林 青 綜述 馬琪林 審校

(福建省廈門大學(xué)附屬第一醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科,廈門 361003)

計算機(jī)斷層掃描灌注成像(com puterized tom ography perfusion,CTP)是利用動態(tài)增強(qiáng)計算機(jī)斷層掃描(CT)和圖像后處理技術(shù)來反映組織血管化程度和血流灌注狀態(tài),從而提供組織器官血流動力學(xué)信息的功能成像方法,能一定程度地反映腦缺血病理生理學(xué)改變,已成為評價早期腦梗死時組織灌注狀態(tài)的重要檢查手段,與核磁共振(MR I)灌注成像相比,能在最短時間內(nèi)評估缺血半暗帶并指導(dǎo)溶栓治療。

1 急性腦梗死的缺血半暗帶理論

1977年英國科學(xué)家 Astup等[1]發(fā)現(xiàn)在狒狒大腦中動脈閉塞腦梗死模型中,局部腦血流量降至15m L/100 g/m in時,感覺誘發(fā)電位消失,但細(xì)胞外K+活性無變化,此為神經(jīng)元電生理功能衰竭閾值;當(dāng)降至 10m L/100 g/m in時,K+活性突然升高,離子泵和能量代謝衰竭為膜功能衰竭閾值。感覺誘發(fā)電位消失后,若能及時增加局部腦血流量則誘發(fā)電位可再度出現(xiàn)。因此 Astup等首先提出缺血半暗帶(ischem ic penumbra)的概念,它是指缺血后組織喪失電活動但仍能維持跨膜離子電位,并能存活一段時間的腦組織。隨后,許多學(xué)者分別從形態(tài)學(xué)、能量代謝、電生理、神經(jīng)影像學(xué)等不同角度驗證了缺血半暗帶的理論。

2 CT灌注成像理論

CTP腦血流測量技術(shù)的理論基礎(chǔ)是“中心容積原理”和核醫(yī)學(xué)“示蹤劑稀釋原理”[2]。CTP是應(yīng)用靜脈注入X射線對比劑,經(jīng)左心室到達(dá)靶器官,通過動態(tài)掃描以獲得該層面內(nèi)每一像素的時間-密度曲線(tim e-density curve,TDC)。該曲線橫坐標(biāo)為時間,縱坐標(biāo)為注射對比劑后增加的CT值(一般認(rèn)為1mg碘可使 1 cm腦組織的 CT值增加 25Hu),其曲線直接反映了對比劑在腦實質(zhì)中的濃度變化,間接反映了腦組織的灌注量變化。依據(jù)曲線,利用不同的數(shù)學(xué)模型可以計算出相應(yīng)的血流量(b lood flow,BF)、血容量(b lood volum e,BV)、對比劑平均通過時間(mean transm it tim e,MTT)、峰值時間 (time to peak,TTP)和表面通透性(perm eability o f surface,PS)等參數(shù)。對以上參數(shù)進(jìn)行圖像重組和偽彩染色處理,可以得到血流灌注圖、血容積圖、對比劑平均通過時間圖和對比劑峰值時間圖等,從而評價組織器官的灌注狀態(tài)。

CTP的常用參數(shù)有:①腦血容積(cerebralb lood volum e,CBV)為腦感興趣區(qū)(region of interes,t RO I)大血管和毛細(xì)血管的血管床容積,CBV圖由 TDC曲線下面積的數(shù)學(xué)積分算出,單位為m L/100g。②腦血流量(cerebra lb lood flow,CBF)指單位時間單位體積腦組織內(nèi)的血流量,單位為 m L/100 g/m in。③MTT是腦血液動力學(xué)的重要參數(shù),可認(rèn)為是血液自動脈端流至靜脈端的循環(huán)時間,因通過的血管路徑不同,故時間也不同,所以用平均通過時間表示。上述 3個參數(shù)之間的關(guān)系符合中心容積定律,可用公式表示:MTT=CBV/CBF。④達(dá)峰時間(TTP)指對比劑開始注射至其濃度達(dá)到峰值的時間,單位為秒(s)。⑤PS是近年提出的新參數(shù),其數(shù)值反映對比劑進(jìn)入間質(zhì)(血管外)的量,通過 TDC的斜率即可計算出 PS值,單位為 m L/100 g/m in。

