耿海洋， 李松柏， 關(guān)麗明， 梁銀強

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·中樞神經(jīng)影像學·

一站式CT灌注成像評估單側(cè)頸內(nèi)動脈重度狹窄或閉塞患者顱內(nèi)血流動力學改變及Willis環(huán)側(cè)支循環(huán)情況

耿海洋， 李松柏， 關(guān)麗明， 梁銀強

目的：通過對單側(cè)頸內(nèi)動脈重度狹窄或閉塞患者行腦CT灌注成像聯(lián)合CTA一站式掃描，對其腦血流動力學改變及Willis環(huán)側(cè)支循環(huán)代償作用進行評價，為臨床血管再通治療提供血流動力學依據(jù)。方法：對40例經(jīng)頸部血管超聲或頭頸CTA檢查確定為單側(cè)頸內(nèi)動脈重度狹窄或閉塞患者(狹窄率>70%)行320排CTPI檢查，重建灌注參數(shù)圖及4D-CTA圖。在基底節(jié)層面選取大腦前動脈供血區(qū)、大腦中動脈供血區(qū)及前、后分水嶺區(qū)作為感興趣區(qū)行灌注參數(shù)測量，包括腦血容量(CBV)、腦血流量(CBF)、平均通過時間(MTT)和達峰時間(TTP)，對患側(cè)與健側(cè)的各項灌注參數(shù)進行對比分析。根據(jù)CTA圖將Willis環(huán)分為開放組及未開放組，對兩組的dTTP(患側(cè)TTP-健側(cè)TTP)、dMTT、rCBF(患側(cè)CBF/健側(cè)CBF)及rCBV進行比較，采用χ2檢驗對比分析兩組間各個興趣區(qū)的缺血程度(rCBF<80%為重度，>80%為輕度)，評價Willis的代償能力。結(jié)果：與健側(cè)比較，患側(cè)腦區(qū)MTT、TTP延長，CBV增大，CBF略下降，其中在大腦中動脈供血區(qū)和前、后分水嶺區(qū)CBV、MTT、TTP差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)，大腦前動脈供血區(qū)MTT、TTP差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)。Willis環(huán)未開放組各興趣區(qū)dTTP、dMTT、rCBV和rCBF均高于開放組。僅前分水嶺區(qū)的腦缺血程度與Willis環(huán)是否開放有相關(guān)關(guān)系(P=0.001)。結(jié)論：單側(cè)頸內(nèi)動脈重度狹窄及閉塞患者的患側(cè)腦組織MTT、TTP延長，部分腦區(qū)CBF下降，處于低灌注狀態(tài)；Willis環(huán)對患側(cè)有一定的代償作用，在前分水嶺區(qū)代償作用明顯；CTPI可以為頸內(nèi)動脈重度狹窄或閉塞患者提供血管再通依據(jù)。

頸內(nèi)動脈； 血管病變； 灌注成像； CT血管成像； Willis環(huán)； 側(cè)支循環(huán)

頸內(nèi)動脈狹窄是發(fā)生缺血性腦卒中的危險因素，隨著狹窄程度的加重，卒中發(fā)病率增高。頸內(nèi)動脈狹窄患者預后存在明顯差異，主要原因可能是受側(cè)支循環(huán)影響[1]。Nicolaides等[2]對慢性頸內(nèi)動脈狹窄患者的研究顯示，動脈狹窄程度與同側(cè)缺血性腦梗死呈線性相關(guān)。因此頸內(nèi)動脈重度狹窄或閉塞后，血管再通手術(shù)治療顯得尤為重要。目前臨床上主要根據(jù)頸內(nèi)動脈的狹窄程度、斑塊的性質(zhì)及臨床癥狀等決定是否需行手術(shù)治療，而對頸內(nèi)動脈狹窄或閉塞后顱內(nèi)血流動力學改變未做明確要求。本研究擬通過顱腦320排一站式灌注成像(computed tomography perfusion imaging，CTPI)檢查，對單側(cè)頸內(nèi)動脈重度狹窄或閉塞患者的顱內(nèi)血流動力學改變進行評價，旨在為血管再通治療提供顱內(nèi)灌注壓下降、血供不足的血流動力學證據(jù)，并對Willis環(huán)側(cè)支循環(huán)的代償作用進行評價。

