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临床研究
多延迟动脉自旋标记技术在评估后循环缺血性脑卒中患者流域性灌注损伤中的价值
张宇婷 阮奥 李璐璐 尚松安 仇安琪 植涛 张洪英 陈蓓蕾 叶靖

Cite this article as: ZHANG Y T, RUAN A, LI L L, et al. Value of multi-delay arterial spin labeling in evaluating territorial perfusion injury in patients with posterior circulation ischemic stroke[J]. Chin J Magn Reson Imaging, 2026, 17(9): 84-91.本文引用格式:张宇婷, 阮奥, 李璐璐, 等. 多延迟动脉自旋标记技术在评估后循环缺血性脑卒中患者流域性灌注损伤中的价值[J]. 磁共振成像, 2026, 17(9): 84-91. DOI:10.12015/issn.1674-8034.2026.09.012.


[摘要] 目的 探讨多延迟动脉自旋标记(multi-delay arterial spin labeling, m-ASL)技术评估后循环缺血性脑卒中(posterior circulation ischemic stroke, PCIS)患者流域性灌注损伤的价值。材料与方法 前瞻性纳入54例PCIS患者[大脑后动脉(posterior cerebral artery, PCA)组29例,椎-基底动脉(vertebrobasilar artery, VBA)组25例]和27例健康对照(healthy control, HC)。所有受试者均接受单延迟动脉自旋标记(single-delay ASL, s-ASL)和m-ASL扫描序列。通过后处理软件获取CBF2000、校正后的CBF(corrected cerebral blood flow, cCBF)、动脉通过时间(arterial transit time, ATT)和动脉脑血容量(arterial cerebral blood volume, aCBV)等参数。利用独立样本t检验比较PCIS患者健侧与HC组各参数的差异,配对样本t检验比较HC组和PCIS患者s-ASL与m-ASL成像CBF的差异以及PCIS患者梗死灶与镜像侧各参数的差异。结果 m-ASL测得后循环的CBF值高于s-ASL(P<0.05)。在PCA和VBA流域,患者健侧较HC组cCBF均降低(P<0.05),ATT均延长(P<0.05)。PCA和VBA组患者梗死灶较镜像侧CBF2000、cCBF和aCBV均降低(P<0.05),ATT组间差异无统计学意义。PCA组m-ASL的ΔCBF高于s-ASL(P<0.05),VBA组两者的ΔCBF差异无统计学意义。结论 m-ASL技术能够校正s-ASL对CBF的低估以及提供多个灌注参数,较为细致地刻画了PCIS患者后循环流域的灌注损伤模式。
[Abstract] Objective To explore the value of multi-delay arterial spin labeling (m-ASL) in assessing territorial perfusion impairment in patients with posterior circulation ischemic stroke (PCIS).Materials and Methods This prospective study included 54 PCIS patients [29 in the posterior cerebral artery (PCA) group, 25 in the vertebrobasilar artery (VBA) group] and 27 healthy control (HC). All subjects underwent both single-delay ASL (s-ASL) and m-ASL scanning sequences. Parameters including CBF2000, corrected cerebral blood flow (cCBF), arterial transit time (ATT), and arterial cerebral blood volume (aCBV) were obtained. Independent samples t-test was used to compare parameters between the unaffected side of PCIS patients and the HC. Paired sample t-test was used to compare CBF from s-ASL and m-ASL between the HC and PCIS patients, as well as to compare various parameters between the infarct lesions and their mirror regions in PCIS patients.Results The CBF measured in the posterior circulation by m-ASL was significantly higher than that by s-ASL (P < 0.05). In both the PCA and VBA territories, cCBF was significantly lower (P < 0.05) and ATT was significantly prolonged (P < 0.05) on the unaffected side of patients compared to the HC. In the PCA and VBA groups, CBF2000, cCBF, and aCBV were significantly lower in the infarct lesions compared to the mirror regions (P < 0.05), while no significant difference was found in ATT. The ΔCBF from m-ASL was significantly higher than that from s-ASL in the PCA group (P < 0.05), whereas no significant difference in ΔCBF was found between the two techniques in the VBA group.Conclusions The m-ASL can correct the underestimation of CBF by s-ASL and provide multiple perfusion parameters, offering a more detailed characterization of perfusion impairment patterns in the posterior circulation territories of PCIS patients.
[关键词] 动脉自旋标记技术;标记后延迟时间;缺血性脑卒中;脑血流灌注;磁共振成像
[Keywords] arterial spin labeling;post labeling delay;ischemic stroke;cerebral blood flow perfusion;magnetic resonance imaging

