多模態(tài)CT預(yù)測(cè)急性缺血性卒中患者預(yù)后研究

戴瑤， 熊星， 宋子陽(yáng)， 張妤

急性缺血性卒中(acute ischemic stroke，AIS)患者的治療有靜脈內(nèi)溶栓、動(dòng)脈內(nèi)機(jī)械取栓、橋接治療等多種方式。荷蘭一項(xiàng)多中心臨床試驗(yàn)1363名AIS患者接受了取栓治療，其中517(38%)人恢復(fù)了獨(dú)立生活能力，398(29%)人卻在卒中后90 d內(nèi)死亡[1]。因此，同種治療方案并不適用于所有人。如果能在治療前預(yù)測(cè)患者預(yù)后就可幫助臨床醫(yī)生為每個(gè)患者選擇最合適的治療方案，制定合理的恢復(fù)目標(biāo)，提供更好的醫(yī)學(xué)支持。多模態(tài)CT通過(guò)直觀地顯示缺血區(qū)域的組織結(jié)構(gòu)、側(cè)支循環(huán)、血流灌注等情況，在預(yù)測(cè)卒中預(yù)后方面具有重要價(jià)值。本文將重點(diǎn)對(duì)能夠預(yù)測(cè)急性前循環(huán)缺血性卒中患者預(yù)后的CT影像指標(biāo)進(jìn)行探討。

多種CT影像指標(biāo)預(yù)測(cè)AIS患者預(yù)后

1.Alberta 卒中項(xiàng)目早期 CT 評(píng)分(Alberta stroke program early CT score，ASPECTS)

AIS患者超早期由于缺血腦組織發(fā)生細(xì)胞毒性水腫或不可逆性損傷，頭顱CT平掃(noncontrast CT，NCCT)可出現(xiàn)早期缺血性改變(early ischemic change，EIC)，包括腦實(shí)質(zhì)低密度區(qū)、局部腦組織腫脹、灰白質(zhì)分界不清等。ASPECT是一種評(píng)價(jià)AIS大腦中動(dòng)脈供血區(qū)EIC的半定量評(píng)分方法，即在CT影像上選取大腦中動(dòng)脈供血區(qū)2個(gè)層面(核團(tuán)層面和核團(tuán)以上層面)的10個(gè)區(qū)域，這10個(gè)區(qū)域權(quán)重相同，都為1分?？偡譃?0分，存在一個(gè)EIC的區(qū)域即扣一分。

早期研究發(fā)現(xiàn)ASPECTS是患者溶栓后功能預(yù)后和出血轉(zhuǎn)化的獨(dú)立預(yù)測(cè)指標(biāo)，其中預(yù)測(cè)功能預(yù)后的敏感度和特異度分別為78%、96%，預(yù)測(cè)出血轉(zhuǎn)化的敏感度和特異度為90%、62%。當(dāng)ASPECTS≤7時(shí)，患者出現(xiàn)溶栓后出血轉(zhuǎn)化的風(fēng)險(xiǎn)是ASPECTS>7的14倍[2]。對(duì)于取栓治療的患者，Liebeskind[3]認(rèn)為動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)基線至取栓24 h后的ASPECTS能有效預(yù)測(cè)患者的90 d預(yù)后。

NCCT由于影像信息的欠缺，在AIS超早期常常難以顯示腦組織的缺血性改變，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)卒中不斷進(jìn)展，其改變才能被NCCT所識(shí)別。如Bal等[4]的研究NCCT ASPECTS的可靠性具有時(shí)間依賴(lài)性，在AIS發(fā)生的超早期(卒中發(fā)生90 min內(nèi))，NCCT ASPECTS的可靠性較低，閱片者之間的一致性也較差，組內(nèi)相關(guān)系數(shù)(intraclass correlation coefficient， ICC)僅為0.48。而CT血管成像源影像(CT angiography source image，CTA-SI)在探查EIC時(shí)則沒(méi)有時(shí)間依賴(lài)性，在卒中發(fā)生的超早期ICC便可達(dá)到0.96，可以早期幫助臨床醫(yī)生作出最合適的治療決斷。

