計算機斷層掃描灌注成像在急性缺血性腦血管病中的應(yīng)用

林 青 綜述 馬琪林 審校

(福建省廈門大學附屬第一醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科,廈門 361003)

計算機斷層掃描灌注成像(com puterized tom ography perfusion,CTP)是利用動態(tài)增強計算機斷層掃描(CT)和圖像后處理技術(shù)來反映組織血管化程度和血流灌注狀態(tài),從而提供組織器官血流動力學信息的功能成像方法,能一定程度地反映腦缺血病理生理學改變,已成為評價早期腦梗死時組織灌注狀態(tài)的重要檢查手段,與核磁共振(MR I)灌注成像相比,能在最短時間內(nèi)評估缺血半暗帶并指導溶栓治療。

1 急性腦梗死的缺血半暗帶理論

1977年英國科學家 Astup等[1]發(fā)現(xiàn)在狒狒大腦中動脈閉塞腦梗死模型中,局部腦血流量降至15m L/100 g/m in時,感覺誘發(fā)電位消失,但細胞外K+活性無變化,此為神經(jīng)元電生理功能衰竭閾值;當降至 10m L/100 g/m in時,K+活性突然升高,離子泵和能量代謝衰竭為膜功能衰竭閾值。感覺誘發(fā)電位消失后,若能及時增加局部腦血流量則誘發(fā)電位可再度出現(xiàn)。因此 Astup等首先提出缺血半暗帶(ischem ic penumbra)的概念,它是指缺血后組織喪失電活動但仍能維持跨膜離子電位,并能存活一段時間的腦組織。隨后,許多學者分別從形態(tài)學、能量代謝、電生理、神經(jīng)影像學等不同角度驗證了缺血半暗帶的理論。

2 CT灌注成像理論

CTP腦血流測量技術(shù)的理論基礎(chǔ)是“中心容積原理”和核醫(yī)學“示蹤劑稀釋原理”[2]。CTP是應(yīng)用靜脈注入X射線對比劑,經(jīng)左心室到達靶器官,通過動態(tài)掃描以獲得該層面內(nèi)每一像素的時間-密度曲線(tim e-density curve,TDC)。該曲線橫坐標為時間,縱坐標為注射對比劑后增加的CT值(一般認為1mg碘可使 1 cm腦組織的 CT值增加 25Hu),其曲線直接反映了對比劑在腦實質(zhì)中的濃度變化,間接反映了腦組織的灌注量變化。依據(jù)曲線,利用不同的數(shù)學模型可以計算出相應(yīng)的血流量(b lood flow,BF)、血容量(b lood volum e,BV)、對比劑平均通過時間(mean transm it tim e,MTT)、峰值時間 (time to peak,TTP)和表面通透性(perm eability o f surface,PS)等參數(shù)。對以上參數(shù)進行圖像重組和偽彩染色處理,可以得到血流灌注圖、血容積圖、對比劑平均通過時間圖和對比劑峰值時間圖等,從而評價組織器官的灌注狀態(tài)。

CTP的常用參數(shù)有:①腦血容積(cerebralb lood volum e,CBV)為腦感興趣區(qū)(region of interes,t RO I)大血管和毛細血管的血管床容積,CBV圖由 TDC曲線下面積的數(shù)學積分算出,單位為m L/100g。②腦血流量(cerebra lb lood flow,CBF)指單位時間單位體積腦組織內(nèi)的血流量,單位為 m L/100 g/m in。③MTT是腦血液動力學的重要參數(shù),可認為是血液自動脈端流至靜脈端的循環(huán)時間,因通過的血管路徑不同,故時間也不同,所以用平均通過時間表示。上述 3個參數(shù)之間的關(guān)系符合中心容積定律,可用公式表示:MTT=CBV/CBF。④達峰時間(TTP)指對比劑開始注射至其濃度達到峰值的時間,單位為秒(s)。⑤PS是近年提出的新參數(shù),其數(shù)值反映對比劑進入間質(zhì)(血管外)的量,通過 TDC的斜率即可計算出 PS值,單位為 m L/100 g/m in。

