磁共振灌注成像定量评估儿童烟雾病血管重建术后血流动力学变化

王一托，韩聪，左智炜，邢旭东，乔鹏岗*，李功杰*

磁共振灌注成像定量评估儿童烟雾病血管重建术后血流动力学变化

王一托1，韩聪2，左智炜1，邢旭东1，乔鹏岗1*，李功杰1*

目的 利用磁共振灌注成像(perfusion-weighted imaging，PWI)定量分析儿童烟雾病患者血流动力学状态与传统脑血管造影之间的关系，评估首次血管重建术后血流动力学变化情况及其与临床预后的关系。材料与方法 回顾性分析16例儿童烟雾病患者(5～15岁，平均9.88岁)血管重建术前及首次术后(平均间隔4.08个月)MR-PWI参数，包括局部达峰时间(regional time to peak，rTTP)、局部脑血容量(regional cerebral blood volume，rCBV)、局部脑血流量(regional cerebral blood flow，rCBF)、局部平均血流通过时间(regional mean transit time，rMTT)及每侧大脑半球(共32侧)的铃木分期(Suzuki Stages)情况，并与临床预后进行比较。采用配对t检验比较手术前后MR-PWI参数变化情况，采用独立样本t检验观察PWI参数变化情况与临床预后的关系，MR-PWI参数与铃木分期关系采用Spearman秩相关分析；检验水准：P＜0.05。结果 儿童烟雾病患者早期血流灌注变化与铃木分期相关，当疾病进展至Ⅱ期以上时，灌注参数变化与铃木分期不相匹配；血管重建术后，rTTP较术前显著缩短，而 rCBV、rCBF、rMTT变化无统计学差异；rTTP的变化情况与不同的临床效果相关。结论 利用磁共振灌注扫描可以定量评估儿童烟雾病患者血流动力学状态及血管重建术后血流动力学改善情况，且由于其无辐射与简便易行的特点，值得在临床推广。

烟雾病；儿童；磁共振灌注成像；血管造影术，数字减影；血管重建术；血流动力学；脑缺血

1Department of Radiology, Affiliated Hospital of Academy of Military Medical Sciences, Beijing 100071, China

2Department of Neurosurgery, Affiliated Hospital of Academy of Military Medical Sciences, Beijing 100071, China

烟雾病(moyamoya disease，MMD)是一组原因不明的以双侧颈内动脉末端及其分支血管进行性狭窄或闭塞，且在颅底伴有异常新生血管网形成为特征的血管性疾病，最初由日本学者Suzuki命名并报道[1]。烟雾病是儿童发生卒中事件的重要原因，绝大多数儿童烟雾病患者表现为短暂性脑缺血发作(transient ischemic attack，TIA)及脑梗死[2]。目前烟雾病的主要治疗手段为外科血管重建术，有证据表明[3]，若患者的临床症状是由血流动力学异常引起的，此时进行血管重建术则更加合理。所以，了解烟雾病患者血流动力学状态对临床决策[4]极为重要。

磁共振灌注成像(perfusion-weighted imaging，PWI)可以半定量反映大脑的灌注情况，由于其具有无辐射的特点，近年来被广泛应用于评估卒中患者的血流动力学状态[5-6]。本研究通过比较烟雾病患儿血管重建术前后MR-PWI参数的变化，分析这种变化与患者临床预后的关系，以期用PWI来评估手术效果。

1　材料与方法

1.1研究对象

回顾性分析2014年1月至2015年3月在我院经数字减影血管造影技术(digital subtraction angiography，DSA)确诊、在我院实施血管重建术、术前术后均在我院行磁共振灌注成像的儿童烟雾病患者16例，其中男性7例、女性9例，平均年龄9.9岁(5～15岁)。81.3%患儿以TIA为主要临床表现，43.7%出现脑梗死。行血管重建术及术后PWI复查的平均间隔时间为4.1个月(3.5～8个月)。