2.血栓特征

血栓特征包括血栓的位置、血栓負(fù)荷評(píng)分(clot burden score，CBS)、血栓長(zhǎng)度、距離頸內(nèi)動(dòng)脈末端的距離(distance from the ICA terminus to the thrombus，DT)、血栓相對(duì)和絕對(duì)衰減值、血栓滲透性，這些特征都在NCCT和CT血管成像(CT angiography，CTA)薄層上進(jìn)行評(píng)估。血栓特征彼此之間是相互聯(lián)系的，Dutra[5]認(rèn)為血栓長(zhǎng)度越短，一般越位于越末梢的位置，CBS和血栓滲透性越高，衰減值越低。

對(duì)于溶栓治療患者，目前已有大量研究證明血栓特征與患者的功能預(yù)后緊密相關(guān)，即DT越大(血栓位置越遠(yuǎn))、血栓長(zhǎng)度越短、CBS和滲透性越高，功能預(yù)后越好[6-9]。而對(duì)于取栓治療患者，血栓特征與預(yù)后的關(guān)系存在爭(zhēng)議。Dutra[5]和Borst[10]認(rèn)為DT越大、血栓長(zhǎng)度越短、CBS和滲透性越高，功能預(yù)后越好。但是關(guān)于血栓衰減值和預(yù)后的關(guān)系，他們的研究結(jié)果卻有所不同，Dutra認(rèn)為血栓衰減值與預(yù)后無(wú)關(guān)，Borst則認(rèn)為CTA上血栓的相對(duì)衰減值是患者功能預(yù)后的獨(dú)立預(yù)測(cè)指標(biāo)。此外，針對(duì)血栓長(zhǎng)度與預(yù)后的關(guān)系也有學(xué)者持不同觀點(diǎn)。一般而言，較長(zhǎng)的血栓會(huì)增加取栓的難度和時(shí)間，預(yù)后相對(duì)較差，但Seker[11]和Spiotta[12]的研究卻認(rèn)為血栓長(zhǎng)度與患者預(yù)后沒(méi)有關(guān)聯(lián)。因此，在確定血栓衰減值、血栓長(zhǎng)度和AIS患者取栓后的預(yù)后是否相關(guān)前，仍需要更多研究對(duì)其進(jìn)行探討。

有時(shí)，AIS在NCCT上可有特征性表現(xiàn)，即大腦中動(dòng)脈致密征(hyperdense middle cerebral artery sign，HMCAS)。一項(xiàng)meta分析表明HMCAS常預(yù)示著AIS患者溶栓后90 d的不良預(yù)后[13]。而對(duì)于取栓治療患者，Kim[14]研究發(fā)現(xiàn)存在HMCAS組和不存在HMCAS組患者在再灌注成功率(P=0.829)、90 d mRS(P=0.096)、出血轉(zhuǎn)化(P=0.079)、90 d死亡率(P=0.175)上都未出現(xiàn)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義上的不同。因此，Kim認(rèn)為HMCAS并不能預(yù)測(cè)患者取栓后的預(yù)后。

