急性缺血性腦卒中缺血半暗帶的影像學(xué)研究進(jìn)展

張 茹， 王天樂(lè)

南通大學(xué)第二附屬醫(yī)院影像科，南通 226001

急性缺血性腦卒中(acute ischemic stroke，AIS)是臨床較為常見(jiàn)的疾病之一，具有較高的致死率和致殘率。目前，AIS的治療方法主要是在有效時(shí)間窗內(nèi)給予血管再通治療，包括靜脈溶栓及血管內(nèi)治療，以此來(lái)挽救缺血半暗帶(ischemic penumbra，IP)組織。因此，及時(shí)、精準(zhǔn)判斷IP對(duì)于患者臨床治療具有重要的意義。影像學(xué)是目前診斷IP最有效的手段，但不同的影像學(xué)方法在IP診斷的效能方面具有一定的差異性。本文通過(guò)綜合對(duì)比國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)，根據(jù)不同的影像學(xué)檢查方法，闡述IP的影像學(xué)研究現(xiàn)狀及最新進(jìn)展，并總結(jié)影像組學(xué)在腦卒中方面的研究情況。

1 CT灌注成像(computed tomographic perfusion，CTP)

CTP是目前常用于判斷IP的一種影像學(xué)技術(shù)，其參數(shù)包括腦血流量(cerebral blood flow，CBF)、腦血容量(cerebral blood volume，CBV)、平均通過(guò)時(shí)間(mean transit time，MTT)及達(dá)峰時(shí)間(time to peak，TTP)。Kameda等[1]對(duì)接受機(jī)械血栓清除術(shù)(mechanical thrombectomy，MT)AIS患者的資料進(jìn)行研究，證實(shí)IP組織具有低CBF而CBV正常或增高(CBF/CBV不匹配)，缺血核心區(qū)CBF及CBV均減少(CBF/CBV匹配)；確定了用于區(qū)分IP與缺血核心區(qū)的最佳參數(shù)閾值即絕對(duì)(absolute，a)CTP參數(shù)為：aCBF 27.8 mL·(100 g)-1·min-1，aCBV 2.1 mL/100 g，aMTT 7.30 s；相對(duì)(relative，r)CTP 參數(shù)為：rCBF 0.62 mL·(100 g)-1·min-1，rCBV 0.83 mL/100 g，rMTT 1.61 s；同時(shí)發(fā)現(xiàn)，MT后出血轉(zhuǎn)化(hemorrhagic transformation，HT)區(qū)域的CBF明顯低于梗死區(qū)域。目前有多項(xiàng)國(guó)際多中心臨床試驗(yàn)使用CTP來(lái)判斷缺血核心區(qū)及IP區(qū)，篩選出可以從血管內(nèi)治療獲益的患者[2-3]。

CTP在判斷IP方面具有便宜、快捷，可廣泛使用的優(yōu)點(diǎn)，但也存在放射傷害、需要使用對(duì)比劑等缺點(diǎn)。在IP的診斷中，多模式CT受到了關(guān)注，即在患者出現(xiàn)卒中癥狀后，先通過(guò)CT平掃排除腦出血、腦腫瘤等情況，之后通過(guò)CTP判斷是否存在IP，最后通過(guò)CT血管成像(computed tomography angiography，CTA)明確病變血管及周?chē)鷤?cè)支循環(huán)情況。此外，對(duì)于急診患者，多模式CT較MRI檢查迅速且便捷。

2 磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)

2.1 磁共振彌散加權(quán)成像(diffusion-weighted imaging，DWI)和表觀彌散系數(shù)(apparent diffusion coefficient，ADC ) DWI已廣泛應(yīng)用于AIS的診斷，雖然其對(duì)缺血性損傷高度敏感，但其在診斷梗死核心區(qū)方面的特異性受到質(zhì)疑。已有研究[4]證明，ADC降低的區(qū)域不僅包括梗死核心區(qū)，而且包括可挽救的IP。吳靜等[5]在探索ADC在AIS患者分期及判斷IP價(jià)值的研究中發(fā)現(xiàn)，ADC有助于早期發(fā)現(xiàn)AIS的梗死核心區(qū)，且可區(qū)分<24 h梗死灶的中心和邊緣，其中邊緣區(qū)可能為IP。