张宇婷 1, 2   阮奥 2   李璐璐 2   尚松安 2   仇安琪 1   植涛 2   张洪英 2   陈蓓蕾 3   叶靖 1, 2*  

1 徐州医科大学扬州临床学院,扬州 225001

2 江苏省苏北人民医院影像科,扬州 225001

3 江苏省苏北人民医院神经内科,扬州 225001

通信作者:叶靖,E-mail:yejing197206@163.com

作者贡献声明::叶靖设计本研究的方案,对稿件重要内容进行了修改;张宇婷起草和撰写稿件,获取、分析和解释本研究的数据;阮奥、李璐璐参与设计本研究方案,获取、分析和解释本研究数据,对稿件重要内容进行了修改;尚松安、仇安琪、植涛、张洪英、陈蓓蕾获取、分析和解释本研究数据,并对稿件重要内容进行了修改;其中尚松安获得了国家自然科学基金项目的资助;陈蓓蕾获得了扬州市科技计划项目、扬州市卫生健康委员会科研项目的资助;叶靖获得了扬州市科技计划项目、苏北人民医院科研基金项目的资助;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: 国家自然科学基金项目 82202120 扬州市科技计划项目 YZ2023082,YZ2024093 扬州市卫生健康委员会科研项目 2023-2-08 苏北人民医院科研基金项目 SBLC22004
收稿日期:2026-05-13
接受日期:2026-08-25
中图分类号:R814.42  R445.2  R749.1 
文献标识码:A
DOI: 10.12015/issn.1674-8034.2026.09.012
本文引用格式:张宇婷, 阮奥, 李璐璐, 等. 多延迟动脉自旋标记技术在评估后循环缺血性脑卒中患者流域性灌注损伤中的价值[J]. 磁共振成像, 2026, 17(9): 84-91. DOI:10.12015/issn.1674-8034.2026.09.012.

0 引言

       缺血性脑卒中(ischemic stroke, IS)是一类常见的脑血管疾病,具有高发病率、高致残率和高死亡率等特点[1]。其中,因椎-基底动脉系统狭窄或闭塞所致的后循环缺血性脑卒中(posterior circulation IS, PCIS),约占缺血性脑卒中的20%~25%[2]。相较于前循环系统,后循环内的血管呈现出变异率高、穿支动脉密集、侧支循环代偿差等特点[3],常导致缺血后责任血管流域的交叉性或非局灶性缺血,其临床症状复杂多样且易危及生命[4]。因此,如何通过影像学方法来精准地判定PCIS患者的灌注情况,是指导早期临床干预、保护神经功能、改善患者预后的关键。在目前常规的脑血流灌注评估中,动脉自旋标记成像(arterial spin labeling, ASL)技术利用动脉血中的水分子作为内源性示踪剂,能够无创且可重复地量化脑血流量(cerebral blood flow, CBF),为临床评估PCIS患者的血流灌注提供了有效的影像学路径[5]

       然而,现阶段采用的单延迟动脉自旋标记成像(single-delay ASL, s-ASL)技术,仅能实现单个标记后延迟时间(post labeling delay, PLD)的经验性设定,从而造成PLD与动脉通过时间(arterial transit time, ATT)的不匹配,导致对脑组织灌注状态的低估[6]。相比之下,多延迟动脉自旋标记成像(multi-delay ASL, m-ASL)可通过设置多个PLD来精确获取ATT信息,并据此获得校正后的CBF(corrected CBF, cCBF),在提高CBF量化准确性的同时,获得ATT及动脉脑血容量(arterial cerebral blood volume, aCBV)等相关脑灌注参数[7]。尽管既往研究证实,m-ASL技术能够提高对前循环缺血性脑卒中患者CBF的测量精度[8],但该技术能否适用于后循环供血流域内的血流灌注测定,尤其是对PCIS患者梗死病灶的准确评估等,尚未得到明确的研究证实。据此,我们拟通过比较性研究,首先探讨m-ASL技术对健康对照(healthy control, HC)组后循环供血流域内灌注测定的效价,随后进一步分析PCIS患者不同供血流域内以及梗死病灶的灌注损伤模式,从而为m-ASL技术的临床应用和PCIS灌注损伤的特征描述等提供较为详尽的理论支撑。