3.血流灌注

當(dāng)顱內(nèi)動(dòng)脈閉塞或栓塞時(shí)，其供血區(qū)域的腦組織缺血損傷。有的損傷是不可逆的，被稱(chēng)為核心梗死區(qū)，而有的損傷如果及時(shí)恢復(fù)血流灌注是可以挽救的，被稱(chēng)為缺血半暗帶，拯救缺血半暗帶是搶救AIS患者的關(guān)鍵。CT灌注成像(CT perfusion，CTP)可以通過(guò)達(dá)峰時(shí)間(time to peak，TTP)和腦血流量(cerebral blood flow，CBF)幫助區(qū)分這兩種損傷。一般將TTP>6 s的區(qū)域作為缺血半暗帶，將CBF<30%的區(qū)域作為核心梗死區(qū)。Demeestere等[15]研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)CTP定義的核心梗死區(qū)體積<15 mL時(shí)，AIS患者出現(xiàn)良好功能預(yù)后的可能性較高，曲線下面積(area under curve，AUC)為0.62。缺血半暗帶與核心梗死區(qū)相減為灌注錯(cuò)配體積，兩者相比為灌注錯(cuò)配率，通過(guò)錯(cuò)配可以更好地選擇適合取栓治療的患者，尤其是超出時(shí)間窗者。一項(xiàng)臨床試驗(yàn)證明患者在發(fā)病6～16 h內(nèi)，如果CTP上有支持性的證據(jù)，即核心梗死區(qū)體積<70 mL、灌注錯(cuò)配率≥1.8，往往能從取栓治療中受益，獲得更好的預(yù)后[16]。

除了灌注錯(cuò)配，灌注參數(shù)在預(yù)測(cè)AIS患者預(yù)后中也發(fā)揮著重要作用。朱杰等[17]研究了患側(cè)/健側(cè)灌注參數(shù)比值，即相對(duì)腦血流量(relative CBF，rCBF)、相對(duì)腦血容量(relative cerebral blood volume，rCBV)、相對(duì)平均通過(guò)時(shí)間(relative mean transit time，rMTT)、相對(duì)達(dá)峰時(shí)間(relative TTP，rTTP)在單側(cè)大腦中動(dòng)脈閉塞患者中的應(yīng)用價(jià)值，發(fā)現(xiàn)rCBF、rCBV、rMTT、rTTP均能預(yù)測(cè)AIS患者預(yù)后，其中rCBF的預(yù)測(cè)效能最好，AUC達(dá)0.930，rCBF>0.720提示患者預(yù)后良好的敏感度和特異度達(dá)100%、80.6%。

最近，一種基于CTP的血腦屏障滲透性圖像被推薦用于預(yù)測(cè)AIS患者出血轉(zhuǎn)化的發(fā)生率[18-20]。當(dāng)腦組織缺血受損時(shí)血腦屏障滲透性增加，對(duì)比劑從血管內(nèi)滲出進(jìn)入血管外間隙。通過(guò)定量計(jì)算單位體素內(nèi)對(duì)比劑流入和流出的差值，即可得到對(duì)比劑滲入到血管外間隙的量，從而在CTP的基礎(chǔ)上獲取全腦或感興趣區(qū)血腦屏障滲透性的圖像。Bivard等[21]對(duì)此進(jìn)行了更深入的研究，發(fā)現(xiàn)當(dāng)血腦屏障滲透性增加的臨界值取30%時(shí)，灌注缺損區(qū)域的滲透性圖預(yù)測(cè)出血轉(zhuǎn)化的效能最好，AUC為0.91。在此基礎(chǔ)上血腦屏障滲透性異常的體積每增加10 mL，出血結(jié)果的嚴(yán)重性就增加一個(gè)級(jí)別。

4.側(cè)支循環(huán)

當(dāng)顱內(nèi)動(dòng)脈閉塞或栓塞時(shí)，缺血區(qū)域腦組織由側(cè)支循環(huán)代償供血，包括顱內(nèi)外動(dòng)脈交通、willis環(huán)和更小的軟腦膜動(dòng)脈之間的交通。不同的人由于年齡、基礎(chǔ)病等不同，側(cè)支循環(huán)水平各不相同。數(shù)字減影血管造影(digital subtraction angiography，DSA)是評(píng)估側(cè)支循環(huán)的“金標(biāo)準(zhǔn)”，但是CTA憑借簡(jiǎn)便、無(wú)創(chuàng)的優(yōu)勢(shì)更常用于臨床。多時(shí)相CTA(multiphase CTA，mCTA)通過(guò)觀察動(dòng)脈期、靜脈期、靜脈晚期的血管分布情況，對(duì)側(cè)支循環(huán)評(píng)估更為全面。Garcia-Tornel[22]通過(guò)比較單時(shí)相CTA(single-phase CTA，sCTA)和mCTA對(duì)預(yù)后的預(yù)測(cè)效能，發(fā)現(xiàn)mCTA側(cè)支評(píng)分是患者取栓后功能預(yù)后的獨(dú)立預(yù)測(cè)指標(biāo)(P<0.001)，而sCTA側(cè)支評(píng)分卻不是(P=0.059)。

