0 引言

       脑小血管病（cerebral small vessel disease, CSVD）是脑小血管疾病对脑实质影响的病理后果，发病率高、患病人群数量庞大，可导致25%的缺血性卒中，是老年人颅内出血、血管性痴呆发生的主要原因^{[1, 2]}。脑白质高信号（white matter hyperintensities, WMH）是CSVD的核心影像标志物，在普通人群中的总体检出率可达39%~96%^[3]。脑血流量（cerebral blood flow, CBF）作为维持脑组织代谢和功能的基础，与WMH的发生与发展密切相关^[4]。既往研究^{[5, 6]}表明，WMH患者正常白质区域、WMH区域以及远离WMH病变的全脑皮层和皮质下区域的CBF均呈现降低趋势。然而，关于WMH负荷与灰质CBF关联性研究的结论却未达成共识，部分研究^{[6, 7]}证据支持两者存在负相关，但也有研究^[8]指出这种关联在控制混杂因素后减弱甚至消失，其他研究^{[9, 10]}则报道了无关甚至代偿性高灌注的结果。这种不一致性可能源于方法学的异质性，特别是多数研究采用全脑或脑叶等宏观脑区的平均CBF作为分析指标，可能掩盖了WMH与特定灰质脑区之间更为精细的血流动力学关联。

       近年来，动脉自旋标记（arterial spin labeling, ASL）技术凭借无创、可重复性强等优势在脑血管疾病的机制探索与诊断中展现出独特的价值与潜力，为脑灌注研究提供了重要工具^[11]。然而，常规ASL技术通常采用单一标记后延迟（post labeling delay, PLD）时间，测量结果易受个体动脉通过时间（arterial transit time, ATT）变异的影响，当个体ATT长于预设PLD时会造成CBF的低估^[12]。相比之下，多延迟ASL（multidelay ASL, MDASL）技术可整合多个时间点的灌注信号并优化信噪比，不仅能直接测量出对ATT不敏感的CBF，还能额外获取ATT及动脉脑血容量（arterial cerebral blood volume, aCBV）参数，为评估脑灌注状态提供更丰富的信息^{[13, 14]}。研究已证实MDASL测得的CBF值与单光子发射计算机断层成像等方法结果高度一致且具备优异的可重复性^{[15, 16]}。

       基于此，本研究拟采用MDASL结合自动解剖标记图谱3系统分析不同严重程度WMH患者的灰质血流动力学特征，旨在更准确地检测WMH进展中可能存在的血流动力学改变，为理解CSVD相关病理生理机制提供重要证据。

1 材料与方法

1.1 一般资料

       于2022年12月至2023年12月期间在南昌大学第一附属医院招募就诊的WMH患者，纳入标准：（1）年龄35~75岁；（2）头颅MRI提示存在WMH。排除标准：（1）诊断为其他明确病因所致的脱髓鞘改变，如多发性硬化；（2）伴有明确的继发性WMH，如代谢性脑病、感染性脑病等；（3）存在重大结构性脑部病变，如脑肿瘤、脑外伤、脑出血及大面积脑梗；（4）伴有严重系统性疾病，或影像学上可识别的显著大血管病变。对照组纳入标准：（1）年龄35~75岁；（2）头颅MRI未见异常；（3）无严重系统性疾病。排除标准：有明确的神经系统病史，如卒中、癫痫、脑外伤后遗症等。本研究共招募受试者74例，因MRI图像运动伪影排除3例，因临床资料不全排除1例，因合并脑梗死排除1例，因未能完成全部MRI检查排除3例，最终纳入受试者66例。本研究遵守《赫尔辛基宣言》，经南昌大学第一附属医院伦理委员会批准（批准号：2022-122），每位受试者在参与本研究前均签署了书面知情同意书。

