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技术研究
增强型动脉自旋标记与三维动脉自旋标记脑血流量测量的一致性研究
于秀英 罗煜岐 何荣杉 龚项雨 孟刚 韩广

Cite this article as YU X Y, LUO Y Q, HE R S, et al. Consistency study of cerebral blood flow measurements between enhanced arterial spin labeling and three-dimensional arterial spin labeling[J]. Chin J Magn Reson Imaging, 2026, 17(8): 107-114.本文引用格式 于秀英, 罗煜岐, 何荣杉, 等. 增强型动脉自旋标记与三维动脉自旋标记脑血流量测量的一致性研究[J]. 磁共振成像, 2026, 17(8): 107-114. DOI:10.12015/issn.1674-8034.2026.08.011.


[摘要] 目的 探讨增强型动脉自旋标记(enhanced arterial spin labeling, eASL)与三维动脉自旋标记(three-dimensional arterial spin labeling, 3D-ASL)在不同脑区脑血流量(cerebral blood flow, CBF)测量的一致性。材料与方法 于2024年3月至2025年3月招募30例健康志愿者,其中男11例,女19例,年龄为15~39(23±7)岁。所有受试者在同一GE Discovery MR750 3.0 T扫描仪上分别进行eASL(TR 9584 ms,PLD:1.000、1.361、1.739、2.141、2.577、3.067、3.658 s)和3D-ASL(TR 4308 ms,PLD:1.025、2.025 s)扫描。ASL图像经头动校正与空间配准等预处理后,采用动力学模型对多延迟采样信号拟合,生成CBF伪彩图。对比分析eASL和3D-ASL在各脑叶、深部核团、深穿支动脉供血区、小脑等脑解剖亚区的CBF值,以及相对同侧大脑、小脑差异指数的差异。研究采用SPSS Statistics 27.0软件进行统计分析。以Kolmogorov-Smirnov检验判断计量资料分布,以Levene检验判断方差齐性,行配对样本t检验或Wilcoxon符号秩和检验。统计结果经FDR校正,并以Bland-Altman分析评估两种技术的一致性,计算组内相关系数(intra-class correlation coefficient, ICC)。结果 在54个脑区中,对48组脑区行配对样本t检验,对6组脑区行Wilcoxon符号秩和检验。在0.05水平下,有48.15%(26/54)的脑区差异具有统计学意义(P值均<0.05)。在大脑皮质及小脑区域,eASL测得的CBF值更高;但在部分深部核团呈相反态势。动脉到达时间(arterial transit time, ATT)量化分析显示,脑区ATT呈显著分层特征:皮层及小脑区域ATT较长(1.30~1.45 s),深部核团及深穿支区域ATT较短(1.05~1.20 s)。Bland-Altman分析显示两种技术测量全部脑区CBF值的平均差值为3.57 mL/(100 g·min),ICC(A,1)为0.63,呈中等一致性,但个体水平差异较大。结论 eASL与3D-ASL脑血流灌注测量存在显著脑区依赖性差异。脑内ATT呈典型区域性分层分布。临床脑灌注定量评估需重视两种ASL序列的脑区测量差异,合理优选扫描方案,提升脑血流动力学评价准确性。
[Abstract] Objective To evaluate the consistency of cerebral blood flow (CBF) measurements between enhanced arterial spin labeling (eASL) and three-dimensional arterial spin labeling (3D-ASL) in different brain regions.Materials and Methods Thirty healthy volunteers (11 males, 19 females; mean age ± SD: 23 ± 7 years) were recruited between March 2024 and March 2025. All participants underwent both eASL (TR 9584 ms, with multiple post-labeling delays of 1.000, 1.361, 1.739, 2.141, 2.577, 3.067, and 3.658 s) and 3D-ASL (TR 4308 ms,PLD: 1.025 s, 2.025 s) scanning on a 3.0 T MR scanner. After head motion correction, spatial registration, and other preprocessing steps, a kinetic model was applied to the multi-delay eASL data to generate quantitative CBF maps. CBF values from 54 anatomical subregions, including cerebral lobes, deep nuclei, deep perforating artery territories, cerebellum, and others, were extracted and compared between the two techniques. The relative difference indices (normalized to the ipsilateral cerebrum and cerebellum, respectively) were also calculated. Statistical analyses were performed using SPSS Statistics 27.0. The Kolmogorov-Smirnov test was used to assess the normality of data distribution, and Levene's test was used to assess homogeneity of variances. Paired t-tests or Wilcoxon signed-rank tests were performed accordingly. All statistical results were corrected using FDR. Bland-Altman analysis was used to evaluate the agreement between the two techniques, and intra-class correlation coefficients (ICC) were calculated.Results Among the 54 brain regions, paired t-tests were performed on 48 regions, and Wilcoxon signed-rank tests were performed on the remaining 6 regions. Significant differences in CBF values were observed in 48.15% (26/54) of brain regions (P < 0.05). eASL yielded significantly higher CBF values in the cerebral cortex and cerebellum compared to 3D-ASL. Conversely, in some deep nuclei, eASL yielded lower CBF values than 3D-ASL. Analysis of arterial transit time (ATT) revealed a clear stratification: cortical and cerebellar regions had longer ATTs (1.30 to 1.45 s), whereas deep nuclei and deep perforating territories had shorter ATTs (1.05 to 1.20 s). Bland-Altman analysis indicated a mean CBF difference of 3.57 mL/(100 g·min) across all regions, with an ICC(A,1) of 0.63, indicating moderate agreement but notable inter-individual variability.Conclusions There are significant region-dependent differences in cerebral blood flow perfusion measurements between eASL and 3D-ASL. The ATT of intracerebral arteries exhibits a typical regional layered distribution. In clinical quantitative assessment of cerebral perfusion, attention should be paid to the regional measurement differences between the two ASL sequences, and scanning protocols should be optimized to improve the accuracy of cerebral hemodynamic evaluation.
[关键词] 增强型动脉自旋标记;三维动脉自旋标记;脑血流量;动脉到达时间;磁共振成像
[Keywords] enhanced arterial spin labeling;3D arterial spin labeling;cerebral blood flow;arterial transit time;magnetic resonance imaging

