基于pCASL灌注MRI的三族裔人群腦血流研究：動脈穿行偽影的分布差異與臨床意義

《European Radiology》：Cerebral blood flow in a tri-ethnic population: insights from pCASL perfusion MRI

【字體： 大 中 小 】 時間：2025年12月05日 來源：European Radiology 4.7

　　

在神經影像學領域，動脈自旋標記(Arterial Spin Labeling, ASL)技術作為一種無創的腦灌注測量方法，近年來受到廣泛關注。這種技術通過磁性標記動脈血中的水質子作為內源性示蹤劑，無需注射對比劑即可實現腦血流可視化。然而，ASL技術在實際應用中面臨著一個關鍵挑戰——動脈穿行偽影(Arterial Transit Artefact, ATA)。當動脈穿行時間(Arterial Transit Time, ATT)超過標記后延遲時間(Post-Labelling Delay, PLD)時，標記的自旋質子尚未完全進入腦組織，仍在血管內流動，在影像上表現為蜿蜒狀高信號，這種現象被稱為ATA。

目前臨床實踐中，ATA常被視作需要規避的技術偽影，但越來越多的證據表明，ATA可能蘊含著重要的生理和血流動力學信息。特別是在老年人群中，ATA的出現可能與腦血管解剖變異、心血管風險因素以及年齡相關的血管重塑密切相關。然而，關于ATA在不同人群中的分布規律及其影響因素，尤其是族裔間的差異，尚未有系統研究。理解這些差異對于準確區分生理性ATA與病理性灌注異常至關重要，有助于提高ASL在腦血管疾病診斷中的準確性。

為此，由Rafael Rehwald領銜的研究團隊在《European Radiology》上發表了最新研究成果。該研究基于英國SABRE(Southall and Brent REvisited)人群隊列，納入了360名來自歐洲白人、南亞和非裔加勒比三種族裔背景的參與者，平均年齡70.12±6.58歲，其中139名為女性。所有參與者均接受了3.0-T腦部MRI檢查，包括偽連續ASL(pseudo-continuous ASL, pCASL)序列和時間飛躍法(Time-Of-Flight, TOF)磁共振血管成像(Magnetic Resonance Angiography, MRA)。

研究采用視覺評分法對pCASL圖像上的ATA進行系統評估。研究人員設計了包含40個腦區的評分模板，覆蓋三個軸向水平：基底節下水平、基底節水平和基底節上水平。每個區域按照0-3分進行評分：0分表示無或最小ASL信號(包括成像偽影)，1分表示嚴重ATA，2分表示中度ATA，3分表示正常ASL信號。基于這些評分，計算了綜合ATA百分比分數，從0%(所有區域均為嚴重ATA)到100%(所有區域信號正常)。

關鍵技術方法包括：基于英國SABRE三族裔人群隊列的360名參與者(120名歐洲白人、120名南亞人、120名非裔加勒比人)的3.0-T腦部MRI數據；采用pCASL序列(標記持續時間1800ms，PLD 2000ms)獲取腦灌注圖像；通過包含40個腦區的評分系統對ATA進行視覺評分；利用TOF MRA評估Willis環變異和顱內動脈狹窄；收集心血管參數(血壓、脈搏壓、脈搏波速度、左心室射血分數等)；采用多元回歸分析ATA與人口學、解剖學和心血管因素的關系。

參與者特征

在360名參與者中，284名(78.89%)提供了可用的pCASL數據。組間比較顯示，非裔加勒比參與者相對年輕，而心血管風險因素分布存在族裔差異：南亞和非裔加勒比人群的糖尿病和高血壓患病率高于歐洲白人。評分者間可靠性分析顯示，ATA評分的加權Cohen's K為0.86，表明評分系統具有極好的一致性。

Willis環變異

后循環Willis環的完整性存在性別差異，女性(35.25%)比男性(24.14%)更常見完整的后交通動脈配置(p=0.04)。非裔加勒比男性雙側胎兒型大腦后動脈(PCA)的發生率最高，這種解剖變異可能影響后循環的血流動力學。

