磁共振PWI技術(shù)對(duì)重型顱腦外傷高壓氧干預(yù)時(shí)腦血流狀態(tài)評(píng)價(jià)的臨床應(yīng)用價(jià)值研究

蔡俊，陳勃*，王彩紅，方偉，沈均康

腦外傷是危害人類的常見(jiàn)外傷之一。目前我國(guó)顱腦外傷發(fā)生率約為240人/10萬(wàn)人，主要以交通意外為主，腦外傷發(fā)生突然、表現(xiàn)復(fù)雜，而且重型顱腦外傷的致殘、致死率極高，如果治療不及時(shí)，往往可能留下非常嚴(yán)重的后遺癥，對(duì)于如何判斷重型顱腦外傷后損傷部位的血流動(dòng)力學(xué)變化，對(duì)于判斷患者的預(yù)后具有重要的意義。但以往臨床與常規(guī)影像學(xué)都很難準(zhǔn)確地顯示及評(píng)估這些血流動(dòng)力學(xué)變化。我院腦外科主要以治療腦外傷病人為主，每年醫(yī)治腦外傷病人約達(dá)700例。為了研究重型顱腦外傷后常規(guī)治療與輔以高壓氧治療后腦血流狀態(tài)如何通過(guò)影像學(xué)來(lái)顯示，本研究嘗試適合在常規(guī)磁共振設(shè)備下能夠開(kāi)展的檢查，比較輔以高壓氧治療和無(wú)高壓氧治療的各時(shí)間段的腦磁共振灌注成像(perfusion weighted imaging，PWI)圖像差異，取得相關(guān)數(shù)據(jù)，評(píng)價(jià)腦磁共振PWI技術(shù)在重型腦外傷高壓氧干預(yù)時(shí)腦血流狀態(tài)的臨床應(yīng)用價(jià)值。

1 材料與方法

1.1 一般臨床資料與研究標(biāo)準(zhǔn)

選擇我院2012年2月至2013年4月期間常規(guī)CT掃描顯示為重型顱腦外傷的患者28例，所有患者腦組織CT圖像有明顯挫傷、出血等征象，且Glasgow昏迷評(píng)分(Glasgow coma scale，GCS)評(píng)分≤8分，年齡25～59歲之間，平均年齡45歲。納入標(biāo)準(zhǔn)：(1)符合重型顱腦損傷診斷；(2)有PWI檢查。剔除標(biāo)準(zhǔn)：(1)非重型顱腦損傷患者；(2)無(wú)PWI檢查；(3)無(wú)法配合完成檢查者及語(yǔ)言溝通障礙。共有20例納入本研究，按住院期間是否行高壓氧治療組(hyperbaric oxygen，HBO)治療分為HBO治療組和對(duì)照組。對(duì)照組10例：開(kāi)展常規(guī)腦外傷治療，有手術(shù)指征者積極行血腫清除或開(kāi)顱減壓術(shù)手術(shù)，所有患者入院后予脫水、止血、抗感染、營(yíng)養(yǎng)支持以及后期康復(fù)治療。治療組10例：在常規(guī)治療的基礎(chǔ)上待患者病情穩(wěn)定、排除禁忌證后輔以HBO治療。治療組在每個(gè)療程結(jié)束后作一次磁共振PWI檢查；對(duì)照組病人在相應(yīng)時(shí)間段同樣行一次磁共振PWI檢查(注：因該項(xiàng)檢查的時(shí)間間隔較長(zhǎng)，所以該項(xiàng)檢查均經(jīng)醫(yī)院倫理委員會(huì)同意及患者本人同意)，取得相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。由2名經(jīng)驗(yàn)豐富的副主任醫(yī)師對(duì)所獲的研究組及對(duì)照組治療前后腦血流量(cerebral blood flow，CBF)和腦血容量(cerebral blood volume，CBV)圖像及數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析。所有統(tǒng)計(jì)學(xué)分析均使用SPSS 20.0完成，用以評(píng)估高壓氧治療效果。對(duì)兩組定量資料分析采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，描述性內(nèi)容使用均值±標(biāo)準(zhǔn)差形式輸出。