新興的四維CTA(dynamic four-dimensional CTA，4D-CTA)技術(shù)從容積灌注成像(volume perfusion CT,VPCT)數(shù)據(jù)中重建，在傳統(tǒng)的sCTA基礎(chǔ)上增加了時(shí)間的維度，顯示全腦各時(shí)相的血流情況，并對(duì)血管進(jìn)行3D成像，可以更加直觀、準(zhǔn)確地評(píng)估側(cè)支循環(huán)的狀態(tài)。曹若瑤等[23]用4D-CTA對(duì)側(cè)支循環(huán)進(jìn)行評(píng)估，發(fā)現(xiàn)4D-CTA側(cè)支評(píng)分同樣是患者取栓后功能預(yù)后的獨(dú)立預(yù)測(cè)指標(biāo)(P<0.001)，AUC達(dá)0.936。該研究sCTA側(cè)支評(píng)分仍然不能預(yù)測(cè)預(yù)后。綜上，mCTA和4D-CTA側(cè)支循環(huán)評(píng)分都具有很好的預(yù)后預(yù)測(cè)效能。

盡管很多學(xué)者都認(rèn)為側(cè)支循環(huán)評(píng)分與AIS患者預(yù)后密切相關(guān)[22,24]，Marks等[25]的研究結(jié)果卻顯示成功恢復(fù)再通的取栓患者獲得良好預(yù)后的機(jī)率與側(cè)支循環(huán)評(píng)分無(wú)關(guān)。因此，側(cè)支評(píng)分對(duì)預(yù)后的預(yù)測(cè)價(jià)值仍有待研究。Shi等[26]通過(guò)定量評(píng)估側(cè)支循環(huán)灌注發(fā)現(xiàn)了可以預(yù)測(cè)AIS預(yù)后的新指標(biāo)——大腦側(cè)裂中側(cè)支血管的最大腦血流速(maximum cerebral blood flow of collateral vessels，cCBFmax)。cCBFmax是AIS患者出血轉(zhuǎn)化和功能預(yù)后的獨(dú)立預(yù)測(cè)指標(biāo)，cCBFmax>64.5 mL/100 g/min預(yù)測(cè)患者良好功能預(yù)后的敏感度和特異度可達(dá)79.2%、62.9%。Shi還將cCBFmax與傳統(tǒng)的區(qū)域性軟腦膜側(cè)支評(píng)分(regional leptomeningeal collateral，rLMC)進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)cCBFmax(AUC=0.74)對(duì)預(yù)后的預(yù)測(cè)效能高于rLMC(AUC=0.63)。

5.水?dāng)z取率

AIS發(fā)生后腦組織因血流顯著減少而發(fā)生水?dāng)z取，灰度值逐漸下降。Broocks等[27]研究發(fā)現(xiàn)通過(guò)定量計(jì)算梗死區(qū)域早期的水?dāng)z取率(net water uptake，NWU)能可靠地預(yù)測(cè)惡性腦水腫的發(fā)生，NWU>12.7%時(shí)，患者發(fā)生惡性腦水腫的可能性很高。惡性腦水腫作為AIS的不良轉(zhuǎn)歸事件一旦發(fā)生患者的預(yù)后極差，須立即采取去骨瓣減壓術(shù)，否則將很快導(dǎo)致死亡。因此，早期預(yù)測(cè)惡性腦水腫的發(fā)生可幫助臨床醫(yī)生及時(shí)采取相關(guān)治療措施，降低患者致死率。NWU具體的測(cè)量方法：利用CTP確定缺血區(qū)域，然后分別在NCCT圖像缺血區(qū)域和對(duì)側(cè)大腦半球勾畫(huà)ROI，測(cè)量其密度為D缺血、D正常。