1 材料与方法

1.1 研究对象

       本研究遵守《赫尔辛基宣言》,经苏北人民医院医学伦理委员会批准,批准文号:2024ky093,全体受试者均签署了知情同意书。本研究前瞻性连续纳入2024年5月3日至2025年11月16日于苏北人民医院神经内科就诊表现为缺血性脑血管病症状,并经计算机断层成像血管造影(computed tomography angiography, CTA)证实为大脑后动脉(posterior cerebral artery, PCA)或椎-基底动脉(vertebrobasilar artery, VBA)中度及以上狭窄或闭塞的患者。研究期间,所有符合纳排标准的患者均纳入最终分析。其中,动脉狭窄程度测量标准参照北美症状性颈动脉内膜剥脱试验[9]:狭窄率(%)=[1-(最狭窄处动脉直径/狭窄远端正常动脉直径)]×100%,狭窄率≥30%为中度及以上狭窄或闭塞。所有患者于入院当天均接受美国国立卫生研究院卒中量表(National Institutes of Health Stroke Scale, NIHSS)评分。

       PCIS患者纳入标准:(1)患者临床表现与2015年中国脑血管疾病分类[10]中脑梗死相关诊断标准相符;(2)患者为急性期,自出现梗死症状至MRI检查时间≤72小时;(3)经头颈CTA检查和颅脑MRI平扫后证实为PCIS,即CTA显示PCA或VBA中度及以上狭窄或闭塞、弥散加权成像(diffusion weighted imaging, DWI)显示相应PCA或VBA流域高信号;(4)DWI显示的高信号病灶位于单侧,且对侧镜像区域无梗死灶;(5)具有可读的m-ASL和DWI影像;(6)临床资料完整。排除标准:(1)图像质量不佳、扫描中断或明显运动伪影影响后续分析;(2)在m-ASL成像上表现为高灌注;(3)头颈CTA证实伴有前循环供血动脉或颅外段动脉中度及以上狭窄或闭塞;(4)DWI证实伴发急性-亚急性梗死累及前循环供血区;(5)非动脉粥样硬化型脑梗死患者,如心源性栓塞型、小动脉闭塞型(无明确梗死灶或梗死灶直径<1.5 cm)等;(6)合并有脑外伤、脑肿瘤、脑血管先天畸形等其他脑部疾病;(7)具有幽闭恐惧症等MRI检查禁忌证。

       此外本研究同时期在社区招募了性别、年龄相匹配的HC受试者,纳入标准:(1)无脑血管疾病相关临床症状;(2)神经系统体格检查未见阳性体征。排除标准:(1)颅脑MRI显示有脑出血、脑梗死或脑血管病变;(2)图像质量不佳、扫描中断或明显运动伪影影响后续分析;(3)具有幽闭恐惧症等MRI检查禁忌证。

1.2 图像采集

       本研究使用3.0 T MRI扫描仪(中国,uMR790,联影公司)及32通道头颈联合相控阵线圈和双源CT扫描机(德国,Siemens Somatom Definition),所有受试者均行颅脑MRI扫描,包括常规序列(T1加权成像、T2加权成像、T2液体反转恢复加权成像、DWI)和ASL(s-ASL、m-ASL)扫描序列,所有患者均接受头颈CTA检查。扫描前,所有患者均由临床医师评估意识状态及配合能力。扫描过程中,受试者取仰卧位并保持安静,头部采用泡沫垫固定,以减少头部运动及相关伪影。具体扫描参数如下:

       DWI:重复时间2400 ms,回波时间80.9 ms,b=50、1000 s/mm2,视野240 mm×240 mm,矩阵160×160,层厚mm,层数24,扫描时间35 s;s-ASL使用三维准连续式ASL序列:重复时间5080 ms,回波时间13.86 ms,标记时间1800 ms,PLD时间2000 ms,覆盖全脑,视野224 mm×224 mm,层厚4 mm,层数34,扫描时间1 min 31 s;m-ASL使用三维准连续式ASL序列:重复时间5768 ms,回波时间13.86 ms,标记时间1800 ms,5个PLD时间分别为:500、1000、1500、2000、2500 ms,覆盖全脑,视野224 mm×224 mm,层厚4 mm,层数34,扫描时间3 min 19 s;CTA:单圈旋转时间0.28 s,视野240 mm,扫描覆盖范围350 mm,扫描方式为容积扫描,重建层厚0.75 mm,间距0.4 mm,管电压120 kV,电流300 mAs,准直器层厚0.6 mm,卷积核函数B20f。

