基于pCASL灌注MRI的三族裔人群脑血流研究：动脉穿行伪影的分布差异与临床意义

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

本研究针对动脉自旋标记(ASL) MRI中动脉穿行伪影(ATA)的生理机制和临床意义尚未明确的问题，通过分析英国SABRE队列中360名三族裔老年人群的pCASL数据，首次系统揭示了ATA分布存在显著的性别和族裔特异性差异。研究发现非裔加勒比人群在后循环区域ATA发生率更高，且动脉解剖变异与心血管参数共同影响穿行时间，为个性化脑血管评估提供了新的影像学生物标志物。

　　

在神经影像学领域，动脉自旋标记(Arterial Spin Labeling, ASL)技术作为一种无创的脑灌注测量方法，近年来受到广泛关注。这种技术通过磁性标记动脉血中的水质子作为内源性示踪剂，无需注射对比剂即可实现脑血流可视化。然而，ASL技术在实际应用中面临着一个关键挑战——动脉穿行伪影(Arterial Transit Artefact, ATA)。当动脉穿行时间(Arterial Transit Time, ATT)超过标记后延迟时间(Post-Labelling Delay, PLD)时，标记的自旋质子尚未完全进入脑组织，仍在血管内流动，在影像上表现为蜿蜒状高信号，这种现象被称为ATA。

目前临床实践中，ATA常被视作需要规避的技术伪影，但越来越多的证据表明，ATA可能蕴含着重要的生理和血流动力学信息。特别是在老年人群中，ATA的出现可能与脑血管解剖变异、心血管风险因素以及年龄相关的血管重塑密切相关。然而，关于ATA在不同人群中的分布规律及其影响因素，尤其是族裔间的差异，尚未有系统研究。理解这些差异对于准确区分生理性ATA与病理性灌注异常至关重要，有助于提高ASL在脑血管疾病诊断中的准确性。

为此，由Rafael Rehwald领衔的研究团队在《European Radiology》上发表了最新研究成果。该研究基于英国SABRE(Southall and Brent REvisited)人群队列，纳入了360名来自欧洲白人、南亚和非裔加勒比三种族裔背景的参与者，平均年龄70.12±6.58岁，其中139名为女性。所有参与者均接受了3.0-T脑部MRI检查，包括伪连续ASL(pseudo-continuous ASL, pCASL)序列和时间飞跃法(Time-Of-Flight, TOF)磁共振血管成像(Magnetic Resonance Angiography, MRA)。

研究采用视觉评分法对pCASL图像上的ATA进行系统评估。研究人员设计了包含40个脑区的评分模板，覆盖三个轴向水平：基底节下水平、基底节水平和基底节上水平。每个区域按照0-3分进行评分：0分表示无或最小ASL信号(包括成像伪影)，1分表示严重ATA，2分表示中度ATA，3分表示正常ASL信号。基于这些评分，计算了综合ATA百分比分数，从0%(所有区域均为严重ATA)到100%(所有区域信号正常)。

关键技术方法包括：基于英国SABRE三族裔人群队列的360名参与者(120名欧洲白人、120名南亚人、120名非裔加勒比人)的3.0-T脑部MRI数据；采用pCASL序列(标记持续时间1800ms，PLD 2000ms)获取脑灌注图像；通过包含40个脑区的评分系统对ATA进行视觉评分；利用TOF MRA评估Willis环变异和颅内动脉狭窄；收集心血管参数(血压、脉搏压、脉搏波速度、左心室射血分数等)；采用多元回归分析ATA与人口学、解剖学和心血管因素的关系。

参与者特征

在360名参与者中，284名(78.89%)提供了可用的pCASL数据。组间比较显示，非裔加勒比参与者相对年轻，而心血管风险因素分布存在族裔差异：南亚和非裔加勒比人群的糖尿病和高血压患病率高于欧洲白人。评分者间可靠性分析显示，ATA评分的加权Cohen's K为0.86，表明评分系统具有极好的一致性。

