王春堯,章 強(qiáng),陳慧軍
(清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院生物醫(yī)學(xué)影像研究中心,北京 100084)
·專題·
CT技術(shù)在評(píng)估急性缺血性腦卒中患者側(cè)支循環(huán)中的應(yīng)用
王春堯,章 強(qiáng),陳慧軍
(清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院生物醫(yī)學(xué)影像研究中心,北京 100084)
腦側(cè)枝循環(huán)在急性缺血性腦卒中的臨床診療中非常重要,是急性缺血性腦卒中的治療方案選擇的重要依據(jù),也能較好的預(yù)測(cè)患者的預(yù)后,因此使用影像學(xué)方法快速準(zhǔn)確的確定缺血性腦卒中患者的側(cè)枝循環(huán)狀態(tài)至關(guān)重要,本文將系統(tǒng)的回顧目前臨床實(shí)踐和研究中常用的CT在缺血性腦卒中患者中評(píng)價(jià)側(cè)枝循環(huán)的各種技術(shù)及其臨床應(yīng)用,包括單時(shí)相CT血管造影、多時(shí)相CT血管造影、以及CT灌注成像技術(shù)。
腦血管病小意外;側(cè)枝循環(huán); 計(jì)算機(jī)斷層攝影術(shù),X線計(jì)算機(jī)
陳慧軍,男,博士,副教授,現(xiàn)任中國(guó)卒中學(xué)會(huì)腦血流與代謝分會(huì)委員,中國(guó)老年保健醫(yī)學(xué)研究會(huì)精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)分會(huì)委員,美國(guó)放射學(xué)會(huì)(RSNA)量化影像生物標(biāo)記物聯(lián)盟(QIBA)磁共振灌注擴(kuò)散和功能成像(PDF-MRI)技術(shù)委員會(huì)委員,長(zhǎng)期從事影像學(xué)技術(shù)研發(fā)和臨床研究,在量化成像技術(shù)和后處理技術(shù)上有豐富的研究經(jīng)驗(yàn)。
腦側(cè)支循環(huán)是指當(dāng)大腦的供血?jiǎng)用}嚴(yán)重狹窄或閉塞時(shí),大腦血流借助其他血管或新生血管吻合,形成旁路,幫助血液到達(dá)腦部缺血區(qū)域,實(shí)現(xiàn)缺血區(qū)域的灌注代償[1]。大腦側(cè)支循環(huán)系統(tǒng)在腦供血中發(fā)揮著重要的代償作用,是決定急性缺血性卒中后最終梗死體積的主要因素,也是影響血管內(nèi)治療和患者最終功能預(yù)后的主要因素[2]。
大腦的側(cè)枝循環(huán)一般分為3級(jí):其一級(jí)側(cè)支循環(huán)為Willis環(huán)(大腦基底動(dòng)脈環(huán)),是腦內(nèi)最重要、最主要的代償途徑,是顱內(nèi)各主要?jiǎng)用}之間相互溝通的橋梁,可迅速使左、右大腦半球及前、后循環(huán)血流相互貫通。Willis環(huán)所連接大腦動(dòng)脈主要包括大腦前動(dòng)脈、大腦中動(dòng)脈和大腦后動(dòng)脈,其中前動(dòng)脈和中動(dòng)脈起始于頸內(nèi)動(dòng)脈,后動(dòng)脈源于基底動(dòng)脈;左、右腦半球前動(dòng)脈之間由前交通動(dòng)脈相連,大腦中動(dòng)脈與后動(dòng)脈之間由后交通動(dòng)脈相連[3]。當(dāng)Willis環(huán)中的一支動(dòng)脈發(fā)生狹窄或閉塞,可通過(guò)Willis環(huán)上其他血管提供“側(cè)支循環(huán)”代償,使血液重分配,以維持腦部血液供應(yīng),對(duì)突發(fā)梗死后缺血區(qū)域和調(diào)節(jié)雙側(cè)大腦半球的血供起著重要作用[4]。因此,Willis環(huán)的結(jié)構(gòu)完整性是發(fā)揮其側(cè)支循環(huán)代償能力的重要前提[2],而普通人群中Willis環(huán)的完整率僅為42%~52%[5]。