1.3 ASL数据处理

       将ASL原始数据信息导入联影后处理工作站(中国,HSW-uWS-MR,联影公司),应用脑灌注分析软件(Brain Perfusion-ASL)进行处理,获取m-ASL的校正后全脑cCBF、ATT和aCBV数据以及s-ASL的CBF2000数据。参照文献报道,采用CereFlow软件[11](安影科技有限公司,北京)对受试者的灌注数据进行自动脑区分割和梗死病灶识别,后续通过两位分别具有20年(医师1,主任医师)和12年(医师2,副主任医师)神经影像诊断经验的医师在双盲条件下对标注结果进行独立核查。采用Cohen's κ系数评价两名医师核查结果的一致性。对于判断不一致的病例,由两名医师共同复核并协商达成一致。具体步骤包括:(1)头动校正,排除头部运动过度的受试者(位移>3 mm或旋转>3°)[12];(2)反向变换,基于个体结构像数据计算出其逆变换矩阵,随后将标准空间的流域图谱[13]逆向映射回个体原始空间;(3)基于个体空间的PCA和VBA流域图谱,提取每位HC受试者和PCIS患者健侧各灌注参数的平均值(图1A图1B);(4)基于深度学习模型(DAGMNet)[14],于DWI数据上自动识别PCIS患者PCA和VBA流域内的急性梗死病灶及其镜像侧,随后计算病灶及镜像侧各灌注参数的平均值(图1B);(5)分别计算每位PCIS患者梗死病灶较镜像侧CBF值下降的百分比,即∆CBF=(镜像侧CBF值-梗死病灶CBF值)/镜像侧CBF值×100%。

图1  受试者DWI图像与灌注分析流域示意图。1A:男,59岁,HC。绿色区域与蓝色区域分别代表VBA与PCA流域。1B:男,72岁,PCIS患者,左侧小脑半球多发急性梗死灶。1B显示患者个体化ROI分析区域,其彩色ROI与A图供血流域标注相互独立。黄色区域表示患者健侧参考区域,红色箭头示DWI高信号梗死灶,蓝色箭头示梗死灶镜像区域。DWI:弥散加权成像;HC:健康对照;PCA:大脑后动脉;VBA:椎-基底动脉;PCIS:后循环缺血性脑卒中;ROI:感兴趣区。
Fig. 1  Schematic illustration of DWI images and perfusion analysis territories in subjects. 1A: Male, 59-year-old, HC. The green and blue regions represent the VBA and PCA territories, respectively. 1B: Male, 72-year-old, patient with PCIS, showing multiple acute infarct lesions in the left cerebellar hemisphere. 1B shows the individualized ROIs used for patient analysis, and the colored ROIs are independent of the vascular territory labels shown in panel A. The yellow region indicates the reference region on the unaffected side, the red arrow indicates the DWI hyperintense infarct lesion, and the blue arrow indicates the mirror region of the infarct lesion. DWI: diffusion-weighted imaging; HC: healthy control; PCA: posterior cerebral artery; VBA: vertebrobasilar artery; PCIS: posterior circulation ischemic stroke; ROI: region of interest.

1.4 统计学分析

       本研究统计学分析应用SPSS 26.0软件,首先使用Shapiro-Wilk检验数据的正态性。在一般资料比较中,计量参数符合正态分布的以均数±标准差表示,三组间比较采用单因素方差分析(one-way ANOVA),两组间比较采用独立样本t检验;不符合的以中位数(四分位数间距)表示,三组间比较采用Kruskal-Wallis H检验,两组间比较采用Mann-Whitney U秩和检验;计数资料以例数(百分比)表示,组间比较采用卡方检验或Fisher精确检验。使用独立样本t检验比较PCIS患者健侧与HC各灌注参数值的差异,配对样本t检验比较HC和PCIS患者s-ASL与m-ASL成像CBF值的差异以及PCIS患者梗死灶与镜像侧的各灌注参数值的差异。对于s-ASL与m-ASL中∆CBF的差异比较,符合正态分布行配对样本t检验;不符合正态分布行Wilcoxon配对符号秩检验。采用G*Power 3.1软件评估每组受试者的最低样本量。基于效应量d=0.8,α=0.05和检验效能80%的统计学假设,PCA组、VBA组和HC组的最低样本量均为22例,总样本量为66例。为确保研究效力,本研究最终共纳入PCA组29例、VBA组25例和HC组27例。此外,针对本研究的主要独立样本及配对样本比较,进一步计算实际观察效应量和事后统计效能。独立样本比较采用两组均值之差除以合并标准差计算Cohen's d;配对样本比较采用配对差值均值除以配对差值标准差计算Cohen's dz。Cohen's d或dz绝对值约为0.2、0.5和0.8分别表示小、中和大效应。对于采用Wilcoxon配对符号秩检验的非正态分布数据,采用配对秩二列相关系数表示效应量。基于实际观察效应量、实际样本量、双侧α=0.05,采用G*Power 3.1软件计算事后统计效能。以P<0.05视为差异具有统计学意义。