與 PET及氙氣-CT金標(biāo)準(zhǔn)相比,從 CTP測得到的 CBF值顯示了非常高的準(zhǔn)確度[3,4]。M ayer等[5]研究發(fā)現(xiàn),CBF參數(shù)圖對腦缺血程度判斷的敏感性為 93%,特異性為 98%。A viv等[6]認(rèn)為 CBV對急性腦梗死預(yù)測最后梗死范圍和臨床轉(zhuǎn)歸的敏感性、特異性、陽性預(yù)測值、陰性預(yù)測值分別為 60%、100%、100%、45%。M urphy等[7]研究表明,CBV ×CBF的交互作用半暗帶判斷的對敏感度、特異度準(zhǔn)、確度分別為 97.0%、97.2%、97.1%,比單獨應(yīng)用 CBF或CBV評價缺血狀態(tài)顯示了更好的結(jié)果,說明 CBV閾值隨 CBF的變化而不同。Koen ig等[8]認(rèn)為由于人腦組織的血流灌注量因年齡、心血管生理狀態(tài)、顯影劑等的不同,測得數(shù)值可有差異,CBF與CBV絕對值不能準(zhǔn)確反映缺血組織的灌注狀態(tài),應(yīng)用對側(cè)半球鏡像區(qū)域作為參照的半定量數(shù)值可以彌補(bǔ)這些不足。MTT延長是急性腦梗死最常觀察到的改變,特異性較低,敏感性較高,是 CBF良好的輔助診斷指標(biāo)。Grandin等[9]認(rèn)為MTT對區(qū)分正常腦組織和缺血腦組織非常敏感,但對缺血損害的程度以及發(fā)生腦梗死危險性的評價上不如 rCBF和 rCBV。目前,對參數(shù) PS的研究較少,從 PS圖的產(chǎn)生機(jī)制來看,PS值反映的是血腦屏障破壞的情況。腦梗死后血腦屏障破壞可以導(dǎo)致 PS值升高。全冠民等[10]在血栓性腦缺血兔模型中,通過 PS參數(shù)變化連續(xù)觀察腦缺血 6 h內(nèi)微血管通透性變化,結(jié)果 PS圖上缺血區(qū)為斑片狀或斑點狀通透性增大,提示 PS值有效地顯示腦缺血超急性期微血管通透性的變化。

3 CTP在急性缺血性卒中的應(yīng)用

腦組織對灌注壓的變化有自動調(diào)節(jié)機(jī)制。當(dāng)灌注壓下降時,通過小動脈的擴(kuò)張,可一定程度上維持正常的腦血流量,此時表現(xiàn)為 CBV、MTT增加,CBF保持不變。隨著灌注壓的進(jìn)一步下降,CBV、CBF進(jìn)一步降低,MTT進(jìn)一步延長,此時能量供應(yīng)不足以維持正常細(xì)胞的功能,出現(xiàn)缺血半暗帶。最終,嚴(yán)重的灌注壓不足導(dǎo)致 CBV、CBF降低,MTT延長,造成不可逆性腦梗死[11]。Sparacia等[12]對 30例發(fā)病 3 h內(nèi)的急性腦梗死患者進(jìn)行 CTP檢查,根據(jù)MR I復(fù)查結(jié)果確定最終梗死體積,發(fā)現(xiàn)梗死區(qū)、半暗帶、對側(cè)對照區(qū)平均 MTT分別為 9.8 s、5.1 s、3.4 s;平均CBF的相對值(rCBF)分別為 24.6m L/100 g/m in,64.8m L/100 g/m in,70.8m L/100 g/m in;平均 CBV的相對(rCBV)分別為 3.5m L/100 g、3.9m L/100 g、2.9m L/100 g。認(rèn)為缺血腦組織的CBF及CBV下降提示為不可逆損傷(即梗死),而 CBF下降、MTT延長、CBV正?；蜉p度增加則提示為可逆性損傷(即缺血半暗帶)。MTT延長＜5.1 s為半暗帶,MTT＞6.05 s為梗死。梗死區(qū) MTT閾值 6.05 s的敏感性84.6%,特異性 100%,準(zhǔn)確度 92.3%。K oenig等[7]的研究結(jié)果顯示 rCBF為 0.48和 rCBV為 0.6是區(qū)分梗死區(qū)和半暗帶的相對閾值。而 K lotz等[13]認(rèn)為rCBF為 0.20作為缺半暗帶的最低限,如果 rCBF比值＜0.20,無論采取何種治療方法腦組織都無法存話;如果 rCBF比值在 0.20～0.35之間,溶栓治療的效果明顯。