1.2 WMH的评估

       采用Fazekas评分系统分别对室周白质和深部白质病变进行评分后再相加计算总分，室周白质病变评分：无病变计0分；帽状或铅笔样薄层病变计1分；病变呈光滑的晕圈计2分；不规则的脑室旁高信号延伸至深部白质计3分。深部白质病变评分：无病变计0分；小的、孤立的点状病灶（直径<5 mm）计1分；点状病灶开始连接成片、形成小的簇状或短线条状计2分；形成大的、不规则的、斑片状或地图样的融合区域计3分。将两部分分数相加计算总分：1~2分为轻度；3~6分为中重度。两名影像科医师（一名住院医师，从事神经影像诊断工作2年；一名副主任医师，从事神经影像诊断工作10年以上）在不了解受试者临床资料的情况下，依据上述标准对所有受试者的MRI图像进行独立评分，采用加权Kappa检验评估两名医师评分的一致性。对于评分不一致的结果，经协商后确定最终评分，最终分为对照组22例、轻度WMH组23例和中重度WMH组21例。

1.3 影像学检查

       所有受检者均在3.0 T磁共振扫描仪（Signa Premier, GE Healthcare, USA）上使用48通道头颅线圈进行采集，扫描时所有受试者全程保持安静并仰卧于扫描床上，使用泡沫固定垫固定头部以减少头部运动，扫描序列包括三维高分辨率T1WI、常规T2WI、T2 FLAIR、DWI和MDASL。

       T1WI扫描参数：重复时间 1900 ms，回波时间3 ms，层厚1 mm，200层矢状位扫描，扫描时间4 min 27 s。T2WI、T2 FLAIR及DWI扫描参数：层厚5 mm，层间距 1.5 mm，层数 19，重复时间、回波时间和扫描时间分别为4000 ms、113 ms、1 min 14 s，8000 ms、79 ms、1 min 38 s，3100 ms、91 ms、1 min 16 s。

       MDASL采用伪连续动脉自旋标记技术，设置7个PLD时间并结合三维螺旋堆叠-分段-快速自旋回波读出，具体参数如下：重复时间9153 ms，回波时间11.4 ms，层厚4.5 mm，层间距1 mm，层数36，扫描时间5 min 42 s，7个PLD时间分别为1000、1360、1720、2080、2440、2800、3160 ms。

1.4 数据处理分析

       在GE AW4.7工作站上使用ReadyView中的Functool工具包对ASL原始数据进行自动化预处理，最终生成每个受试者的ATT定量图和ATT修正后的CBF定量图，aCBV定量图^[14]通过公式 aCBV≈CBF×ATT近似计算得出。

       后续的数据处理及脑区可视化在MATLAB R2023b (MathWorks, Inc.)平台上进行，主要使用了SPM12（http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/software/spm12）工具包及BrainNet Viewer（https://www.nitrc.org/projects/bnv/）工具包。将每个受试者的CBF、ATT及aCBV图配准至其自身的T1结构像空间后，利用T1图像分割得到的形变场将所有功能图像非线性标准化到蒙特利尔神经科学研究所标准空间，基于自动解剖标记图谱3提取预定义脑区的平均CBF、ATT及aCBV值。

1.5 统计学分析

       使用SPSSAU（https://www.spssau.com/）和R软件（版本4.4.2；https://www.r-project.org/）进行统计学分析。计量资料首先进行正态性与方差齐性检验，其中正态性检验采用Shapiro-Wilk检验，方差齐性检验采用Levene检验。符合正态分布的以均数±标准差（x¯±s）表示，组间比较采用单因素方差分析；不符合的以中位数（四分位数间距）[M (Q1, Q3)]表示，组间比较采用Kruskal-Wallis H检验。二分类变量采用卡方检验或Fisher精确检验进行分析。以P<0.05为差异具有统计学意义。

       为校正混杂因素，以WMH分组为自变量，组间差异具有统计学意义的临床资料为协变量，各脑区灌注参数为因变量，进行协方差分析。对各脑区检验P值采用Holm-Bonferroni法进行多重比较校正，对于校正后存在显著差异的脑区，采用Tukey's HSD法进行事后两两比较。以校正后P<0.05为差异具有统计学意义。

2 结果

2.1 评分者间一致性

       两名医师对WMH分级结果评分的一致性良好（加权Kappa=0.948，P<0.001）。

2.2 一般临床资料比较

       三组一般临床资料比较详见表1，结果显示：三组年龄、高血压患病率差异具有统计学意义（P<0.05），其余人口统计学及临床指标，包括性别、受教育年限、身高、体质量、吸烟史、饮酒史、高血糖及高血脂患病率，组间差异均无统计学意义（P>0.05）。

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表1  三组间一般临床资料比较
Tab. 1  Comparison of general clinical data among the three groups

