CO2吸入負(fù)荷MR灌注成像對(duì)大腦中動(dòng)脈重度狹窄或閉塞腦血管儲(chǔ)備功能的初步研究

田 晞 TIAN Xi麻增林 MA Zenglin栗金紅 LI Jinhong孔曉華 KONG Xiaohua王 曼 WANG Man吳 剛 WU Gang

論著

CO2吸入負(fù)荷MR灌注成像對(duì)大腦中動(dòng)脈重度狹窄或閉塞腦血管儲(chǔ)備功能的初步研究

田 晞 TIAN Xi
麻增林 MA Zenglin
栗金紅 LI Jinhong
孔曉華 KONG Xiaohua
王 曼 WANG Man
吳 剛 WU Gang

作者單位北京中醫(yī)藥大學(xué)第三附屬醫(yī)院放射科 北京100029

目的腦動(dòng)脈狹窄或閉塞引起局部腦血流動(dòng)力學(xué)和腦血管儲(chǔ)備（CVR）功能改變，是缺血性腦卒中的重要危險(xiǎn)因素。本研究應(yīng)用CO2吸入負(fù)荷MR灌注成像對(duì)大腦中動(dòng)脈重度狹窄或閉塞患者CVR功能進(jìn)行評(píng)估。資料與方法選擇28例一側(cè)大腦中動(dòng)脈重度狹窄或閉塞患者和對(duì)照組10例正常人，在CO2吸入負(fù)荷試驗(yàn)前后2次進(jìn)行MR灌注掃描，選取大腦中動(dòng)脈重度狹窄或閉塞患側(cè)大腦中動(dòng)脈供血區(qū)、健側(cè)對(duì)應(yīng)部位及對(duì)照組大腦中動(dòng)脈供血對(duì)應(yīng)區(qū)作為感興趣區(qū)（ROI），測(cè)量相對(duì)腦血容量（rCBV）、相對(duì)平均通過(guò)時(shí)間（rMTT）、相對(duì)腦血流量（rCBF）及CVR功能。結(jié)果①大腦中動(dòng)脈重度狹窄或閉塞患側(cè)ROI的rCBV、rCBF、rMTT CO2吸入負(fù)荷試驗(yàn)前分別為149.16±33.01、18.04±5.24、8.65±1.81，CO2吸入負(fù)荷試驗(yàn)后分別為156.23±21.60、23.77±8.77、8.72±3.01，CO2吸入負(fù)荷試驗(yàn)后rCBV、rCBF及rMTT增加（t=1.238、2.561、2.647，P＜0.05）；大腦中動(dòng)脈重度狹窄或閉塞健側(cè)ROI 的rCBV、rCBF、rMTT CO2吸入負(fù)荷試驗(yàn)前分別為176.22±40.12、22.43±5.74、8.10±3.71，CO2吸入負(fù)荷試驗(yàn)后分別為198.54±39.87、27.64±7.22、8.03±2.97，CO2吸入負(fù)荷試驗(yàn)后rCBV、rCBF增加（t=1.780、1.665，P＜0.05）、rMTT減少（t=2.871，P＜0.05）。②大腦中動(dòng)脈重度狹窄或閉塞患側(cè)、健側(cè)及對(duì)照組ROI的CVR分別為18.9%、26.8%、39.1%，患側(cè)與對(duì)照組、健側(cè)與對(duì)照組、患側(cè)與健側(cè)組間CVR比較，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（t=1.604、2.321、1.874，P＜0.05）。結(jié)論CO2吸入負(fù)荷試驗(yàn)MR灌注成像是評(píng)估大腦中動(dòng)脈重度狹窄或閉塞患者腦血流儲(chǔ)備能力的有效方法，具有重要價(jià)值。