于秀英 1   罗煜岐 2   何荣杉 3   龚项雨 3   孟刚 3*   韩广 1*  

1 山东省临沂市中医医院医学影像科,临沂 276000

2 首都医科大学附属北京天坛医院放射科,北京 100070

3 安影科技(北京)有限公司,北京 102600

通信作者:孟刚,E-mail: menggang@an-image.cn 韩广,E-mail: 13518694681@163.com

作者贡献声明::于秀英采集、分析解释数据,起草和撰写稿件,对稿件重要内容进行了修改;罗煜岐获取、分析解释数据,对稿件重要内容进行了修改;何荣杉数据分析、统计,初稿撰写,对稿件重要内容进行了修改;龚项雨进行图像后处理,数据分析,对稿件重要内容进行了修改;孟刚、韩广设计研究方案,对稿件重要内容进行了修改;韩广获得山东省医药卫生科技项目资助;于秀英获得临沂市重点研发计划项目资助。全体作者都同意发表最后的修改稿,同意对本研究的所有方面负责,确保本研究的准确性和诚信。


基金项目: 山东省医药卫生科技项目 202509010790 临沂市重点研发计划项目 2025YX0028
收稿日期:2026-01-27
接受日期:2026-07-13
中图分类号:R445.2  R743 
文献标识码:A
DOI: 10.12015/issn.1674-8034.2026.08.011
本文引用格式 于秀英, 罗煜岐, 何荣杉, 等. 增强型动脉自旋标记与三维动脉自旋标记脑血流量测量的一致性研究[J]. 磁共振成像, 2026, 17(8): 107-114. DOI:10.12015/issn.1674-8034.2026.08.011.

0 引言

       脑血流量(cerebral blood flow, CBF)是维持神经细胞正常生理活动及能量代谢的基础,反映大脑的供血情况,其精准测量对中枢神经系统疾病的早期诊断、病理机制研究及疗效评估具有不可替代的价值[1]。动脉自旋标记(arterial spin labeling, ASL)技术作为无创的磁共振灌注成像方法,以动脉血中水分子作为内源性对比剂[2],避免了动态磁敏感对比增强灌注加权成像(dynamic susceptibility contrast enhanced perfusion weighted imaging, DSC PWI)[3]外源性对比剂受血管渗透压影响的局限性,已成为临床及科研中脑灌注评估的重要手段。