動脈穿行偽影分布

ATA評分顯示明顯的區域異質性。大腦后動脈(PCA)和大腦中動脈(MCA)供血區以及血管交界區顯示出相對延長的ATT，而大腦前動脈(ACA)區域在基底節水平通常表現為正常灌注信號。基底節上水平的ATA發生率最高。女性ATA評分顯著高于男性(p<0.01)，表明男性ATT相對延長。

族裔特異性差異

非裔加勒比人群表現出獨特的ATA分布模式：在后循環區域(包括PCA供血區和MCA-PCA交界區)，ATA發生率高于歐洲白人和南亞人；而在前循環區域，特別是MCA最前部區域，ATA發生率較低。歐洲白人與南亞人之間的ATA分布無顯著差異。

線性回歸分析

多元線性回歸模型顯示，年齡和非裔加勒比族裔與較低的ATA評分顯著相關。男性性別在調整心血管風險因素前與ATA評分相關，但調整后相關性減弱。在前循環Willis環變異中，僅單側A1段缺如或發育不良伴對側A1供應雙側ACA的變異與ATA評分相關。在后循環中，單側胎兒型PCA伴對側后交通動脈缺如的變異與ATA評分增加約5%相關。脈搏壓(Pulse Pressure, PP)升高與較高的ATA評分相關，而顱內動脈狹窄(Intracranial Arterial Stenosis, ICAS)與較低的ATA評分相關，但未達到統計學顯著性。

多變量序數邏輯回歸分析

在后循環三個水平上，男性性別和非裔加勒比族裔與較低的ATA評分顯著相關，表明ATT延長。年齡僅對基底節上水平的ATA評分有顯著影響。在該水平，雙側胎兒型PCA與較高的ATA評分相關，提示穿行時間縮短。心血管風險因素與ATA評分無顯著關聯。

本研究通過系統分析三族裔人群的pCASL數據，首次全面揭示了ATA分布的性別和族裔特異性差異。非裔加勒比人群在后循環區域ATA發生率更高的現象，可能與特定的腦血管解剖變異(如胎兒型PCA發生率較高)和心血管參數有關。ATA評分的區域異質性反映了腦血管的生理學特征，遠端血管分支和血管交界區固有的較長ATT導致了這些區域的ATA發生率較高。

年齡相關的ATT延長可能與血管重塑有關，包括大動脈和微血管的迂曲度增加，導致血流路徑延長。然而，族裔差異不能完全用年齡因素解釋，因為非裔加勒比參與者實際上比歐洲白人和南亞參與者更年輕。性別差異可能源于女性較低的血細胞比容，導致血液粘度降低和血流速度增加，從而縮短ATT。

脈搏壓與ATA評分的正相關關系反映了其雙重角色：既是心功能的標志，也是動脈硬化的指標。動脈僵硬度增加會增強搏動性壓力和血流傳輸，可能影響腦血流動力學。值得注意的是，后循環區域的ATA分布特別容易受到Willis環解剖變異的影響，這與該區域血管幾何形狀的高度變異性一致。

這些發現強調了ATA不僅是技術偽影，更是有價值的生理和血流動力學標志物。識別族裔和性別特異性的ATA分布模式，有助于臨床區分生理性穿行延遲與病理性灌注缺陷，提高腦血管疾病的診斷準確性。此外，ATA評估為個性化腦血管風險評估和治療規劃提供了新的視角，特別是在多族裔人群中實施精準醫學策略具有重要意義。

研究的局限性包括樣本僅限于老年人群，結果推廣至年輕人群需謹慎；統計模型的解釋力有限；使用的2D pCASL序列存在輕微的PLD隨層面遞增效應。未來研究可采用多PLD或時間編碼ASL序列直接量化ATT，進一步闡明ATA的生理機制。

總之，這項研究為理解ASL中的ATA提供了新的視角，強調了在臨床實踐中考慮族裔和性別因素的重要性，為改進腦灌注評估和腦血管疾病風險管理提供了重要依據。