CTM R灌注及MR擴(kuò)散加權(quán)成像在急性腦缺血中應(yīng)用比較

王王月 綜述 邱維加 審校

關(guān)鍵詞:CT灌注:MR灌注;MR擴(kuò)散加權(quán)成像;急性腦缺血

中圖分類號(hào): R445;R743 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A 文章編號(hào): 1008-2409(2009)06-1177-04

急性缺血性腦血管病(acute ischemic cerebral vascular disease, AICVD)、心血管疾病 、惡性腫瘤組成當(dāng)今人類病死率最高的三大疾病,其中急性缺血性腦血管病是三大疾病中發(fā) 展最快、恢復(fù)最慢、死亡最多、致殘最嚴(yán)重的疾病,給社會(huì)、家庭和患者帶來沉重的經(jīng)濟(jì)和 精神負(fù)擔(dān),如何提高該病的診療水平一直是醫(yī)學(xué)界的重點(diǎn)研究項(xiàng)目。醫(yī)學(xué)影像學(xué)檢查是腦梗 死診斷的重要環(huán)節(jié),近年來,隨著CT和MRI技術(shù)的不斷發(fā)展,急性腦缺血的早期診斷已成為 可能,并且能夠明確病灶的部位、范圍以及病變區(qū)域的血流動(dòng)力學(xué)改變。筆者就CT灌注、MR 灌注及MR擴(kuò)散加權(quán)成像的基本原理及其在急性腦缺血應(yīng)用價(jià)值等方面進(jìn)行了綜述。

1 灌注成像的原理

1.1 CT灌注原理

Mile于1991年首先提出了CT灌注成像(CT perfusion imaging, CTP)的概念[ 1]。CTP是在周圍靜脈團(tuán)注碘對(duì)比劑的同時(shí),在對(duì)比劑首次通過受檢組織的過 程中利用螺旋CT 對(duì)選定的興趣層面連續(xù)動(dòng)態(tài)掃描采集信號(hào),所得數(shù)據(jù)經(jīng)工作站計(jì)算獲得每一像素的時(shí)間-密度 曲線(time-density curve, TDC)[2,3],利用時(shí)間-密度曲線可計(jì)算出反 映腦組織血流灌注 情況的多個(gè)參數(shù),如腦血流量(cerebral blood flow, CBF)、腦血容量(cerebral blood vol ume, CBV)、平均通過時(shí)間(mean transit time, MTT)、對(duì)比劑峰值時(shí)間(time to peak, TT P )等。利用這些參數(shù)組成新的數(shù)字矩陣,經(jīng)偽彩處理得到上述各參數(shù)的彩色圖像。腦CT灌注 成像CT的理論基礎(chǔ)來源于核醫(yī)學(xué)的放射性示蹤劑稀釋原理和中心容積定律(central volumeprinciple)理論:CBF=CBV/MTT。CT增強(qiáng)掃描所使用的碘對(duì)比劑基本能滿足觀察腦血流動(dòng) 力學(xué)變化示蹤劑的條件, 且腦組織內(nèi)對(duì)比劑濃度變化與CT增強(qiáng)值的改變呈線性關(guān)系。因此,在血腦屏障完整, 無對(duì)比劑外滲的情況下, 可以通過CT增強(qiáng)掃描前后不同時(shí)相CT圖像密度變 化來觀察腦組織血流動(dòng)力學(xué)狀態(tài), 進(jìn)行腦血流灌注測量。

1.2 MR灌注原理

MR灌注成像(MRperfusion imaging, MRPI)是用來反應(yīng)組織局部血管分布 和血流灌注情況的磁共振檢查技術(shù),可以通過一些參數(shù)提供感興趣區(qū)域血流動(dòng)力學(xué)方面的信 息。灌注過程是指血流從動(dòng)脈向毛細(xì)血管網(wǎng)灌注,然后匯入靜脈的過程。一般僅指細(xì)胞外液 的交換過程,而不涉及細(xì)胞內(nèi)液的液體交換。為了測定這個(gè)過程,必須用一種媒體來代替血 液,從而可以通過體外設(shè)備借助對(duì)媒體的追蹤來了解血流灌注的情況。MRI灌注成像時(shí)常用G d-DTPA對(duì)比劑,Gd-DTPA可以引起局部的T1、T2、T2*的縮短, T1的縮短可以導(dǎo)致信號(hào)強(qiáng) 度增 高, 而T2、T2*縮短則導(dǎo)致信號(hào)強(qiáng)度降低。由于采用團(tuán)注技術(shù), 對(duì)比劑濃度很高, 此時(shí)T2 、T 2*效應(yīng)占主導(dǎo)作用, 因此在對(duì)比劑首過期間表現(xiàn)為信號(hào)強(qiáng)度迅速下降, 其降低幅度與對(duì)比 劑 濃度成指數(shù)關(guān)系。這樣就可以使用T2*WI序列獲得組織的時(shí)間-信號(hào)曲線, 轉(zhuǎn)換為濃度-時(shí) 間 曲線, 從而計(jì)算出相對(duì)腦血流量(relative cerebral blood flow, rCBF)、相對(duì)腦血容量( relative cerebral blood volume, rCBV)、平均通過時(shí)間和對(duì)比劑峰值時(shí)間等參數(shù)[4 ]。