       随着磁共振成像技术的发展,临床与科研中应用的ASL扫描序列种类不断丰富,不同序列在标记模式、采样策略、标记后延迟时间设置等方面存在显著技术差异,各类ASL序列在CBF测量中的一致性问题,始终是临床实践与技术推广中关注的核心问题[4, 5]

       三维动脉自旋标记(three-dimensional arterial spin labeling, 3D-ASL)是第二版ASL国际专家共识指南[4, 6]推荐使用的ASL序列。既往研究表明[7, 8, 9, 10],3D-ASL技术已在多种生理与病理条件下得到广泛验证,其定量CBF的可靠性及临床适用性获得公认。增强型动脉自旋标记(enhanced arterial spin labeling, eASL)[11]技术通过多个标记后延迟时间(post labeling delay, PLD)采样策略,以期在急性缺血性脑卒中及烟雾病等血管性病变中解决ASL指南[4]提出的传统ASL技术因PLD选择受限而存在的CBF系统低估问题,理论上在慢血流捕获和动脉到达时间(arterial transit time, ATT)估算方面具备技术优势[12]。从成像机制上看,eASL采用Hadamard编码策略,基于Hadamard矩阵对标记脉冲进行正交编码组合,在单次扫描中同时采集多个PLD,显著提升了时间分辨率与采集效率;同时结合螺旋k空间采集,以螺旋轨迹填充k空间,在保证高空间分辨率的前提下缩短采集时间并增强对运动伪影的鲁棒性。编码与采集策略的协同作用,构成了eASL在复杂血流场景中应用的技术基础,然而其实际使用效果与3D-ASL的一致性尚未得到验证。

       本研究以第二版ASL国际专家共识指南推荐的3D-ASL为对比,选择同一台3.0 T磁共振扫描仪,以健康人群为研究对象,评估eASL与3D-ASL在54个脑解剖亚区CBF测量的一致性及脑区依赖性差异,以期为这两种ASL扫描序列在中枢神经系统疾病中的应用提供更为可靠的参考依据。

1 材料与方法

1.1 研究设计

       本研究为一项前瞻性、自身配对的序列对比研究。所有受试者在单次磁共振成像扫描中,依次完成3D-ASL与eASL序列的采集,并以其自身作为对照进行序列间比较。样本量估算采用配对t检验,根据预实验结果,设定标准化效应量d=0.65,设定检验水准α=0.05(双侧),检验效能1-β=0.8。利用R 4.5.3的pwr包计算得出所需样本量为20.58,考虑可能的数据脱落或无效病例等,最终计划纳入30例受试者。

1.2 研究对象

       于2024年3月至2025年3月前瞻性地在临沂市中医医院内招募30例健康志愿者。

       纳入标准:(1)年龄40岁以下;(2)无高血压、糖尿病等疾病的病史;(3)既往无神经系统疾病病史,体检无阳性神经系统体征;(4)认知功能正常,蒙特利尔认知评估得分≥26分(满分30分),MoCA- A北京版7.1;汉密尔顿焦虑量表评估得分<7分(满分56分),14条目中文版。

       排除标准:(1)其他脑部疾病(卒中、肿瘤、创伤等);(2)严重精神疾病或药物滥用史;(3)磁共振成像禁忌证。

       本研究遵守《赫尔辛基宣言》,经临沂市中医医院医学伦理委员会批准(批准文号:20240173),全体受试者均签署了知情同意书(未成年人其知情同意书由监护人及本人同意后签署)。

1.3 扫描方法

       于临沂市中医医院对志愿者使用同一台3.0 T磁共振扫描仪(美国GE公司生产的Discovery MR750)及其配套的 8通道高分辨颅脑线圈进行扫描。在同一次扫描中,为每位受试者采集以下序列:轴位T1加权成像(T1-weighted imaging, T1WI):TR 7.524 ms,TE 3.16 ms,层厚1.23 mm;3D-ASL序列(准连续式动脉自旋标记,pCASL):TR 4308 ms,TE 10.56 ms,层厚4 mm,层数60,标记持续时间(labeling duration, LD)=1.5 s,PLD=1.025、2.025 s(两次独立扫描),采用全脑式背景抑制模块,采用2个饱和脉冲实施非特异性组织信号的预抑制,采集时间为3 min 20 s;eASL序列(增强型准连续式动脉自旋标记,e-pCASL):TR 9584 ms,TE 11.384 ms,层厚4.5 mm,层数24,LD=1.5 s,PLD 1~7=1.000、1.361、1.739、2.141、2.577、3.067、3.658 s(一次扫描7个PLD),采用背景抑制(抑制脉冲数4次),采集时间为4 min 41 s。两种序列的扫描参数设置与操作流程均严格遵循《ASL-MRI技术规范化应用专家共识》[6]及国际磁共振医学学会(International Society for Magnetic Resonance in Medicine, ISMRM)灌注研究组发布的多时间点ASL指南[13]的相关推荐。