材料與方法

1.研究對象

病例納入標準：①單側(cè)頸內(nèi)動脈重度狹窄或閉塞(狹窄率>70%)，對側(cè)頸內(nèi)動脈系統(tǒng)無血管狹窄或僅存在輕度狹窄(狹窄率<30%)，血管狹窄程度均經(jīng)頸部血管超聲或頭頸CTA檢查確定；②頭CT掃描患側(cè)腦組織未見大面積梗塞，對側(cè)腦組織未見梗塞灶；③患者無嚴重的心臟疾病及肝腎疾病、無甲狀腺功能亢進或減低，碘過敏試驗陰性。符合條件的患者共40例，男35例，女5例，年齡23～79歲，平均56歲。其中單側(cè)頸內(nèi)動脈閉塞21例，重度狹窄19例?；颊甙Y狀以短暫性腦缺血發(fā)作、一側(cè)肢體感覺運動異常、一過性視覺異常、頭痛和頭暈等為主。所有患者均為臨床醫(yī)生根據(jù)臨床需求而進行CTPI檢查，非實驗性目的。

2.檢查方法

使用Toshiba Aquilion One 320排容積CT掃描儀。掃描參數(shù)：80 kV，100～300 mA，0.35 s/r， 層厚0.5 mm，覆蓋范圍16 cm，矩陣512×512。經(jīng)肘靜脈注射對比劑碘帕醇(370 mg I/mL)50 mL，對比劑注射完成后立即注射生理鹽水30 mL，注射流率5.0 mL/s。注射對比劑后開始動態(tài)容積掃描，延遲11～35 s行動脈期間隔掃描，間隔時間為2 s，獲得13個容積重建數(shù)據(jù)；延遲35～60 s行靜脈期間隔掃描，間隔時間為5 s，獲得5個容積重建數(shù)據(jù)?？倰呙钑r間約60 s，確保能監(jiān)測到對比劑通過顱內(nèi)血管床的全過程。動態(tài)容積掃描共獲得19個容積數(shù)據(jù)共6080幀圖像，輻射劑量為4.4 mSv。

3.圖像后處理

將容積數(shù)據(jù)導入Vitrea fx專用軟件包進行后處理?？赏瑫r得到平掃頭CT圖像、血管圖像及灌注圖像。血管圖像可以選擇容積再現(xiàn)、最大密度投影及血管剪影模式進行圖像重組，并可多方位、多時相觀察。灌注成像的后處理方法：手動選擇輸入動脈和輸出靜脈，選擇健側(cè)大腦前動脈或大腦中動脈為輸入動脈，上矢狀竇為輸出靜脈，由分析軟件自動獲得興趣區(qū)的時間-密度曲線(time-density curve，TDC)，利用奇異值分解(singular value decomposition，SVD)去卷積算法生成腦血容量(cerebral blood volume，CBV)、腦血流量(cerebral blood flow，CBF)、平均通過時間(mean transit time，MTT)、達峰時間(time to peak，TTP)等灌注參數(shù)圖像，并可在橫軸面、矢狀面及冠狀面進行多方位定量測量。

4.數(shù)據(jù)測量及分析

感興趣區(qū)的選擇：①選擇頸內(nèi)動脈系統(tǒng)供血區(qū)，主要包括大腦前中動脈供血的皮層區(qū)域及前、后分水嶺區(qū)域。前分水嶺區(qū)為側(cè)腦室前腳至額葉皮層的額頂楔形區(qū)或靠近頂部皮層的窄條形區(qū)域，后分水嶺區(qū)為自側(cè)腦室后角至頂枕葉皮層的頂顳枕葉楔形區(qū)。②在基底節(jié)、半卵圓中心層面及兩者之間的中間層面分別選取患側(cè)和健側(cè)大腦前動脈、中動脈供血區(qū)及前、后分水嶺區(qū)進行測量，求3個層面的平均值作為相應感興趣區(qū)的灌注參數(shù)值。測量時手動選擇感興趣區(qū)，盡可能避開血管、鈣化和壞死組織。

