磁共振灌注加权成像在脑梗死后指导治疗中的应用

苗 晶综述, 冯加纯审校

脑梗死是供血动脉急性闭塞后相应脑组织血流中断导致脑组织缺血性坏死、微循环灌注减低,氧供需失衡的一种疾病。因而早期恢复血流再通及建立新的循环平衡显得尤为重要。

灌注(perfusion)指血液向组织转运的状态。目前常见的脑灌注检测方法[1]有正电子发射断层显影术(Positron emission tomography,PET)、单光子发射计算机断层显像术(single photon emission CT,SPECT)、氙-CT(xenon computed tomography,Xe-CT)、CT灌注成像(computed tomography perfusion,CTP)、灌注加权成像(Perfusion-Weighted imaging,PWI)等。其中前两者因需用核素,存在放射性及价格昂贵等因素,应用受到限制。Xe-CT[2]可以重复测量、准确快速地评价脑血流但存在辐射,部分吸入氙气浓度高时可以引起轻度的欣快感从而使患者出现难以控制的活动使检查失败,且需要患者良好的配合,因此不适宜于昏迷、感觉性失语、意识障碍的患者,还可能出现恶心、呕吐等不良反应,因而在应用方面有一定的限制。CTP[3]可以定量计算脑组织的血流灌注情况,但成像层面有限,虽可以通过增加 CT机的探头来实现,但也同时增加了放射线的剂量,如果降低放射线剂量,势必会使信躁比下降,影响图像的总体质量。因此,选择一种无放射性且价格适中的检查非常重要。下面就磁共振灌注加权成像在脑梗死后的应用综述如下。

1 PWI基本原理及相应参数

1.1 PWI基本原理 PWI采用平面回波技术,可以保证在一定时间分辨率的前提下,同时进行多层扫描,描计血液流经脑组织的整个过程。对比剂入血以后,随着血浆流动进入研究者感兴趣区,采用快速扫描序列进行多层面多层次成像,获得一系列扫描图像,由于对比剂首次通过局部脑组织时主要存在于血管内,而血管外极少,所以能反映组织的微灌注。其基本原理是静脉内团注钆-喷酸葡胺注射液(GDDTPA),可以短时间内改变组织的磁化率,在血流低灌注或无灌注状态下,GD-DTPA注入后,缺血组织内含量极少,不改变或轻微改变组织磁化率出现高信号,而在未缺血组织内,则出现低信号,进而绘制出时间-信号强度曲线,换算出血流动力学参数,因其无辐射,价格适中,操作时间短,是一种较为实用的血流动力学检测技术。

1.2 PWI主要参数 PWI用来反映组织的微血管分布和血流灌注情况,主要通过以下几个参数共同分析而实现。⑴、脑血流量(cerebral blood flow,CBF):指单位时间内流经一定脑组织血管的血流量,为每 100g脑组织每分钟的血流量,单位为 ml/100g/min;⑵、脑血容量(cerebral blood volume,CBV):指存在于一定脑组织血管结构内的血容量,表示每 100g脑组织的血容量,单位为 ml/100g;⑶、平均通过时间(mean transit time,MTT):开始注射对比剂到时间-密度曲线下降至最高强化值一半的时间,主要反映对比剂通过毛细血管床的时间,单位为 s;⑷、达峰时间(time to peak,TTP):指对比剂开始出现到达到峰值需要的时间,单位为 s,其中前三个参数存在下列关系:MTT=CBV/CBF。目前还有部分学者[4]应用 Tmax(time of maximum)作为一个评定参数,其代表组织残留的示踪剂达到峰值所用的时间,Tmax延迟超过2s的阈值时间代表组织处于低灌注的最低阈值。

