3D pCASL不同标记后延迟时间评估急性缺血性脑卒中缺血半暗带体积时相对脑血流量阈值的选择

黄川胜，郑召龙，李芹，谢福才，陈永升，于海童，牛庆亮

1 山东中医药大学第一临床医学院，济南 250014；2 潍坊市中医院影像中心；3 山东第二医科大学医学影像学院；4 潍坊市第二人民医院影像科

缺血半暗带是指急性缺血性脑卒中（AIS）发生后，围绕在不可恢复的梗死区周围的低灌注区，若不及时进行有效干预，缺血半暗带可进展为梗死，严重影响患者预后。因此，准确评估并挽救缺血半暗带是AIS 治疗的关键。目前评估缺血半暗带主要通过CT 灌注成像或动态磁敏感对比增强—磁共振灌注成像（DSC-PWI）技术，采用低灌注区与梗死核心之间不匹配的方法进行定量评估［1］。CT 灌注成像能够快速评估脑血流灌注情况以及缺血半暗带，但存在辐射损伤，不适合孕妇及短时间内需要多次检查的患者；CT 灌注成像和DSC-PWI 需要注入对比剂，不能用于对比剂过敏及肝肾功能不全的患者［2-3］。三维伪连续动脉自旋标记（3D pCASL）通过磁性标记动脉血液中扩散的水质子实现灌注成像，可避免有创静脉通道建立及对比剂应用禁忌的限制［4-5］。研究显示，3D pCASL 设定脑血流量（CBF）阈值为＜20 mL/（100 g·min）时，可较准确地定量评估缺血半暗带［6］。另有研究评估3D pCASL 不同标记后延迟时间（PLD）定量缺血半暗带，建议使用长PLD（2 500 ms）定量评估缺血半暗带［7］。然而，同时分析PLD和CBF阈值对缺血半暗带定量评估的影响尚未见有报道。在临床实践中，常规联合1 525 ms 和2 525 ms 的PLD 动态评估AIS 患者的脑灌注情况，以明确侧支代偿能力。使用不同PLD 的3D pCASL定量评估缺血半暗带时，必须选择正确的CBF 阈值，才能准确评估缺血半暗带。F-stroke是一款用于缺血型卒中影像学自动分析的图像处理软件，该软件内设置3D pCASL 相对脑血流量（rCBF）＜30%、40%、50%的阈值，可应用于临床定量评估缺血半暗带。本研究以DSC-PWI 测量的缺血半暗带作为参考标准，观察PLD 分别为1 525、2 525 ms 时3D pCASL 定量评估缺血半暗带的rCBF 阈值（＜30%、＜40%、＜50%）的选择。

1 资料与方法

1.1 临床资料 选择2019 年1 月—2023 年7 月在潍坊市中医院接受MRI常规序列成像、3D pCASL及DSC-PWI 成像的136 例AIS 患者。纳入标准：年龄≥18 岁；根据入院时症状、体征和影像学检查确诊为AIS；最后一次症状发作至MRI扫描时间＜24 h；急性前循环大血管闭塞；DSC-PWI 上存在低灌注区与梗死核心不匹配，即缺血半暗带。排除标准：双侧新发脑梗死；3D pCASL 或DSC-PWI 数据后处理失败；脑梗死合并渗血；图像伪影严重，无法进行诊断。共纳入符合上述标准的患者42 例，男31 例、女11 例，年龄（59.26 ± 13.03）岁，最后一次症状发作至MRI 扫描时间为10.25（4.00，17.25）h，3D-TOF-MRA 显示大脑中动脉闭塞25 例，颈内动脉闭塞11 例，大脑前动脉闭塞1 例，大脑中动脉、颈内动脉同时闭塞5 例。本研究经潍坊市中医院医学伦理委员会审核批准（批号：2023YX040）。

1.2 AIS缺血半暗带体积评估方法

1.2.1 MRI 检查方法 采用3.0 T MRI 系统（Discovery 750W，GE Healthcare），21 通道相控阵头颈联合线圈。依次进行T2Flair序列、DWI序列、3D-TOFMRA 序列、3D pcASL 序列和DSC-PWI 序列扫描。常规序列参数：①T2Flair：TR 10 000 ms，TE 140 ms，FOV 24 cm，层厚5 mm，层数20；②DWI：TR 4 362 ms，TE 78.1 ms，FOV 24 cm，层厚5 mm，b值1 000 s/mm2，层数20。3D pCASL 序列扫描参数：TR 4 640 ms（PLD=1 525 ms）或5 335 ms（PLD=2 525 ms），TE 10.7 ms，FOV 24 cm，层厚4 mm，层数36，采集时间4 min 29 s（PLD=1 525 ms）或5 min 10 s（PLD=2 525 ms）。DSC-PWI 成像参数：TR 1 200 ms，TE 16.7 ms，FOV 24 cm，层厚5 mm，层数20，扫描时间1 min。高压注射器团注钆对比剂（钆特酸葡胺注射液，恒瑞医药），速率4 mL/s，剂量0.2 mL/kg。