通過CTA圖像對Willis環(huán)進行定性評價。①Willis環(huán)血管開放情況的判斷：Willis環(huán)各組成血管的邊緣光滑清楚、起止點及走行顯示清楚、顯影連續(xù)的認為血管存在；未見顯示者認為血管缺如。②Willis環(huán)前、后交通動脈開放血管的直徑閾值分別定為0.4和0.6 mm，大腦前動脈A1段發(fā)育良好的標準為患側(cè)的血管直徑>對側(cè)直徑的1/2[3]。根據(jù)Willis環(huán)能否對患側(cè)大腦前動脈及大腦中動脈供血區(qū)進行代償供血，分為Willis環(huán)開放組及未開放組。③對Willis環(huán)代償能力的評價：對Willis環(huán)開放組及未開放組間各感興趣區(qū)的dTTP(患側(cè)TTP-健側(cè)TTP)、dMTT(患側(cè)MTT-健側(cè)MTT)、rCBF(患側(cè)CBF/健側(cè)CBF)及rCBV(患側(cè)CBV/健側(cè)CBV)進行計算；以患側(cè)CBF較健側(cè)下降20%作為感興趣區(qū)代償儲備的分界線，分為輕度缺血及重度缺血，下降大于20%認為重度缺血、代償不良，并對Willis環(huán)開放與未開放兩組間各感興趣區(qū)缺血程度進行分析和比較(χ2檢驗)。全組病例由2位高年資影像診斷醫(yī)師采用雙盲法進行評估，意見不一致時經(jīng)商討后做出最終診斷并記錄。

表2 Willis環(huán)是否開放與各感興趣區(qū)灌注參數(shù)的關(guān)系

5.統(tǒng)計分析

使用SPSS 19.0統(tǒng)計軟件。受試者患側(cè)與健側(cè)各興趣區(qū)灌注參數(shù)值的對比分析采用配對t檢驗，對Willis環(huán)是否開放與各感興趣區(qū)缺血程度的關(guān)系的分析采用卡方檢驗。P<0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

結(jié) 果

1.患側(cè)與健側(cè)灌注參數(shù)的比較

配對t檢驗結(jié)果顯示，與健側(cè)比較，患側(cè)各感興趣區(qū)的MTT、TTP延長，CBV增大，CBF略下降(表1)。其中，雙側(cè)大腦中動脈供血區(qū)及前、后分水嶺區(qū)CBV、MTT、TTP的差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)，CBF的差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)；大腦前動脈供血區(qū)MTT、TTP的差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)，而CBF、CBV的差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)。

表1 患側(cè)與健側(cè)各感興趣區(qū)灌注參數(shù)的比較

注：*P<0.05，差異有統(tǒng)計學意義。

2.Willis環(huán)開放與腦缺血程度的關(guān)系

根據(jù)CTA圖像將Willis環(huán)分為開放及未開放兩組，其中開放組13例，未開放組27例。Willis環(huán)開放組及未開放組間各感興趣區(qū)的dTTP、dMTT、rCBF及rCBV計算結(jié)果見表2。未開放組各感興趣區(qū)的dTTP、dMTT、rCBV和rCBF值均大于開放組。各供血區(qū)缺血情況與Willis環(huán)是否開放的關(guān)系見表3～5。后分水嶺區(qū)因為同時受大腦后動脈等供血動脈的影響較大，所以未做統(tǒng)計分析；余感興趣區(qū)中僅前分水嶺區(qū)CBF下降所提示的輕、重度缺血在Willis環(huán)開放組與未開放組間差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)。

表3 大腦前動脈供血區(qū)Willis環(huán)開放與腦缺血的關(guān)系 (例)

注：χ2=0.798，P=0.372>0.05。

表4 大腦中動脈供血區(qū)Willis環(huán)開放與腦缺血的關(guān)系 (例)

注：χ2=0.342，P=0.559>0.05。

表5 前分水嶺區(qū)Willis環(huán)是否開放與缺血關(guān)系 (例)