與 PET及氙氣-CT金標準相比,從 CTP測得到的 CBF值顯示了非常高的準確度[3,4]。M ayer等[5]研究發(fā)現(xiàn),CBF參數(shù)圖對腦缺血程度判斷的敏感性為 93%,特異性為 98%。A viv等[6]認為 CBV對急性腦梗死預(yù)測最后梗死范圍和臨床轉(zhuǎn)歸的敏感性、特異性、陽性預(yù)測值、陰性預(yù)測值分別為 60%、100%、100%、45%。M urphy等[7]研究表明,CBV ×CBF的交互作用半暗帶判斷的對敏感度、特異度準、確度分別為 97.0%、97.2%、97.1%,比單獨應(yīng)用 CBF或CBV評價缺血狀態(tài)顯示了更好的結(jié)果,說明 CBV閾值隨 CBF的變化而不同。Koen ig等[8]認為由于人腦組織的血流灌注量因年齡、心血管生理狀態(tài)、顯影劑等的不同,測得數(shù)值可有差異,CBF與CBV絕對值不能準確反映缺血組織的灌注狀態(tài),應(yīng)用對側(cè)半球鏡像區(qū)域作為參照的半定量數(shù)值可以彌補這些不足。MTT延長是急性腦梗死最常觀察到的改變,特異性較低,敏感性較高,是 CBF良好的輔助診斷指標。Grandin等[9]認為MTT對區(qū)分正常腦組織和缺血腦組織非常敏感,但對缺血損害的程度以及發(fā)生腦梗死危險性的評價上不如 rCBF和 rCBV。目前,對參數(shù) PS的研究較少,從 PS圖的產(chǎn)生機制來看,PS值反映的是血腦屏障破壞的情況。腦梗死后血腦屏障破壞可以導致 PS值升高。全冠民等[10]在血栓性腦缺血兔模型中,通過 PS參數(shù)變化連續(xù)觀察腦缺血 6 h內(nèi)微血管通透性變化,結(jié)果 PS圖上缺血區(qū)為斑片狀或斑點狀通透性增大,提示 PS值有效地顯示腦缺血超急性期微血管通透性的變化。

3 CTP在急性缺血性卒中的應(yīng)用

腦組織對灌注壓的變化有自動調(diào)節(jié)機制。當灌注壓下降時,通過小動脈的擴張,可一定程度上維持正常的腦血流量,此時表現(xiàn)為 CBV、MTT增加,CBF保持不變。隨著灌注壓的進一步下降,CBV、CBF進一步降低,MTT進一步延長,此時能量供應(yīng)不足以維持正常細胞的功能,出現(xiàn)缺血半暗帶。最終,嚴重的灌注壓不足導致 CBV、CBF降低,MTT延長,造成不可逆性腦梗死[11]。Sparacia等[12]對 30例發(fā)病 3 h內(nèi)的急性腦梗死患者進行 CTP檢查,根據(jù)MR I復查結(jié)果確定最終梗死體積,發(fā)現(xiàn)梗死區(qū)、半暗帶、對側(cè)對照區(qū)平均 MTT分別為 9.8 s、5.1 s、3.4 s;平均CBF的相對值(rCBF)分別為 24.6m L/100 g/m in,64.8m L/100 g/m in,70.8m L/100 g/m in;平均 CBV的相對(rCBV)分別為 3.5m L/100 g、3.9m L/100 g、2.9m L/100 g。認為缺血腦組織的CBF及CBV下降提示為不可逆損傷(即梗死),而 CBF下降、MTT延長、CBV正常或輕度增加則提示為可逆性損傷(即缺血半暗帶)。MTT延長＜5.1 s為半暗帶,MTT＞6.05 s為梗死。梗死區(qū) MTT閾值 6.05 s的敏感性84.6%,特異性 100%,準確度 92.3%。K oenig等[7]的研究結(jié)果顯示 rCBF為 0.48和 rCBV為 0.6是區(qū)分梗死區(qū)和半暗帶的相對閾值。而 K lotz等[13]認為rCBF為 0.20作為缺半暗帶的最低限,如果 rCBF比值＜0.20,無論采取何種治療方法腦組織都無法存話;如果 rCBF比值在 0.20～0.35之間,溶栓治療的效果明顯。