2 结果

2.1 一般资料

       本研究最终入组HC 27例、PCIS患者54例。根据狭窄血管及病灶分布情况,将患者分为PCA和VBA两组,其中PCA组患者共29例,VBA组患者共25例,典型病例影像示意图见图2。PCA组、VBA组和HC组受试者的年龄和性别差异均无统计学意义(均P>0.05);PCA组和VBA组患者卒中危险因素的差异均无统计学意义(均P>0.05),三组受试者的其他一般资料比较结果见表1

表1  PCA组、VBA组及HC组受试者一般资料比较
Tab. 1  Comparison of demographic characteristics among the PCA, VBA, and HC groups

2.2 评估者间一致性

       两位医师对自动脑区分割和梗死病灶识别结果的核查具有良好一致性(κ=0.72,95% CI:0.65~0.87)。

图2  典型病例影像示意图。女,55 岁,PCIS 患者。2A:CTA 显示基底动脉中度狭窄,红色箭头示狭窄部位;2B:DWI 显示左侧桥臂急性梗死灶,蓝色箭头示病灶位置;2C:s-ASL 显示左侧小脑半球CBF2000 降低;2D:m-ASL显示左侧小脑半球cCBF 降低;2E:m-ASL 双侧小脑半球ATT 升高;2F:m-ASL 显示左侧小脑半球aCBV 降低。PCIS:后循环缺血性脑卒中;CTA:计算机断层成像血管造影;DWI:弥散加权成像;s-ASL:单延迟动脉自旋标记成像;m-ASL:多延迟动脉自旋标记成像;CBF2000:s-ASL 测得的脑血流量;cCBF:m-ASL 测得的校正后的脑血流量;ATT:动脉通过时间;aCBV:动脉脑血容量。
Fig. 2  Representative imaging findings of a 55-year-old female patient with PCIS. 2A: CTA shows moderate stenosis of the basilar artery, indicated by the red arrow. 2B: DWI demonstrates an acute infarct in the left middle cerebellar peduncle, indicated by the blue arrow. 2C: s-ASL shows decreased CBF2000 in the left cerebellar hemisphere. 2D: m-ASL shows decreased cCBF in the left cerebellar hemisphere. 2E: m-ASL shows increased ATT in the bilateral cerebellar hemispheres. 2F: m-ASL shows decreased aCBV in the left cerebellar hemisphere. PCIS: posterior circulation ischemic stroke; CTA: computed tomography angiography; DWI: diffusion-weighted imaging; s-ASL: single-delay arterial spin labeling; m-ASL: multi-delay arterial spin labeling; CBF2000: cerebral blood flow measured using s-ASL; cCBF: corrected cerebral blood flow measured using m-ASL; ATT: arterial transit time; aCBV: arterial cerebral blood volume.

2.3 s-ASL与m-ASL显示后循环流域灌注状态的比较

       统计学分析显示,HC组PCA和VBA流域的cCBF值均高于CBF2000:在PCA流域,cCBF值较CBF2000高25.53%(t=11.461,P<0.001);在VBA流域,cCBF值较CBF2000高24.97%(t=11.921,P<0.001)(图3A)。PCA组患者健侧cCBF值较CBF2000高20.94%(t=7.922,P<0.001);VBA组患者健侧cCBF值较CBF2000高17.63%(t=7.635,P<0.001)(图3B)。效应量分析显示,HC组PCA和VBA流域cCBF与CBF2000比较的Cohen's dz分别为2.21和2.29,事后统计效能均大于99.9%。PCA组和VBA组患者健侧cCBF与CBF2000比较的Cohen's dz分别为1.48和1.53,事后统计效能均大于99.9%,提示m-ASL与s-ASL测得的CBF差异具有较大的配对效应。

