豆紋動脈對基底節(jié)區(qū)腦組織定量灌注的影響及預(yù)后預(yù)測效果評價

黃黎香 王紹舟 曹 宸 夏 爽*

(1.天津市第一中心醫(yī)院放射科南開大學(xué)醫(yī)學(xué)院，天津 300192；2.天津市第三中心醫(yī)院放射科，天津 300170；3.天津市重癥疾病體外生命支持重點實驗室，天津 300170；4.天津市人工細(xì)胞工程技術(shù)研究中心，天津 300170；5.天津市肝膽疾病研究所，天津 300170；6.天津大學(xué)環(huán)湖醫(yī)院放射科，天津 300350)

豆紋動脈(lenticulostriate artery，LSA)由大腦中動脈(middle cerebral artery，MCA)發(fā)出，是基底節(jié)區(qū)及其鄰近腦區(qū)的主要血供來源，其閉塞與單發(fā)皮質(zhì)下梗死(single subcortical infarction，SSI)的發(fā)生密切相關(guān)[1]。LSA管徑小，常規(guī)影像學(xué)無法顯示其特征，磁共振血管壁成像(vessel wall imaging，VWI)技術(shù)以各向同性的高空間分辨率提供全腦覆蓋，能充分抑制腦脊液，清晰顯示LSA管腔[2-4]，還可通過抑制血管腔內(nèi)流動的血液信號顯示血管壁?；谧孕?zhǔn)平面回波灌注成像(self-calibrated echo planar perfusion weighted imaging, SCALE-PWI)技術(shù)可以定量評估特定區(qū)域的灌注值，有助于進(jìn)一步了解SSI的發(fā)病機(jī)制。本研究中將采用VWI技術(shù)及SCALE-PWI技術(shù)，評估LSA的影像學(xué)特征以及基底節(jié)區(qū)定量灌注狀態(tài)，探索腔隙性梗死(lacunar infarctions, LIs)患者小血管受累的機(jī)制及以及神經(jīng)功能損傷的進(jìn)展及預(yù)后的原因。

1 對象與方法

1.1 研究對象

將2018年1月至2021年1月在天津市第一中心醫(yī)院接受常規(guī)頭MR及VWI檢查的急性缺血性腦卒中或短暫性腦缺血發(fā)作的患者作為研究對象。共 54例行VWI檢查的基底節(jié)區(qū)急性LIs的患者，46例患者納入本研究，其中 22例為預(yù)后良好組[男性16例，女性6例，平均年齡(46.91±13.46)歲，年齡20～75歲]，24例為預(yù)后不良組[男性16例，女性8例，平均年齡(52.58±11.27)歲，年齡31～69歲]。納入標(biāo)準(zhǔn)：單側(cè)單發(fā)基底節(jié)區(qū)LIs[即：擴(kuò)散加權(quán)成像(diffusion-weighted imaging,DWI)顯示直徑<20 mm的腔隙灶]；同側(cè)MCA未見明顯狹窄及斑塊；臨床資料完整、圖像質(zhì)量清晰。排除標(biāo)準(zhǔn)：心源性血栓或陳舊心肌梗死；伴腦出血、腫瘤、血管炎、動脈夾層、煙霧病或腦創(chuàng)傷；同側(cè)頸內(nèi)動脈(internal carotid artery，ICA)或MCA-M1段管腔狹窄或閉塞。本研究經(jīng)過天津市第一中心醫(yī)院醫(yī)學(xué)倫理委員會同意，倫理學(xué)批號(倫理審查編號為2011N103KY),所有研究對象簽署知情同意書。

1.2 基線資料收集

基線數(shù)據(jù)包括年齡、性別、吸煙史，飲酒史及高血壓、糖尿病、高脂血癥、房顫史、冠狀動脈粥樣硬化性心臟病(以下簡稱冠心病)、既往腦卒中史、入院和出院時美國國立衛(wèi)生研究院卒中量表(National Institute of Health Stroke Scale, NIHSS)，根據(jù)出院時NIHSS評分分為預(yù)后良好組(≤6分)和預(yù)后不良組(>6分)[5]。