2 PWI与脑梗死血流动力学变化

脑梗死时局部脑组织血流量急剧降低,血流量主要取决于脑灌注压及局部脑血管阻力,其中主要表现为脑灌注压的变化。从脑缺血到脑梗死可分为 3个时期[3,5,6]:(1)脑灌注压下降引起局部脑血流动力学的改变,当脑灌注压在一定范围内波动时,机体通过脑小血管和毛细血管床自动调节机制来维持正常的血流量,脑细胞电活动处于正常范围,可以出现CBV稍增高,MTT稍延长,CBF无明显变化;(2)随着脑灌注压的进一步下降,局部血管扩张达到最大限度用来维持脑血流量,CBV继续增高,MTT延长,CBF稍下降,当灌注压继续下降时,脑缺血造成局部星形细胞足板肿胀,压迫毛细血管壁,CBV则由最大值开始下降,MTT继续延长,CBF下降,此时神经元的功能有所改变。(3)随着脑灌注压的进一步下降,星形细胞足板明显肿胀造成微血管受压或闭塞,出现临床上的不可逆的损伤,CBV、CBF明显下降,MTT明显延长,此时已经出现脑梗死。此外,在脑梗死[7,8]恢复过程中,也会发生一系列血流动力学参数变化,若 MTT明显延长,CBF明显减少,CBV也减少时,说明支配脑组织的血管正处于低灌注状态;若 MTT延长,CBV正常或增加,说明侧枝循环已开放,脑梗死预后较好;若 MTT下降或达到正常,CBF及CBV增高,说明脑组织现在处于过灌注状态,可以为临床治疗脑梗死是否应补液提高血浆胶体渗透压、改善循环、促进侧枝循环建立及减少扩张血管药物的应用提供一定的帮助。

3 PWI在指导溶栓中的价值

脑梗死主要表现为微循环灌注减低,因而需早期恢复局部血流灌注。目前有效的治疗方法是进行溶栓治疗,以往由于条件有限,溶栓仅根据患者的临床症状、发病时间及头CT排除出血而定,不能够准确和客观的反应缺血组织的病理生理学变化,似乎不是很理想。理想的溶栓治疗是指患者存在较大范围的血流低灌注,而其中主要由缺血半暗带组成。半暗带[9]主要是由于血流低灌注造成蛋白质合成减少,还没有出现因 ATP缺乏导致的不可逆梗死,因而在ATP耗尽之前抢救这部分组织更重要,通常采用灌注-弥散不匹配来表示,即灌注异常区域大于弥散异常区域。弥散加权成像(Diffusion-weighted imaging,DWI)是对组织内水分子的随意运动进行分析的一种磁共振成像技术,脑梗死早期,因血流降低使 Na+-K+-ATP酶活性降低,细胞外水分子进入细胞内出现“细胞毒性脑水肿”,细胞内水分子运动减慢,从而呈现高信号,虽可代表梗死核心部分,但也包括一部分血流灌注减低的部分,而PWI可以在血管闭塞后立即出现异常信号,图像异常区域包括梗死核心、缺血半暗带、良性灌注不足,虽然二者的异常范围之差不能精确代表缺血半暗带,但足以说明缺血半暗带的存在。Albers[10]及 Marks等[4]将脑梗死 MR上的灌注-弥散不匹配图像分为以下几种类型:(1)小病灶型(small lesion):PWI和 DWI体积均小于 10ml。(2)恶性型(malignant profile):DWI体积 ≥100ml,和/或 PWI体积 ≥100ml且 Tmax延迟超过 8s。(3)匹配型(target mismatch):PWI≥120%DWI;PWI≥10ml且比 DWI体积大但没有达到第(2)个标准。将 PWI＜120%DWI且除外(1)的作为无匹配类型(no mismatch)。应用组织型纤溶酶原激活剂(t-PA)溶栓后发现(1)、(3)有较好的临床结果(发病 30d时 NIHSS评分为 0或1或较发病时提高了 8分),而(2)在再灌注后有较差的临床结果,同时再灌注的患者发生具有临床症状的颅内出血的机率特别高。Parsons等[11]研究发现对于在发病 3～6h之内的脑梗死患者,PWI体积≥190ml[为第(2)种]应用 tPA治疗后 mRS评分较差(5～6分),而 PWI体积 ＜25ml[为第(3)种]tPA治疗后 mRS评分较好(0～1分)。因此,早期头 CT未显示出责任病灶的脑梗死患者,应尽早行 PWI及 DWI检查,对于存在缺血半暗带的患者也不应盲目溶栓,否则可能会给患者带来出血的风险。