大多數(shù)缺血性腦卒中患者,由于Willis環(huán)結(jié)構(gòu)本身不完整,不足以提供良好的側(cè)支循環(huán)代償,而發(fā)生梗死。大腦的二級(jí)側(cè)支循環(huán)主要包括眼動(dòng)脈和一級(jí)軟腦膜側(cè)支。當(dāng) Willis 環(huán)的代償不能滿足供血需求時(shí),一些患者的二級(jí)代償通路開(kāi)始發(fā)揮作用[6]。眼動(dòng)脈是重要的次級(jí)側(cè)支代償通路,可以溝通頸內(nèi)動(dòng)脈與頸外動(dòng)脈[7-8]。如果頸內(nèi)動(dòng)脈在眼動(dòng)脈發(fā)出之前出現(xiàn)慢性嚴(yán)重狹窄或閉塞,頸外動(dòng)脈血流就會(huì)經(jīng)眼動(dòng)脈逆流以供應(yīng)頸內(nèi)動(dòng)脈[9]。此外,大腦血管皮質(zhì)支的末梢會(huì)在軟腦膜內(nèi)形成廣泛的血管網(wǎng),構(gòu)成二級(jí)側(cè)支代償?shù)牧硪煌?---軟腦膜吻合支[10-11]。主要有:大腦前動(dòng)脈與大腦中動(dòng)脈前分支、大腦后動(dòng)脈與大腦中動(dòng)脈下后支的吻合,小腦后下動(dòng)脈與腦膜中動(dòng)脈之間的吻合等[1]。而三級(jí)側(cè)支循環(huán)為即新生血管,當(dāng)次級(jí)代償仍不能滿足供血需求時(shí),新生血管成為最終的側(cè)支代償途徑。新生血管是指通過(guò)血管發(fā)生和動(dòng)脈生成產(chǎn)生的新生血管供血,一般在缺血數(shù)天后才能完全建立并實(shí)現(xiàn)血流代償[2],是目前側(cè)支循環(huán)代償研究熱點(diǎn)[9]。
側(cè)支循環(huán)的建立受多種因素影響,如側(cè)支循環(huán)系統(tǒng)的完整性和變異性、側(cè)血管管徑、腦血管狹窄程度和狹窄速度,其他相關(guān)疾病及遺傳因素等[3]。 Willis環(huán)的完整性和變異性是影響一級(jí)側(cè)支代償?shù)闹饕蛩亍S袑W(xué)者將Willis環(huán)形態(tài)分為4種類型:Ⅰ型-Willis環(huán)完整;Ⅱ型-Willis環(huán)前循環(huán)完整,后循環(huán)不完整;Ⅲ型-Willis環(huán)后循環(huán)完整,前循環(huán)不完整;Ⅳ型-Willis環(huán)前、后循環(huán)均不完整。其中,后交通動(dòng)脈變異占絕大多數(shù),表現(xiàn)為胚胎型大腦后動(dòng)脈,發(fā)生率為25%~32%[12]。由于一級(jí)側(cè)支循環(huán)先天形成,臨床治療無(wú)法干預(yù)[10]。而對(duì)二三級(jí)循環(huán)來(lái)說(shuō),研究發(fā)現(xiàn)慢性動(dòng)脈狹窄更有利于側(cè)支循環(huán)代償途徑的建立[13],血管狹窄越嚴(yán)重,愈有利于激發(fā)新生血管的生成,這也與大腦長(zhǎng)期低灌注導(dǎo)致多種促血管生長(zhǎng)因子濃度增加,進(jìn)而導(dǎo)致新生血管增多有關(guān)[3]。但缺血性卒中常見(jiàn)的危險(xiǎn)因素,如高血壓、高血脂及糖尿病等會(huì)影響血管調(diào)節(jié)和內(nèi)皮功能,進(jìn)而阻礙三級(jí)側(cè)支循環(huán)的建立[14-15]。由此可見(jiàn),患者的側(cè)支循環(huán)收到很多因素的影像,而且存在很大的個(gè)體差異性,因此在臨床實(shí)踐中,快速正確的評(píng)價(jià)患者的側(cè)支循環(huán)狀態(tài)尤為重要。