1.4 图像后处理

       技术员将采集的ASL图像均导入Cereflow脑灌注后处理软件[安影科技(北京)有限公司]进行全自动标准化处理。该软件自动完成头动校正,排除头部运动过度的受试者(位移>3 mm或旋转>3°);空间配准至MNI152标准脑模板空间,并采用动力学模型对采样信号拟合,生成CBF伪彩图,基于标准模板的自动分割提取感兴趣区域的灌注参数值以供分析。技术员负责数据的导出与导入,不参与图像的定量判读。由两名经验丰富的影像工作者(从事医学影像工作32年,主任技师,具有执业医师证书;从事医学影像工作23年,副主任医师)负责图像判读。阅片者对受试者的所有临床信息(年龄、性别等)均不知情,独立完成图像判读,如果意见存在分歧,由高年资阅片者进行最终判定。两名阅片者的结果采用组内相关系数进行一致性检验。

       对于3D-ASL,两个PLD分别独立采集,生成两幅独立的CBF图。软件采用体素级最大值融合策略获得用于比较的单一CBF值;对于eASL,其多PLD数据经动力学模型拟合后生成单一CBF图。比较eASL和3D-ASL在各脑叶、深部核团、深穿支动脉供血区及小脑等54个脑解剖亚区的CBF参数差异,以及同侧大脑、小脑差异指数的区别。脑区划分基于AAL3图谱(由蒙特利尔神经研究所发布)[14]和动脉供血区图谱[15, 16]

1.5 统计学分析

       采用SPSS Statistics 27.0软件进行统计分析。先以Kolmogorov-Smirnov检验判断计量资料分布,行Levene检验判断方差齐性。正态分布且方差齐组以均数±标准差表示,行配对样本t检验;非正态分布组或方差不齐组以中位数(上下四分位数)表示,行Wilcoxon符号秩和检验。为控制多重比较带来的Ⅰ类错误,对54个脑区的统计结果结合Benjamini-Hochberg(BH)法进行错误发现率(false discovery rate, FDR)校正,校正后P<0.05视为有统计学意义。采用Bland-Altman分析评估两种技术的一致性,并计算组内相关系数(intra-class correlation coefficient, ICC)[ICC范围:0.50~0.75,双向随机模型,绝对一致性,即ICC(A,1)]评估可靠性。检验水准α=0.05。对中动脉深穿支(右)及前动脉深穿支(右)的ASL灌注值进行配对t检验,结合BH法进行FDR校正。采用差异指数评估组间差异程度,0.2≤|差异指数|<0.3提示存在统计学差异,|差异指数|≥0.3提示存在显著统计学差异。

2 结果

2.1 一般资料

       30例健康志愿者,其中男11例(36.7%),女19例(63.3%),年龄15~39(23±7)岁。

2.2 阅片一致性分析

       两名阅片者CBF值ICC=0.875,95%置信区间为(0.681~0.957),一致性良好。

2.3 差异性检验

       在54个脑区中,对48组脑区行配对样本t检验,对6组脑区行Wilcoxon符号秩和检验。结果显示,有48.15%(26/54)的脑区差异具有统计学意义(P<0.05);在大脑皮质及脑叶区域,eASL测得的CBF值更高,差异具有统计学意义(P<0.05)(表1)。在动脉供血区域,双侧前、中、后动脉脑膜支、中动脉深穿支右eASL高于3D-ASL,差异具有统计学意义(P<0.05)(表2)。在海马及深部核团区域,杏仁核左、伏隔核左eASL高于3D-ASL(P<0.05),差异具有统计学意义(P<0.05);在豆状核右、壳核右、黑质网状部左,eASL低于3D-ASL,差异亦具有统计学意义(P<0.05)(表3)。