图3  s-ASL与m-ASL成像显示后循环流域灌注状态的比较。3A:HC组受试者PCA和VBA流域cCBF与CBF2000值的比较;3B:PCA与VBA组患者健侧cCBF与CBF2000值的比较。其中CBF2000为s-ASL的CBF测量值;cCBF为m-ASL的CBF测量值。s-ASL:单延迟动脉自旋标记成像;m-ASL:多延迟动脉自旋标记成像;HC:健康对照;PCA:大脑后动脉;VBA:椎-基底动脉;CBF:脑血流量。*代表P<0.05。
Fig. 3  Comparison of posterior circulation perfusion measured using s-ASL and m-ASL. 3A: Comparison of cCBF and CBF2000 values in the PCA and VBA territories of HC subjects; 3B: Comparison of cCBF and CBF2000 in the unaffected side of patients in the PCA and VBA groups. CBF2000 represents the CBF measurement derived from s-ASL, whereas cCBF represents the CBF measurement derived from m-ASL. s-ASL: single-delay arterial spin labeling; m-ASL: multi-delay arterial spin labeling; HC: healthy control; PCA: posterior cerebral artery; VBA: vertebrobasilar artery; CBF:cerebral blood flow. * indicates P < 0.05.

2.4 ASL显示PCIS患者后循环供血流域的灌注特点

       在PCA流域,患者健侧CBF2000值较HC组间差异无统计学意义(t=-1.110,P=0.272),健侧cCBF值较HC降低(t=-2.344,P=0.023);健侧aCBV值较HC组间差异无统计学意义(t=-1.374,P=0.175),健侧ATT值较HC升高(t=2.276,P=0.027);在VBA流域,患者健侧CBF2000值较HC降低(t=-2.649,P=0.011),健侧cCBF值较HC降低(t=-4.477,P<0.001),健侧aCBV值较HC降低(t=-2.635,P=0.011),健侧ATT值较HC升高(t=4.203,P<0.001)(图4A~4D)。

       进一步的效应量及事后效能分析显示,在PCA流域,患者健侧与HC组间CBF2000、cCBF、aCBV和ATT差异的Cohen's d分别为-0.30、-0.63、-0.37和0.61,对应的事后统计效能分别为19.3%、63.4%、27.1%和60.9%。在VBA流域,上述指标的Cohen's d分别为-0.74、-1.24、-0.73和1.17,对应的事后统计效能分别为73.8%、99.2%、73.4%和98.5%。总体而言,PCA流域主要表现为小至中等效应,统计效能相对有限;VBA流域主要表现为中等至大效应,其中cCBF和ATT具有较高统计效能。

图4  ASL成像显示PCIS患者后循环供血流域及梗死病灶的灌注特点。4A~4D:在PCA和VBA流域,HC与PCIS患者健侧CBF2000、cCBF、aCBV和ATT值的比较。4E~4H:PCA和VBA组患者梗死灶与镜像侧CBF2000、cCBF、aCBV和ATT值的比较。CBF2000:单延迟ASL测得的脑血流量;cCBF:多延迟ASL测得的校正后的脑血流量;PCIS:后循环缺血性脑卒中;PCA:大脑后动脉;VBA:椎-基底动脉;HC:健康对照;aCBV:动脉脑血容量;ATT:动脉通过时间。*表示P<0.05。
Fig. 4  Perfusion characteristics of the posterior circulation territories and infarct lesions in PCIS patients revealed by ASL. 4A to 4D: Comparison of HC and PCIS patients' unaffected side CBF2000, cCBF, aCBV, and ATT values in the PCA and VBA supply territories. 4E to 4H: Comparisons of CBF2000, cCBF, aCBV, and ATT between the infarct lesions and their corresponding mirror regions in patients in the PCA and VBA groups. CBF2000: cerebral blood flow measured by single-delay ASL; cCBF: corrected cerebral blood flow measured by multi-delay ASL; PCIS: posterior circulation ischemic stroke; PCA: posterior cerebral artery; VBA: vertebrobasilar artery; HC: healthy control; aCBV: arterial cerebral blood volume; ATT: arterial transit time. * indicates P < 0.05.