腦側(cè)支循環(huán)對(duì)缺血性腦卒中維持腦灌注發(fā)揮著重要作用,借助數(shù)字剪影血管造影(DSA)、磁共振成像(MRI)、CT等醫(yī)學(xué)影像技術(shù),可以對(duì)卒中患者側(cè)支循環(huán)情況進(jìn)行微創(chuàng)或者無(wú)創(chuàng)的定性和定量評(píng)估,有助于醫(yī)生開(kāi)展個(gè)性化醫(yī)療方案,進(jìn)行預(yù)后評(píng)估和卒中風(fēng)險(xiǎn)的分級(jí)。其中,CT成像技術(shù)具有無(wú)創(chuàng)、操作簡(jiǎn)便、成像時(shí)間短、價(jià)格相對(duì)便宜等優(yōu)點(diǎn),成了大腦側(cè)支循環(huán)評(píng)估的常用手段,通常會(huì)使用CT血管造影(CTA)和CT灌注成像(CTP)等技術(shù),可對(duì)缺血性腦卒中患者提供豐富的腦部血液動(dòng)力學(xué)信息和側(cè)支循環(huán)狀況,對(duì)預(yù)測(cè)腦部再灌注情況、出血風(fēng)險(xiǎn)和功能恢復(fù)具有重要參考價(jià)值,同時(shí)對(duì)術(shù)后出血轉(zhuǎn)移風(fēng)險(xiǎn)也有很好的預(yù)警作用[16]。
2.1 傳統(tǒng)單時(shí)相CT血管造影(single-phase CTA) CTA是一種無(wú)創(chuàng)的顱內(nèi)血管成像技術(shù),通過(guò)靜脈團(tuán)注碘造影劑,并使用CT在目標(biāo)區(qū)域造影劑濃度達(dá)到峰值時(shí)一次連續(xù)掃描,得到增強(qiáng)后的單時(shí)相三維數(shù)據(jù),該數(shù)據(jù)需要使用薄層重建,常見(jiàn)重建層厚為0.5~1.0 mm之間,再結(jié)合圖像后處理技術(shù),對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行最大密度投影(MIP)或者三維體重建(VR),可以從多個(gè)角度顯示血管結(jié)構(gòu),較準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)血管狹窄程度和側(cè)支循環(huán)情況[1],常用于評(píng)價(jià)一、二級(jí)側(cè)支循環(huán)。
單時(shí)相CTA在評(píng)估Willis環(huán)的解剖變異時(shí)準(zhǔn)確性較高(敏感性和特異性均大于90%),但在描述發(fā)育不良的結(jié)構(gòu)時(shí)存在一定局限性(敏感性52.6%,特異性98.2%)[17]。多項(xiàng)研究表明,CTA技術(shù)在評(píng)價(jià)側(cè)支循環(huán)完整性和軟腦膜側(cè)支結(jié)構(gòu)方面具有重要的臨床參考價(jià)值。有研究發(fā)現(xiàn),使用單時(shí)相CTA評(píng)價(jià)的具有較好側(cè)支循環(huán)的患者,其美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院卒中量表(National Institute of Health Stroke Scale, NIHSS)分?jǐn)?shù)明顯低于代償較差組,最終梗死面積和梗死擴(kuò)大也明顯小于較差組[18-20]。劉蓉等[21]回顧性分析60例大腦中動(dòng)脈M1段閉塞的患者,利用CTA評(píng)估側(cè)支循環(huán),證明大腦中動(dòng)脈M1段閉塞后可運(yùn)用CTA側(cè)支循環(huán)評(píng)分對(duì)最終梗死體積進(jìn)行簡(jiǎn)單量化評(píng)估,對(duì)臨床治療及預(yù)后有參考價(jià)值。Miteff等[19]利用CTA技術(shù)對(duì)92例患者腦側(cè)支循環(huán)狀況的評(píng)估結(jié)果顯示,較好的側(cè)支循環(huán)狀況與減小的梗死面積和較好的功能預(yù)后具有顯著相關(guān)性,側(cè)支狀況可作為預(yù)測(cè)預(yù)后恢復(fù)的顯著指標(biāo)。