1.2扫描方法

使用德国西门子公司生产的MAGNETOM SKYRA 3.0 T磁共振扫描仪，20通道头线圈，PWI采集序列，采用平面回波成像序列(echo-planar imaging sequence，EPI)采集大脑横轴位图像，扫描参数：TR 1870 ms，TE 30 ms，FOV 220 mm，矩阵128×128，层厚4 mm，层间距1.2 mm，采集层数24层，采集次数60，在第6次采集时使用高压注射器静脉注射造影剂钆喷酸葡胺0.2 ml/kg，注射速度4 ml/s。

1.3图像分析

将图像传入后处理工作站(SIMENS Syngo Via 20)，使用MR Neuro Perfusion 软件对PWI图像进行后处理，得到局部脑血容量(regional cerebral blood volume，rCBV)、局部脑血流量(regional cerebral blood flow，rCBF)、局部平均通过时间(regional mean transit time，rMTT)、局部达峰时间(regional time to peak，rTTP)4组参数图。选取与临床症状相关的大脑半球(若根据临床症状无法判断受累半球则选取手术侧为感兴趣大脑半球)，由两名有经验的放射科医生分别在其大脑中动脉供血区域及同侧小脑设置感兴趣区(region of interest，ROI)，其中大脑中动脉供血区域感兴趣区大小约为10～15 cm2，小脑感兴趣区大小约为0.5～1.0 cm2，见图1。定义PWI参数：rTTP=TTPMCA-TTPC，rCBV=CBVMCA/CBVC，rCBF=CBFMCA/ CBFC，rMTT=MTTMCA-MTTC，其中MCA代表大脑中动脉供血区、C代表同侧小脑。为了比较手术前后PWI参数差异，两次所选灌注层面及感兴趣区大小相同。定义PWI参数变化量：ΔrTTP=rTTPpre-rTTPpost，ΔrCBV=rCBVprerCBVpost，ΔrCBF=rCBFpre-rCBFpost, ΔrMTT=rMTTpre-rMTTpost，其中Δ代表参数变化情况、pre代表术前、post代表术后。

1.4烟雾病血管造影表现诊断标准

烟雾病血管造影表现参考铃木分期[1](共6期)：第1期是颈内动脉分叉狭窄期：颈内动脉末端分叉狭窄，无其他异常所见；第2期是烟雾出现期：颈内动脉末端分叉狭窄，颅底烟雾血管形成；第3期是烟雾旺盛期：大脑前动脉和大脑中动脉有缺失，烟雾血管非常明显，形成烟雾血管团，无颅外至颅内的侧支循环形成；第4期是烟雾衰减期：后交通动脉先天发育纤细或缺如，颈内动脉闭塞已经发展到与后交通动脉的联合处；第5期是烟雾减少期：从颈内动脉发出的主要动脉完全消失，烟雾比第4期更少，从颅外来的侧支供血进一步加强；第6期是烟雾消失期：颈内动脉虹吸段完全消失，颅底部最初出现的烟雾也完全消失，仅见到从颅外进入颅内的侧支循环。

图1　定量测量PWI参数ROI设置图例。A、B分别为大脑中动脉供血区及同侧小脑层面TTP图像，ROI分别以椭圆形及圆形设置Fig. 1 Schematic images for quantitative measurement of PWI data. ROIs are drawn in the middle cerebral artery territory (red ellipse in A) and ipsilateral cerebellar hemisphere (redcircle in B).