1.3 MR擴(kuò)散加權(quán)成像原理

MR擴(kuò)散加權(quán)成像(diffusion weighted imaging, DWI)是建立在MR 重要成像要素之一——流動(dòng)效應(yīng)上的一種成像方法,其觀察的是微觀水分子流動(dòng)的擴(kuò)散現(xiàn) 象。在均質(zhì)的水中,如果不設(shè)定水分子的活動(dòng)范圍,水分子的流動(dòng)擴(kuò)散是一種完全隨機(jī)的熱 運(yùn)動(dòng)。但由于人體組織器官內(nèi)存在各種各樣的宏觀及微觀屏障,水分子的活動(dòng)在不同方向上 受到不同程度的限制。在非均一的磁場環(huán)境下,因水分子擴(kuò)散而產(chǎn)生的質(zhì)子隨機(jī)活動(dòng)會(huì)造成 MR信號(hào)的下降,而MR機(jī)本身就擁有一個(gè)用于空間定位的不均勻梯度磁場,所以水分子的擴(kuò)散 在MR圖像上可造成MR信號(hào)的下降。但是在梯度磁場較小時(shí),它的作用是很微弱的。當(dāng)在3D空 間(X、Y、Z軸)任一方向上使用預(yù)先準(zhǔn)備的高場強(qiáng)梯度磁場時(shí),水分子擴(kuò)散造成的MR信 號(hào)改變便可以在圖像上顯示出來。

2 灌注成像在急性腦缺血中的應(yīng)用

2.1 CT灌注的應(yīng)用

應(yīng)用CT灌注評(píng)價(jià)腦缺血,其臨床價(jià)值主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:①早期顯示腦缺血病灶:Mayer等[5]研究顯示,對(duì)于急性腦缺血,灌注CT成像最早 可在 出現(xiàn)癥狀30min后顯示病灶,異常灌注區(qū)表現(xiàn)為CBF下降,CBV正?；蜉p度升高,嚴(yán)重時(shí)下 降,MTT基本正常或延長,TTP延長或消失。邱維加等[6,7]研究顯示腦CT 灌注成像 能較好地評(píng)價(jià)腦的灌注狀態(tài),顯示梗死、缺血的部位和范圍,可理想地應(yīng)用于缺血性腦梗死的 早期診斷中,并為溶栓治療提供診斷依據(jù)。CT灌注技術(shù)可早于常規(guī)方法顯示腦缺血灶就在于 它是一種功能性影像技術(shù)。②評(píng)價(jià)腦缺血的程度:缺血的腦組織是否會(huì)發(fā)展成梗死,取決于腦組織對(duì)缺血的耐受性 、CBF下降程度、缺血持續(xù)時(shí)間三個(gè)因素。③顯示腦缺血半暗帶 (ischemic penumbra,IP):目前對(duì)腦缺血最有效的治療方法就是溶 栓治療,其目的在于及時(shí)恢復(fù)血流以挽救功能尚可恢復(fù)的腦組織,即半暗帶組織。Koenig 等[8]對(duì)發(fā)病6h以內(nèi)的急性腦缺血患者進(jìn)行檢查,發(fā)現(xiàn)半暗帶的敏感性為90%,特異 性100%。