高培毅[14]根據(jù) CTP腦血流量情況,將腦梗死前期分為兩期 4個亞型:①Ⅰ期:腦血流動力學發(fā)生異常變化,腦血流灌注壓在一定范圍內(nèi)波動,機體可以通過小動脈和毛細血管平滑肌的代償性擴張或收縮來維持腦血流相對穩(wěn)定;Ⅰa期:腦血流速度發(fā)生變化,腦局部微血管尚無代償性擴張,灌注成像可見TTP延長,MTT、CBF和 CBV正常;Ⅰb期:腦局部微血管代償性擴張,灌注成像見TTP和MTT延長,CBF正?；蜉p度下降,CBV正常或升高。②Ⅱ期:腦循環(huán)儲備力失代償,CBF達電衰竭值以下,神經(jīng)元的功能出現(xiàn)異常,機體通過腦儲備力來維持神經(jīng)元代謝的穩(wěn)定;Ⅱa期:CBF下降,由于腦缺血造成局部星形細胞足板腫脹,并開始壓迫局部微血管,灌注成像見TTP、MTT延長以及 CBF下降,CBV正常或輕度下降;Ⅱb期:星形細胞足板明顯腫脹,并造成腦局部微血管受壓變窄或閉塞局部微循環(huán)障礙,灌注成像見TTP、MTT延長 CBF和 CBV下降。如果 CBF和 CBV明顯下降提示進入腦梗死階段。

溶栓是急性腦梗死最有效的治療方法。但目前的溶栓治療指南基于嚴格的 4.5 h時間窗,而沒有充分考慮梗死后的病理生理和半暗帶的存在。而在MR I灌注成像(PW I)和彌散成像(DW I)指導下的急性腦梗死溶栓研究,證實即使超過時間窗,只要缺血半暗帶存在,溶栓仍然有效,且出血的風險并無增加[15,16]。盡管MR I評估缺血半暗帶有優(yōu)勢,但耗時和增加費用卻是不利的因素,因此利用 CTP來評估和指導溶栓治療應(yīng)該是方向之一。Jakubow ska等[17]報道對 1例 68歲右側(cè)偏癱(N IHSS評分 20分)的大腦中動脈(MCA)閉塞的男性患者,癥狀發(fā)生后 7.5 h CTP顯示存在半暗帶,9 h后進行重組組織型纖溶酶原激活劑(rt-PA)動脈溶栓;溶栓 1 h后重新掃描顯示MCA再通;隨訪MR I顯示僅梗死中心區(qū)輕度出血轉(zhuǎn)化;18 d后患者N IHSS降為 5分而出院。因此,如果 CTP顯示缺血半暗帶確切存在,頸內(nèi)動脈系統(tǒng)的溶栓治療可以在發(fā)病 6～9 h內(nèi)進行。CTP還可作為動脈狹窄內(nèi)支架成形術(shù)后臨床轉(zhuǎn)歸的客觀評價指標[18]。

多模式 CT成像包括全腦普通 CT平掃、CTP和CT血管成像(CTA),在評估半球梗死患者是否接受rt-PA治療時已顯示出明顯的優(yōu)越性。CTA能夠評估患者血管閉塞的部位,同時評估腦血管的總體狀況,而CTP則能夠評估腦組織血流灌注缺損的范圍以及嚴重程度。CTP聯(lián)合 CTA評估還有助于剔除存在高度出血性轉(zhuǎn)化風險的患者。CTA顯示的血管閉塞是影像溶栓決策的重要因素。Parsons[19]推薦多模式 CT成像指導溶栓的標準是:①高的獲益:小的中心區(qū)梗死-大面積的半暗帶-血管閉塞;②良好的獲益:中等大小的中心區(qū)梗死-中度面積的半暗帶、或小的中心區(qū)梗死-小面積的半暗帶、大面積的半暗帶-CTA顯示沒有血管阻塞;③低的獲益:沒有半暗帶、大的梗死區(qū)伴有或沒有半暗帶、臨床癥狀提示半球缺血但無灌注異常區(qū)或血管閉塞。還有待更多試驗證實。