1.3 MRI設(shè)備及檢查項目

采用3.0T超導(dǎo)磁共振成像設(shè)備(西門子MAGNETOM Prisma公司, 德國)，64通道相控陣頭頸聯(lián)合線圈。掃描序列如下：(1)常規(guī)MRI序列：DWI、T1WI、T2WI、T2-FLAIR等。(2)3D 反轉(zhuǎn)恢復(fù)預(yù)備可變翻轉(zhuǎn)角度快速自旋回波(inversion-recovery prepared sampling perfection with application-optimized contrasts using different flip angle evolution,IR-SPACE)平掃與3D IR-SPACE增強(qiáng)：采用矢狀位容積掃描，掃描范圍自主動脈弓上緣至顱頂，覆蓋頸部及顱內(nèi)血管。(3)SCALE-PWI序列：重復(fù)采集50次，在第6次采集時使用高壓注射器靜脈注射釓噴替酸葡甲胺(拜耳公司，德國)，注射流速4 mL/s，劑量0.2 mL/kg，采集時間2.5 min，利用西門子自帶程序的bookend技術(shù)得到定量PWI-腦血流量(cerebral blood flow,CBF)。(4)掃描參數(shù)見表1。

表1 MRI序列掃描參數(shù)

1.4 圖像后處理及分析

LSA的視覺評估采用NeuSPIN(中國沈陽)軟件將所有患者的VWI數(shù)據(jù)進(jìn)行冠狀位最小密度投影(minimum density projection，MinIP)重建，然后導(dǎo)入Syngo Via工作站(西門子公司，德國)，由一位具有6年經(jīng)驗的神經(jīng)放射學(xué)醫(yī)師在工作站上對LSA特征進(jìn)行評估，獲得LSA的形態(tài)特征，包括莖和分支數(shù)目、總長度和曲率。莖定義為LSA中直接起源于MCA的部分。分支被定義為起源于親代LSA莖的子血管或沒有分支的莖(單個血管)。對于長度≥5 mm的莖，當(dāng)LSA在距開口5 mm內(nèi)分支時，每個分支分別計數(shù)(圖1)。當(dāng)一支動脈在更遠(yuǎn)的位置分支時，用最長的分支來計數(shù)和測量莖。LSA曲率為實際路徑長度除以線性距離[6]。隨機(jī)抽取32個MCA，由同一醫(yī)師在2個月后重新測量，以評估測量的一致性。

圖1 LSA測量示意圖

梗死面積及信號測量以DWI高信號區(qū)定義為缺血性卒中病灶區(qū)，用ITK-SNAP軟件手動勾畫梗死面積，自動計算梗死體積(圖2)。

圖2 根據(jù)ITK-SNAP軟件手動勾畫梗死面積

患者基底節(jié)區(qū)的配準(zhǔn)與灌注參數(shù)測量通過剛體空間矯正進(jìn)行頭動監(jiān)控和矯正，將原始的結(jié)構(gòu)圖像與標(biāo)準(zhǔn)蒙特利爾神經(jīng)學(xué)研究所(Montreal Neurological Institute, MNI)模板進(jìn)行非線性配準(zhǔn)，將MNI空間下的標(biāo)準(zhǔn)供血區(qū)模板配準(zhǔn)到個體空間中，并根據(jù)模板中所勾畫的區(qū)域，對個體空間下的CBF、腦血容量(cerebral blood volume,CBV)數(shù)值進(jìn)行定量測量(圖3)。ITK-SNAP軟件自動獲得標(biāo)準(zhǔn)化分區(qū)后各區(qū)域的CBF、CBV值。

圖3 基底節(jié)區(qū)的配準(zhǔn)示意圖

1.5 統(tǒng)計學(xué)方法

2 結(jié)果

2.1 評價者內(nèi)的一致性分析

ICC檢驗結(jié)果表明，評價者前后兩次對于LSA參數(shù)評估的觀察者內(nèi)一致性均較好(ICC>0.90)，詳見表2。

表2 LSA數(shù)量及長度測量的一致性評估

2.2 預(yù)后良好組與預(yù)后不良組LSA特征及基底節(jié)區(qū)灌注情況的比較

預(yù)后良好組與預(yù)后不良組間患側(cè)LSA數(shù)目、患側(cè)LSA總長度、患側(cè)基底節(jié)區(qū)CBF、患側(cè)基底節(jié)區(qū)CBV比較，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)，詳見表3，圖4。