然而傳統(tǒng)的單時(shí)相CTA在側(cè)支循環(huán)評(píng)估方面有一定的局限性。主要是,單時(shí)相CTA只能顯示對(duì)比增強(qiáng)峰值時(shí)期的一個(gè)時(shí)相結(jié)果,而不能提供豐富的血流動(dòng)力學(xué)信息。由于側(cè)支循環(huán)代償是通過(guò)側(cè)支血管供血,因此,一般通過(guò)側(cè)支循環(huán)供給腦區(qū)的造影劑峰值時(shí)間會(huì)晚于正常供血的腦區(qū),特別是對(duì)于通過(guò)二、三級(jí)側(cè)支循環(huán)供血的腦區(qū)而言。而且由于個(gè)體的側(cè)支狀況、心功能等參數(shù)存在很大的不同,藥物峰值時(shí)間個(gè)體差異較大,在實(shí)際臨床掃描中很難準(zhǔn)確獲得。這些原因?qū)е聜鹘y(tǒng)單時(shí)相CTA的掃描時(shí)間點(diǎn)很容易錯(cuò)過(guò)通過(guò)側(cè)支循環(huán)供血的腦區(qū)的造影劑峰值時(shí)間,從而造成對(duì)側(cè)支循環(huán)代償?shù)牡凸繹22]。
2.2 多時(shí)相CT血管造影(multi-phase CTA,MP-CTA) 近年來(lái),為了克服傳統(tǒng)單時(shí)相CTA在評(píng)估側(cè)支循環(huán)上的缺點(diǎn),有研究者提出了新的MP-CTA,并在各種臨床研究和實(shí)踐中逐步推廣,在評(píng)價(jià)缺血性腦卒中的側(cè)支循環(huán)方面前景廣闊。
相比于傳統(tǒng)單時(shí)相CTA,MP-CTA的主要技術(shù)改進(jìn)就是在多個(gè)時(shí)間點(diǎn)都獲取CTA數(shù)據(jù),除了傳統(tǒng)的動(dòng)脈峰值期,還會(huì)采集靜脈峰值期和靜脈峰值末期的CTA圖像[22]。其中的關(guān)鍵掃描技術(shù),是在保證CTA所需的空間分辨率和全腦覆蓋范圍的情況下,滿足多時(shí)相采集所需的時(shí)間分辨率。因此,需要CT掃描儀的探測(cè)器達(dá)到一定的寬度。目前臨床使用的多種CT掃描儀,由于它們的CT探測(cè)器寬度不同,衍生出多種可以用于MP-CT的掃描技術(shù)[23],包括多層同時(shí)技術(shù)(toggling-table technique)、搖籃床模式(shuttle mode)和容積掃描模式(volume mode)等。其中,多層同時(shí)技術(shù)和搖籃床模式都是在CT探測(cè)器寬度不夠覆蓋全腦的情況下,通過(guò)掃描床的移動(dòng)(螺旋掃描)來(lái)達(dá)到全腦覆蓋,但所需掃描時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng),因此對(duì)探測(cè)器寬度也有一定要求,一般不低于64排的CT掃描儀可以達(dá)到所需的時(shí)間分辨率[22]。然而,移床有可能帶來(lái)圖像偽影和偏移等問(wèn)題[23]。相對(duì)而言,容積掃描模式最為先進(jìn),但對(duì)掃描儀的探測(cè)器寬度要求較高,目前只有少數(shù)CT掃描儀具備寬度足以覆蓋全腦尺寸的掃描器,不需要通過(guò)搖床等技術(shù)達(dá)到。更重要的是,通過(guò)這種掃描方式可以以非常高的時(shí)間分辨率(≤2 s)進(jìn)行MP-CTA的采集,獲得更多時(shí)項(xiàng)的CTA圖像,也被稱為4D-CTA,其高時(shí)間分辨率甚至可以滿足CT灌注成像(CTP)的要求,也就是一次掃描實(shí)現(xiàn)4D-CTA和CTP的同時(shí)采集。MP-CTA的放射性計(jì)量也是臨床關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題,雖然單次時(shí)相采集時(shí)輻射劑量小于傳統(tǒng)CTA,但MP-CTA多時(shí)相掃描期間的累計(jì)輻射劑量還是顯著高于傳統(tǒng)CTA[24]。使用具有寬探測(cè)器和先進(jìn)重建技術(shù)的CT掃描儀可以顯著降低MP-CTA的輻射劑量。