表1  皮层及脑叶处的eASL和3D-ASL CBF差异性检验
Tab. 1  Comparison of CBF between eASL and 3D-ASL in cortical and lobar regions
表2  动脉供血区的eASL和3D-ASL CBF差异性检验
Tab. 2  Comparison of CBF between eASL and 3D-ASL in arterial territories
表3  海马及深部核团的eASL和3D-ASL CBF差异性检验
Tab. 3  Comparison of CBF between eASL and 3D-ASL in hippocampal and deep nuclear regions

2.4 差异指数分析

       对比两类技术相对同侧大脑及小脑的差异指数发现,在脑叶区域,两种技术相对大脑、小脑差异指数绝对值普遍低于0.1(表4)。在动脉供血区中,对于脉络膜前动脉,eASL的相对大脑差异指数(左0.435 7,右0.428 9)远超3D-ASL的结果(左0.271 2,右0.271 5),其相对小脑差异指数(左0.365 0,右0.382 9)也高于3D-ASL(左0.166 0,右0.163 1)(表5)。同样,在中动脉深穿支,eASL的相对大脑差异指数(左0.416 1,右0.422 9)接近3D-ASL(左0.224 6,右0.206 7)的两倍。eASL序列在深部核团相对大脑差异指数多数≥0.3(表6),而3D-ASL的结果则多处于0.2~0.3的临界区间或以下(表6)。

表4  相对同侧大脑、小脑及左右两侧的差异指数表(脑叶)
Tab. 4  Difference indices relative to the ipsilateral cerebrum, cerebellum, and left-right sides (cerebral lobes)
表5  相对同侧大脑、小脑及左右两侧的差异指数表(动脉供血区)
Tab. 5  Difference indices of ipsilateral cerebrum, cerebellum and bilateral sides (arterial supply territories)
表6  相对同侧大脑、小脑及左右两侧的差异指数表(海马及深部核团)
Tab. 6  Difference indices of ipsilateral cerebrum, cerebellum and bilateral sides (hippocampus and deep nuclei)

2.5 整体一致性分析

       结果显示,eASL与3D-ASL在全部脑区的一致性,基于1620个数据点(54个脑区×30名受试者),两种技术的平均差值为3.57 mL/(100 g·min)[eASL均值:57.67 mL/(100 g·min);3D-ASL均值:54.10 mL/(100 g·min)],差值的标准差为11.66 mL/(100 g·min),差值均值的95%置信区间为3.00~4.14 mL/(100 g·min),95%一致性界限(limits of agreement, LoA)为-19.29~26.43 mL/(100 g·min)。ICC(A,1)值为0.63,表明两种方法间存在中等一致性(ICC范围:0.5~0.75)(图1)。

图1  eASL与3D-ASL测量全部脑区CBF的Bland-Altman一致性分析图。该图基于1620个数据点(54个脑区×30名受试者)。中央实线表示平均差值[3.57 mL/(100 g·min)],上下两条虚线表示95% LoA [-19.29~26.43 mL/(100 g·min)]。散点分布范围较宽,表明两种方法在个体脑区水平的一致性存在显著差异。CBF:脑血流量;eASL:增强型动脉自旋标记;3D-ASL:三维动脉自旋标记;LoA:一致性界限;Bland-Altman:布兰德-奥特曼法。
Fig. 1  Bland-Altman plot for agreement analysis of CBF measurements between eASL and 3D-ASL across all brain regions.The plot is based on 1620 data points (54 brain regions × 30 subjects). The central solid line represents the mean difference [3.57 mL/(100 g·min)], and the upper and lower dashed lines represent the 95% LoA [-19.29 to 26.43 mL/(100 g·min)]. The wide scatter of points indicates substantial variability in agreement between the two methods at the individual brain region level. CBF: cerebral blood flow; eASL: enhanced arterial spin labeling; 3D-ASL: three-dimensional arterial spin labeling; LoA: limits of agreement.