大腦中動(dòng)脈；動(dòng)脈閉塞性疾??；腦血管循環(huán)；血流動(dòng)力學(xué)；磁共振成像；灌注成像；二氧化碳

腦動(dòng)脈狹窄或閉塞是引起缺血性腦卒中的重要危險(xiǎn)因素，當(dāng)腦動(dòng)脈狹窄或閉塞時(shí)，腦內(nèi)灌注壓的下降取決于腦內(nèi)側(cè)支循環(huán)的能力和腦血管儲(chǔ)備（cerebrovascular reserve，CVR）功能[1]。CVR指在生理或病理刺激作用下，腦血管通過(guò)小動(dòng)脈和毛細(xì)血管平滑肌的代償性擴(kuò)張或收縮（Bayliss效應(yīng)）維持腦血流正常穩(wěn)定的能力，是腦循環(huán)的重要保護(hù)機(jī)制之一[2]。評(píng)估腦動(dòng)脈重度狹窄或閉塞患者發(fā)生癥狀性腦梗死前的局部腦血流動(dòng)力學(xué)及CVR，對(duì)于及時(shí)預(yù)防缺血性腦卒中的發(fā)生及指導(dǎo)治療有重要意義。T1加權(quán)動(dòng)態(tài)對(duì)比增強(qiáng)MRI又稱(chēng)團(tuán)塊追蹤技術(shù)，是臨床上最常用的灌注MRI技術(shù)[3]，本研究采用CO2吸入負(fù)荷試驗(yàn)作為腦血管激發(fā)試驗(yàn)聯(lián)合MR灌注成像技術(shù)，評(píng)價(jià)大腦中動(dòng)脈重度狹窄或閉塞患者CVR功能，同時(shí)探討其臨床應(yīng)用價(jià)值。

1 資料與方法

1.1 研究對(duì)象 選擇2014年2月—2015年5月北京中醫(yī)藥大學(xué)第三附屬醫(yī)院CO2吸入負(fù)荷試驗(yàn)前后接受MR灌注成像檢查的38例受檢者，按照是否發(fā)生大腦中動(dòng)脈重度狹窄或閉塞分為大腦中動(dòng)脈重度狹窄或閉塞組28例和對(duì)照組10例正常人。大腦中動(dòng)脈重度狹窄或閉塞組中，男16例，女12例；年齡55～78歲，平均（62.8±1.0）歲；無(wú)阻塞性呼吸系統(tǒng)疾病，既往多次發(fā)生一過(guò)性頭暈、眩暈等短暫性腦缺血癥狀，頭顱磁共振血管造影（magnetic resonance angiography，MRA）示一側(cè)大腦中動(dòng)脈重度狹窄或閉塞，頭顱MRI示無(wú)腦梗死灶或缺血灶，其中8例合并糖尿病，11例合并高血壓，3例同時(shí)合并糖尿病及高血壓。對(duì)照組中，男6例，女4例；年齡51～73歲，平均（61.9±0.6）歲；無(wú)高血壓、心腦血管疾病及糖尿病，頭顱MRI及MRA檢查未見(jiàn)明顯異常。兩組受檢者年齡及性別差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05），本研究經(jīng)醫(yī)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)，所有受檢者均知情同意并簽署同意書(shū)。

1.2 儀器與方法 采用Philips 1.5T Achieva MR儀，所有受檢者進(jìn)行2次MR灌注掃描。第1次MR灌注成像為靜息狀態(tài)，受檢者取安靜平臥位，避免聲光刺激10 min后，行常規(guī)頭顱MR掃描、MRA掃描及MR灌注掃描。MRI均為軸位掃描，掃描基線(xiàn)為前、后聯(lián)合連線(xiàn)。MR灌注成像采用動(dòng)態(tài)對(duì)比磁敏感增強(qiáng)，掃描開(kāi)始后6 s，以5.0ml/s經(jīng)肘靜脈團(tuán)注釓噴酸葡胺注射液20 ml，然后立即以相同的流速注射生理鹽水20 ml，采用FE-EPI序列，掃描參數(shù)：TR 2000 ms，TE 40 ms，層厚5 mm，層距2.5 mm，激勵(lì)次數(shù)為1。

首次MR灌注成像掃描完畢后，患者保持原掃描體位，MR室通過(guò)延長(zhǎng)管引入5% CO2及95% O2混合氣體，囑患者通過(guò)面罩均勻吸入，氣體流速5 L/min，囑患者呼吸3 min后，再行MR灌注成像。檢查方法同第1次。