注：χ2=10.978，P=0.001<0.05。

討 論

常用的腦灌注成像參數(shù)的意義：腦血容量(CBV)指單位體積腦組織的血管床容積(包括毛細血管和大血管在內(nèi))，單位為mL/100g；腦血流量(CBF)指單位時間內(nèi)流經(jīng)一定腦組織血管結(jié)構(gòu)(包括動脈、毛細血管、靜脈和靜脈竇)的血流量，單位為mL/(100g·min)；平均通過時間(MTT)指血液流經(jīng)感興趣區(qū)血管結(jié)構(gòu)的時間，如動脈、毛細血管和靜脈竇時，通過的血管路徑不同，時間也不同，所以用平均通過時間表示，單位為s；達峰時間(TTP)是指感興趣區(qū)從開始注射對比劑至濃度達到峰值的時間，單位為s。

有學者認為，MTT和TTP的延長與血流灌注路徑延長和血流緩慢有關(guān)，并可提示區(qū)域內(nèi)有側(cè)枝血流[4-7]。Grandin等[8]認為MTT能客觀反映腦局部微循環(huán)的血流時間，為腦灌注壓的指標，MTT延長能夠較敏感地反映腦微循環(huán)灌注不良。本研究中單側(cè)頸內(nèi)動脈重度狹窄或閉塞患者的患側(cè)TTP、MTT較健側(cè)延遲，且各感興趣區(qū)的雙側(cè)差異均有統(tǒng)計學意義，而僅在部分感興趣區(qū)可見雙側(cè)CBV的差異有統(tǒng)計學意義，而各感興趣區(qū)雙側(cè)CBF的差異均無統(tǒng)計學意義。上述結(jié)果表明，MTT和TTP在反映腦灌注異常方面較其它指標更敏感。本研究結(jié)果與以往一些研究結(jié)果基本一致[9-10]。

圖1 男，46歲，右側(cè)頸內(nèi)動脈閉塞，因雙眼一過性黑朦入院。a) CT平掃未見明顯異常； b) CBV偽彩圖未見明顯異常； c) CBF偽彩圖未見明顯異常； d) CTA示前循環(huán)開放(箭)； e) MTT偽彩圖未見明顯異常； f) TTP偽彩圖示右側(cè)后分水嶺區(qū)TTP略增高(箭)。

以往的一些臨床研究中發(fā)現(xiàn)，相同程度頸內(nèi)動脈狹窄患者的腦缺血情況有明顯差異，一些影像學檢查提示頸內(nèi)動脈嚴重狹窄或閉塞的患者，其腦組織低灌注及梗死程度卻并不嚴重。造成腦缺血程度不一致的原因非常復雜，但側(cè)支循環(huán)代償是其中的重要因素之一，良好的側(cè)支循環(huán)可以保護腦組織，減輕腦缺血損害或防止卒中發(fā)生。

圖3 男，67歲，左側(cè)頸內(nèi)動脈重度狹窄，因反復頭暈、右側(cè)肢體無力，感覺異常入院。a) CT平掃未見明顯異常； b) CBV偽彩圖示雙側(cè)頸內(nèi)動脈供血區(qū)CBV無明顯差異； c) CBF偽彩圖示左側(cè)頸內(nèi)動脈供血區(qū)CBF輕度減少(箭)； d) CTA示W(wǎng)illis環(huán)未見開放 ； e) MTT偽彩圖示左側(cè)頸內(nèi)動脈供血區(qū)MTT延長(箭)； f) TTP偽彩圖示左側(cè)頸內(nèi)動脈供血區(qū)TTP明顯延長(箭)。