在臨床研究上,相比傳統(tǒng)單時(shí)相CTA技術(shù),MP-CTA可以更好的評(píng)估血栓負(fù)荷和發(fā)現(xiàn)側(cè)支循環(huán)以及再生血管。Smit等[25]對(duì)40例急性缺血性卒中患者側(cè)支循環(huán)情況打分發(fā)現(xiàn),相比傳統(tǒng)單時(shí)相CTA,利用MP-CTA技術(shù)打分的側(cè)支循環(huán)優(yōu)良率為84%的,顯著高于單時(shí)相CTA側(cè)支循環(huán)優(yōu)良的49%,證明了傳統(tǒng)單時(shí)相CTA無(wú)法準(zhǔn)確抓到造影劑峰值所帶來(lái)的側(cè)支循環(huán)低估。Menon等[22]對(duì)147例患者研究證實(shí),在預(yù)測(cè)缺血性卒中的預(yù)后方面,MP-CTA評(píng)價(jià)的側(cè)支循環(huán)狀態(tài)顯示出了出色的可重復(fù)性,而且相比與單時(shí)相CTA,MP-CTA有更好的ROC曲線。Flores等[26]也證實(shí)利用MP-CTA技術(shù)評(píng)估的側(cè)支循環(huán)好壞可以獨(dú)立預(yù)測(cè)再灌注療法后惡性大腦中動(dòng)脈發(fā)展情況。Kim等[27]的研究證明,多時(shí)相CT技術(shù)在預(yù)測(cè)卒中患者側(cè)支循環(huán)血流方面,顯示出了和DSA類似的結(jié)果,有望成為預(yù)測(cè)急性缺血性卒中患者側(cè)支狀況的新方法。
2.3 CTP CTP可對(duì)大腦血流灌注情況進(jìn)行快速的定量和定性評(píng)估,其基本原理是在注射造影劑的情況下,通過(guò)動(dòng)態(tài)多時(shí)項(xiàng)的圖像采集記錄造影劑進(jìn)入大腦的過(guò)程,再通過(guò)對(duì)造影劑進(jìn)入的過(guò)程進(jìn)行數(shù)學(xué)建模,可計(jì)算出一些腦血流參數(shù),進(jìn)而定量評(píng)估腦血流動(dòng)態(tài)灌注情況[28]。CTP可反映腦側(cè)支循環(huán)、梗死核心區(qū)以及缺血半暗帶的相關(guān)信息。不同于CTA,CTP可以反映出三級(jí)側(cè)支循環(huán),因此,目前大部分的研究都是CTP結(jié)合CTA,互補(bǔ)兩者的優(yōu)缺點(diǎn),更加全面的評(píng)估腦側(cè)支循環(huán)。
CTP成像一般與CTA一樣使用常見(jiàn)的CT碘造影劑,并通過(guò)團(tuán)注的方式通過(guò)靜脈注射給藥[28]。CTP的多時(shí)相采集有多種方案[22,29],一般要求為每個(gè)時(shí)項(xiàng)的時(shí)間分辨率為1~3 s,總采集時(shí)間為50~60 s,采集的時(shí)項(xiàng)需要覆蓋到造影劑還沒(méi)有進(jìn)入目標(biāo)腦區(qū)、進(jìn)入和輸出的整個(gè)過(guò)程。不同于CTA,CTP成像由于需要進(jìn)行模型分析,對(duì)時(shí)間分辨率的要求很高;而為了提高分析的穩(wěn)定性,對(duì)圖像的信噪比要求較高,因此薄層重建不常見(jiàn),而5 mm層厚重建較為常見(jiàn);在進(jìn)行腦側(cè)支循環(huán)評(píng)估時(shí),由于主要目標(biāo)是大腦的缺血區(qū)域,并不需要看一二級(jí)側(cè)支,因此不需要覆蓋全腦。一般探測(cè)器不低于64排的CT可以進(jìn)行CTP的掃描,而前述的寬探測(cè)器4D-CTA掃描模式可以實(shí)現(xiàn)一次掃描實(shí)現(xiàn)4D-CTA和CTP的同時(shí)采集,可最小化輻射劑量并獲得豐富的信息。CTP的分析技術(shù)主要包括最大斜率法和解卷積法[30],其中解卷積法有多種算法,如,奇異值分解(SVD)、反相濾波法、調(diào)制傳遞函數(shù)法等,最終可得到的參數(shù)主要為腦血流量(CBF)、腦血容量(CBV)、到達(dá)峰值時(shí)間(TTP)和平均通過(guò)時(shí)間(MTT)等反應(yīng)腦血流的參數(shù)。