2.3 脑血流动力学参数比较

       三组间比较结果显示：各脑区CBF值和aCBV值差异无统计学意义（P>0.05），ATT值在两个脑区（图1）中差异具有统计学意义，分别为右侧腹侧被盖区（ventral tegmental area, VTA）（F=9.813，P=0.034）和右侧黑质网状部（substantia nigra pars reticulata, SNpr）（F=9.327，P=0.048），具体分布位置详见表2，其余脑区差异无统计学意义（P>0.05）。事后两两比较（图2）显示，ATT延长程度呈梯度性变化：在右侧VTA，中重度WMH组的ATT值高于对照组（t=-4.407，P<0.001）和轻度WMH组（t=-3.065，P=0.009），在右侧SNpr，中重度WMH组的ATT值同样高于对照组（t=-3.664，P=0.001）和轻度WMH组（t=-4.056，P<0.001）。

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图1  ATT存在差异的脑区位置图。ATT：动脉通过时间；VTA：腹侧被盖区；SNpr：黑质网状部。
Fig. 1  Localization of brain regions with altered ATT. ATT: arterial transit time; VTA: ventral tegmental Area; SNpr: substantia nigra pars reticulata.

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图2  不同组别差异脑区的ATT值及调整后秩均值比较。2A：右侧VTA原始ATT值比较；2B：右侧VTA调整后秩均值比较；2C：右侧SNpr原始ATT值比较；2D：右侧SNpr调整后秩均值比较。图中括号上方标注为事后两两比较的P值。ATT：动脉通过时间；VTA：腹侧被盖区；SNpr：黑质网状部；WMH：白质高信号。
Fig. 2  Comparison of ATT values and adjusted rank means for brain regions with significant group differences. 2A: Comparison of raw ATT values for the right VTA; 2B: Comparison of adjusted rank means for the right VTA; 2C: Comparison of raw ATT values for the right SNpr; 2D: Comparison of adjusted rank means for the right SNpr. The P values above the brackets represent the results of post hoc pairwise comparisons. ATT: arterial transit time; VTA: ventral tegmental area; SNpr: substantia nigra pars reticulata; WMH: white matter hyperintensities.

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表2  三组间ATT值有差异的脑区
Tab. 2  Brain regions with differences in ATT values among the three groups

3 讨论

       本研究采用MDASL技术对不同WMH负荷患者的灰质血流动力学状态进行分析。结果显示，不同WMH负荷组的CBF和aCBV总体保持相对稳定，而右侧VTA和右侧SNpr的ATT随着WMH严重程度的增加出现显著延长，提示ATT延长可能先于传统灌注参数的改变，反映了与CSVD相关的血流动力学效率减低。

3.1 CBF值的比较分析

       CBF是量化脑组织灌注水平的直接指标，反映了单位时间内从毛细血管灌注至脑组织的血流量^[17]。荟萃分析^{[18, 19]}表明，与无或轻度WMH相比，中重度WMH患者灰质CBF降低，但这种关联在调整了年龄、性别和血管危险因素后减弱甚至消失，提示CBF降低可能与年龄或痴呆的相关性高于WMH本身。本研究在控制混杂因素后同样未发现WMH负荷与灰质CBF的关联。这可能与代偿性的脑血流重新分配机制有关，大脑具备多种血管调节机制，可通过血管扩张、增加毛细血管开放及调节灌注优先级等途径，在一定阶段内维持局部乃至全脑CBF的相对稳定，随着WMH进展，脑血流的代偿机制将不足以维持全脑灌注的平衡^{[20, 21]}。本研究纳入的WMH患者虽分为轻度和中重度，但主要以轻中度为主，可能正处于灌注平衡阶段，CBF变化不明显。此外，本研究采用MDASL技术，可基于7个PLD拟合个体化ATT，能够有效克服ATT延迟对CBF的影响，所得到的CBF估计值更高，更接近动态磁敏感对比增强成像的测量结果^{[22, 23]}。以往基于单延迟ASL报告的CBF降低可能部分源于ATT延迟造成的假性灌注缺损，理论上，本研究的CBF值能更真实地反映WMH患者脑灌注水平。

