腦灌注成像技術(shù)的應(yīng)用研究進(jìn)展

吳拓，李春陽(yáng)

(1內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)，呼和浩特 010050；2內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院)

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腦灌注成像技術(shù)的應(yīng)用研究進(jìn)展

吳拓1，李春陽(yáng)2

(1內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)，呼和浩特 010050；2內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院)

摘要：腦灌注成像檢查對(duì)于缺血性腦卒中的評(píng)估至關(guān)重要，其作用貫穿于缺血性腦卒中的各個(gè)時(shí)期。不同腦灌注成像檢查方法的優(yōu)缺點(diǎn)各異。CT灌注成像(CTP)具有普及率高、操作簡(jiǎn)便、掃描時(shí)間短、后處理簡(jiǎn)便、獲得數(shù)據(jù)快等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是CTP的各參數(shù)閾值沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一指標(biāo)、掃描層面受限、結(jié)果再現(xiàn)性還有待證實(shí)、仍有輻射等。氙氣增強(qiáng)CT有無(wú)創(chuàng)、計(jì)算精度高等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是結(jié)果易受呼吸節(jié)律的影響、氙氣有麻醉作用。動(dòng)態(tài)磁敏感對(duì)比增強(qiáng)磁共振灌注成像的優(yōu)勢(shì)是能夠進(jìn)行多層面成像，且獲得參數(shù)全面，但缺點(diǎn)是需使用含釓對(duì)比劑。動(dòng)脈自旋標(biāo)記無(wú)需注射對(duì)比劑，完全無(wú)創(chuàng)，可反復(fù)檢查，但只能獲得腦血流量一個(gè)參數(shù)。正電子發(fā)射體層成像、單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層成像是無(wú)創(chuàng)、準(zhǔn)確、參數(shù)全面的灌注檢查，但需要昂貴的檢查費(fèi)用和復(fù)雜的操作。多普勒超聲造影的優(yōu)勢(shì)在于實(shí)時(shí)、無(wú)創(chuàng)、快速、安全，其局限性在于圖像分辨率較低。

關(guān)鍵詞：腦灌注成像；CT灌注成像；MR灌注成像；超聲造影；放射性核素成像

“腦灌注”指的是組織水平的腦血流,可以通過(guò)多個(gè)參數(shù)來(lái)描述,主要包括腦血容量(CBV)、腦血流量(CBF)、平均通過(guò)時(shí)間(MTT)以及達(dá)峰時(shí)間(TTP)。急性腦卒中患者可以通過(guò)腦灌注檢查早期篩選并鑒別梗死灶和缺血半暗帶,從而通過(guò)相應(yīng)治療使缺血半暗帶能再次恢復(fù)血流灌注。這使得腦灌注檢查在腦卒中早期顯得尤為重要，能指導(dǎo)臨床治療及了解預(yù)后。近年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，越來(lái)越多的影像學(xué)檢查方法被用于腦灌注的檢查，新興的腦灌注成像的主要技術(shù)有CT灌注成像(CTP)、動(dòng)態(tài)磁敏感對(duì)比增強(qiáng)磁共振灌注成像(DSC)、動(dòng)脈自旋標(biāo)記(ASL)法以及多普勒超聲造影(CEUS)等，而傳統(tǒng)的腦灌注成像的主要技術(shù)如正電子發(fā)射體層成像(PET)、單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層成像(SPECT)、氙氣增強(qiáng)CT(Xe-CT)等也有所進(jìn)展。現(xiàn)就這些新興及傳統(tǒng)的腦灌注成像技術(shù)的應(yīng)用研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1CTP