1.2.2 图像处理方法 使用F-stroke 影像处理软件（版本V1.0.22，上海脑玺智能科技有限公司）快速处理灌注和弥散影像。F-stroke 软件以大脑前中后动脉供血区作为模板，区域标注DWI 数据，生成ADC 参数图，将ADC 图予以阈值处理，自动计算ADC＜620 × 10-6mm2/s 阈值部分的体积（梗死核心体积）。将DSC-PWI 影像数据输入F-stroke 软件后，系统自动确定动脉，通过反卷积算法，应用动脉输入函数方法，生成DSC-PWI 剩余函数达峰时间（Tmax）＞6 s的脑组织低灌注体积。以脑组织低灌注体积减去梗死核心体积，即为DSC-PWI 的缺血半暗带体积。将1 525 ms 和2 525 ms PLD 的3D pCASL 影像数据分别输入F-stroke 软件，F-stroke 软件可识别缺血病灶，并以对侧镜像区健康组织作为对照，计算对侧镜像区健康组织平均像素的CBF 值，将对侧镜像区健康组织平均像素30%、40%、50%的CBF 作为阈值，自动生成小于对侧镜像区健康组织平均像素相应阈值的低灌注体积。分别用2 个PLD 时rCBF＜30%、＜40%、＜50%的低灌注体积减去梗死核心体积，即为3D pCASL的缺血半暗带体积。

1.3 统计学方法 采用SPSS25.0 和GraphPad Prism8.0 统计软件。计量资料采用Shapiro-Wilk 正态性检验，符合正态分布的数据以±s表示，不符合正态分布的数据以M（P25，P75）表示。采用组内相关系数（ICC）分析3D pCASL 与DSC-PWI 间定量评估缺血半暗带的一致性，0～0.40为较低一致，0.41～0.60 为中度一致，0.61～0.80 为基本一致，0.81～1.00 为显著一致。缺血半暗带体积之间的差异性分析采用Mann-WhitneyU检验。P＜0.05 为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 DSC-PWI 和3D pCASL PLD 获得的缺血半暗带体积 DSC-PWI 上Tmax＞6 s 的缺血半暗带体积为48.05（17.38，104.55）mL；3D pCASL PLD为1 525 ms时，rCBF＜30%、＜40%、＜50%的缺血半暗带体积分别为-4.05（-18.43，-1.00）、17.60（-1.53，56.03）、74.40（42.53，126.03）mL；3D pCASL PLD为2 525 ms时，rCBF＜30%、＜40%、＜50%的缺血半暗带体积分别为-9.45（-23.38，-1.90）、-2.35（-18.43，4.65）、19.50（-5.60，51.05）mL。

2.2 3D pCASL 与DSC-PWI 缺血半暗带体积的一致性分析结果 3D pCASL PLD 为1 525 ms时，rCBF＜40%、＜50%的缺血半暗带体积与DSC-PWI Tmax＞6 s的缺血半暗带体积具有一致性（ICC=0.595，95%CI为0.247～0.782，P＜0.01；ICC=0.791，95%CI为0.612～0.888，P＜0.01），而rCBF＜30%的缺血半暗带体积与DSC-PWI Tmax＞6 s 的缺血半暗带体积无一致性（P＞0.05）。3D pCASL PLD 为2 525 ms 时，rCBF＜50%的缺血半暗带体积与DSC-PWI Tmax＞6 s的缺血半暗带体积具有一致性（ICC=0.577，95%CI为0.213～0.773，P＜0.01），而rCBF＜30%、＜40%的缺血半暗带体积与DSC-PWI Tmax＞6 s 的缺血半暗带体积不具有一致性（P＞0.05）。进一步对1 525 ms时rCBF＜40%与2 525 ms 时rCBF＜50%缺血半暗带体积的差异性进行分析，结果显示PLD=1 525 ms 时rCBF＜40%的缺血半暗带体积17.60（-1.53，56.03）mL 与PLD=2 525 ms 时rCBF＜50%的缺血半暗带体积19.50（-5.60，51.05）mL 比较差异无统计学意义（P=0.613）。