2.5 ASL显示PCIS患者梗死病灶的灌注特点

       PCA组患者梗死灶CBF2000值较镜像侧降低(t=-2.543,P=0.017),cCBF值较镜像侧降低(t=-3.726,P=0.001),aCBV值较镜像侧降低(t=-3.243,P=0.003),ATT值较镜像侧组间差异无统计学意义(t=-1.363,P=0.184);VBA组患者梗死灶CBF2000值较镜像侧降低(t=-2.787,P=0.010),cCBF值较镜像侧降低(t=-3.579,P=0.002),aCBV值较镜像侧降低(t=-2.973,P=0.007),ATT值较镜像侧组间差异无统计学意义(t=-1.799,P=0.085)(图4E~4H)。配对效应量分析显示,在PCA组,梗死灶与镜像侧CBF2000、cCBF、aCBV和ATT比较的Cohen's dz分别为-0.47、-0.69、-0.60和-0.25,对应的事后统计效能分别为69.0%、94.9%、87.9%和26.0%。在VBA组,上述指标的Cohen's dz分别为-0.56、-0.72、-0.59和-0.36,对应的事后统计效能分别为76.2%、92.9%、81.4%和40.8%。其中,cCBF和aCBV差异主要表现为中等至较大效应,而ATT差异的效应量和统计效能相对较低。PCA组梗死灶较镜像侧的CBF2000和cCBF下降百分比(∆CBF)分别为[8.22(-2.47,28.37)]%和[12.99(0.84,30.67)]%,二者差异具有统计学意义(W=125.0,P=0.046);VBA组梗死灶较镜像侧的CBF2000和cCBF的∆CBF平均值分别为(15.75±25.70)%和(15.90±21.22)%,组间差异无统计学意义(t=0.051,P=0.960)。由于PCA组两种∆CBF配对差值不符合正态分布,采用配对秩二列相关系数评价效应量,结果为0.43,提示两种测量方法的差异具有中等效应。VBA组两种∆CBF比较的Cohen's dz为0.01,事后统计效能为5.0%,提示二者之间的实际差异很小。

3 讨论

       本研究采用m-ASL技术分析PCIS患者后循环不同供血流域及梗死病灶的灌注特征。结果显示,m-ASL通过个体化估计ATT,可以校正s-ASL在后循环流域内对CBF量化的低估;同时,联合cCBF、aCBV和ATT等多项灌注参数,能够较为全面地阐述PCIS患者后循环不同供血流域缺血后复杂多变的灌注损伤模式,为临床评估病灶血流动力学状态及制订个体化诊疗策略提供较为翔实的影像学依据。

3.1 m-ASL技术在后循环灌注评估中的适用性

       电子计算机断层扫描灌注成像、动态磁敏感对比增强成像等常规脑灌注评估技术[15, 16]易受颅底结构影响而导致图像质量受损[17, 18],因此较少用于后循环灌注情况的影像学评估。尽管常规s-ASL能够克服上述不足[19],但本研究仍发现其对后循环血流灌注存在低估,而m-ASL通过设置多个PLD时间计算全脑各体素ATT,可以有效地降低因ATT差异所致的CBF测定误差[20]。本研究参照文献[21],选用5个PLD时间的m-ASL技术对HC和PCIS患者进行脑灌注成像分析,结果显示在HC和PCIS患者健侧中,无论是PCA还是VBA流域,m-ASL均可以校正s-ASL对后循环CBF的低估问题,适用于后循环灌注情况的测定。

3.2 PCIS患者后循环不同流域灌注损伤的模式分析

       既往m-ASL技术对前循环IS患者的研究,多将健侧作为参照来分析梗死病灶的灌注损伤情况[22, 23, 24]。本研究采用该方法,发现PCA与VBA组患者梗死灶较镜像侧的cCBF和aCBV值均显著降低,证实病灶侧存在明显的灌注损伤。但值得注意的是,该方法的使用是建立在前循环系统具有对称且互通的循环通路上,当一侧大脑半球发生梗死时,健侧通过Willis环的有效代偿能够维持血流的相对稳定[25]。然而本研究通过纳入HC受试者作为参照,发现PCIS患者健侧在不同流域内也存在不同程度的灌注异常。在PCA流域,健侧虽存在低灌注,但部分代偿能力尚存,这应该与PCA接受前循环的侧支血流有关[26]。尤其在后交通动脉发育良好的患者中,前循环血流可经Willis环反向灌注PCA流域[27],导致健侧ATT显著延长。侧支血流的汇入在一定程度上维持了健侧的aCBV,从而部分代偿了cCBF的下降,避免了急性缺血。相比之下,VBA流域的健侧则表现出较为严重的灌注损伤,其cCBF与aCBV均较HC显著降低,提示微循环失代偿。这可能归因于VBA主干狭窄或闭塞后其远端血流急剧减少[28],且该流域缺乏有效的侧支循环通路[29],导致aCBV的耗竭及ATT显著延长,进而增加急性缺血的风险。