1.3 圖像分析 采用Philips工作站Neuro T2* Perfusion軟件包對(duì)MR灌注成像圖像進(jìn)行后處理。選擇以下區(qū)域作為感興趣區(qū)（ROI）：大腦中動(dòng)脈重度狹窄或閉塞組分別于患側(cè)大腦中動(dòng)脈供血區(qū)人工手繪最大可能的ROI，在健側(cè)相同部位作鏡像；對(duì)照組ROI選取與大腦中動(dòng)脈重度狹窄或閉塞組健側(cè)ROI一致；負(fù)荷試驗(yàn)前后ROI的位置及大小盡量保持一致。獲得各ROI的相對(duì)腦血容量（relative cerebral blood volume，rCBV）和相對(duì)平均通過(guò)時(shí)間（relative mean transit time，rMTT）。根據(jù)公式（1）、（2）分別計(jì)算相對(duì)腦血流量（relative cerebral blood flow，rCBF）及CVR。

CVR（%）=（CO2吸入后rCBF－CO2吸入前

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 采用SPSS 13.0軟件，各ROI的rCBF、rCBV、rMTT比較經(jīng)正態(tài)性檢驗(yàn)和方差齊性檢驗(yàn)后，行配對(duì)資料t檢驗(yàn)；各組ROI的CVR比較經(jīng)正態(tài)性檢驗(yàn)和方差齊性檢驗(yàn)后，行成組資料t檢驗(yàn)，P＜0.05表示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 CO2吸入負(fù)荷試驗(yàn)前后大腦中動(dòng)脈重度狹窄或閉塞組各灌注參數(shù)比較 CO2吸入負(fù)荷試驗(yàn)后大腦中動(dòng)脈重度狹窄或閉塞側(cè)ROI的rMTT、rCBV、rCBF，較CO2吸入負(fù)荷試驗(yàn)前增加，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）；CO2吸入負(fù)荷試驗(yàn)后健側(cè)ROI的rCBV、rCBF較CO2吸入負(fù)荷試驗(yàn)前增加、rMTT減少，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。CO2吸入負(fù)荷試驗(yàn)前患側(cè)和健側(cè)ROI的rCBV、rCBF、rMTT比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），患側(cè)rCBV及rCBF減低，rMTT延長(zhǎng)，見(jiàn)表1。

2.2 大腦中動(dòng)脈重度狹窄或閉塞患側(cè)、健側(cè)及對(duì)照組CVR比較 大腦中動(dòng)脈重度狹窄或閉塞患側(cè)、健側(cè)及對(duì)照組ROI的CVR分別為18.9%、26.8%、39.1%，患側(cè)與對(duì)照組、健側(cè)與對(duì)照組、患側(cè)與健側(cè)組間CVR比較，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（t=1.604、2.321、1.874，P＜0.05）。

表1 大腦中動(dòng)脈重度狹窄或閉塞患側(cè)與健側(cè)CO2吸入負(fù)荷試驗(yàn)前后MR灌注參數(shù)比較

3 討論

當(dāng)血壓在70～180 mmHg波動(dòng)時(shí)，腦血管可以通過(guò)其自動(dòng)調(diào)節(jié)功能維持局部CBF的相對(duì)穩(wěn)定，即CVR功能。CVR功能是腦卒中的獨(dú)立危險(xiǎn)因素[4-5]。臨床研究通常采用血管擴(kuò)張激發(fā)試驗(yàn)聯(lián)合應(yīng)用功能學(xué)影像檢查對(duì)CVR功能進(jìn)行評(píng)估，以乙酰唑胺（acetazolamide，ACZ）負(fù)荷MR灌注成像居多[6-11]。采用CO2吸入負(fù)荷試驗(yàn)聯(lián)合MR灌注成像對(duì)CVR進(jìn)行研究，國(guó)內(nèi)外鮮有報(bào)道。因?yàn)镃BF對(duì)血CO2濃度的改變非常敏感，動(dòng)脈血中CO2分壓增加，CO2進(jìn)入組織后與組織中的水分子結(jié)合生成碳酸，后者解離產(chǎn)生H+，pH值降低，引起腦阻力血管擴(kuò)張[12]?；谝陨显?，可以通過(guò)高CO2血測(cè)定CBF來(lái)評(píng)估CVR。在臨床操作中，CO2氣體制備容易，吸入負(fù)荷試驗(yàn)操作簡(jiǎn)單，患者接受度高。