腦缺血區(qū)病灶中心CBF比值可以區(qū)分可逆與不可逆。Klotz等把CBF比值定為0.2是缺血腦組織 存活的最低限值,CBF比值<0.2時(shí),說明腦組織細(xì)胞已壞死,CBF比值在0.2～0.35時(shí),溶栓治療 效果明顯[9]。邱維加等[10]研究顯示腦CT灌注成像能很好地評(píng)價(jià)腦血流 動(dòng)力學(xué)改變,準(zhǔn)確顯 示缺血腦組織的部位和范圍,計(jì)算出多種參數(shù)圖像及缺血半暗帶閾值,為指導(dǎo)臨床溶栓治療提 供依據(jù)。

2.2 MR灌注的應(yīng)用

MR灌注可用來評(píng)價(jià)組織微循環(huán)的灌注情況,敏感地反應(yīng)腦缺血區(qū)。正常情況下,不同部位(灰質(zhì)、白質(zhì)、基底節(jié)區(qū)等)的腦組織灌注狀況是有區(qū)別的。人類 缺血性病灶的核心梗死區(qū)的CBF為8～34ml?100g-1?min-1,IP的CBF為20～2 5ml?100g-1?min-1,3 h內(nèi)的早期溶栓治療能挽救CBF<12 ml?100g-1?min-1的可逆性損傷組織。 腦血管狹窄或阻塞后 ,缺血區(qū)毛細(xì)血管灌注壓(capillary perfusion pressure,CPP)降低,MTT延長,但腦血管啟 動(dòng)自動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)制代償性擴(kuò)張,使局部的CBV增加以維持正常的CBF;當(dāng)CPP持續(xù)下降,血管擴(kuò)展 達(dá)到極限,CBV 不能繼續(xù)增加反而下降時(shí),CBF開始下降。因此MTT對(duì)缺血的敏感性最高,而CBF 、CBV的特異度和準(zhǔn)確性較高。

2.3 MR擴(kuò)散加權(quán)成像的應(yīng)用

DWI對(duì)超急性腦梗死病灶有很高的敏感性和特異性。超急性腦梗死在DWI上可通過近似彌散系 數(shù)(apparent diffusion coefficient,ADC)定量分析來區(qū)分病灶的中心壞死區(qū)、正常腦組 織和IP。超急性期腦梗死病灶中心區(qū)ADC值迅速下降,是由于細(xì)胞膜和細(xì)胞器缺血使細(xì)胞外水 的擴(kuò)散能力降低,DWI表現(xiàn)為異常高信號(hào),病灶周圍的鄰近正常腦組織區(qū)域,即擬定的IP區(qū)ADC 值可見輕度下降,動(dòng)態(tài)觀察可見其信號(hào)強(qiáng)度與正常腦組織類似。ADC下降程度與組織損傷程度 有一定相關(guān)性,ADC較對(duì)側(cè)明顯減低(40%～60%)的區(qū)域代表不可逆性梗死灶,而ADC較對(duì)側(cè)輕度 下降(75%～90%)的區(qū)域則代表可逆性損傷區(qū),即IP。在急性腦卒中病例中也發(fā)現(xiàn)受累腦區(qū)AD C值隨缺血時(shí)間延長而逐漸減低, DWI異常信號(hào)區(qū)域也隨時(shí)間延長而逐漸擴(kuò)大。IP因發(fā)生梗死 部位和病灶大小不同而在影像上顯示為不規(guī)則區(qū),且由于治療時(shí)間的早晚及治療手段的不同 而呈動(dòng)態(tài)變化。這部分腦組織雖有缺血損傷,但仍有恢復(fù)正常的可能,因?yàn)榧?xì)胞膜離子泵尚能 維持細(xì)胞內(nèi)外離子梯度[11-16]。

3 三種方法比較

3.1 CT灌注成像的優(yōu)缺點(diǎn)

CT灌注成像具有經(jīng)濟(jì)實(shí)用,圖像的空間分辨率高,掃描設(shè)備簡單 ,成像時(shí)間短,能夠獲得多個(gè)腦血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)等優(yōu)點(diǎn)。結(jié)合常規(guī)CT圖像,CT灌注成像可以在 腦缺血性卒中發(fā)作的超早期顯示病灶,動(dòng)態(tài)觀察腦內(nèi)缺血性病變的位置、范圍及程度等腦血 流動(dòng)力學(xué)變化,評(píng)價(jià)缺血腦組織的血流灌注情況,并且從影像學(xué)方面證實(shí)了半暗帶的存在。這 對(duì)指導(dǎo)臨床醫(yī)師選擇最佳治療方案盡早進(jìn)行治療,尤其是進(jìn)行接觸性溶栓治療及觀察療效具 有非常重要的意義。但是,也有不足之處,首先CTP的感興趣區(qū)及感興趣點(diǎn)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(zhǔn)確性;其次由于CTP成像需雙側(cè)對(duì)比 ,故在大腦雙側(cè)均有病變時(shí)或后循環(huán)病變時(shí)其敏感性下降,此時(shí)結(jié)合CTA可部分彌補(bǔ)該不足 [17]。