表3 預(yù)后良好組與預(yù)后不良組LSA的組間差異

圖4 LSA特征與基底節(jié)區(qū)灌注狀態(tài)的相關(guān)性

2.3 LSA特征及基底節(jié)區(qū)灌注對預(yù)后影響的多因素分析

以預(yù)后為因變量(良好=1，不良=0)，將LSA數(shù)目和總長度、CBF、CBV及梗死體積及年齡、性別、高血壓及糖尿病為自變量進(jìn)行多因素Logistic回歸分析。在調(diào)整了年齡、性別、高血壓及糖尿病后，患側(cè)CBV是預(yù)后的影響因素(P<0.05)，詳見表4。

表4 LSA及灌注對預(yù)后的影響

2.4 患側(cè)CBV對預(yù)后預(yù)測的效果分析

ROC曲線患側(cè)CBV用于區(qū)分患者預(yù)后的AUC值為0.82(P<0.05)，CBV具有一定的預(yù)測能力(圖5)。根據(jù)約登指數(shù)篩選預(yù)測臨界值為12.49，以此為標(biāo)準(zhǔn)對樣本人群進(jìn)行預(yù)測(即CBV>12.49，則預(yù)后良好)，結(jié)果見表5。CBV預(yù)測患者預(yù)后良好的敏感度為81.82%，特異度為79.17%，Kappa值為0.61，預(yù)測結(jié)果與實際結(jié)果具有較高的一致性，具有臨床應(yīng)用價值。

圖5 患側(cè)CBV對預(yù)后預(yù)測的效果ROC曲線分析

表5 患側(cè)CBV對預(yù)后預(yù)測的結(jié)果

3 討論

LSA從大腦中動脈發(fā)出，為終末動脈，數(shù)量相對穩(wěn)定，其走形垂直于大腦中動脈，這使得LSA供應(yīng)的區(qū)域更容易受到缺血的影響，導(dǎo)致LIs，引起明顯的臨床癥狀[4,7-8]。由于伴隨血管反應(yīng)性受損[9]、血-腦脊液屏障功能障礙[10]以及氧和其他可擴(kuò)散營養(yǎng)物質(zhì)的提取效率降低[11]，相當(dāng)一部分臨床預(yù)后差。在存在毛細(xì)血管功能障礙或小動脈疾病的情況下，低灌注量可能損傷神經(jīng)元[12-13]，在LIs的病理生理過程中起重要作用。本研究中采用SCALE-PWI定量評估LSA區(qū)域LIs患者的CBF、CBV，進(jìn)而評估患者的預(yù)后不良及惡化影響因素。

3.1 LSA特征及基底節(jié)區(qū)灌注狀態(tài)的關(guān)系

目前關(guān)于LSA與基底節(jié)區(qū)LIs的關(guān)系研究已開展較多[14-17]，在前期工作[18-21]中也發(fā)現(xiàn)了LSA的影像學(xué)特征與同側(cè)MCA-M1斑塊與基底節(jié)區(qū)LIs的相關(guān)性。關(guān)于LSA與灌注及神經(jīng)功能的關(guān)系研究較少，2017年Shinohara等[22]運用3D脈沖連續(xù)動脈自旋標(biāo)記法MR灌注成像研究豆紋動脈區(qū)分支動脈粥樣硬化性腦梗死，發(fā)現(xiàn)對側(cè)小腦半球不對稱指數(shù)(交叉性小腦分裂)和彌散張量成像梗死體積與NIHSS評分顯著相關(guān)。在分支動脈粥樣硬化性疾病患者中，3D-動脈自旋標(biāo)記灌注成像能發(fā)現(xiàn)交叉性小腦分裂，且與神經(jīng)功能嚴(yán)重程度相關(guān)。這一研究從灌注層面入手，說明了豆紋動脈區(qū)的灌注情況對神經(jīng)功能的嚴(yán)重程度的影響。本研究運用SCALE定量灌注技術(shù)，顯示預(yù)后良好組與預(yù)后不良組之間患側(cè)LSA數(shù)目、總長度及患側(cè)基底節(jié)區(qū)的定量灌注值CBF、CBV差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)，患側(cè)LSA數(shù)目越少，總長度越短，基底節(jié)區(qū)的腦定量灌注值越低。這提示LSA受累程度可能影響到基底節(jié)區(qū)的供血灌注情況，這些差異可以體現(xiàn)到定量灌注值的變化上，從而影響患者的預(yù)后。在LIs的早期階段，小血管的內(nèi)皮功能損傷可能較小，小動脈的狹窄可能會導(dǎo)致CBF的減少，而腦血管的自動調(diào)節(jié)在一定的腦灌注壓范圍內(nèi)保持相對恒定的CBF。然而，隨著病情的進(jìn)展，發(fā)生彌漫性腦血管內(nèi)皮細(xì)胞衰竭，血管壁增厚，管腔狹窄變得更加嚴(yán)重，最終導(dǎo)致這些血管失去正常的自我調(diào)節(jié)能力，這可能進(jìn)一步導(dǎo)致組織損傷并伴隨CBF和CBV減少[23-24]。本研究結(jié)果提示LSA數(shù)值與LIs嚴(yán)重程度呈負(fù)相關(guān)，低灌注可能起重要作用。本研究從定量的灌注值層面更加直觀說明了LSA的受累情況是影響基底節(jié)區(qū)LIs預(yù)后的關(guān)鍵因素，而患側(cè)基底節(jié)區(qū)LIs核心體積及定量灌注值則可作為預(yù)測預(yù)后好壞的指標(biāo)之一。