在臨床研究中,Cortijo等[31]的研究結(jié)果證實(shí),較高的相對(duì)腦血容量(rCBV)對(duì)應(yīng)較好的側(cè)支循環(huán)代償,并有可能顯示在急性大腦中動(dòng)脈缺血性卒中的持續(xù)性危險(xiǎn)組織的耐受性。Wintermark等[32]的研究證實(shí)了CTP是區(qū)分卒中梗死組織和半暗帶的重要手段,通過(guò)合適的溶栓治療,半暗帶區(qū)域有可能得到恢復(fù)[33];而梗死區(qū)域無(wú)法通過(guò)再灌注得到恢復(fù),并在溶栓治療后有可能增加腦出血風(fēng)險(xiǎn)[34]。對(duì)于腦灌注參數(shù)評(píng)估,一般認(rèn)為梗塞危險(xiǎn)區(qū)呈現(xiàn)CBF下降、CBV正?;蛏吆蚆TT升高;而梗死區(qū)則呈現(xiàn)CBF和CBV的同時(shí)下降以及MTT的升高[32,35]。湯文琴等[36]對(duì)46例單側(cè)MCA閉塞者進(jìn)行CTA和CTP聯(lián)合掃描,結(jié)果顯示,相比健康側(cè),患側(cè)MCA供血區(qū)TTP明顯延長(zhǎng),CBV、CBF略升高,MTT略延長(zhǎng),側(cè)支豐富組CBV、CBF、TTP均高于側(cè)支減少組,MTT低于側(cè)支減少組;證明豐富的側(cè)支循環(huán)可以有效改善閉塞MCA遠(yuǎn)端缺血區(qū)腦組織血流灌注。林盛東等[37]的類似研究結(jié)果同樣證實(shí):急性缺血性卒中患者中有側(cè)支循環(huán)者腦灌注代償率高,而且其腦血容量和腦血流量均高于無(wú)側(cè)支循環(huán)者。
側(cè)支循環(huán)作為腦循環(huán)重要代償機(jī)制之一,在臨床上正確評(píng)價(jià)缺血性卒中患者的側(cè)支循環(huán)對(duì)于治療方案的選擇和預(yù)后評(píng)估發(fā)揮著重要作用[2, 12]。CT成像技術(shù),包括CTA和CTP,可以在臨床上進(jìn)行及時(shí)的影像學(xué)檢查,并可在短時(shí)間內(nèi)評(píng)估患者的側(cè)支循環(huán)狀況,具有重要的臨床意義。
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(本刊編輯部)
CT in evaluating cerebral collateral circulation of acute ischemic stroke patients
Wang Chunrao, Zhang Qiang, Chen Huijun
CenterofBiologicalMedicalImage,MedicalSchool,TsinghuaUniversity,Beijing100034,China
ChenHuijun,Email:chenhj_cbir@mail.tsinghua.edu.cn
Cerebral collateral circulation is important in the treatment of acute ischemic stroke. Collateral circulation is a major aspect that physicians would consider to decide the treatment of acute ischemic stroke and a good indicator of patient prognosis. Thus, it is important to accurately evaluate collateral circulation of acute ischemic stroke patients. This paper will review the techniques and clinical applications of CT in collateral circulation assessment, including single-phase CT angiography, multi-phase CTA, and CT perfusion.
cerebrovascular disorders; collateral circulation; tomography, X-ray computed
陳慧軍,Email: chenhj_cbir@mail.tsinghua.edu.cn
R743.3
A
1004-583X(2017)09-0747-05
10.3969/j.issn.1004-583X.2017.09.003
2017-08-14 編輯:武峪峰