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关键词:CT灌注:MR灌注;MR扩散加权成像;急性脑缺血 中图分类号: R445;R743 文献标识码: A 文章编号: 1008-2409(2009)06-1177-04
急性缺血性脑血管病(acute ischemic cerebral vascular disease, AICVD)、心血管疾病 、恶性肿瘤组成当今人类病死率最高的三大疾病,其中急性缺血性脑血管病是三大疾病中发 展最快、恢复最慢、死亡最多、致残最严重的疾病,给社会、家庭和患者带来沉重的经济和 精神负担,如何提高该病的诊疗水平一直是医学界的重点研究项目。医学影像学检查是脑梗 死诊断的重要环节,近年来,随着CT和MRI技术的不断发展,急性脑缺血的早期诊断已成为 可能,并且能够明确病灶的部位、范围以及病变区域的血流动力学改变。笔者就CT灌注、MR 灌注及MR扩散加权成像的基本原理及其在急性脑缺血应用价值等方面进行了综述。
1 灌注成像的原理
1.1 CT灌注原理
Mile于1991年首先提出了CT灌注成像(CT perfusion imaging, CTP)的概念[ 1]。CTP是在周围静脉团注碘对比剂的同时,在对比剂首次通过受检组织的过 程中利用螺旋CT 对选定的兴趣层面连续动态扫描采集信号,所得数据经工作站计算获得每一像素的时间-密度 曲线(time-density curve, TDC)[2,3],利用时间-密度曲线可计算出反 映脑组织血流灌注 情况的多个参数,如脑血流量(cerebral blood flow, CBF)、脑血容量(cerebral blood vol ume, CBV)、平均通过时间(mean transit time, MTT)、对比剂峰值时间(time to peak, TT P )等。利用这些参数组成新的数字矩阵,经伪彩处理得到上述各参数的彩色图像。脑CT灌注 成像CT的理论基础来源于核医学的放射性示踪剂稀释原理和中心容积定律(central volumeprinciple)理论:CBF=CBV/MTT。CT增强扫描所使用的碘对比剂基本能满足观察脑血流动 力学变化示踪剂的条件, 且脑组织内对比剂浓度变化与CT增强值的改变呈线性关系。因此,在血脑屏障完整, 无对比剂外渗的情况下, 可以通过CT增强扫描前后不同时相CT图像密度变 化来观察脑组织血流动力学状态, 进行脑血流灌注测量。
1.2 MR灌注原理
MR灌注成像(MRperfusion imaging, MRPI)是用来反应组织局部血管分布 和血流灌注情况的磁共振检查技术,可以通过一些参数提供感兴趣区域血流动力学方面的信 息。灌注过程是指血流从动脉向毛细血管网灌注,然后汇入静脉的过程。一般仅指细胞外液 的交换过程,而不涉及细胞内液的液体交换。为了测定这个过程,必须用一种媒体来代替血 液,从而可以通过体外设备借助对媒体的追踪来了解血流灌注的情况。MRI灌注成像时常用G d-DTPA对比剂,Gd-DTPA可以引起局部的T1、T2、T2*的缩短, T1的缩短可以导致信号强 度增 高, 而T2、T2*缩短则导致信号强度降低。由于采用团注技术, 对比剂浓度很高, 此时T2 、T 2*效应占主导作用, 因此在对比剂首过期间表现为信号强度迅速下降, 其降低幅度与对比 剂 浓度成指数关系。这样就可以使用T2*WI序列获得组织的时间-信号曲线, 转换为浓度-时 间 曲线, 从而计算出相对脑血流量(relative cerebral blood flow, rCBF)、相对脑血容量( relative cerebral blood volume, rCBV)、平均通过时间和对比剂峰值时间等参数[4 ]。
1.3 MR扩散加权成像原理
MR扩散加权成像(diffusion weighted imaging, DWI)是建立在MR 重要成像要素之一――流动效应上的一种成像方法,其观察的是微观水分子流动的扩散现 象。在均质的水中,如果不设定水分子的活动范围,水分子的流动扩散是一种完全随机的热 运动。但由于人体组织器官内存在各种各样的宏观及微观屏障,水分子的活动在不同方向上 受到不同程度的限制。在非均一的磁场环境下,因水分子扩散而产生的质子随机活动会造成 MR信号的下降,而MR机本身就拥有一个用于空间定位的不均匀梯度磁场,所以水分子的扩散 在MR图像上可造成MR信号的下降。但是在梯度磁场较小时,它的作用是很微弱的。当在3D空 间(X、Y、Z轴)任一方向上使用预先准备的高场强梯度磁场时,水分子扩散造成的MR信 号改变便可以在图像上显示出来。
2 灌注成像在急性脑缺血中的应用
2.1 CT灌注的应用
应用CT灌注评价脑缺血,其临床价值主要体现在以下几个方面:①早期显示脑缺血病灶:Mayer等[5]研究显示,对于急性脑缺血,灌注CT成像最早 可在 出现症状30min后显示病灶,异常灌注区表现为CBF下降,CBV正常或轻度升高,严重时下 降,MTT基本正常或延长,TTP延长或消失。邱维加等[6,7]研究显示脑CT 灌注成像 能较好地评价脑的灌注状态,显示梗死、缺血的部位和范围,可理想地应用于缺血性脑梗死的 早期诊断中,并为溶栓治疗提供诊断依据。CT灌注技术可早于常规方法显示脑缺血灶就在于 它是一种功能性影像技术。②评价脑缺血的程度:缺血的脑组织是否会发展成梗死,取决于脑组织对缺血的耐受性 、CBF下降程度、缺血持续时间三个因素。③显示脑缺血半暗带 (ischemic penumbra,IP):目前对脑缺血最有效的治疗方法就是溶 栓治疗,其目的在于及时恢复血流以挽救功能尚可恢复的脑组织,即半暗带组织。Koenig 等[8]对发病6h以内的急性脑缺血患者进行检查,发现半暗带的敏感性为90%,特异 性100%。