3.2 MR灌注成像的優(yōu)缺點(diǎn)

MR灌注成像可以反映組織的微血管結(jié)構(gòu)和血流灌注情況, 提供血流動(dòng)力學(xué)方面多參數(shù)的信息 , 對(duì)早期診斷和治療缺血性腦血管病有重要意義。MR血流灌注成像對(duì)時(shí)間分辨率要求較高, 用血管內(nèi)造影劑,如Gd-DTPA在較短時(shí)間內(nèi)能相應(yīng)改變組織的磁化率,進(jìn)而改變磁共振信號(hào) 強(qiáng) 弱來測量組織的血流動(dòng)力學(xué)改變,然后在所得的各灌注圖上分別測量感興趣區(qū)的血流動(dòng)力學(xué) 參數(shù),進(jìn)行定量、半定量分析和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。在是否溶栓方面與CTP相同,而MRPI對(duì)急診腦 卒 中,特別對(duì)超早期缺血性腦卒中患者的應(yīng)用,可能存在著很多影響因素,例如假牙、假 肢、電子裝置及金屬異物可影響其在臨床中的應(yīng)用。

3.3 MR擴(kuò)散加權(quán)成像的優(yōu)缺點(diǎn)

DWI對(duì)水分子的限制性彌散非常敏感,可早期顯示細(xì)胞毒性 水腫, 能反映腦組織損傷的病理狀態(tài),DWI診斷早期腦梗死的敏感性大大高于T2WI。DWI較常 規(guī)T1WI、T2WI能更早地發(fā)現(xiàn)缺血病灶[18]。有研究者報(bào)道DWI診斷超急性腦梗死的 敏感性和 特異性分別為88%～100%和95%～100%,被認(rèn)為是目前最敏感的檢查方法[19]。然而 MRI有掃描時(shí)間過長、價(jià)格昂貴、部分患者不能耐受等不足。

4 存在的問題及展望

目前,哪種灌注參數(shù)可以更準(zhǔn)確地反映腦缺血,對(duì)此仍沒有統(tǒng)一的定論[20-24]。Sc haefer等[ 20]研究發(fā)現(xiàn)MR灌注成像CBV、CBF、MTT圖診斷急性腦缺血的敏感度分別為74%、84%、84% ,特 異度分別為100%、96%、96%。Nuutinen等[21]研究發(fā)現(xiàn)PI異常與最終梗死體積有很 好的相關(guān) 性,相關(guān)系數(shù)為0.64。而Rivers 等[22]則認(rèn)為CBF圖與最終梗死體積有很好的相關(guān) 性,相關(guān)系 數(shù)為0.55,MTT圖則高估了梗死程度,與最終梗死體積的相關(guān)系數(shù)為0.49。Seitz等[23]認(rèn)為TT P圖延遲6s可以預(yù)測梗死病灶的最終體積。而Schaefer等[20]則認(rèn)為CBV圖可以較好 地反映病 灶的最終梗死體積。Fiehler等[24]對(duì)腦梗死發(fā)作6h以內(nèi)的32例患者進(jìn)行了MR灌注 成像研究 ,結(jié)果表明,CBF圖上病灶大于50ml且CBF值小于12ml?min-1?100g-1 可以作 為預(yù)測病灶擴(kuò)大的一個(gè)指標(biāo)。與此同時(shí),DWI與ADC值對(duì)腦缺血評(píng)價(jià)的貢獻(xiàn)同樣不能忽視。

綜上所述,CT、MR灌注成像能夠反映腦缺血的血流灌注情況,在目前哪種灌注參數(shù)可 以更準(zhǔn)確地反映腦缺血還沒有統(tǒng)一定論的情況下,較DWI成像 和ADC值對(duì)腦缺血的評(píng)價(jià)更有優(yōu)勢(shì),也同樣具有研究價(jià)值和發(fā)展前景。

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(收稿日期: 2009-08-15)

[責(zé)任編輯 高莉麗 王慧瑾]