3.3 m-ASL技术对PCIS患者梗死病灶的评估效价

       准确评估PCIS患者梗死病灶的灌注损伤程度,对于指导临床治疗和判断早期病情进展具有重要意义。尽管梗死病灶和其镜像侧的CBF2000值存在差异,但由于狭窄血管内的慢血流以及缺血后侧支循环代偿等形成的动脉通过伪影[30, 31, 32],在s-ASL成像中常与病灶区域重叠,造成对梗死病灶实际CBF值的干扰。在本研究中,PCA组m-ASL测得的∆CBF显著高于s-ASL,这提示固定PLD的s-ASL可能因PLD-ATT不匹配、侧支血流延迟到达及动脉通过伪影等因素,低估梗死病灶与镜像侧之间的相对灌注差异。PCA流域可经后交通动脉接收前循环侧支血流,导致ATT延长,从而增加s-ASL判断局部灌注差异的不确定性。m-ASL通过多PLD采集及ATT个体化估计,可在一定程度上减轻上述因素对CBF定量的影响,有助于更敏感地显示PCA流域梗死病灶的相对灌注减低。然而在VBA组中m-ASL的∆CBF值未见显著提升。分析其原因,我们认为主要与VBA的血管解剖有关:VBA供血动脉(小脑后下动脉、小脑前下动脉及小脑上动脉)管径相对纤细且流速较慢,且与其吻合的软脑膜皮质支末梢不足以在急性缺血时提供有效的灌注代偿[33, 34],因此,VBA主干狭窄后远端血流减少可能同时影响病灶侧及镜像侧灌注状态,使s-ASL与m-ASL所测得的相对CBF下降幅度较为接近,表现为∆CBF差异不显著。此外,PCA与VBA组患者梗死灶和镜像侧的ATT均无显著差异,提示病灶区灌注损伤并非主要由相对动脉到达延迟所致,而更多表现为局部CBF和aCBV下降,这可能与微循环灌注不足或灌注压降低有关。据此,m-ASL技术能够精确测定病灶区域的CBF,且提供了aCBV及ATT等灌注参数,较好地实现了对后循环流域梗死病灶灌注损伤的综合评估。

3.4 本研究局限性

       本研究尚存在以下研究不足:首先,本研究为单中心研究,样本量相对有限,且前期样本量估算采用了较大的预期效应量。实际效应量及事后效能分析显示,不同灌注参数的效应大小和统计效能存在差异,部分比较对小至中等效应的检出能力不足。因此,未达到统计学显著性的结果不能被直接解释为不存在差异,小样本也可能影响效应量估计的稳定性及研究结果的外部推广。未来仍需通过更大样本、多中心研究,并结合后循环血管变异和侧支循环状态进一步验证本研究结果;其次,本研究受试者并未直接结合金标准灌注成像对m-ASL各参数进行验证,而是基于既往研究证实ASL与氧-15标记水正电子发射断层显像(oxygen-15-labeled water positron emission tomography, H215O PET)在脑血流定量方面具有高度一致性的基础上[35],未来仍有必要结合金标准进一步验证m-ASL在后循环灌注评估中的准确性和敏感性;再次,尽管本研究初步证实了m-ASL用于后循环灌注评估的可行性,未来研究仍需纳入复杂PCIS病例(如前后循环的多发病灶、颅内外多段病变及不同程度狭窄等)以及细化PCA与VBA子流域分析,并结合相关血管危险因素进行系统分析;最后,本研究主要从m-ASL临床应用的角度进行了研究,但未结合改良Rankin量表等神经量表对患者的转归等进行相关性研究,这在后续工作中将进一步跟踪随访。

4 结论

       本研究证实m-ASL能够通过校正s-ASL对CBF值的低估以及提供多个灌注参数,实现对后循环供血流域内灌注情况的准确评估,且有助于较为详细地映射PCIS患者后循环流域的灌注损伤模式,为理解PCIS患者后循环流域的血流动力学损伤机制提供了更为详尽的影像学支持。

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