1.5临床预后的评价

参考神经外科医生随访结果，将手术效果分为两类，Ⅰ类：术前症状消失，Ⅱ类：术前症状发作频率、程度减轻、不变或产生新生症状。

1.6统计学分析

采用配对t检验比较手术前后PWI参数变化情况，采用独立样本t检验观察PWI参数变化情况与临床预后的关系，PWI参数与铃木分期采用Spearman秩相关分析，检验水准：P＜0.05。所有统计学分析应用SAS 9.2统计软件完成。

2　结果

2.1术前铃木分期及术后临床预后情况

根据术前DSA检查结果，16例共32侧大脑半球铃木分期结果如下：I期：9.4%，II期：15.6%，III期：31.3%，IV期：18.8%，V期：21.9%，VI期：3.1%。参考神经外科医生随访结果，经首次血管重建术烟雾病患儿中，效果良好6例，效果一般10例。

2.2术前PWI参数与铃木分期的关系

在术前灌注参数rTTP、rCBV、rCBF及rMTT中，rTTP、rMTT与铃木分期存在一定的相关性(图2)。然而，在铃木分期处于II期以上(不包括II 期)的患儿中，rTTP、rCBV、rCBF及rMTT则不再与铃木分期存在显著相关性(表1)。

表1　PWI参数与铃木分期的关系Tab. 1 Correlation between PWI parameters and the Suzuki stage

2.3首次血管重建术前、术后PWI参数变化

经检验各组数据符合正态分布。烟雾病患儿首次血管重建术前、术后PWI参数见表2，术后rTTP均值较术前显著缩短，余参数变化无统计学意义。

表2　术前与术后PWI参数比较结果Tab. 2 Comparison between preoperative and postoperative PWI parameters

表3　PWI参数与手术效果的关系Tab. 3 Relation between PWI parameters and postoperative clinical outcomes

2.4术后PWI参数变化情况与手术效果的关系

Ⅰ类与Ⅱ类手术效果患者各参数变化情况见表3，两组间ΔrTTP的差异具有统计学意义，Ⅰ类手术效果的患者rTTP缩短更为明显(图3)；余两组间参数变化无统计学意义。

3　讨论

烟雾病是较为罕见的脑血管疾病，是引发儿童脑卒中的重要病因之一。目前，脑血管造影仍然是诊断烟雾病的金标准。烟雾病是一种慢性进行性脑血管受损的疾病，根据其血管受损的进展程度可以将病程分成6个阶段[1]。在本研究中，虽然在整体上rTTP、rMTT与铃木分期存在一定的相关性(Spearman秩相关系数分别为0.548及0.357)，但是在铃木分期处于II期以上(不包括II期)的患儿中，rTTP、rCBV、rCBF及rMTT则不再与铃木分期存在显著相关性(Spearman秩相关系数分别为0.016、-0.194、0.017及-0.037)。Hey等研究发现I期以上烟雾病患者脑血管反应性(cerebrovascular reactivity，CVR)与铃木分期并不存在显著相关性[7]。可能原因是：烟雾病早期以颅内动脉狭窄为主要表现，颅外至颅内侧支循环及烟雾状血管没有形成或刚刚开始形成，此时颅内灌注状态的变化与颅内动脉狭窄程度的关系较为密切。当疾病进展到中期及末期时，受侧枝循环及烟雾状血管的影响，下游脑灌注状态与上游病变血管狭窄程度并不一致。

图2　烟雾病患儿PWI参数与铃木分期的关系。A～D分别为rTTP、rCBV、rCBF、rMTT与铃木分期的关系Fig. 2 Correlation between PWI parameters and disease severity as measured by the Suzuki Stage. A: rTTP versus the Suzuki stage; B: rCBV versus the Suzuki stage; C: rCBF versus the Suzuki stage; D: rMTT versus the Suzuki stage.