高培毅[14]根據(jù) CTP腦血流量情況,將腦梗死前期分為兩期 4個亞型:①Ⅰ期:腦血流動力學(xué)發(fā)生異常變化,腦血流灌注壓在一定范圍內(nèi)波動,機(jī)體可以通過小動脈和毛細(xì)血管平滑肌的代償性擴(kuò)張或收縮來維持腦血流相對穩(wěn)定;Ⅰa期:腦血流速度發(fā)生變化,腦局部微血管尚無代償性擴(kuò)張,灌注成像可見TTP延長,MTT、CBF和 CBV正常;Ⅰb期:腦局部微血管代償性擴(kuò)張,灌注成像見TTP和MTT延長,CBF正?；蜉p度下降,CBV正?；蛏?。②Ⅱ期:腦循環(huán)儲備力失代償,CBF達(dá)電衰竭值以下,神經(jīng)元的功能出現(xiàn)異常,機(jī)體通過腦儲備力來維持神經(jīng)元代謝的穩(wěn)定;Ⅱa期:CBF下降,由于腦缺血造成局部星形細(xì)胞足板腫脹,并開始壓迫局部微血管,灌注成像見TTP、MTT延長以及 CBF下降,CBV正?；蜉p度下降;Ⅱb期:星形細(xì)胞足板明顯腫脹,并造成腦局部微血管受壓變窄或閉塞局部微循環(huán)障礙,灌注成像見TTP、MTT延長 CBF和 CBV下降。如果 CBF和 CBV明顯下降提示進(jìn)入腦梗死階段。

溶栓是急性腦梗死最有效的治療方法。但目前的溶栓治療指南基于嚴(yán)格的 4.5 h時間窗,而沒有充分考慮梗死后的病理生理和半暗帶的存在。而在MR I灌注成像(PW I)和彌散成像(DW I)指導(dǎo)下的急性腦梗死溶栓研究,證實即使超過時間窗,只要缺血半暗帶存在,溶栓仍然有效,且出血的風(fēng)險并無增加[15,16]。盡管MR I評估缺血半暗帶有優(yōu)勢,但耗時和增加費用卻是不利的因素,因此利用 CTP來評估和指導(dǎo)溶栓治療應(yīng)該是方向之一。Jakubow ska等[17]報道對 1例 68歲右側(cè)偏癱(N IHSS評分 20分)的大腦中動脈(MCA)閉塞的男性患者,癥狀發(fā)生后 7.5 h CTP顯示存在半暗帶,9 h后進(jìn)行重組組織型纖溶酶原激活劑(rt-PA)動脈溶栓;溶栓 1 h后重新掃描顯示MCA再通;隨訪MR I顯示僅梗死中心區(qū)輕度出血轉(zhuǎn)化;18 d后患者N IHSS降為 5分而出院。因此,如果 CTP顯示缺血半暗帶確切存在,頸內(nèi)動脈系統(tǒng)的溶栓治療可以在發(fā)病 6～9 h內(nèi)進(jìn)行。CTP還可作為動脈狹窄內(nèi)支架成形術(shù)后臨床轉(zhuǎn)歸的客觀評價指標(biāo)[18]。

多模式 CT成像包括全腦普通 CT平掃、CTP和CT血管成像(CTA),在評估半球梗死患者是否接受rt-PA治療時已顯示出明顯的優(yōu)越性。CTA能夠評估患者血管閉塞的部位,同時評估腦血管的總體狀況,而CTP則能夠評估腦組織血流灌注缺損的范圍以及嚴(yán)重程度。CTP聯(lián)合 CTA評估還有助于剔除存在高度出血性轉(zhuǎn)化風(fēng)險的患者。CTA顯示的血管閉塞是影像溶栓決策的重要因素。Parsons[19]推薦多模式 CT成像指導(dǎo)溶栓的標(biāo)準(zhǔn)是:①高的獲益:小的中心區(qū)梗死-大面積的半暗帶-血管閉塞;②良好的獲益:中等大小的中心區(qū)梗死-中度面積的半暗帶、或小的中心區(qū)梗死-小面積的半暗帶、大面積的半暗帶-CTA顯示沒有血管阻塞;③低的獲益:沒有半暗帶、大的梗死區(qū)伴有或沒有半暗帶、臨床癥狀提示半球缺血但無灌注異常區(qū)或血管閉塞。還有待更多試驗證實。