2.6 ATT量化结果

       基于eASL的多PLD数据,对30名受试者54个脑区的ATT进行量化分析。结果显示,各脑区ATT呈现显著的分层特征(图2)。以大脑皮层及小脑为代表的区域(如枕叶、顶叶、小脑等)ATT最长,均值位于1.30~1.45 s;而以深部核团及深穿支供血区为代表的区域(如壳核、苍白球、中动脉深穿支等)ATT最短,均值位于1.05~1.20 s。

图2  不同脑区动脉到达时间(ATT)的分布特征,展示了各脑区ATT均值的排序结果及离散程度(均值±标准差)。纵轴按ATT均值由低到高依次排列各脑区,横轴表示ATT值(单位:s)。图中数据点代表各脑区的均值,误差线对应标准差。
Fig. 2  Distribution characteristics of arterial transit time (ATT) in different brain regions, showing the ranking results and dispersion of ATT mean values in each brain region (mean ± standard deviation). The vertical axis arranges the brain regions from low to high according to the ATT mean value, and the horizontal axis represents the ATT value (unit: second). The data points in the figure represent the mean value of each brain region, and the error bars represent the standard deviation.

2.7 视觉对比

       为直观展示eASL与3D-ASL在CBF测量上的差异,对同一志愿者的CBF伪彩图进行视觉对比。如图3所示,在完全相同的解剖层面下,eASL序列(图3A)在大脑皮质区域所呈现的暖色调范围与强度均高于3D-ASL序列(图3B)。所有图像的色标范围均设置为0~150 mL/(100 g·min),保证了视觉对比的一致性。

图3  同一健康志愿者脑轴位eASL与3D ASL序列CBF伪彩图。3A:eASL(7 PLD);3B:3D ASL(2 PLD);3C:3D ASL(PLD=1.025 s);3D:3D ASL(PLD=2.025 s)。颜色代表CBF值[单位:mL/(100 g·min)],暖色调(如红、黄)表示高灌注,冷色调(如蓝、绿)表示低灌注。色标范围均为0~150 mL/(100 g·min)。eASL:增强型动脉自旋标记;3D-ASL:三维动脉自旋标记;CBF:脑血流量;PLD为标记后延迟时间。
Fig. 3  Axial cerebral CBF pseudo-color maps of the same healthy volunteer acquired with eASL and 3D ASL sequences. 3A: eASL (7 PLD); 3B: 3D ASL (2 PLD); 3C: 3D ASL (PLD = 1.025 s); 3D: 3D ASL (PLD = 2.025 s). Color scale represents CBF values [unit: mL/(100 g·min)], with warm colors (red, yellow) indicating high perfusion and cold colors (blue, green) indicating low perfusion. The color scale range is uniformly set to 0 to 150 mL/(100 g·min) for all maps. eASL: enhanced arterial spin labeling; 3D-ASL: three-dimensional arterial spin labeling; CBF: cerebral blood flow; PLD: post-labeling delay.

3 讨论

       本研究采用自身配对设计,用eASL与3D-ASL技术,对健康受试者54个脑解剖亚区的CBF进行分析,对比eASL与3D-ASL成像差异。研究结果显示,eASL在7个动脉供血区及大脑皮层、小脑、左侧伏隔核、左侧杏仁核区域CBF测量值高于3D-ASL,在5个深穿支动脉供血区及右侧豆状核、右侧壳核、左侧黑质网状部CBF测量值eASL低于3D-ASL。目前国内外鲜有针对全脑精细解剖亚区开展两种ASL序列对比的研究,本研究为国内首次从54个脑分区层面系统揭示eASL与3D-ASL脑灌注测量差异规律,明确不同脑区序列适配特征,弥补了既往整体研究不够精细化的不足。本研究选取健康青年人群,排除各类病理因素干扰,可真实反映两种序列本身的技术成像差异,建立可靠正常灌注基线,具有重要基础影像学价值,为临床合理应用提供了实践指导。临床应用中应遵循优势区域优先,短板区域谨慎的原则。大脑皮层、小脑区域病变如皮质梗死、病毒性脑炎、小脑缺血、癫痫等,可优先选用eASL序列,提升灌注诊断准确性;腔隙性梗死、基底节区病变、帕金森病等深穿支供血区及深部核团病灶,临床可联合eASL的CBF与ATT参数[17],或与3D-ASL结果交叉印证,减少系统测量误差。