顱內(nèi)-外血管狹窄＞50%會(huì)引起大腦血流動(dòng)力學(xué)障礙[13]，即腦灌注壓降低，引起低灌注短暫性腦缺血發(fā)作。臨床上評(píng)價(jià)腦灌注壓是否降低需要對(duì)腦內(nèi)側(cè)支循環(huán)情況和CVR功能進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。本研究選取一側(cè)大腦中動(dòng)脈重度狹窄或閉塞患者為研究對(duì)象，結(jié)果表明大腦中動(dòng)脈重度狹窄或閉塞側(cè)腦組織在CO2吸入負(fù)荷試驗(yàn)后，rCBV、rCBF升高、rMTT延長(zhǎng)，健側(cè)腦組織在CO2吸入負(fù)荷試驗(yàn)后rCBV、rCBF升高，rMTT減少。rCBV代表血管擴(kuò)張自身的調(diào)節(jié)能力，本研究結(jié)果表明，當(dāng)一側(cè)大腦中動(dòng)脈重度狹窄或閉塞時(shí)，患側(cè)和健側(cè)腦血管均存在一定程度的擴(kuò)張能力，CO2吸入負(fù)荷試驗(yàn)后局部微血管擴(kuò)張，局部血流量增加。而患側(cè)及健側(cè)rMTT在CO2吸入負(fù)荷試驗(yàn)后變化趨勢(shì)不同。凌雪英等[6]采用ACZ負(fù)荷MR灌注成像對(duì)7例腦梗死患者的CVR功能進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)rMTT由腦血流動(dòng)力學(xué)受損而發(fā)生的變化要早于rCBV，最能反映受損的血管儲(chǔ)備功能，與rCBV相比，rMTT與CVR功能的相關(guān)性最好。本研究結(jié)果與上述文獻(xiàn)報(bào)道一致，表明大腦中動(dòng)脈重度狹窄或閉塞側(cè)狹窄的腦血管擴(kuò)張能力下降，血流速度減低，所以CO2吸入負(fù)荷試驗(yàn)后rMTT延長(zhǎng)；而健側(cè)腦血管供血血管反應(yīng)性尚可，微血管舒張，外周阻力減小，使得血流速度加快，rMTT減少。rMTT的變化可以較為敏感地反映局部微循環(huán)血流動(dòng)力學(xué)的改變。

CVR代表負(fù)荷試驗(yàn)前后腦rCBF的相對(duì)變化，結(jié)果更加準(zhǔn)確地反映腦血管灌注情況在負(fù)荷試驗(yàn)前后的改變。測(cè)定CVR能直接反映腦梗死的發(fā)生機(jī)制和風(fēng)險(xiǎn)，當(dāng)腦組織內(nèi)的小血管代償能力耗竭時(shí)，其發(fā)生卒中的風(fēng)險(xiǎn)將明顯增加[14]。本研究結(jié)果表明，大腦中動(dòng)脈重度狹窄或閉塞患側(cè)CVR低于健側(cè)及對(duì)照組，與rCBV、rCBF、rMTT反映的微血管擴(kuò)張能力受限的狀態(tài)一致；健側(cè)CVR亦低于對(duì)照組，提示盡管rCBV、rCBF、rMTT反映了健側(cè)供血血管存在良好的擴(kuò)張能力，但是由于高血壓、糖尿病等引起腦動(dòng)脈狹窄的基礎(chǔ)病變通常對(duì)雙側(cè)大腦半球的微血管都產(chǎn)生損傷，使得健側(cè)大腦半球供血血管在未出現(xiàn)血管狹窄時(shí)CVR功能已經(jīng)下降，微血管的反應(yīng)性較正常時(shí)減低。因此，MR灌注成像參數(shù)rCBV、rCBF、rMTT應(yīng)密切結(jié)合CVR的變化趨勢(shì)，才能較為全面地評(píng)價(jià)腦血管的供血狀態(tài)，以便對(duì)患者病情做出合理的預(yù)判，及時(shí)采用合適的預(yù)防及治療措施。