CTP是指在靜脈注射對(duì)比劑的同時(shí)，對(duì)選定的層面進(jìn)行連續(xù)多次掃描后觀察對(duì)比劑的動(dòng)態(tài)變化，再利用計(jì)算機(jī)軟件得出每一像素的影像學(xué)技術(shù)。目前CTP主要應(yīng)用于急性或超急性缺血性腦卒中的研究，其可以用來(lái)區(qū)別梗死核心和缺血半暗帶。CTP是一個(gè)新的功能影像學(xué)檢查手段，具有普及率高、時(shí)間和空間分辨力高、操作簡(jiǎn)便、檢查時(shí)間短、后處理簡(jiǎn)便、獲得數(shù)據(jù)快等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，進(jìn)行計(jì)算機(jī)斷層血管造影(CTA)和CTP掃描后,總的掃描時(shí)間僅比頭顱CT增加大約10 min[1]。這使它成為特別適用于急診情況的影像學(xué)技術(shù)[2]。CTP獲得的參數(shù)較為全面，可以同時(shí)獲得CBF、CBV、MTT、TTP等參數(shù)。但其應(yīng)用仍有諸多問(wèn)題，如CTP的各參數(shù)閾值沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一指標(biāo)、掃描層面受限、結(jié)果再現(xiàn)性還有待證實(shí)、仍有輻射等。相對(duì)于磁共振成像(MRI)，CTP在臨床中應(yīng)用更為廣泛，并且能比MRI更快地提供病理生理學(xué)信息[3]。隨著320排容積CT及256層螺旋CT的出現(xiàn)，一站式全腦動(dòng)態(tài)容積CTP-CTA成像的應(yīng)用使CTP掃描的同時(shí)可以得到CTA的信息，掃描可以覆蓋全腦，并且縮短了掃描時(shí)間，且只需注射一次對(duì)比劑，獲取更多信息的同時(shí)大大降低了患者所受的輻射劑量，患者進(jìn)行一站式CTP-CTA成像受到的福射劑量?jī)H僅與常規(guī)CTP相當(dāng),有效輻射劑量約為5 mSv[4]。相信隨著技術(shù)的發(fā)展，CTP成像時(shí)間會(huì)越來(lái)越短，輻射劑量會(huì)更低。

2DSC

DSC是通過(guò)MRI快速重復(fù)采集感興趣區(qū)在推注釓造影劑前后的組織信號(hào)，并通過(guò)平面回波自由感應(yīng)衰減序列(EPI)的信號(hào)變化引起T1或T2的弛緩變化，其與灌注的強(qiáng)度成正比[5]，由此得出對(duì)比劑濃度與時(shí)間的變化曲線。DSC灌注成像的優(yōu)勢(shì)是能夠進(jìn)行多層面成像，并能得出MTT、局部CBV、局部CBF(rCBF)及TTP等參數(shù)，但缺點(diǎn)是需使用外源性含釓示蹤劑，并且是否預(yù)推對(duì)比劑將對(duì)結(jié)果有顯著的影響，對(duì)放射科醫(yī)生要求較高，因此一般采用半定量的分析方法，且受磁場(chǎng)不均一性的影響較大。3.0T MR成像系統(tǒng)的T2*值小，MTT在大多數(shù)商業(yè)軟件中使用簡(jiǎn)單的反卷積計(jì)算[6]或更先進(jìn)的貝葉斯卷積計(jì)算，來(lái)獲得更高的精確度[7～9]，同時(shí)貝葉斯重構(gòu)提高了信噪比以減少對(duì)比劑的用量，并且對(duì)比劑的用量減少使推注時(shí)間縮短，這也提高了DSC灌注參數(shù)定量的準(zhǔn)確度[10]。

3ASL

ASL灌注成像是一種非侵入性MRI技術(shù)，不需要使用任何外源性的造影劑。它采用電磁動(dòng)脈標(biāo)記血液中的水為內(nèi)源性示蹤劑。因此ASL可在任何情況下使用，尤其是在被限制使用外源性的應(yīng)用造影劑或放射性示蹤劑的時(shí)候。ASL無(wú)需對(duì)比劑注射，完全無(wú)創(chuàng)，可反復(fù)檢查，但只能獲得CBF一個(gè)參數(shù)。傳統(tǒng)的雙平面回波成像技術(shù)(EPI)序列ASL信噪比較低，尤其在血流低的區(qū)域[11]。隨著ASL技術(shù)理論的發(fā)展,目前的共識(shí)是,偽連續(xù)式ASL(pCASL)技術(shù)是在科學(xué)研究和臨床應(yīng)用中最佳的標(biāo)記策略[12～15]。pCASL較長(zhǎng)的標(biāo)記時(shí)間(即標(biāo)記的血液容量加大)提供了最好的信噪比，并能減少T1衰減反向脈沖之間固有的時(shí)間來(lái)縮短圖像采集。三維(3D)ASL技術(shù)是pCASL類(lèi)型的標(biāo)記方式。而在圖像讀取中，新型的3D成像序列使用背景抑制技術(shù)，即抑制靜態(tài)組織信號(hào)，以減少噪音和運(yùn)動(dòng)的不穩(wěn)定性。ASL信號(hào)較小，并且需要信號(hào)積累，運(yùn)動(dòng)和其他的不穩(wěn)定性可以降低灌注圖像的質(zhì)量，pCASL克服了傳統(tǒng)脈沖式標(biāo)記存在的信噪比低、灌注效果不均勻等缺點(diǎn)。在最先進(jìn)的ASL圖像技術(shù)出現(xiàn)之前，背景抑制可以進(jìn)一步提高圖像參數(shù)靈敏度和可重復(fù)性[15]。隨著MRI設(shè)備硬件和軟件的不斷提高，尤其是高場(chǎng)強(qiáng)和3D采集技術(shù)的應(yīng)用，ASL的缺點(diǎn)將會(huì)得到改善，其完全無(wú)創(chuàng)、可重復(fù)操作、絕對(duì)數(shù)值的優(yōu)點(diǎn)將得到更大的展現(xiàn)。