3.1 eASL与3D-ASL脑血流灌注脑区差异的机制

       本研究结果显示,在54个脑区中,有48.15%(26/54)的脑区差异具有统计学意义(P值均<0.05)。eASL与3D-ASL脑血流灌注测量存在显著脑区依赖性差异。相较于3D-ASL,eASL在7个动脉供血区及大脑皮层、小脑、左侧伏隔核、左侧杏仁核区域CBF测量值更高;在5个深穿支动脉供血区及右侧豆状核、右侧壳核、左侧黑质网状部CBF测量值eASL低于3D-ASL;在脉络膜前动脉、大脑中动脉深穿支及深部核团区域差异指数显著升高;脑内ATT呈典型区域性分层分布[13, 18],皮层、小脑区域ATT较长,深部核团与深穿支供血区ATT较短。该结果为序列间灌注差异提供了直接的血流动力学解释。既往研究[19]已明确,脑血流量定量准确性高度依赖ATT与PLD的匹配程度,这也是eASL与3D-ASL产生脑区依赖性灌注差异的核心机制。已有研究证实[20, 21, 22, 23, 24, 25],PLD对CBF的调控效应具有显著脑区特异性,且同时受年龄、性别等因素双重影响,在急性缺血性卒中患者中,PLD选择偏差可直接造成CBF测量高估或低估,进一步印证PLD合理设定对脑灌注定量的关键作用。

       本研究eASL采用1.000~3.658 s多PLD采样策略,结合Hadamard编码技术[26],在临床可接受的扫描时长内采集多延迟时间点灌注信号,适应不同脑区ATT的变化,因此在7个动脉供血区及大脑皮层、小脑、左侧伏隔核、左侧杏仁核区域等慢血流、长ATT区域,eASL测得CBF值更高,可能与多PLD策略更好地匹配长ATT有关。改善了因ATT个体差异、PLD匹配不当引发的CBF定量偏差。目前,多PLD采样的技术优势已在多种多延迟ASL序列中得到验证,时间编码ASL凭借多PLD设计,在阿尔茨海默病连续体中展现出更高的早期血流变化检出敏感性[27];血管编码ASL通过优化编码方案与标记参数,提升了Willis环上方复杂血管区域的解码稳定性[28];螺旋采集技术在烟雾病MRA成像中缩短扫描时间同时提升远端血管可视化的表现,也与eASL采用螺旋k空间采集实现加速成像的技术思路一致[29]。时间编码ASL、血管编码ASL虽与eASL在标记模式、采集方案上存在差异,但均证实多PLD策略是提升脑灌注评估准确性的核心手段,本研究结果与之相互印证,进一步证实结论可靠性。

       本研究发现eASL在深部核团及深穿支供血区CBF量化存在异质性,在5个穿支动脉供血区及右侧豆状核、右侧壳核、左侧黑质网状部CBF测量值eASL低于3D-ASL,这一差异可能源于穿支动脉供血区血流速度较快且血管结构迂曲,3D-ASL的笛卡尔采集在高速血流条件下保持了更好的信号稳定性[29];eASL的螺旋采集对深部核团及深穿支供血区CBF量化存在异质性,可能与技术敏感性有关,比如:信噪比、T1弛豫效应等,具体机制需进一步研究验证。

       本研究中28个无显著差异的深部脑区,两种技术表现出一致性,表明该区域血流动力学稳定、血管结构变异小,具备更强的量化稳健性,同时该区域磁敏感伪影相对较少,且受脑脊液部分容积效应的影响较小,对采集技术差异的敏感性较低。这一特征在定量磁化率标测对深灰质的临床研究中[30]也得到印证,该研究指出,深灰质固有磁化率特性使得磁敏感伪影干扰较弱,且该区域对成像技术相关的检测差异敏感性较低,定量磁化率标测对深灰质磁化率变化的检测敏感性主要受技术管道配置影响,而非区域本身的结构或磁化率波动,进一步佐证了深部脑区对采集技术差异敏感性低的特点。