手术治疗是烟雾病最主要的治疗方法，相对于直接血管重建术，脑-硬脑膜-动脉血管融合术(encephaloduroarteriosynangiosis，EDAS)和脑-肌肉血管融合术(encephalomyosynangiosis，EMS)等间接血管重建术更适宜应用到儿童烟雾病患者中[8]。Ishikawa等[9]报道，术后烟雾病患儿TIA再发率呈显著降低趋势。利用DSA可以评估术后新生血管的生成情况，但是因为其具有放射性，在儿童烟雾病患者术后疗效评价中受到限制[10]。因无辐射的优势，越来越多的学者开始利用磁共振灌注成像技术评估烟雾病患者的血流动力学状态。在本研究中，笔者选取TTP、CBV、CBF及MTT作为PWI参数，发现TTP在术后出现显著的缩短，这与Dong等[11]利用CT灌注成像(computed tomography perfusion，CTP)方法得到的结果类似，原因可能与术后新生侧枝循环的形成及烟雾状血管的退化、减少有关。Lee等[12]研究发现，手术前后大脑中动脉供血区与大脑后动脉供血区TTP的差值出现明显的缩短，CBV比值的变化并没有统计学差异，而Yun 等[13]的研究结果表明烟雾病患儿术后TTP及CBV均出现了不同程度的下降(P＜0.05)。有研究发现，在PWI参数中，MTT 与CBF分别会高估和低估实际的血流动力学状态，选择TTP及CBV用于评价术后疗效可能更加合理[14]。

目前，已有利用磁共振灌注参数评价临床预后情况的研究报道[13,15]。Calamante等[16]认为对于术前有缺血性卒中风险的病人，行血管重建术后并不能立刻从中获益。虽然间接血管重建术可以引发大脑表面与移植血管之间新的侧枝循环途径的建立，但是这个阶段至少需要3～4个月的时间才能完成[17]。本研究入组病例均为首次术后3个月以上患者，疗效较好的烟雾病患儿TTP的改善情况明显好于疗效较差组。但是也有研究发现在间接血管重建术后15～20天，症状改善的病人中TTP就已经有了显著的缩短，而CBV、CBF、MTT没有发生明显变化[11]。

图3　烟雾病患者，男，7岁，发作性左上肢麻木无力半年。A：MR检查示左侧半卵圆中心脑梗死；B：磁共振血管造影(magnetic resonance angiography，MRA)示双侧颈内动脉、大脑中动脉狭窄、闭塞，右侧为著，诊断为烟雾病；C：MR-PWI可见双侧大脑中动脉供血区TTP明显延长；D：行右侧硬脑膜颞浅动脉融通术后4个月复查，患儿症状消失，MR-PWI示右侧大脑中动脉供血区TTP较术前显著缩短(ΔrTTP=4.38)Fig.3 A seven years old boy with moyamoya disease and left upper limb paroxysmal numbness weakness. A: Axial T2 weighted images demonstrate high signal at centrum semiovale; B: MRA demonstrates bilateral internal carotid artery, middle cerebral artery stenosis and occlusion, especially on the right side; C: Preoperative PWI demonstrate TTP delayed obviously in the bilateral middle cerebral arteryterritory; D: Postoperative PWI demonstrate TTP was distinctly shorter in the right middle cerebral arteryterritory at 4 months postoperatively.

目前，已有多种技术手段可以用来评估烟雾病患者大脑血流动力学状态，除磁共振灌注成像技术外，还有如单电子发射体层摄影(single photon emission computed tomography，SPECT)、正电子发射体层摄影(positron emission tomography，PET)、CTP、动脉自旋标记(arterial spin-labeling，ASL)、以血氧水平依赖测量为原理的功能磁共振成像技术(blood oxygen level dependent—functional magnetic resonance imaging，BOLD-fMRI)等方法。SPECT一直被认为是评价脑血管储备能力的金标准，但是由于其需要放射性物质且空间分辨率较低，在应用于儿童脑血管疾病中并不是最佳选择[18]。ASL是近几年发展的一种无需注射对比剂就可定量分析大脑血流动力学状态的磁共振技术，PWI和ASL均不需要注射外源性血管扩张剂就可以达到评估脑血管储备能力的目的[19]。BOLD-fMRI可以通过特殊面罩装置调节患者二氧化碳吸入量，从而无创的评估患者脑血管反应性，但是此项检查所需时间较长，儿童烟雾病患者的依从性将受到挑战[20]。