4CEUS

CEUS是通過(guò)聲學(xué)造影劑六氟化硫微泡來(lái)量化組織灌注的成像技術(shù)。通過(guò)專(zhuān)門(mén)的軟件對(duì)灌注造影劑后組織的背向散射信號(hào)和灌注造影劑之前的組織進(jìn)行對(duì)比度增強(qiáng)的程度準(zhǔn)確量化計(jì)算[16]。通過(guò)測(cè)量造影劑在不同時(shí)間腦組織內(nèi)背向散射信號(hào)的強(qiáng)度繪制時(shí)間-強(qiáng)度曲線來(lái)獲得峰值強(qiáng)度、曲線面積以及TTP參數(shù)。CEUS的優(yōu)勢(shì)在于實(shí)時(shí)，無(wú)創(chuàng)，快速，安全無(wú)輻射，造影劑代謝快，可重復(fù)進(jìn)行，便攜性好，甚至可以為重癥患者進(jìn)行床旁檢查，非常適用于無(wú)法搬運(yùn)移動(dòng)但又急需了解腦內(nèi)灌注情況的患者。其局限性在于圖像分辨率較低，因此對(duì)操作者的依賴(lài)程度較高。且由于CEUS需要通過(guò)顱骨的聲窗進(jìn)行檢查，部分聲窗過(guò)厚的患者無(wú)法進(jìn)行該項(xiàng)檢查。CEUS的發(fā)展十分迅速，造影劑諧波成像、脈沖反向造影劑諧波成像、能量多普勒成像、能量脈沖反向造影劑諧波成像、微泡破壞成像等技術(shù)的發(fā)展拓寬了超聲在組織血流灌注測(cè)量方面的應(yīng)用[17]。3D顱骨打印將會(huì)幫助CEUS更加方便地找到聲窗，拓展CEUS的適用范圍。

5PET

PET是涉及注射或吸入放射性標(biāo)記的15O同位素的核成像技術(shù)。這種同位素通常以H215O或C15O的形式存在。放射性核素衰變并發(fā)射正電子，其用電子碰撞導(dǎo)致湮滅。該反應(yīng)在相反的方向釋放出兩個(gè)511 kV的正電子，隨后可以被PET掃描儀檢測(cè)到。最后，掃描相關(guān)的CT圖像，以提供解剖學(xué)參考[18]。PET同位素的半衰期是122.1 s，且采集圖像時(shí)間還不到3 min[19]。PET被認(rèn)為是腦灌注參數(shù)的金標(biāo)準(zhǔn)，包括CBF、腦代謝率、CBV、氧提取因子、MTT[18]。PET是一項(xiàng)無(wú)創(chuàng)、準(zhǔn)確、參數(shù)全面的灌注檢查。但PET有幾個(gè)限制：檢查麻煩，需要昂貴的檢查費(fèi)用和復(fù)雜的操作；H215O和C15O都是非脂質(zhì)可溶性示蹤劑，記錄CBF值具有不精確性；示蹤劑的輻射問(wèn)題。因此PET在實(shí)際臨床上未被廣泛應(yīng)用。隨著18F-脫氧葡萄糖等新放射性示蹤劑的使用，以及多模式醫(yī)學(xué)影像技術(shù)結(jié)合的PET/CT的應(yīng)用，Cho等[20]通過(guò)頭骨剝離CT模板創(chuàng)建了一個(gè)新的以CT為基礎(chǔ)的空間標(biāo)準(zhǔn)化方法，其提供了更可靠的灌注參數(shù)結(jié)果，并降低了成本，避免示蹤劑的結(jié)構(gòu)失真。目前，PET與分子生物學(xué)結(jié)合不但可以進(jìn)行灌注成像，還可以進(jìn)行分子顯像、基因顯像等功能顯像。