3.2 LSA及基底節(jié)區(qū)灌注情況與預(yù)后的關(guān)系

Yamada等[25]運用灌注CT來定量評估豆紋動脈區(qū)域LIs患者的CBF、CBV和MTT，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在癥狀出現(xiàn)后24 h內(nèi)的CT灌注掃描上，高的MTT比和低的CBF比可以預(yù)測LSA區(qū)域的進(jìn)行性神經(jīng)癥狀惡化和LIs的擴(kuò)大。這一研究結(jié)果表明了LSA區(qū)域的灌注情況是如何影響神經(jīng)功能的改善和LIs體積。如果來自鄰近LSA的微循環(huán)側(cè)支血流不足，初始LIs的周圍區(qū)域很可能進(jìn)展為腦梗死，導(dǎo)致神經(jīng)功能惡化。本研究通過SCALE-PWI技術(shù)來量化基底節(jié)區(qū)的灌注情況，在將LSA數(shù)目和總長度、CBF、CBV及梗死體積納入多因素邏輯回歸分析之后，結(jié)果顯示調(diào)整了年齡、性別、高血壓及糖尿病后，患側(cè)CBV是病情預(yù)后良好的重要指標(biāo)，這也證實灌注情況會影響患者神經(jīng)功能的恢復(fù)。進(jìn)一步用ROC曲線進(jìn)行患側(cè)CBV對預(yù)后預(yù)測的效果分析顯示，患側(cè)CBV用于區(qū)分患者預(yù)后的AUC值為0.82，在臨界值為12.49時有最佳的準(zhǔn)確性、敏感度與特異度，提示患側(cè)CBV對基底節(jié)區(qū)LIs患者神經(jīng)功能恢復(fù)具有較高的預(yù)測價值，當(dāng)患側(cè)CBV<12.49的時候，患者預(yù)后不良。

本研究利用VWI及SCALE定量MRI灌注成像探討了LSA特征對基底節(jié)區(qū)灌注及基底節(jié)區(qū)LIs患者的神經(jīng)功能恢復(fù)與預(yù)后的關(guān)系。高血壓、糖尿病及既往腦卒中史是基底節(jié)區(qū)LIs患者預(yù)后不良的影響因素；患側(cè)LSA數(shù)目越少，總長度越短，基底節(jié)區(qū)的腦定量灌注值越低；梗死體積是卒中嚴(yán)重程度的預(yù)測因素；患側(cè)基底節(jié)區(qū)的定量CBV值是預(yù)測病情預(yù)后良好的重要指標(biāo)。本研究存在一定的局限性，首先，本研究樣本量較小，這可能出現(xiàn)病例選擇的偏倚。其次，主要測量MCA水平段的LSA，可能會有一些變異的LSA未測量到。未來可進(jìn)一步縱向研究，以確定LSA的相關(guān)指標(biāo)是否可以作為基底節(jié)區(qū)LIs嚴(yán)重程度的標(biāo)志。