4 PWI与脑血管储备功能

脑梗死发生了血流动力学障碍,其不仅取决于血管狭窄的程度、侧枝循环建立的情况,更多取决于脑血管储备功能。脑血管储备[12](Cerebrovascular Reserve,CVR)功能是根据脑灌注压的变化,脑血管通过自身调节功能维持正常脑血流的能力。目前可以通过 PWI与血管扩张激发试验联合应用观察脑血管储备功能[13]。脑血管储备功能(CVR)=[(ACZ负荷后 CBF-负荷前 CBF)/ACZ负荷前 CBF]100%,舒血管药物乙酰唑胺(ACZ)是碳酸酐酶抑制剂,进入脑内,促进二氧化碳与水分子的结合,生成碳酸,再解离成氢离子,引起局部脑组织血管扩张,脑血流增加。凌雪英等[13]通过此项技术发现,ACZ负荷后与前比较,MTT延长区(包括梗死区及周围存在侧枝循环的区域)范围缩小,部分区域 CBV增加,考虑梗死部位脑血管可以在局部脑代谢物的作用下适度扩张,侧枝循环建立良好,预后较好,对于慢性脑白质病变的患者则出现 MTT范围缩小,而 CBV未见明显变化,可能原有动脉狭窄,已出现代偿性小动脉扩张使负荷试验阴性,在低血压或心输出量降低时不能发挥调节作用,疾病预后较差。黄力等[12]应用此技术,评估无症状性脑梗死前的高血压患者与正常患者时发现,ACZ负荷后,高血压患者 MTT、CBV、CBF均未有明显差异,脑组织处于缺血状态,考虑长期血压较高使内皮细胞功能障碍,在此基础上若合并蛋白质沉积将会使血管狭窄、硬化,血管反应性减低,Zhou等[14]应用此技术研究Wistar大鼠与自发性高血压大鼠时也发现,前者在ACZ负荷后,CBF及 CBV分别增加 84%、74%,后者则分别增加 26%、24%。上述实验说明高血压可降低脑血管储备功能。对于此类患者,一旦出现脑梗死可能预后不好。Endo等[15]研究发现对于单侧动脉狭窄或闭塞而对侧硬化程度及狭窄不超过 50%的患者,ACZ负荷后,应用 PWI测得的CBV值比正常值高 2个标准差,而 CVR则较正常值低 2个标准差。对于此类患者,可能动脉狭窄造成脑血流灌注压长期下降,远端小血管通过自身调节来降低阻力保证正常血流的能力下降,从而使 CVR下降。而且有研究报道[16],脑血管储备功能受损是卒中的独立危险因素。因此,对于存在上述病变而使内皮细胞功能受损的患者,若发现脑血管储备功能下降,血压应当维持在正常值高值以上,否则一旦出现脑梗死,脑血管调节功能减退不足以维持一定的脑灌注压而使临床症状加重,预后差。

5 PWI在脑梗死鉴别诊断中的应用

PWI可反映多发性脑梗死的血流动力学障碍,但临床上对于多发性脑梗死与多发性硬化(Multiple Sclerosis,MS)的鉴别有时很困难,尤其是 MS合并局灶性神经功能障碍。MS是一种慢性疾病,很多人认为是自身免疫性疾病,但其相关的一些临床症状很难用自身免疫病解释,而且有研究报道[17]脑室周围病灶沿脑室周围静脉延伸,而这些静脉主要位于Galen静脉引流的区域内,检查 MS患者眼底时有的可有视神经炎,其可能是由于眼静脉存在异常,这些静脉主要是由颅内海绵窦引流的,因此考虑MS可能存在静脉系统回流的异常,脑梗死则是血流急性中断导致的组织坏死,而PWI主要反映组织的血流灌注情况,虽然二者均存在血流动力学异常,但 PWI在一定程度上可以用来帮助鉴别二者,指导临床治疗。Haselhorst等[18]发现 MS急性期斑块部位与正常白质相比,CBV增加,考虑可能是由于局部炎症导致的静脉血管扩张引起的,而Barnett[19]也发现在自身免疫病过程中存在少突胶质细胞的凋亡,考虑在其凋亡过程中释放的炎症因子导致局部静脉扩张。Ge等[20]在研究 MS复发-缓解型时也发现,与对侧正常白质区域比较,增强病灶处 CBF增加,CBV增加。Larsson等[21]在比较视神经脊髓炎急性期与脑梗死急性期(发病 1w)时发现,前者灰质与白质CBF较后者梗死核心 CBF增加。而脑梗死时 T2WI上出现病灶时细胞已处于不可逆的坏死阶段,PWI上CBV及CBF均减低,因此,当T2WI上出现不能辨别的病灶时尤其是患者出现新发症状时,借助PWI观察 CBF、CBV的变化,可以帮助鉴别二者。

6 其 他

PWI半定量的反映脑组织微循环灌注情况,在脑梗死的诊断、治疗及预后分析方面有重要作用,但是也有一定的局限性[22],如PWI中的参数受对比剂的量、注射速度、全身血容量及心输出量等因素的影响,不适宜在不同个体之间比较,目前大多使用患侧与对侧相应组织部位的半定量研究,更适合于单侧或局限性病变;对于头颈部以外引起的病变,PWI可以表现正常。

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