本研究病例數(shù)較少，未對(duì)大腦中動(dòng)脈重度狹窄及閉塞患側(cè)與健側(cè)大腦半球CVR減低程度進(jìn)行分組分析，延長(zhǎng)隨訪(fǎng)時(shí)間CVR下降程度是否與腦卒中的發(fā)生及預(yù)后具有相關(guān)性，CO2吸入負(fù)荷MR灌注成像參數(shù)與ACZ負(fù)荷MR灌注成像參數(shù)的相關(guān)性，仍需要進(jìn)一步研究。

總之，CO2吸入負(fù)荷MR灌注成像是一種操作簡(jiǎn)單、易于臨床推廣的腦功能影像學(xué)成像方法，MR灌注成像參數(shù)rCBV、rCBF、rMTT及CVR的不同變化趨勢(shì)，可以對(duì)大腦中動(dòng)脈重度狹窄或閉塞患者出現(xiàn)癥狀性腦梗死之前的腦血管供血狀態(tài)進(jìn)行評(píng)價(jià)，評(píng)估局部微血管的受損程度及代償能力，以及時(shí)準(zhǔn)確地對(duì)患者進(jìn)行干預(yù)治療，具有重要的臨床應(yīng)用價(jià)值。

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（本文編輯 張春輝）

MR Perfusion-weighted Imaging with CO2Inhalation Stress Test in Assessment of Cerebrovascular Reserve in Severe Middle Cerebral Artery Stenosis or Occlusion

PurposeAlteration of the regional cerebral flow and cerebrovascular reserve (CVR) caused by cerebral artery stenosis or occlusion is an essential risk factor for ischemic stroke. This study aims to assess the CVR in patients with severe middle cerebral artery (MCA) stenosis or occlusion by using MR perfusion-weighted imaging (PWI) with CO2inhalation stress test.Materials and MethodsPWI were performed before and after CO2inhalation stress on 28 patients with severe middle cerebral artery stenosis or occlusion and 10 healthy volunteers. The regions of interest (ROI) were put on the affected hemisphere of the MCA blood supply area and the contralateral side in both groups. The relative cerebral blood volume (rCBV),relative mean transit time (rMTT),relative cerebral blood flow (rCBF) and CVR were measured.Results① The rCBV,rCBF and rMTT of the affected side were 149.16±33.01,18.04±5.24,8.65±1.81 before CO2inhalation stress,and 156.23±21.60,23.77±8.77,8.72±3.01 after CO2inhalation stress. The rCBV,rCBF and rMTT were significantly increased (t=1.238,2.561 and 2.647,P＜0.05) after CO2inhalation stress. The rCBV,rCBF and rMTT of the contralateral side were 176.22±40.12,22.43±5.74,8.10±3.71 before CO2inhalation stress,and 198.54±39.87,27.64±7.22,8.03±2.97 after CO2inhalation. The rCBV,rCBF was significantly increased (t=1.780 and 1.665,P＜0.05) while rMTT was significantly decreased (t=2.871,P＜0.05) after CO2inhalation.② The CVR of the affected side,contralateral side and control group were 18.9%,26.8%,and 39.1%,respectively. There were significantly differences (t=1.604,2.321 and 1.874,P＜0.05) between the affected and contralateral side,the affected side and control group,the contralateral side and control group.ConclusionPWI with CO2inhalation stress test is valuable in assessing the cerebrovascular reserve in patients with severe middle cerebral artery stenosis or occlusion.

Middle cerebral artery; Arterial occlusive diseases; Cerebrovascular circulation; Hemodynamics; Magnetic resonance imaging; Perfusion imaging; Carbon dioxide

10.3969/j.issn.1005-5185.2015.12.003

麻增林

Department of Radiology,the Third Affiliated Hospital of Beijing University of Chinese Medicine,Beijing 100029,China

Address Correspondence to: MA Zenglin E-mail: 13521890640@163.com

北京高等學(xué)校“青年英才計(jì)劃”資助項(xiàng)目（YETP0826）。

R743；R445.2

2015-08-15

修回日期：2015-10-18

中國(guó)醫(yī)學(xué)影像學(xué)雜志2015年第23卷12期：888-891

Chinese Journal of Medical Imaging 2015 Volume 23(12): 888-891