时间分辨率，从而可以准确的检测脑灌注信号的动态变化特征。对于脑动脉狭窄的患者，采用单次延迟时间的PASL成像，由于动脉狭窄所导致的标记到达延迟可能会导致过低评估脑灌注，而多相位PASL成像能够较明确地检测脑灌注的延迟，受脑动脉狭窄程度的影响较小。
　　在本研究中单侧大脑中动脉水平段重度狭窄患者狭窄侧感兴趣区有三种类型的时间-信号强度曲线。出现最多的为平台型（8例），这种类型表示感兴趣区内标记血液通过时间的延长。双峰型表示感兴趣区内部分灌注延迟，单峰型峰值信号强度减低表明感兴趣区内的灌注减低。多相位PASL图像上基底节区发现的灌注缺损区，由于没有灌注信号，我们认为此灌注缺损区将不会从临床治疗中获益。多相位PASL图像上可以发现狭窄侧基底节区的灌注延迟。延迟灌注区可能通过合适的临床治疗获得恢复，所以存在灌注延迟的病人可能通过治疗获得较大的益处。这些病例表明同样为大脑中动脉水平段重度狭窄，在供血区的灌注模式上存在较大的变异。通过统计分析表明狭窄侧与正常侧间感兴趣区的峰值信号强度存在明显差异，即使没有明显的梗死灶狭窄侧供血区也会有明显的低灌注。在多相位PASL图像上定量测定峰值信号强度能够敏感地发现异常的脑灌注。狭窄侧常规MR像上未发现明显脑梗死时，多相位PASL图像显示的动态灌注特征能够为MRA成像提供有价值的互补信息，有助于发现卒中高危患者或者虽然存在动脉狭窄但供血区存在足够灌注的患者，有助于有针对性地为患者选择个性化治疗方式。
　　导致缺血性脑血管病的脑动脉狭窄最常见的原因为动脉粥样硬化，其次为栓塞、血管炎、血管痉挛等。血流动力学改变与动脉狭窄程度有关。本研究中轻度狭窄组正常侧和狭窄侧间感兴趣区峰值信号强度有统计学差异，峰值时间无统计学差异，表明轻度狭窄的脑血流没有明显的延迟，仅仅存在血流灌注的下降。中度狭窄组正常侧和狭窄侧间感兴趣区峰值信号强度和峰值时间均有统计学差异，表明中度狭窄的血供延迟而且降低。多相位PASL图像上血流动态信号改变代表了血供的动态变化。轻度狭窄组和中度狭窄组间峰值信号强度变化和峰值时间变化均有统计学差异，表明中度狭窄的血流动力学改变更大。
　　动脉狭窄程度的不同会导致不同的血流动力学改变，中度狭窄较轻度狭窄会产生更大的血流改变。多相位PASL成像是显示脑动脉狭窄时血流动力学改变的一项有确切价值的技术。狭窄动脉的血供特点可以在多相位PASL图像上明确显示，为临床治疗提供更多有价值的信息。总之不同类型的时间-信号强度曲线代表不同的血流动力学改变，多相位PASL成像能够发现脑动脉狭窄患者脑内重要的动态灌注信息。

目录

声明

摘要

符号说明

第一部分 多相位动脉自旋标记成像对大脑中动脉重度狭窄脑灌注动态改变的评估

前言

资料和方法

结果

讨论

附图表

参考文献

第二部分 多相位动脉自旋标记成像脑血流动力学改变与脑动脉轻中度狭窄的相关性分析

前言

资料和方法

结果

讨论

附图表

参考文献

综述 动脉自旋标记脑灌注成像技术的临床应用

致谢

攻读学位期间发表的学术论文目录

学位论文评阅及答辩情况表

论文1

论文2