4 CTP在短暫性缺血發(fā)作(T IA)中的應(yīng)用

TIA的傳統(tǒng)定義是基于推測性的時間限定,受到巨大的挑戰(zhàn)。T IA研究組的A lbers等[20]提出了 T IA的新定義,在一定程度上強調(diào)了影像學證據(jù)。研究發(fā)現(xiàn),超過 1 h的 TIA可存在腦實質(zhì)損傷,常規(guī)MRI也證實了這一點。DW I研究顯示,半數(shù)符合傳統(tǒng)定義的T IA患者 DW I圖像存在缺血病灶。Lu等[21]對20例 TIA患者進行 CT、CTP和 TCD檢查,結(jié)果發(fā)現(xiàn)20例 CT正常而 13例與臨床符合的 CTP改變顯示TTP延長持續(xù)的異常,與對側(cè)相比TTP平均延長 2.8 s。CTP能提供血液動力信息及灌注異常區(qū)域。雷靜等[22]對 24例臨床診斷為椎動脈粥樣硬化狹窄所致的椎基底動脈系統(tǒng)T IA的患者行數(shù)字減影血管造影術(shù)(DSA)和后循環(huán)腦組織的 CTP檢查。結(jié)果發(fā)現(xiàn)患者中DSA所顯示的椎動脈中-重度狹窄達為 60%～100%,頭顱 CT平掃則未發(fā)現(xiàn)與臨床癥狀相對應(yīng)的病灶,而其中 13例患者 CTP檢出與臨床癥狀相對應(yīng)的低灌注區(qū),其中 2例患者整個后循環(huán)供血區(qū)較同層面前循環(huán)供血區(qū)TTP明顯延遲。

5 CTP在動物實驗中的研究

有關(guān)CTP明確半暗帶組織的動物實驗正在積極開展。Nabavi等[23]利用兔 MCA閉塞模型行顱腦CTP,并與病理切片對照研究,提出 rCBF＜10m L/100 g/m in及MTT延遲超過 6 s是缺血組織轉(zhuǎn)變?yōu)楣Ｋ澜M織的有效預(yù)測值。此結(jié)果與正電子發(fā)射體層攝影(PET)、單光子發(fā)射計算機化斷層顯像(singlephoton em ission com puted tom ography,SPECT)等其他核素檢查結(jié)果相似。M urphy等[24]在兔MCA閉塞模型中發(fā)現(xiàn)梗死區(qū)的 CBV和 CBF均顯著下降,半暗帶CBF顯著下降＜25m L/100 g/m in,而 CBV仍接近正常值,logistic回歸分析顯示 CBV×CBF交互作用對梗死區(qū)預(yù)測的敏感性和特異性分別為 90.6%和93.3%。

6 CTP優(yōu)勢、存在問題和展望

多模式 CT和MR I掃描均能顯示低灌注區(qū),但對于溶栓治療,大多數(shù)醫(yī)療機構(gòu)能更快完成 CTP檢查,就為溶栓治療贏得了寶貴的時間。對于有MR I檢查禁忌證的患者,如心臟起搏器或其他電子裝置及其他體內(nèi)金屬異物植入者、幽閉恐懼癥患者應(yīng)首選CTP。對懷疑腦干梗死的患者則應(yīng)考慮MR I。

CTP在急性缺血性腦血管病中的應(yīng)用尚存在以下問題:①技術(shù)方面:CTP要求快速團注對比劑,需要高壓注射器和準確掌握掃描時間。圖像在每一成像期間只能做一次(首過效應(yīng))技術(shù)要求較高,一次檢查中不能重復。②CTP評價腦梗死的不足:首先CTP的感興趣區(qū)及感興趣點需要人為選擇,因此需放射診斷醫(yī)師與臨床醫(yī)師密切合作,才能提高診斷準確性。其次由于 CTP成像需雙側(cè)對比,故在大腦雙側(cè)均有病變時或后循環(huán)病變時其敏感性下降。此時結(jié)合 CTA可部分彌補該不足。全腦 CT灌注結(jié)合血管造影可提高對缺血區(qū)檢出的敏感度。CTA比MRA可更準確地評估血管阻塞部位。CTP顯示有半暗帶但 CTA沒有明顯阻塞的患者溶栓的效果目前還不清楚。MCA的M2段以上阻塞在 CTA上不能觀察到,如果有半暗帶存在,可能從溶栓獲益。另一方面,大范圍灌注缺失指示MCA近端阻塞,但 CTA沒有顯示阻塞,可能是血管自發(fā)性再通,從溶栓治療獲益就小。③對 CTP參數(shù)的評價尚未統(tǒng)一,聯(lián)合 CTA指導溶栓治療的標準還有待確立。④造影劑所致過敏反應(yīng)和腎損害盡管并不常見,但少數(shù)后果嚴重。

盡管如此,CTP具有無創(chuàng)、簡便和快速的特點,能判斷腦血流灌注異常、急性腦梗死的梗死核心和缺血半暗帶,必將有廣泛的臨床應(yīng)用前景。

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