1.2 檢查設(shè)備及治療方法

CT檢查：采用使用西門子Somatom Sensation 64層螺旋CT機(jī)，掃描參數(shù)：120 kV，370 mAs，層厚5 mm，F(xiàn)OV 23 cm×23 cm。MR常規(guī)平掃及PWI：采用Siemens Avanto 1.5 T MR系統(tǒng)，使用頭部線圈，仰臥位于掃描，常規(guī)T2WI、T1WI及T2WI-FS掃描，層厚5 mm，層間距1 mm。采用對(duì)T2敏感的EPI序列連續(xù)掃描50次，在第4次掃描結(jié)束后經(jīng)肘靜脈快速團(tuán)注 0.2 ml/kg 的Gd-DTPA，隨后注入20 ml生理鹽水，每個(gè)掃描層面有50幅連續(xù)的圖像，用于腦血流灌注分析。PWI掃描參數(shù)為TR 1480 ms，TE 30 ms，F(xiàn)OV 23 cm×23 cm，矩陣128×128，激勵(lì)次數(shù)1次，共50次，掃描時(shí)間1 min 21 s。高壓氧艙治療：采用國(guó)產(chǎn)醫(yī)用加壓氧艙，型號(hào)GY3200，工作壓力0.2 MPa。外傷后待患者病情穩(wěn)定、排除各項(xiàng)禁忌證后作HBO治療。將患者置于高壓氧艙內(nèi)，吸純氧30 min兩次，其間吸艙內(nèi)空氣10 min，每日1次，每10次為1個(gè)療程。一般第一階段先連續(xù)治療2個(gè)療程，然后視病情休息3～5 d后，再進(jìn)行第二階段2個(gè)療程治療，我院的常規(guī)治療計(jì)劃通常是給病人作4個(gè)療程高壓氧治療。

1.3 圖像后處理

PWI原始圖像傳至西門子工作站，由經(jīng)驗(yàn)豐富的影像技師對(duì)PWI原始圖像運(yùn)用perfusion (MR)軟件進(jìn)行處理，根據(jù)造影劑造成磁化敏感的每個(gè)像素信號(hào)下降的程度，計(jì)算出時(shí)間-信號(hào)強(qiáng)度曲線，所有研究對(duì)象在腦損傷腦組織內(nèi)，避開(kāi)軟化灶及正常腦組織為感興趣區(qū)(region of interest，ROI)，并保持圓形ROI面積恒為30 mm×30 mm。ROI、CBV、CBF值均可通過(guò)劃定ROI的方式在相對(duì)應(yīng)的圖像上獲得。由2名經(jīng)驗(yàn)豐富的副主任醫(yī)師對(duì)所獲得局部CBV，局部CBF圖像進(jìn)行分析。

2 結(jié)果

圖1 左側(cè)顳枕部腦組織外傷后急性缺血呈T1WI低信號(hào)改變(箭) 圖2～4 病灶在T2WI及DWI呈高信號(hào)改變(箭) 圖5，6 對(duì)照組治療前后的CBF圖像，治療前右側(cè)顳枕部局部腦血流量較對(duì)側(cè)明顯降低(圖5箭)，治療后患側(cè)血供雖然有所恢復(fù)，但與同層面健側(cè)比較，局部腦血流量有明顯差距(圖6箭) 圖7，8 研究組高壓氧治療前后的CBF圖像，治療前右側(cè)顳枕部局部腦血流量較對(duì)側(cè)明顯降低(圖7箭)，治療后患側(cè)局部腦血流量較前明顯增多，與健側(cè)比較，兩側(cè)CBF圖腦血流量基本接近一致(圖8箭) 圖9，10 對(duì)照組治療前后的CBV圖像，治療前右側(cè)顳枕部局部腦血容量較對(duì)側(cè)明顯降低(圖9箭)，治療后患側(cè)腦血容量有所恢復(fù)(圖10箭) 圖11，12 研究組高壓氧治療前后的CBV圖像，治療前右側(cè)顳枕部局部腦血容量較對(duì)側(cè)明顯降低(圖11箭)，治療后兩側(cè)腦血容量基本恢復(fù)一致(圖12箭)Fig. 1 The left temporal occipital brain tissue after acute ischemia in T1WI shows low signal (arrow). Fig. 2—4 T2WI and DWI images. High signal intensity (arrow). Fig. 5, 6 The CBF images of control group before and after the treatment, the local cerebral blood flow on the right temporal occipital brain shows signi ficantly lower than the contralateral before the treatment ( fig.5 arrow), the trouble side blood supply recovered after the treatment, but had a gap compared with the contralateral ( fig.6 arrow). Fig. 7, 8 The CBF images of research group before and after hyperbaric oxygen therapy, the local cerebral blood flow on the right temporal occipital brain shows signi ficantly lower than the contralateral before the treatment ( fig.7 arrow), the CBF figure shows almost the same on both sides after the treatment ( fig.8 arrow). Fig. 9, 10 The CBV images of control group before and after the treatment, the CBV on the right temporal occipital brain shows signi ficantly lower than the contralateral before the treatment ( fig.9 arrows), the trouble side blood volume recovered after the treatment ( fig.10 arrows). Fig. 11, 12 The CBV images of research group before and after hyperbaric oxygen therapy, the CBV on the right temporal occipital brain shows signi ficantly lower than the contralateral before the treatment ( fig.11 arrow), CBV shows almost the same on both sides after the treatment ( fig.12 arrow).