6SPECT

SPECT是通過(guò)評(píng)估放射性示蹤劑的衰變釋放出純粹的γ光子攝取測(cè)量rCBF的核成像技術(shù)[21]。最常用的示蹤劑是99mTc耦合到一個(gè)親脂性化合物，其在靜脈注射后很容易通過(guò)血腦屏障，并轉(zhuǎn)換為可以保留很長(zhǎng)時(shí)間(24～48 h)的親水形式[18]。這使得SPECT可以允許延遲顯像，而親脂性失蹤劑轉(zhuǎn)換為親水性失蹤劑可以防止其再次通過(guò)血腦屏障進(jìn)入循環(huán)。SPECT的優(yōu)勢(shì)是無(wú)創(chuàng)、較便宜、方便、放射性藥物制劑的制作相對(duì)簡(jiǎn)單、锝伽馬發(fā)射器臨床應(yīng)用廣泛[22]。SPECT能夠可靠地檢測(cè)組織灌注的早期變化，常被其他灌注方法當(dāng)作參考標(biāo)準(zhǔn)，但臨床應(yīng)用仍存在爭(zhēng)議[23]。在臨床緊急的情況下不能快速注入失蹤劑，因此SPECT無(wú)法應(yīng)用于急診中。此外，SPECT的分辨率相對(duì)較低，常需與其他成像方式耦合以提高分辨率[5]。并且SPECT有輻射，采集時(shí)間也較長(zhǎng)，因此不能短時(shí)間重復(fù)進(jìn)行[19]。然而，由于SPECT對(duì)rCRF的相對(duì)性，因此重復(fù)測(cè)量進(jìn)行對(duì)比又是必要的[24]。由于SPECT提供的rCRF半定量數(shù)據(jù)是與“正?！眳^(qū)域進(jìn)行對(duì)比的相對(duì)值，因此其rCRF的絕對(duì)值可能并不準(zhǔn)確。隨著分子影像學(xué)技術(shù)的發(fā)展，多模式醫(yī)學(xué)影像技術(shù)結(jié)合的SPECT/CT的應(yīng)用，以及硬件設(shè)備SPECT探頭技術(shù)的成熟，SPECT腦灌注成像的采集速度大大加快，空間分辨率極大改善，有更強(qiáng)大的多核素顯像能力，圖像質(zhì)量已接近甚至超過(guò)PET成像，固定模式采集避免了運(yùn)動(dòng)偽影[25]。

7Xe-CT

Xe-CT檢查是讓患者吸入能夠在血流中迅速均衡的氙氣，然后再在短時(shí)間內(nèi)獲得多個(gè)重復(fù)CT圖像，繪制信號(hào)密度曲線，并計(jì)算出一個(gè)像素的CBF。Xe-CT有無(wú)創(chuàng)、可以準(zhǔn)確檢測(cè)出CBF、方法計(jì)算精度高、過(guò)程簡(jiǎn)單、安全、10 min內(nèi)即可得到初步結(jié)果、檢測(cè)費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)。Ingvar等[26]通過(guò)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，Xe-CT與作為定量金標(biāo)準(zhǔn)的放射性核素成像技術(shù)測(cè)出的CBF間的相關(guān)系數(shù)為0.92,而且在血流值上也非常吻合，這說(shuō)明Xe-CT量化的rCBF準(zhǔn)確度相當(dāng)高。但由于Xe-CT是單參數(shù)成像，目前只能計(jì)算CBF值，而無(wú)其他參數(shù)，且其結(jié)果易受呼吸節(jié)律的影響，加上氙氣的麻醉作用等缺陷限制了Xe-CT的廣泛應(yīng)用。近年來(lái)，由于CT技術(shù)的改進(jìn)，氙氣的吸入濃度由32%下降到28%，Carlson等[27]發(fā)現(xiàn)在此濃度下行Xe-CT的不良事件風(fēng)險(xiǎn)性非常低。相信隨著CT技術(shù)的不斷革新，氙氣的吸入濃度需求會(huì)進(jìn)一步降低，Xe-CT檢查會(huì)更加安全，有望被廣泛應(yīng)用。

總之，腦灌注的檢查在臨床中發(fā)揮著重要的作用。腦灌注成像影像學(xué)技術(shù)數(shù)量的不斷增加使得臨床醫(yī)生在選擇上有了更大的自由，了解各種技術(shù)的優(yōu)勢(shì)及局限性，對(duì)在臨床工作中選出最為合適的腦灌注影像學(xué)檢查尤為重要。

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·綜述·

收稿日期：(2015-07-24)

通信作者：李春陽(yáng)

中圖分類(lèi)號(hào)：R743

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1002-266X(2015)47-0094-04

doi：10.3969/j.issn.1002-266X.2015.47.038