需要注意的是早期梗死體積和NWU共同預(yù)測(cè)著惡性腦水腫的發(fā)生，NWU的預(yù)測(cè)效能是建立在患者早期梗死體積相似的基礎(chǔ)上的[27]。

人工智能自動(dòng)評(píng)估在預(yù)測(cè)AIS患者預(yù)后中的進(jìn)展

盡管ASPECTS、側(cè)支循環(huán)評(píng)分等CT影像指標(biāo)能夠有效預(yù)測(cè)AIS患者預(yù)后，但在臨床應(yīng)用中往往面臨耗時(shí)長(zhǎng)、專(zhuān)業(yè)性強(qiáng)的問(wèn)題。隨著人工智能的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了上述CT影像指標(biāo)的自動(dòng)化評(píng)估，這一問(wèn)題迎刃而解。比如e-ASPECTS軟件，一款評(píng)價(jià)NCCT早期缺血性改變的全自動(dòng)評(píng)分工具，評(píng)價(jià)效能可達(dá)專(zhuān)家水平[28]。Pfaff等[29]研究發(fā)現(xiàn)e-ASPECTS每減少1分，AIS患者取栓后預(yù)后不良的風(fēng)險(xiǎn)就增加20%。Neuberger等[33]認(rèn)為不同層厚NCCT所得到的e-ASPECTS對(duì)預(yù)后的預(yù)測(cè)效能之間也是存在差異的，只有NCCT層厚≤6 mm時(shí)，所得e-ASPECTS才能有意義地預(yù)測(cè)患者預(yù)后，而層厚取1 mm時(shí)，預(yù)測(cè)效能最好。

人工智能還廣泛用于側(cè)支循環(huán)的評(píng)估。Tong等[30]在CTP源圖像的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一款自動(dòng)評(píng)估側(cè)支循環(huán)的軟件，發(fā)現(xiàn)對(duì)于溶栓后成功再灌注患者，軟件評(píng)估的側(cè)支評(píng)分可以有意義地預(yù)測(cè)患者功能預(yù)后，但是對(duì)于未能成功再灌注患者，側(cè)支評(píng)分對(duì)預(yù)后沒(méi)有預(yù)測(cè)價(jià)值。除此之外，另一款A(yù)CCESS (automatic collateral circulation evaluation in iSchemic stroke)軟件將人工智能與4D-CTA結(jié)合，對(duì)側(cè)支循環(huán)進(jìn)行快速評(píng)估，總體準(zhǔn)確度達(dá)84.78%[31]。

此外，機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)還能整合AIS患者臨床特征和CT影像特征，綜合預(yù)測(cè)患者功能預(yù)后，AUC和準(zhǔn)確度分別可達(dá)0.856、80.4%，預(yù)測(cè)效能優(yōu)于傳統(tǒng)的回歸模型(AUC=0.790，準(zhǔn)確度為77.6%)[32]。

總結(jié)與展望

多模態(tài)CT通過(guò)直觀顯示血栓圖像特征及腦組織早期缺血性改變、血流灌注、血腦屏障滲透性、側(cè)支循環(huán)、水?dāng)z取等情況，在判斷急性缺血性卒中患者腦組織損傷程度和預(yù)測(cè)患者預(yù)后方面有著重要價(jià)值，可以幫助臨床醫(yī)生設(shè)立合適的恢復(fù)目標(biāo)、制定最佳的治療方案，并做好患者及家屬的心理疏導(dǎo)工作。隨著人工智能的發(fā)展，多模態(tài)CT對(duì)AIS患者預(yù)后的預(yù)測(cè)價(jià)值將得到進(jìn)一步拓展。