TBI后腦組織急性缺血圖像見(jiàn)圖1～12，在T1WI呈低信號(hào)改變(圖1)，T2WI呈高信號(hào)改變(圖2) DWI圖像上呈高信號(hào)改變(圖3，4)。治療組及對(duì)照組在治療前均做了PWI檢查，顯示患側(cè)CBF(圖5，7)及CBV (圖9，11)均較對(duì)側(cè)低。治療組待病情穩(wěn)定后輔以高壓氧治療，每10次為一個(gè)療程。連續(xù)四個(gè)療程高壓氧治療。在每各療程結(jié)束后做磁共振PWI檢查，同時(shí)對(duì)照組也在相同時(shí)間段作同樣檢查，得到治療后CBF (圖6，8)和CBV(圖10，12)圖像及相關(guān)數(shù)據(jù)。經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析，得出治療組療效好于常規(guī)組，且隨時(shí)間進(jìn)展，對(duì)照組均值變化不大，研究組均值明顯增加，療效顯著。兩組CBF、CBV具有明顯統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，差異具有顯著性(P＜0.05；表1，2)。

表1 各療程CBF測(cè)量值比較Tab. 1 Comparison of CBF measurements at different period of treatment

3 討論

3.1 腦組織創(chuàng)傷病理生理機(jī)制

腦外傷后腦組織的損傷，可能與血流灌注、血管自我調(diào)節(jié)及水分子擴(kuò)散障礙異常有關(guān)[1-4]。目前比較認(rèn)可的學(xué)說(shuō)是氧自由基學(xué)說(shuō)，氧自由基在整個(gè)腦組織損傷過(guò)程中起著重要作用，它可以使氧化巰基致使酶失活、G＜H交聯(lián)及細(xì)胞膜膜脂質(zhì)過(guò)氧化，導(dǎo)致腦組織的損害。在高壓氧治療腦外傷上目前目前比較公認(rèn)的學(xué)說(shuō)是：HBO下氧自由基的產(chǎn)生會(huì)隨著氧分壓的升高而增高；而另一方面，HBO治療同時(shí)使機(jī)體清除自由基的能力增強(qiáng)，從而使自由基的產(chǎn)生與清除保持動(dòng)態(tài)平衡，發(fā)揮高壓氧對(duì)腦外傷的康復(fù)治療作用。實(shí)驗(yàn)研究和臨床實(shí)踐證實(shí)：在常用的高壓氧治療壓力下(0.25 MPa左右)不會(huì)誘發(fā)和增強(qiáng)氧自由基對(duì)機(jī)體的危害[5]。

目前高壓氧治療已經(jīng)廣泛應(yīng)用于臨床各科，有研究報(bào)道證明，TBI應(yīng)用高壓氧治療越早療效越好[6-8]，而早期康復(fù)干預(yù)對(duì)于顱腦損傷患者各種功能的恢復(fù)亦具有肯定的效果[9-10]。但是對(duì)TBI高壓氧治療后的療效評(píng)價(jià)目前還是停留在以臨床評(píng)估方法即Glasgow昏迷評(píng)分為主上，關(guān)于磁共振PWI功能成像對(duì)其療效評(píng)價(jià)的報(bào)道極少。目前臨床評(píng)估方法雖然能較好地評(píng)估TBI病人的臨床狀態(tài)，但是不能直接反映TBI的腦組織病理變化，具有一定的局限性，臨床評(píng)價(jià)的指標(biāo)通常采用臨床標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)表，包括生理、心理、環(huán)境、社會(huì)關(guān)系等4個(gè)大項(xiàng)24個(gè)小項(xiàng)，評(píng)分結(jié)果從最低26至最高130分。療效可以分為良好、中等殘疾、重度殘疾、植物人狀態(tài)等級(jí)別。

表2 各療程CBV測(cè)量值比較Tab. 2 Comparison of CBV measurements at different period of treatment