頸內(nèi)動脈重度狹窄或閉塞后顱內(nèi)常見的側(cè)支循環(huán)途徑包括Willis環(huán)的前交通動脈、后交通動脈、眼動脈及軟腦膜吻合枝、新生血管等，這些代償途徑中以Willis環(huán)最為重要[11-12]。通常認為在腦缺血患者中，Willis環(huán)會較早地發(fā)揮代償作用，并起到主要的代償作用；只有當Willis環(huán)的功能不良時，次級側(cè)支循環(huán)才會代償開放[11]，這些及時有效的側(cè)支血供是維持腦組織正常血供的關(guān)鍵。Willis環(huán)的形態(tài)存在較多變異[13]，本研究結(jié)果顯示，CTA圖像可以清晰顯示W(wǎng)illis環(huán)的形態(tài)并能準確分型，而且獲得的4D-CTA圖像除顯示常規(guī)CTA圖像所提供的信息之外，還可動態(tài)觀察腦血流的灌注情況，準確顯示兩側(cè)腦血流充盈的快慢，并且可以多時相觀察，從而可選擇血管充盈最佳時進行血管直徑的測量，避免因頸內(nèi)動脈病變、顱內(nèi)血流動力學改變，導致常規(guī)CTA掃描時相不準確引起血管充盈欠佳、測量不準確的問題。

單側(cè)頸內(nèi)動脈重度狹窄或閉塞后患者不同側(cè)支循環(huán)開放，使患側(cè)腦組織的灌注參數(shù)變化較大，Willis環(huán)類型不同，患者的灌注參數(shù)亦明顯不同。本組患者中Willis環(huán)未開放組各感興趣區(qū)的dTTP及dMTT均大于開放組。這一結(jié)果在一定程度上說明了Willis環(huán)的代償作用。rCBF在Willis環(huán)開放組較未開放組略小，可能是其它側(cè)支循環(huán)代償?shù)慕Y(jié)果。此外，患側(cè)與健側(cè)CBF的差異無統(tǒng)計學意義，可能是成像技術(shù)及個體性差異所致。

本研究對各感興趣區(qū)缺血程度及Willis環(huán)是否開放行卡方檢驗，結(jié)果顯示在Willis環(huán)開放與未開放組間，僅前分水嶺區(qū)腦缺血程度的差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)，也在一定程度上說明Willis環(huán)對腦缺血有一定的代償作用；而在大腦前、中動脈供血區(qū)，CBF下降與Willis環(huán)開放間無明顯相關(guān)關(guān)系(P>0.05)。筆者分析出現(xiàn)上述結(jié)果的原因，可能是前分水嶺區(qū)是大腦前動脈及大腦中動脈供血的遠端，即頸內(nèi)動脈系統(tǒng)供血的末梢，對缺血較為敏感[14]，因此如要保障充足的血供，對側(cè)支循環(huán)的要求更高；而大腦前、中動脈供血區(qū)除受Willis環(huán)側(cè)支代償影響外，大腦前動脈供血區(qū)還可經(jīng)對側(cè)大腦前動脈代償供血；而大腦中動脈、后分水嶺區(qū)還可經(jīng)椎基底動脈系統(tǒng)及軟腦膜側(cè)支循環(huán)等進行代償。

CTPI掃描輻射劑量的問題一直廣受關(guān)注，本研究采用320排CT進行容積掃描，一次掃描即可得到CTPI、CTA和平掃圖像，輻射劑量僅為4.4 mSv，相對于單獨進行頭CT及CTA、CTP檢查，輻射劑量明顯下降，而且掃描過程中采用動態(tài)變化的毫安值，可進一步降低掃描劑量，通過迭代重建得到薄層圖像。Shankar等[15]對320排CT動態(tài)掃描的數(shù)據(jù)采用不同掃描間隔進行重建，對比分析所測量的灌注參數(shù)值的差異，發(fā)現(xiàn)各組數(shù)據(jù)具有良好的相關(guān)性，因此認為可通過改變掃描間隔來進一步降低掃描的輻射劑量。此外，320排CT一站式掃描尚可對動靜脈畸形、煙霧病、靜脈畸形等血管疾病進行診斷及血流動力學的評價[16-18]，能夠提高血管疾病的檢出率。在本組患者中發(fā)現(xiàn)1例右側(cè)小腦半球靜脈畸形患者。

本研究尚存在一些不足之處：①患者數(shù)量較少及存在個體差異性，有待進一步增加樣本量；②僅考慮了一側(cè)頸內(nèi)動脈重度狹窄或閉塞的情況，而在實際臨床應用中患者的血管病變情況遠較此復雜多變，腦血管病 的代償機制亦較復雜，未來尚需進一步研究。