本研究存在一些局限性。首先，部分病例难以准确判断与症状相关侧大脑半球，选取手术侧大脑半球可能会增加统计结果的差异性，因为手术侧较非手术侧血流动力学的改善会更加明显；其次，由于难以准确判断大脑中动脉供血区，确定感兴趣区时可能包含了部分后循环供血区域；最后，感兴趣区内可能存在一些微小的难以察觉的梗死灶，在一定程度上会影响PWI参数的准确性。

综上所述，利用磁共振灌注扫描可以定量评估儿童烟雾病患者血流动力学状态及血管重建术后血流动力学改善情况，且由于其无辐射与简便易行的特点，值得在临床推广。

［References］

[1] Suzuki J, Takaku A. Cerebrovascular“moyamoya”disease, Disease showing abnormal net-like vessels in base of brain. Arch Neurol, 1969, 20(3): 288-299.

[2] Kuroda S, Houkin K. Moyamoya disease: current concepts and future perspectives. Lancet Neurol, 2008, 7(11): 1056-1066.

[3] Scott RM, Smith ER. Moyamoya disease and moyamoya syndrome. N Engl J Med, 2009, 360(12): 1226 –1237.

[4] Mikulis DJ, Krolczyk G, Desal H, et al. Preoperative and postoperative mapping of cerebrovascular reactivity in moyamoya disease by using blood oxygen level-dependent magnetic resonance imaging. J Neurosurg, 2005, 103(2): 347-55.

[5] Zhao B. The clinical applications and advance of MR perfusion. Chin J Magn Reson Imaging, 2014, 5(S1): 46-50.

赵斌. 磁共振灌注成像临床应用及进展. 磁共振成像, 2014, 5(S1): 46-50.

[6] Tanaka Y, Nariai T, Nagaoka T, et al. Quantitative evaluation ofcerebral hemodynamics in patients with moyamoya disease by dynamic susceptibility contrast magnetic resonance imaging: comparison with positron emission tomography. J Cereb Blood Flow Metab, 2006, 26(2): 291-300.

[7] Heyn C, Poublanc J, Crawley A, et al. Quantification of cerebrovascular reactivity by blood oxygen level-dependent MR imaging and correlation with conventional angiography in patients with moyamoya disease. AJNR Am J Neuroradiol, 2010, 31(5): 862-867.

[8] Takanashi JI. Moyamoya disease in children. Brain & Development, 2010, 33(3): 229-234.

[9] Ishikawa T, Houkin K, Kamiyama H, et al. Effects of surgical revascularization on outcome of patients with pediatric moyamoya disease. Stroke, 1997, 28(6): 1170-1173.

[10] Yamada I, Matsushima Y, Suzuki S. Childhood moyamoya disease before and after encephalo-duro-arterio-synangiosis: an angiographic study. Neuroradiology, 1992, 34(4): 318-322.

[11] Dai DW, Zhao WY, Zhang YW, et al. Role of CT perfusion imaging in evaluating the effects of multiple burr hole surgery on adult ischemic moyamoya disease. Neuroradiology, 2013, 55(12): 1431-1438.

[12] Lee SK, Kim DI, Jeong EK, et al. Postoperative evaluation of moyamoya disease with perfusion-weighted MR imaging initial experience. AJNR Am J Neuroradiol, 2003, 4(4): 741-747.

[13] Yun TJ, Cheon JE, Na DG, et al. Childhood moyamoya disease quantitative evaluation of perfusion MR imaging-correlation with clinical outcome after revascularization surgery. Radiology, 2009, 251(1): 216-223.

[14] Perthen JE, Calamante F, Gadian DG, et al. Is quantification of bolus tracking MRI reliable without deconvolution. Magn Reson Med, 2002, 47(1): 61-67.

[15] Kim SK, Wang KC, Oh CW, et al. Evaluation of cerebral hemodynamics with perfusion MRI in childhood moyamoya disease. Pediatr Neurosurg, 2003, 38(2): 68-75.