3.2 磁共振對(duì)腦組織創(chuàng)傷的評(píng)估

外傷后腦組織體積的增大或腦內(nèi)血腫壓迫血管常引起局部腦組織缺血，而缺血早期CT不敏感，磁共振的PWI成像優(yōu)勢(shì)明顯，磁共振常規(guī)檢查無(wú)法對(duì)腦組織細(xì)微的腦血流變化狀態(tài)作出明確的評(píng)價(jià)。但是，隨著磁共振的功能成像技術(shù)PWI越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于臨床診斷，尤其是目前主流MR設(shè)備的功能及圖像質(zhì)量的大幅提高，彌散、灌注、磁敏感等一系列成像序列在全身的廣泛應(yīng)用，相應(yīng)軟件不斷完善及改進(jìn)，而且可以得到相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行量化分析，因此影像學(xué)作為評(píng)估腦外傷后腦血流灌注及分子擴(kuò)散異常的一種新的方法已成為可能[11-16]。本研究利用目前醫(yī)院臨床使用的主流影像設(shè)備來(lái)測(cè)得TBI在有無(wú)高壓氧干預(yù)情況下不同時(shí)期腦血流狀態(tài)的變化。通過(guò)磁共振PWI技術(shù)獲得CBF及CBV圖像及相應(yīng)數(shù)據(jù)，直觀地反映腦外傷不同時(shí)期的腦血流狀態(tài)，臨床可操作性強(qiáng)，為TBI高壓氧治療后的療效評(píng)價(jià)提供一種更直觀也更客觀的評(píng)價(jià)方法。

重型顱腦損傷后，腦組織可以發(fā)生各種病理性改變，包括有軸索損傷、腦挫裂傷、缺氧、繼發(fā)腦缺血、水腫、酸中毒、炎癥介質(zhì)釋放、血管內(nèi)皮損害等等，所有這些病理改變都與腦組織的血流灌注狀態(tài)有關(guān)。而磁共振PWI技術(shù)恰好能夠?qū)δX組織血流灌注狀態(tài)有非常好的顯示。TBI后腦組織的缺血缺氧是一個(gè)需要非常重視的問(wèn)題，如果不及時(shí)糾正，將會(huì)造成腦組織的不可逆的損害，使患者致殘致死。通常腦組織的耗氧量可以達(dá)到人體總需求量的20%以上， HBO治療能迅速使機(jī)體的血氧含量升高，提高血氧在身體內(nèi)的彌散程度及擴(kuò)大彌散范圍，有效地增加腦組織的有氧代謝，從而改善腦的微循環(huán)障礙及缺氧狀態(tài)，阻斷或延緩腦組織損害的發(fā)展。能夠減輕炎性反應(yīng)及繼發(fā)腦損傷的程度，糾正酸中毒，減輕血管內(nèi)皮損傷，對(duì)腦組織起到明顯的保護(hù)作用；HBO治療能夠減輕腦水腫，同時(shí)降低顱內(nèi)壓。因此，HBO治療已經(jīng)成為顱腦損傷公認(rèn)的有效輔助治療手段之一。

本組病例通過(guò)磁共振PWI功能成像，反映出了TBI后腦組織的CBF和CBV在有無(wú)高壓氧干預(yù)情況下的差別。在外傷后高壓氧治療第一個(gè)療程后治療組和對(duì)照組的 CVF和CBV的差別并不是很大，但在第2～4療程結(jié)束后，研究組和對(duì)照組的差別就非常明顯，研究組的CVF和CBV值均明顯高于對(duì)照組。在影像學(xué)層面上反映出腦外傷后腦組織血流灌注狀態(tài)及病理生理狀態(tài)。

重型顱腦損傷經(jīng)高壓氧干預(yù)治療后，研究組PWI圖像的CBF及CBV值明顯優(yōu)于對(duì)照組，差異具有顯著性(P＜0.05)，通過(guò)測(cè)得的CBF及CBV值，用來(lái)反映TBI高壓氧治療后腦血流變化情況。磁共振PWI技術(shù)的發(fā)展為TBI后腦組織血供變化監(jiān)測(cè)提供了新的有效手段，這為HBO對(duì)腦外傷的療效評(píng)估提供了一個(gè)新的評(píng)估方法，預(yù)測(cè)TBI預(yù)后，包括對(duì)外傷后恢復(fù)程度、致殘可能性、認(rèn)知及其他功能障礙的預(yù)測(cè)。所以我們認(rèn)為磁共振PWI技術(shù)能夠明確地反映出了TBI后腦組織的CBF和CBV在有無(wú)高壓氧干預(yù)情況下的差別，PWI技術(shù)對(duì)TBI高壓氧干預(yù)時(shí)腦血流狀態(tài)的評(píng)價(jià)是可行的，綜上所述，我們認(rèn)為磁共振PWI技術(shù)對(duì)重型腦外傷高壓氧干預(yù)時(shí)腦血流狀態(tài)的評(píng)價(jià)具有非常高的臨床應(yīng)用價(jià)值。