3.2 ATT值的比较分析

       ATT定义为血液从标记平面到目标组织的时间，是评估脑灌注效率的重要指标，已逐渐成为反映大、小血管健康的生物标志物^[24]。ATT变异可为血管迂曲度与结构评估提供额外信息^[17]。本研究发现WMH患者右侧VTA和右侧SNpr存在ATT延长，与既往研究^[25]结果类似。ATT的延长与CSVD相关的血流动力学障碍有关，是微血管与大血管病理改变共同作用的结果^{[26, 27]}。需要注意的是，WMH负荷与年龄密切相关，年龄相关的血管老化过程本身亦可影响ATT等灌注参数，在横断面研究中，ATT的改变可能反映了年龄相关血管生理改变与WMH病理改变的共同作用。研究^[28]表明，ATT延长参与WMH的形成且可能具有独立致病作用，尽管ATT在检测血流动力学分期方面还不能完全取代正电子发射断层扫描-氧摄取分数^[29]，但其在检测和筛查血流动力学损害方面具有良好的潜力和临床应用价值，或许可作为反映CSVD血流动力学改变的一项补充性指标。

       本研究的另一个重要发现是ATT的显著延长局限于右侧的VTA和SNpr，这种侧别差异的潜在机制尚不明确。尽管研究^[30]显示大脑左右半球总血供不存在差异，但精细区域的血管结构和调节功能可能存在先天的不对称性，不同半球因功能特化，其神经血管耦合效率可能存在差异。血流动力学延迟亦受到神经活动需求的显著影响，ATT的延长可能反映了与CSVD相关的神经元活动减少，不能排除右侧中脑区域的神经活动模式或血管响应特性在CSVD背景下更易受损^{[31, 32]}。当然，也不排除图像配准或部分容积效应等方法学因素在一定程度上放大了侧别差异，未来应通过更精确的配准和对称性检验来证实。

3.3 aCBV值的比较分析

       aCBV特指分布于动脉血管内的血容量，约占总CBV的20%~30%，受毛细血管前括约肌的直接调节^[33]。WMH的形成与局部微血管改变相关，而非全脑灌注不足，局部脑灌注主要受直径约40~500 μm的脑小动脉和微动脉调节，aCBV作为反映小动脉水平血管容量的指标，是评估脑血管舒缩储备功能的重要参数，对小动脉病变高度敏感^[9]。本研究并未检测到aCBV的显著变化，可能包括以下原因：首先，ATT延长伴随CBF稳定提示局部循环可能通过某种调节机制，如微血管舒张，以适应血流动力学变化，但动脉舒张幅度较小以至于aCBV变化有限，组间差异不显著；其次，本研究为了保证良好的图像信噪比而采用了较大的体素尺寸，由此带来的部分容积效应可能限制了微小差异的检出，未来可采用更高空间分辨率的技术进行验证，以期捕捉更为精细的血流动力学变化^[34]。

3.4 局限性与展望

       本研究存在以下局限性：第一，本研究为横断面设计且样本量相对有限，限制了统计效能，且采用Holm-Bonferroni法进行多重比较校正相对保守，可能降低了对部分存在微弱差异脑区的检出能力，未来研究可进一步扩大样本量并进行纵向验证，或考虑使用如错误发现率等不同校正方法进行对比分析；第二，本研究未能系统获取受试者的血压控制水平，因此未进一步开展基于血压控制状态的分层分析，未来研究可在更大样本中对此进行系统评估；第三，本研究仅针对MDASL序列进行分析，未纳入认知评估等临床评分，未来可整合多模态影像技术与更精细的神经行为学量表，共同探讨WMH患者在不同疾病阶段的形态结构与血流动力学变化特征；第四，基于自动解剖标记图谱3的脑区分析虽然客观，但可能忽略了脑区内部的异质性，未来结合基于体素的分析方法可能会提供更精细的空间信息；第五，ASL图像的固有空间分辨率及信噪比较差^[35]，为了确保结果的可靠性，部分容积效应难以避免，未来可结合更高场强的7 T MRI或先进的部分容积校正算法提高测量的准确性。

4 结论

       随着WMH负荷增加，灰质区域的血流动力学变化并非简单的灌注下降，而是一个更为复杂的动态过程。本研究发现，ATT的延长可能早于并独立于CBF与aCBV的改变，这或许可以作为CSVD血流动力学评价的补充指标。