4 CTP在短暫性缺血發(fā)作(T IA)中的應(yīng)用

TIA的傳統(tǒng)定義是基于推測性的時間限定,受到巨大的挑戰(zhàn)。T IA研究組的A lbers等[20]提出了 T IA的新定義,在一定程度上強(qiáng)調(diào)了影像學(xué)證據(jù)。研究發(fā)現(xiàn),超過 1 h的 TIA可存在腦實質(zhì)損傷,常規(guī)MRI也證實了這一點。DW I研究顯示,半數(shù)符合傳統(tǒng)定義的T IA患者 DW I圖像存在缺血病灶。Lu等[21]對20例 TIA患者進(jìn)行 CT、CTP和 TCD檢查,結(jié)果發(fā)現(xiàn)20例 CT正常而 13例與臨床符合的 CTP改變顯示TTP延長持續(xù)的異常,與對側(cè)相比TTP平均延長 2.8 s。CTP能提供血液動力信息及灌注異常區(qū)域。雷靜等[22]對 24例臨床診斷為椎動脈粥樣硬化狹窄所致的椎基底動脈系統(tǒng)T IA的患者行數(shù)字減影血管造影術(shù)(DSA)和后循環(huán)腦組織的 CTP檢查。結(jié)果發(fā)現(xiàn)患者中DSA所顯示的椎動脈中-重度狹窄達(dá)為 60%～100%,頭顱 CT平掃則未發(fā)現(xiàn)與臨床癥狀相對應(yīng)的病灶,而其中 13例患者 CTP檢出與臨床癥狀相對應(yīng)的低灌注區(qū),其中 2例患者整個后循環(huán)供血區(qū)較同層面前循環(huán)供血區(qū)TTP明顯延遲。

5 CTP在動物實驗中的研究

有關(guān)CTP明確半暗帶組織的動物實驗正在積極開展。Nabavi等[23]利用兔 MCA閉塞模型行顱腦CTP,并與病理切片對照研究,提出 rCBF＜10m L/100 g/m in及MTT延遲超過 6 s是缺血組織轉(zhuǎn)變?yōu)楣Ｋ澜M織的有效預(yù)測值。此結(jié)果與正電子發(fā)射體層攝影(PET)、單光子發(fā)射計算機(jī)化斷層顯像(singlephoton em ission com puted tom ography,SPECT)等其他核素檢查結(jié)果相似。M urphy等[24]在兔MCA閉塞模型中發(fā)現(xiàn)梗死區(qū)的 CBV和 CBF均顯著下降,半暗帶CBF顯著下降＜25m L/100 g/m in,而 CBV仍接近正常值,logistic回歸分析顯示 CBV×CBF交互作用對梗死區(qū)預(yù)測的敏感性和特異性分別為 90.6%和93.3%。

6 CTP優(yōu)勢、存在問題和展望

多模式 CT和MR I掃描均能顯示低灌注區(qū),但對于溶栓治療,大多數(shù)醫(yī)療機(jī)構(gòu)能更快完成 CTP檢查,就為溶栓治療贏得了寶貴的時間。對于有MR I檢查禁忌證的患者,如心臟起搏器或其他電子裝置及其他體內(nèi)金屬異物植入者、幽閉恐懼癥患者應(yīng)首選CTP。對懷疑腦干梗死的患者則應(yīng)考慮MR I。

CTP在急性缺血性腦血管病中的應(yīng)用尚存在以下問題:①技術(shù)方面:CTP要求快速團(tuán)注對比劑,需要高壓注射器和準(zhǔn)確掌握掃描時間。圖像在每一成像期間只能做一次(首過效應(yīng))技術(shù)要求較高,一次檢查中不能重復(fù)。②CTP評價腦梗死的不足:首先CTP的感興趣區(qū)及感興趣點需要人為選擇,因此需放射診斷醫(yī)師與臨床醫(yī)師密切合作,才能提高診斷準(zhǔn)確性。其次由于 CTP成像需雙側(cè)對比,故在大腦雙側(cè)均有病變時或后循環(huán)病變時其敏感性下降。此時結(jié)合 CTA可部分彌補(bǔ)該不足。全腦 CT灌注結(jié)合血管造影可提高對缺血區(qū)檢出的敏感度。CTA比MRA可更準(zhǔn)確地評估血管阻塞部位。CTP顯示有半暗帶但 CTA沒有明顯阻塞的患者溶栓的效果目前還不清楚。MCA的M2段以上阻塞在 CTA上不能觀察到,如果有半暗帶存在,可能從溶栓獲益。另一方面,大范圍灌注缺失指示MCA近端阻塞,但 CTA沒有顯示阻塞,可能是血管自發(fā)性再通,從溶栓治療獲益就小。③對 CTP參數(shù)的評價尚未統(tǒng)一,聯(lián)合 CTA指導(dǎo)溶栓治療的標(biāo)準(zhǔn)還有待確立。④造影劑所致過敏反應(yīng)和腎損害盡管并不常見,但少數(shù)后果嚴(yán)重。

盡管如此,CTP具有無創(chuàng)、簡便和快速的特點,能判斷腦血流灌注異常、急性腦梗死的梗死核心和缺血半暗帶,必將有廣泛的臨床應(yīng)用前景。

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