2.2 磁共振灌注加權(quán)成像(perfusion-weighted imaging，PWI)

2.2.1 灌注-彌散不匹配模型(perfusion-diffusion mismatch，PDM) PDM是目前判斷IP應(yīng)用比較多的方法。近期的影像學(xué)評(píng)估后血管內(nèi)治療缺血性腦卒中研究(DEFUSE 3研究)[6]，以及應(yīng)用DWI或CTP評(píng)估臨床半暗帶分診覺(jué)醒卒中及遲發(fā)型卒中患者應(yīng)用Trevo裝置行取栓治療研究(DAWN研究)[7]均采用CTP或MRI PDM來(lái)判斷缺血核心區(qū)及IP。DEFUSE 3研究[6]表明，小梗死核心且大IP(梗死核心體積<70 mL，缺血灌注區(qū)體積與梗死體積比值≥1.8，且IP體積≥15 mL)的患者血管內(nèi)治療時(shí)間窗可延長(zhǎng)為6～16 h。DAWN研究[7]發(fā)現(xiàn)，發(fā)病6～24 h且存在IP的患者可從血管內(nèi)治療中獲益。AIS的靜脈溶栓開(kāi)始時(shí)間一般限制在癥狀發(fā)生后4.5 h以內(nèi)。但最近的一項(xiàng)研究[8]表明，存在IP(經(jīng)CTP或MRI PDM 判斷)的AIS患者中，若卒中發(fā)生后4.5～9 h或患者醒來(lái)時(shí)仍有卒中癥狀，與使用安慰劑相比，阿替普酶可使較高比例的患者無(wú)或僅有輕微的神經(jīng)功能缺損，但會(huì)導(dǎo)致較多有癥狀的顱內(nèi)出血。

2.2.2 動(dòng)脈自旋標(biāo)記技術(shù)(arterial spin labeling，ASL) ASL是一種無(wú)需注射對(duì)比劑的灌注成像序列。已有研究[9]證實(shí)，在AIS患者再灌注評(píng)估中，ASL是動(dòng)態(tài)磁敏感對(duì)比增強(qiáng)(dynamic susceptibility contrast-enhanced，DSC)的一種非侵入性和實(shí)用的替代方法[9]。王曼等[10]將100例缺血性性腦病患者作為研究對(duì)象(均接受常規(guī)MRI、ASL、DSC及DWI檢查)，比較不同檢查方式下的IP面積和陽(yáng)性病灶檢出率，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，ASL、DWI及DSC陽(yáng)性病灶檢出率均高于MRI，ASL陽(yáng)性病灶檢出率明顯高于DSC，ASL中IP面積大于DSC。

2.3 液體衰減反轉(zhuǎn)恢復(fù)序列(fluid-attenuated inversion recovery，F(xiàn)LAIR) FLAIR序列是以反轉(zhuǎn)恢復(fù)序列(inversion recovery，IR)為基礎(chǔ)發(fā)展的一種較為常見(jiàn)的MR成像技術(shù)，是一種水抑制成像方法。FLAIR序列血管高信號(hào)征(FLAIR vascular hyperintensity，F(xiàn)VH)是AIS在該成像技術(shù)中一種特異影像學(xué)表現(xiàn)，F(xiàn)VH表現(xiàn)為在FLAIR上出現(xiàn)的沿腦溝或蛛網(wǎng)膜下腔走行的連續(xù)線樣或蛇樣的高信號(hào)血管影。近年來(lái)有研究[11]比較了AIS患者的FLAIR序列及DWI序列，發(fā)現(xiàn)在DWI異常信號(hào)以外的FVH區(qū)域腦灌注顯著減低，認(rèn)為FVH- DWI不匹配可用于判斷IP區(qū)。另有研究[12]表明，存在DWI-FLAIR不匹配的AIS患者發(fā)病4.5～6 h時(shí)可從溶栓治療中獲益。