總之，本研究結(jié)果顯示單側(cè)頸內(nèi)動脈重度狹窄或閉塞患者的患側(cè)腦組織處于低灌注狀態(tài)，并且Willis環(huán)側(cè)支循環(huán)對腦缺血組織有一定的代償作用；320排CTPI一站式掃描在評價頸內(nèi)動脈重度狹窄或閉塞患者腦血流動力學改變及側(cè)支循環(huán)建立情況上是切實可行、可靠且有效的方法。CTPI可以為頸內(nèi)動脈重度狹窄或閉塞患者提供血管再通術(shù) 的依據(jù)，具有重要的臨床價值。

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The application of brain CT perfusion combined with CT angiography in the evaluation of intracranial hemodynamic change and collateral ability of Willis circle in patients with severe stenosis or occlusion of unilateral internal carotid artery

GENG Hai-yang,LI Song-bai,GUAN Li-ming,et al.

Department of Radiology,the First Hospital of China Medical University,Shen-yang 110001,P.R.China

Objective：To evaluate the hemodynamic change and collateral compensatory effect of Willis circle by applying brain CT perfusion combined with CT angiography in patients with severe stenosis or occlusion of unilateral internal carotid artery,this is to provide hemodynamic basis for vascular recanalization treatment.Methods：40 patients underwent whole brain 320-slice dynamic volume CT scan,and perfusion parameters maps and 4D-CTA images were calculated.Perfusion parameters were recorded and compared,including cerebral blood volume (CBV),cerebral blood flow (CBF),mean transit time (MTT) and time of peak time (TTP).In the basal ganglia level,anterior cerebral artery,middle cerebral artery,anterior and posterior watershed area were selected as areas of interest.Paired t test was used to analyze the means of the affected brain tissue and the contralateral corresponding parts of the brain tissue.According to the CTA images,Willis's circle was divided into open group and closed group.In this two groups,dTTP (TTP with affected side-the contralateral side),dMTT (MTT with affected side-the contralateral side),rCBF (CBF on affected side/contralateral CBF) and rCBV (CBV on affected side/contralateral CBV) were compared.Ischemic level of the two groups were measured and compared by using χ2-test,in order to evaluate compensatory ability of Willis's circle.Results：Compared with the control group,MTT and TTP delayed,CBV increased,CBF slightly decreased.Compared with the control group,in middle cerebral artery,anterior and anterior watershed areas,CBV,MTT and TTP showed significant difference (P<0.05);In anterior cerebral artery area,MTT,TTP showed significant difference (P<0.05).Compared with Willis circle open group and closed group,dTTP and dMTT increased,rCBV and rCBF slightly lowered.Only in anterior watershed area,there was statistically significant diffe-rence in the ischemic level between the two groups.Conclusion：Ipsilateral brain tissue of patients with severe stenosis or occlusion of unilateral internal carotid artery had prolonged MTT and TTP,decreased CBF as well as hypo-perfusion state;Willis circle has certain compensatory effect on the affected side,especially in the anterior watershed area.CTP can provide basis of vascular recanalization for patients with severe stenosis or occlusion of unilateral internal carotid artery.

Internal carotid artery； Blood vessel diseases； Perfusion weighted imaging； Computed tomography angiography； Willis circle； Collateral circulation

110001 沈陽，中國醫(yī)科大學附屬第一醫(yī)院放射科(耿海洋、李松柏、關(guān)麗明)；221004 江蘇，徐州醫(yī)學院附屬醫(yī)院放射科(梁銀強)

耿海洋(1989-)，女，山東臨沂人，博士研究生，主要從事中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的CT和MRI診斷和研究工作。

李松柏，E-mail：songbaili001@163.com

遼寧省科學技術(shù)計劃基金資助項目(2012225021)

R445.2； R543.4

A

1000-0313(2015)08-0811-06

10.13609/j.cnki.1000-0313.2015.08.003

2015-03-26

2015-05-29)