3 讨论

挽救缺血半暗带是AIS 治疗的关键，准确识别、定量评估缺血半暗带在AIS 患者的个性化管理中起重要作用，有助于调整治疗时间窗，为患者选择更合适的治疗方案。目前，3D pCASL定量评估缺血半暗带的最佳PLD尚未形成共识，其PLD和rCBF阈值的选择都会对AIS 缺血半暗带的定量评估产生一定影响，rCBF 阈值随不同的PLD 而变化，因此，明确3D pCASL 在不同PLD 时定量评估缺血半暗带的最佳rCBF 阈值意义重大。在3D pCASL 中，PLD 是颈内动脉血液标记后流入脑组织进行成像的时间间隔，AIS 血流动力学多变，通常需要多个PLD 动态评估患者的脑灌注情况。PLD是3D pCASL的重要参数，可影响CBF 测量，不同PLD 测量的CBF 值有所不同，AIS 因动脉闭塞及代偿侧支的复杂性，长PLD 的CBF 比短PLD 高，以不同PLD 定量评估缺血半暗带时，必须考虑CBF 因素，才能准确评估缺血半暗带［8］。LYU 等［7］使用自主研发的3D pCASL 定量评估缺血半暗带的软件，发现rCBF阈值在＜60%时，长PLD（2 500 ms）评估缺血半暗带更准确。本研究结果显示，PLD 为1 525 ms 时，rCBF＜50%是评估缺血半暗带的最佳阈值。不同PLD 的不同CBF，导致不同PLD 时3D pCASL 定量评估缺血半暗带的最佳rCBF 阈值不同。ZHANG 等［9］研究显示，3D pCASL在不同PLD 时测量的CBF 不同，长PLD（2 025 ms）的CBF 显著高于短PLD（1 525 ms）。因此，使用3D pCASL 定量评估缺血半暗带时，需要在不同PLD 下选择最佳rCBF阈值。

以不同ASL 技术定量评估缺血半暗带时，其rCBF 阈值可不相同。BIVARD 等［10］使用脉冲式ASL（PASL）评估缺血半暗带，表明rCBF＜40%最为可靠。本研究使用3D pCASL 测量缺血半暗带，结果显示rCBF＜50%是最佳阈值。3D pCASL 与PASL 的不同主要表现为：①3D pCASL 相对于PASL 的信噪比高；②PASL 射频脉冲的反转效率高于3D pCASL，动脉通过时间（ATT）相对较短；③3D pCASL 因非共振效应的敏感性可导致明显的局部低灌注［11］。另外，PASL 与3D pCASL 之间的有效PLD 差异以及PLD 与ATT 的不匹配，导致PASL 测量的CBF更高［12］。

使用3D pCASL 相对CBF 阈值与绝对CBF 阈值定量评估缺血半暗带时，可产生不同影响。NIIBO等［6］使用绝对CBF 阈值测量缺血半暗带，结果显示短PLD（1 525 ms）时CBF＜20 mL/（100 g·min）测量的缺血半暗带更准确。绝对CBF 阈值无需考虑个体差异，便于临床使用；但AIS 患者的病理生理情况以及脑血流动力学并不完全相同；并且在单个PLD时，由于ATT 过长，动脉闭塞末端的CBF 值不可能准确测量，绝对CBF 阈值也许不能准确测量缺血半暗带［13］。本研究使用相对CBF 阈值定量缺血半暗带，可避免个体间年龄和循环状态等固有差异对测量结果产生的影响，更加准确。

本研究结果显示，3D pCASL在不同PLD时测量AIS 的低灌注区不同：短PLD（1 525 ms）时，标记的血流尚未到达脑组织，可高估低灌注区；长PLD（2 525 ms）时，标记的血流已流入脑组织，虽然信噪比有所下降，但能较为准确地评估低灌注区。AKIYAMA等［14］研究表明，AIS 由于错综复杂的侧支以及血流延迟，短PLD（1 500 ms）的低灌注区可在长PLD（2 500 ms）时有所改善。短PLD 主要反映脑灌注的行为特征，而长PLD 则反映最终的脑灌注状态，用于明确脑血管储备和侧支代偿能力［15］。

3D pCASL可无创定量脑血流和脑灌注，但其固有的局限性导致临床应用不广泛。3D pCASL 不能准确检出脑白质的灌注信号，导致结果不准确。此外，由于不同研究间3D pCASL 技术采集信号的敏感性差异以及ATT 复杂多变，可导致不同研究间结果存在不同。总之，使用3D pCASL 定量评估缺血半暗带时，由于ATT 的延迟、可变，脑白质信号不佳，不能区分良性缺血区与严重低灌注区等，导致临床应用受限。

综上所述，在3D pCASL中，1 525 ms和2 525 ms的PLD 均可用于定量评估缺血半暗带，并且不同PLD 时的rCBF 阈值不同：短PLD（1 525 ms）时需要选择较高的rCBF 阈值（＜50%），而长PLD（2 525 ms）的rCBF阈值则高于短PLD（1 525 ms）。本研究存在一定局限性：本研究为单中心小样本研究，未来需要基于多中心的更大人群进行研究和验证；本研究只使用2 个PLDs（1 525 ms 和2 525 ms）及3 个rCBF 阈值（30%、40%、50%）进行分析，将来需要对多个PLDs 及rCBF 阈值进行研究，以进一步明确不同PLD 时3D pCASL 定量缺血半暗带的rCBF 阈值选择。目前，定量3D pCASL 和DSC-PWI 影像数据的商业软件众多，其技术原理及算法各异，本研究使用F-stroke软件进行分析，当应用其他软件进行后处理时，结果也许不同。当前，3D pCASL 定量缺血半暗带的后处理软件阈值设置较少，导致临床应用受限，研发阈值更多的定量软件，在临床实践中，明确不同PLD 时3D pCASL 定量缺血半暗带的最佳rCBF 阈值至关重要。