3.2 eASL与3D-ASL技术成像差异

       本研究对比两种技术相对同侧大脑及小脑的差异指数发现,在脑叶区域两种技术相对大脑、小脑差异指数绝对值普遍低于0.1。然而在动脉供血区中,对于脉络膜前动脉,eASL的相对大脑差异指数远超3D-ASL的结果,其相对小脑差异指数也高于3D-ASL。同样,在中动脉深穿支,eASL的相对大脑差异指数接近3D-ASL的两倍。eASL序列在深部核团差异指数多数≥0.3。采用绝对值差异指数评估组间一致性差异程度:0.2≤|差异指数|<0.3提示存在统计学差异,表示两组数据存在偏差、一致性一般,差异幅度中等,离散程度偏小,组间区别相对有限。|差异指数|≥0.3提示存在显著统计学差异,组间偏差幅度较大,数据一致性较差,差异稳定性高、随机误差影响小,组间本质区别明显,临床与统计学意义更强。

       本结果表明,eASL与3D-ASL两种方法间存在中等一致性。尽管整体一致性中等,但Bland-Altman图显示较宽的LoA,提示在个体脑区水平存在显著差异,与脑区依赖性差异的结果一致。LoA反映的是个体水平上两种方法的可互换性,LoA宽度(即上下限之差)越窄,表明两种方法对同一受试者的测量结果越接近,互换性越好。本研究LoA宽度约45.72 mL/(100 g·min),宽度接近正常值的80%。意味着对于同一受试者的同一脑区,两种技术测量结果的差值可能达到正常CBF值的大半,但不宜直接比较两种技术的绝对CBF值。

       在一致性评估方式上,本研究不仅通过统计学检验明确了两种技术的差异,还引入相对差异指数从效应量层面量化了测量偏差,同时结合Bland-Altman分析和ICC值评估了整体一致性,增强了研究结果的可靠性。

       本研究通过差异指数分析发现,相较于3D-ASL,eASL同侧大脑差异指数增高、变异度扩大,存在误判生理性血流变化、增加临床假阳性风险的可能,提示eASL在PLD优化、背景抑制、定量算法及分区校准等环节仍需进一步完善。同时,eASL依托螺旋k空间采集加速技术实现多时间点信号采集,使其在k空间填充、信号稳定性等方面与3D-ASL存在本质差异[29]。本研究由于设备限制,两种技术的标记效率、背景抑制脉冲数、PLD设置不同,这些差异可能会导致CBF系统偏差[9, 12, 18, 24, 31];此外,本研究所有图像均采用全自动软件完成定量分析,但由于两种技术在图像对比度、解剖配准等存在差异,全自动算法对不同图像的边界识别,参数计算可能存在测量偏倚与潜在混杂因素。3D-ASL采用1.025 s、2.025 s双PLD体素最大值融合得到单一CBF用于对照,逐体素取峰值会优先选取偏高的组织峰值,因此,该算法易造成CBF系统性高估;eASL多PLD数据经动力学模型拟合后生成单一CBF图[32],数学剔除动脉污染,严格遵循ASL灌注生理机制。两种算法量化原理不同,为本研究方法学局限。先前研究[33, 34]已验证了基于G0系数的权重M0在3D-ASL中的可靠性,而本结果进一步揭示了成像序列设计本身(即eASL与3D-ASL技术差异)对最终量化得到的CBF值具有的影响。

       eASL与3D-ASL的脑区依赖性灌注差异,是PLD匹配度、ATT区域异质性、序列技术设计等多因素共同作用的结果。本研究通过精细化脑区分区分析,明确了两种序列的应用优势与局限,临床开展脑灌注定量评估时,需结合靶脑区、患者血流动力学特点合理优选扫描方案,提升脑血流动力学评价精准度。

3.3 研究的局限性

       本研究仍存在一定的局限性。第一,样本量相对较小且受试者仅限于健康青年人群,未覆盖儿童、中老年群体及疾病人群,未对不同年龄阶段进行分层分析,也未探究年龄、性别等因素的影响,因此本研究结果在其他人群中的适用性仍需进一步验证。第二,本研究仅在同一台GE磁共振扫描仪上开展,未在其他品牌、型号的磁共振设备上进行验证,缺乏多中心、多设备的外部验证,因此研究结果的外推性有限。第三,本研究为横断面研究,未开展纵向的重复性验证,未使用其他统计方法对研究结论进行综合验证,结论的稳健性有待进一步检验。

4 结论

       综上所述,本研究表明eASL与3D-ASL脑血流灌注测量存在显著脑区依赖性差异。脑内ATT呈典型区域性分层分布。临床脑灌注定量评估需重视两种ASL序列的脑区测量差异,合理优选扫描方案,提升脑血流动力学评价准确性。

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