Willis环变异

后循环Willis环的完整性存在性别差异，女性(35.25%)比男性(24.14%)更常见完整的后交通动脉配置(p=0.04)。非裔加勒比男性双侧胎儿型大脑后动脉(PCA)的发生率最高，这种解剖变异可能影响后循环的血流动力学。

动脉穿行伪影分布

ATA评分显示明显的区域异质性。大脑后动脉(PCA)和大脑中动脉(MCA)供血区以及血管交界区显示出相对延长的ATT，而大脑前动脉(ACA)区域在基底节水平通常表现为正常灌注信号。基底节上水平的ATA发生率最高。女性ATA评分显著高于男性(p<0.01)，表明男性ATT相对延长。

族裔特异性差异

非裔加勒比人群表现出独特的ATA分布模式：在后循环区域(包括PCA供血区和MCA-PCA交界区)，ATA发生率高于欧洲白人和南亚人；而在前循环区域，特别是MCA最前部区域，ATA发生率较低。欧洲白人与南亚人之间的ATA分布无显著差异。

线性回归分析

多元线性回归模型显示，年龄和非裔加勒比族裔与较低的ATA评分显著相关。男性性别在调整心血管风险因素前与ATA评分相关，但调整后相关性减弱。在前循环Willis环变异中，仅单侧A1段缺如或发育不良伴对侧A1供应双侧ACA的变异与ATA评分相关。在后循环中，单侧胎儿型PCA伴对侧后交通动脉缺如的变异与ATA评分增加约5%相关。脉搏压(Pulse Pressure, PP)升高与较高的ATA评分相关，而颅内动脉狭窄(Intracranial Arterial Stenosis, ICAS)与较低的ATA评分相关，但未达到统计学显著性。

多变量序数逻辑回归分析

在后循环三个水平上，男性性别和非裔加勒比族裔与较低的ATA评分显著相关，表明ATT延长。年龄仅对基底节上水平的ATA评分有显著影响。在该水平，双侧胎儿型PCA与较高的ATA评分相关，提示穿行时间缩短。心血管风险因素与ATA评分无显著关联。

本研究通过系统分析三族裔人群的pCASL数据，首次全面揭示了ATA分布的性别和族裔特异性差异。非裔加勒比人群在后循环区域ATA发生率更高的现象，可能与特定的脑血管解剖变异(如胎儿型PCA发生率较高)和心血管参数有关。ATA评分的区域异质性反映了脑血管的生理学特征，远端血管分支和血管交界区固有的较长ATT导致了这些区域的ATA发生率较高。

年龄相关的ATT延长可能与血管重塑有关，包括大动脉和微血管的迂曲度增加，导致血流路径延长。然而，族裔差异不能完全用年龄因素解释，因为非裔加勒比参与者实际上比欧洲白人和南亚参与者更年轻。性别差异可能源于女性较低的血细胞比容，导致血液粘度降低和血流速度增加，从而缩短ATT。

脉搏压与ATA评分的正相关关系反映了其双重角色：既是心功能的标志，也是动脉硬化的指标。动脉僵硬度增加会增强搏动性压力和血流传输，可能影响脑血流动力学。值得注意的是，后循环区域的ATA分布特别容易受到Willis环解剖变异的影响，这与该区域血管几何形状的高度变异性一致。

这些发现强调了ATA不仅是技术伪影，更是有价值的生理和血流动力学标志物。识别族裔和性别特异性的ATA分布模式，有助于临床区分生理性穿行延迟与病理性灌注缺陷，提高脑血管疾病的诊断准确性。此外，ATA评估为个性化脑血管风险评估和治疗规划提供了新的视角，特别是在多族裔人群中实施精准医学策略具有重要意义。

研究的局限性包括样本仅限于老年人群，结果推广至年轻人群需谨慎；统计模型的解释力有限；使用的2D pCASL序列存在轻微的PLD随层面递增效应。未来研究可采用多PLD或时间编码ASL序列直接量化ATT，进一步阐明ATA的生理机制。

总之，这项研究为理解ASL中的ATA提供了新的视角，强调了在临床实践中考虑族裔和性别因素的重要性，为改进脑灌注评估和脑血管疾病风险管理提供了重要依据。