2.4 磁共振波譜分析(magnetic resonance spectroscopy，MRS) MRS是運(yùn)用化學(xué)位移原理，通過(guò)檢測(cè)缺血腦組織的代謝產(chǎn)物來(lái)了解腦的代謝狀態(tài)。臨床上常用來(lái)診斷腦卒中的MRS技術(shù)主要為質(zhì)子磁共振波譜成像，其中應(yīng)用較多的檢測(cè)標(biāo)志物包括N-乙酰天冬氨酸 (N-acetyl-aspartate，NAA)、膽堿 (choline, Cho)、 乳酸 (lactate，Lac)等，其中以Lac 和 NAA的檢測(cè)意義較為明確。Karaszewski等[13]發(fā)現(xiàn)，MRS測(cè)定急性腦梗死后大腦不同區(qū)域的Cho值可以發(fā)現(xiàn)IP區(qū)。王欣等[14]研究發(fā)現(xiàn)，MRS聯(lián)合ADC較PWI 聯(lián)合DWI 對(duì)IP區(qū)更敏感，可以給更多的AIS患者帶來(lái)益處。

2.5 磁敏感加權(quán)成像(susceptibility-weighted imaging，SWI) SWI是一種利用不同組織間的磁敏感差異性而成像的技術(shù)，具有較高的診斷敏感性。AIS患者責(zé)任血管供血區(qū)內(nèi)出現(xiàn)信號(hào)明顯減低、管徑明顯增粗的血管影，稱(chēng)為突出血管征(prominent vessel sign，PVS)，可用于判斷IP。祁宇等[15]的研究表明，對(duì)于大血管?chē)?yán)重狹窄或閉塞的AIS患者，SWI-PVS 可用于IP評(píng)估且對(duì)大腦半球IP的判定更為準(zhǔn)確。Wang等[16]對(duì)47例累及大腦中動(dòng)脈的AIS患者進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)SWI可以提供與PWI相當(dāng)?shù)男畔?，可以作為判斷IP的可靠技術(shù)。

2.6 酰胺質(zhì)子轉(zhuǎn)移成像(amide proton transfer，APT)或化學(xué)交換飽和轉(zhuǎn)移成像(chemical exchange saturation transfer，CEST) APT或CEST是目前臨床及科研領(lǐng)域較新的一種成像技術(shù)，其對(duì)組織的pH值變化敏感。Guo等[17]應(yīng)用APT MRI對(duì)缺血性酸中毒進(jìn)行分級(jí)，發(fā)現(xiàn)梗死核心區(qū)酸中毒最嚴(yán)重，IP區(qū)酸中毒程度中等，而低灌注區(qū)pH變化輕微，因此可用于缺血組織的精細(xì)劃分。Song等[18]研究發(fā)現(xiàn)，在腦梗死不同時(shí)期，APT信號(hào)會(huì)有不同程度的降低，缺血區(qū)酸中毒會(huì)隨著卒中時(shí)間延長(zhǎng)而逐漸減輕。楊文彬等[19]對(duì)20例急性腦梗死患者進(jìn)行常規(guī)T1WI、T2WI、DWI及APT成像，發(fā)現(xiàn)部分病例APT圖的異常信號(hào)區(qū)大于DWI的異常信號(hào)區(qū)，而APT與DWI不匹配的區(qū)域可能存在IP。

MRI檢查具有無(wú)放射損傷、對(duì)早期梗死敏感度高及分辨率高等優(yōu)點(diǎn)，但也存在費(fèi)時(shí)、昂貴、有一定的禁忌證、尚無(wú)確切的閾值等缺點(diǎn)。在IP的診斷中，多模式MRI指在常規(guī)的MRI平掃序列上合理選用DWI、PWI、FLAIR、SWI等技術(shù)，可以一站式排除腦出血、明確有無(wú)腦梗死及IP，確定有無(wú)動(dòng)脈瘤、血管畸形等病變，進(jìn)而為臨床完善治療方案及更好地進(jìn)行個(gè)體化治療提供依據(jù)。