脑缺血区病灶中心CBF比值可以区分可逆与不可逆。Klotz等把CBF比值定为0.2是缺血脑组织 存活的最低限值,CBF比值 DWI对超急性脑梗死病灶有很高的敏感性和特异性。超急性脑梗死在DWI上可通过近似弥散系 数(apparent diffusion coefficient,ADC)定量分析来区分病灶的中心坏死区、正常脑组 织和IP。超急性期脑梗死病灶中心区ADC值迅速下降,是由于细胞膜和细胞器缺血使细胞外水 的扩散能力降低,DWI表现为异常高信号,病灶周围的邻近正常脑组织区域,即拟定的IP区ADC 值可见轻度下降,动态观察可见其信号强度与正常脑组织类似。ADC下降程度与组织损伤程度 有一定相关性,ADC较对侧明显减低(40%～60%)的区域代表不可逆性梗死灶,而ADC较对侧轻度 下降(75%～90%)的区域则代表可逆性损伤区,即IP。在急性脑卒中病例中也发现受累脑区AD C值随缺血时间延长而逐渐减低, DWI异常信号区域也随时间延长而逐渐扩大。IP因发生梗死 部位和病灶大小不同而在影像上显示为不规则区,且由于治疗时间的早晚及治疗手段的不同 而呈动态变化。这部分脑组织虽有缺血损伤,但仍有恢复正常的可能,因为细胞膜离子泵尚能 维持细胞内外离子梯度[11-16]。
3 三种方法比较
3.1 CT灌注成像的优缺点
CT灌注成像具有经济实用,图像的空间分辨率高,扫描设备简单 ,成像时间短,能够获得多个脑血流动力学参数等优点。结合常规CT图像,CT灌注成像可以在 脑缺血性卒中发作的超早期显示病灶,动态观察脑内缺血性病变的位置、范围及程度等脑血 流动力学变化,评价缺血脑组织的血流灌注情况,并且从影像学方面证实了半暗带的存在。这 对指导临床医师选择最佳治疗方案尽早进行治疗,尤其是进行接触性溶栓治疗及观察疗效具 有非常重要的意义。但是,也有不足之处,首先CTP的感兴趣区及感兴趣点需要人为选择,因 此需放射诊断医师与临床医师密切合作,才能提高诊断准确性;其次由于CTP成像需双侧对比 ,故在大脑双侧均有病变时或后循环病变时其敏感性下降,此时结合CTA可部分弥补该不足 [17]。
3.2 MR灌注成像的优缺点
MR灌注成像可以反映组织的微血管结构和血流灌注情况, 提供血流动力学方面多参数的信息 , 对早期诊断和治疗缺血性脑血管病有重要意义。MR血流灌注成像对时间分辨率要求较高, 用血管内造影剂,如Gd-DTPA在较短时间内能相应改变组织的磁化率,进而改变磁共振信号 强 弱来测量组织的血流动力学改变,然后在所得的各灌注图上分别测量感兴趣区的血流动力学 参数,进行定量、半定量分析和数据统计分析。在是否溶栓方面与CTP相同,而MRPI对急诊脑 卒 中,特别对超早期缺血性脑卒中患者的应用,可能存在着很多影响因素,例如假牙、假 肢、电子装置及金属异物可影响其在临床中的应用。
3.3 MR扩散加权成像的优缺点
DWI对水分子的限制性弥散非常敏感,可早期显示细胞毒性 水肿, 能反映脑组织损伤的病理状态,DWI诊断早期脑梗死的敏感性大大高于T2WI。DWI较常 规T1WI、T2WI能更早地发现缺血病灶[18]。有研究者报道DWI诊断超急性脑梗死的 敏感性和 特异性分别为88%～100%和95%～100%,被认为是目前最敏感的检查方法[19]。然而 MRI有扫描时间过长、价格昂贵、部分患者不能耐受等不足。
4 存在的问题及展望
目前,哪种灌注参数可以更准确地反映脑缺血,对此仍没有统一的定论[20-24]。Sc haefer等[ 20]研究发现MR灌注成像CBV、CBF、MTT图诊断急性脑缺血的敏感度分别为74%、84%、84% ,特 异度分别为100%、96%、96%。Nuutinen等[21]研究发现PI异常与最终梗死体积有很 好的相关 性,相关系数为0.64。而Rivers 等[22]则认为CBF图与最终梗死体积有很好的相关 性,相关系 数为0.55,MTT图则高估了梗死程度,与最终梗死体积的相关系数为0.49。Seitz等[23]认为TT P图延迟6s可以预测梗死病灶的最终体积。而Schaefer等[20]则认为CBV图可以较好 地反映病 灶的最终梗死体积。Fiehler等[24]对脑梗死发作6h以内的32例患者进行了MR灌注 成像研究 ,结果表明,CBF图上病灶大于50ml且CBF值小于12ml•min-1•100g-1 可以作 为预测病灶扩大的一个指标。与此同时,DWI与ADC值对脑缺血评价的贡献同样不能忽视。
综上所述,CT、MR灌注成像能够反映脑缺血的血流灌注情况,在目前哪种灌注参数可 以更准确地反映脑缺血还没有统一定论的情况下,较DWI成像 和ADC值对脑缺血的评价更有优势,也同样具有研究价值和发展前景。
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(收稿日期: 2009-08-15)
[责任编辑 高莉丽 王慧瑾]