[16] Calamante F, Ganesan V, Kirkham FJ. MR perfusion imaging in moyamoya syndrome: potential implications for clinical evaluation of occlusive cerebrovascular disease. Stroke, 2001, 32(12): 2810-2816.

[17] Houkin K, Nakayama N, Kuroda S, et al. How does angiogenesis develop in pediatric moyamoya disease after surgery? A prospective study with MR angiography. Childs Nerv Syst, 2004, 20(10): 734-741. [18] VoVan P, Sabouraud P, Mac G, et al. Moyamoya disease associated with hereditary spherocytosis. Pediatr Neurol, 2011, 44(1): 69-71.

[19] Ishii Y, Nariai T, Tanaka Y, et al. Practical clinical use of dynamic susceptibility contrast magnetic resonance imaging for the surgical treatment of moyamoya disease. Neurosurgery, 2014, 74(3): 302-309.

[20] Currie S, Raghavan A, Batty R, et al. Childhood moyamoya disease and moyamoya syndrome a pictorial review. Pediatr Neurol, 2011, 44(6): 401-413.

Quantitative evaluation of hemodynamics changes in childhood moyamoya disease after revascularization surgery using perfusion-weighted MR imaging

WANG Yi-tuo1, HAN Cong2, ZUO Zhi-wei1, XING Xu-dong1, QIAO Peng-gang1*, LI Gong-jie1*

14 Sep 2015， Accepted 20 Oct 2015

Objective: To evaluate whether Perfusion-Weighted Imaging (PWI) can depict hemodynamic status and its relationship with Digital Subtraction Angiography (DSA) and whether changes in PWI imaging after revascularization surgery are correlated with clinical outcomes in childhood moyamoya disease. Materials and Methods: Pre- and postoperative PWI imaging data in 16 children with moyamoya disease (mean age, 9.88 years; range, 5-15 years) were included, which involved regional Time To Peak (rTTP), regional Cerebral Blood Volume (rCBV), regional Cerebral Blood Flow (rCBF) and regional Mean Transit Time (rMTT). Suzuki stages on each side of the brain hemisphere were evaluated by the DSA results. Pre- and postoperative PWI parameters were compared by using a paired t test; relationships between PWI parameters and clinical outcomes were investigated byusing independent-samples t test; relationships between PWI parameters and Sukuzi Stages were investigated by using Spearman correlation analysis, with a significance level of 0.05. Results: At early stage of MMD, Suzuki stages were correlated with blood perfusion change. However, no correlation was demonstrated when suzuki stages ＞ II. rTTP decreased significantly after revascularization surgery. Change in rTTP was significantly different in the clinical outcome groups. Conclusion: MR-PWI can quantitatively depict hemodynamic status and evaluate hemodynamic changes after revascularization surgery in moyamoya disease. Key words Moyamoya disease; Children; Perfusion weighted imaging; Angiography, Digital subtraction; Revascularization surgery; Hemodynamics; Brain ischemia

1.军事医学科学院附属医院放射科，北京 100071
2. 军事医学科学院附属医院神经外科，北京 100071

乔鹏岗，E-mail：qiaopenggang@sina. com；李功杰，E-mail：ligj307@163. com

2015-09-14

R445.2；R725.4

A

10.3969/j.issn.1674-8034.2015.12.004

*Correspondence to: Qiao PG, E-mail: qiaopenggang@sina.com; Li GJ, E-mail: ligj307@163.com

北京市自然科学基金青年项目(编号：7144231)；首都临床特色应用研究项目(编号：Z141107002514171)

接受日期：2015-10-20

王一托, 韩聪, 左智炜, 等. 磁共振灌注成像定量评估儿童烟雾病血管重建术后血流动力学变化. 磁共振成像, 2015, 6(12): 898-903.

ACKNOWLEDGMENTS This work was part of youth project Beijing municipal natural science foundation （No. 7144231）； Capital characteristic clinic project（No. Z141107002514171）.