3 正電子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層成像術(shù)(positron emission tomography，PET)和單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層成像術(shù)(single-photon emission computed tomography，SPECT)

PET和SPECT是功能成像，是非侵入性的成像方式，可以獲得的相關(guān)參數(shù)有局部腦血流量(regional cerebral blood flow，rCBF)、氧攝取分?jǐn)?shù)(oxygen extraction fraction，OEF)、局部腦血容量(regional cerebral blood volume，rCBV)、局部腦組織氧代謝率(regional cerebral metabolic rate of oxygen，rCMRO2)、局部腦組織葡萄糖代謝率(regional cerebral metabolic rate of glucose，rCMRGlc)等。15O-PET是目前判斷IP的金標(biāo)準(zhǔn)[20]。Heiss[21]研究報(bào)道，大腦中動(dòng)脈出現(xiàn)閉塞后的24 h內(nèi)，rCMRGlc幾乎沒(méi)有變化，而rCMRO2及OEF增高，即出現(xiàn)“貧困灌注”現(xiàn)象；“貧困灌注”區(qū)OEF持續(xù)升高提示再灌注治療有效，OEF持續(xù)減低則表示低灌注合并腦氧代謝、糖代謝的降低，缺血可能進(jìn)展為梗死。

PET雖然可以提供腦組織灌注及代謝信息，但具有放射損傷、費(fèi)用高、不易普及等缺點(diǎn)。SPECT與PET相比，雖然費(fèi)用低廉，但也具有放射損傷、分辨率低等缺點(diǎn)。

4 影像組學(xué)在腦卒中方面的應(yīng)用

影像組學(xué)是指借助計(jì)算機(jī)軟件，從醫(yī)學(xué)影像中找到大量的定量影像學(xué)特征，提取出最有價(jià)值的影像組學(xué)特征，來(lái)提高疾病的診斷準(zhǔn)確率并用于預(yù)測(cè)預(yù)后[22]。相比于常規(guī)影像，影像組學(xué)并不依賴(lài)于影像科醫(yī)師的主觀判斷與經(jīng)驗(yàn)，其可以提供病變圖像中肉眼無(wú)法觀察到的客觀信息。目前可以應(yīng)用在腦卒中的技術(shù)有圖像分割、自動(dòng)特征提取及多模式預(yù)測(cè)[23]。Abedi等[24]開(kāi)發(fā)了一種人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(artificial neural network，ANN)模型，分析卒中樣癥狀出現(xiàn)4.5 h內(nèi)患者的臨床表現(xiàn)、病史、影像學(xué)等信息，以快速鑒別診斷急性腦卒中和其他有類(lèi)似癥狀的疾病。該研究納入260例患者參與ANN模型的開(kāi)發(fā)和驗(yàn)證，基于10倍交叉驗(yàn)證分析結(jié)果表明，ANN診斷腦缺血的敏感性和特異性分別為80.0%和86.2%，中位數(shù)精確度為92%。Nielsen等[25]開(kāi)發(fā)了一種深度卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，用來(lái)預(yù)測(cè)AIS患者的最終梗死面積。該研究共納入了222例患者，其中187例接受了重組組織型纖溶酶原激活劑(recombinant tissue-type plasminogen activator，rt-PA)治療，發(fā)現(xiàn)深度卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在預(yù)測(cè)結(jié)果方面明顯優(yōu)于廣義線性模型及淺度卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，并能區(qū)分是否為接受rt-PA治療導(dǎo)致的最終梗塞面積差異。

5 展 望

在有效時(shí)間窗內(nèi)恢復(fù)IP再灌注是目前改善AIS患者預(yù)后有效的治療手段之一。因此，迅速精確地通過(guò)影像學(xué)來(lái)判斷IP至關(guān)重要。目前的影像學(xué)技術(shù)各有其優(yōu)缺點(diǎn)，較為復(fù)雜，且存在一定主觀性，而影像組學(xué)通過(guò)提取定量信息可避免這些缺點(diǎn)。目前影像組學(xué)在腦卒中方面已有應(yīng)用，可能成為判斷AIS患者IP的有效方法。