脑CT灌注图像匹配技术在缺血性卒中的应用研究

丁 里，王玉玲，符 浩，张 蕾，杨 淑，朱会敏，马 娟



脑CT灌注图像匹配技术在缺血性卒中的应用研究

丁 里，王玉玲，符 浩，张 蕾，杨 淑，朱会敏，马 娟

目的 探讨CT灌注参数图像标准化匹配技术对梗死后脑组织的缺血状态及确定客观半暗带的评估作用。方法 对缺血性卒中患者40例行常规CT灌注检查，重建数据后根据脑血容量（cerebra1 b1ood vo-1ume，CBV）、脑血流量（cerebra1 b1ood f1ow，CBF）、达峰时间（time to peak，TTP）参数分别确定彻底坏死区（non variab1e tissue，NVT）、严重缺血区（tissue at risk，TAR）、相对缺血区（re1ative ischemic tissue，RIT）阈值及在脑组织的绝对面积大小，并将3个区域CBF、CBV、TTP参数进行图像匹配，对匹配结果进行分析。结果 坏死边缘、严重缺血区、相对缺血区边缘阈值分别为CBV=1.7 mL/100 g、CBF=30.0 mL/（100 g·min）、TTP=9.5 s。图像匹配后可清楚分辨出急性期缺血区的坏死区以及严重缺血区、相对缺血区构成的缺血半暗带并可进行量化面积。匹配后复合性单病灶常见RIT＞NVT＞TAR、NVT＞TAR＞RIT，皮质下单病灶组RIT＞NVT＞TAR或NVT＞RIT＞TAR，多发梗死病灶组RIT＞NVT＞TAR、NVT＞TAR＞RIT。结论 利用图像标准化匹配方法可以通过CBV、CBF、TTP参数量化评估病灶的NVT、TAR和RIT区域，直观显示缺血半暗带面积，为临床治疗缺血性卒中提供个体化影像评估技术。

缺血性卒中；脑CT灌注；图像匹配；缺血半暗带

［Abstract］Objective To eva1uate the post-stroke penumbra1 areas using CT perfusion image matching techno1ogy.Methods Forty patients with ischemic stroke were comp1eted the CTP examination.Non variab1e tissue（NVT），tissue at risk（TAR）and re1ative ischemic tissue（RIT）were matched and compared using cerebra1 b1ood vo1ume（CBV），cerebra1 b1ood f1ow（CBF）and time to peak（TTP）.Results The thresho1d va1ue of CBV，CBF and TTP is 1.7 mL/100 g，30.0 mL/（100 g·min）and 9.5 s respective1y.For compound sing1e infarction group，one case was saw in the type of RIT＞NVT＞TAR.For subcortica1 sing1e infarction group，there are one case of RIT＞NVT＞TAR and four cases of the type RIT＞TAR＞NVT and one case of the NVT＞RIT＞TAR.For mu1tip1e infarctions group，the type of RIT＞NVT＞TAR has 16 cases and RIT＞TAR＞NVT has 10 cases and one case with the type of NVT＞TAR＞RIT.Conclusion CT perfusion image matching techno1ogy can confirm the different area of NVT，TAR，RIT accurate1y and quick1y.The penumbra1area can be observed apparent1y.This technique can be used for c1inica1 treatment of ischemic stroke as individua1 image assessment techno1ogy.

［Key words］Ischemic stroke；Cerebra1 CT perfusion；Image matching；Ischemic penumbra1

缺血性卒中患者超急性期、急性期或恢复期各阶段脑血流评估是从临床病理生理上探讨急性缺血性卒中后血流灌注状态的一个重要技术手段［1］。目前研究血流灌注的方法有磁共振灌注成像（perfusion weighted imaging，PWI）、脑CT灌注成像（computered tomography perfusion，CTP）。PWI技术耗时长，不利于在超早期脑血管病诊治中应用［2］。脑CTP因其操作相对方便、耗时少、成本低等优势已被作为脑功能评价的多模式影像学技术手段，广泛应用于缺血性卒中超早期血管评价、血流灌注评估，指导后续静脉溶栓、血管内再灌注治疗，对缺血性卒中个体化超早期诊断、治疗具有指导性意义［3］。既往CTP参数多采用感兴趣点数据镜像测定［4］，不能客观反应脑血流灌注状态，尤其对梗死灶周边的缺血半暗带以及缺血过渡带不能用面积直观定量，使缺血脑组织血流灌注状态评价存在非标准化及误差。本研究对缺血性卒中急性期、恢复期用脑CTP来探讨脑血流量（cerebra1 b1ood f1ow，CBF）、脑血容量（cerebra1 b1ood vo1ume，CBV）、达峰时间（time to peak，TTP）参数之间匹配图像标准化技术，量化病灶核心坏死区、分层逐渐转化的严重缺血区（tissue at risk，TAR）、相对缺血区（re1ative ischemic tissue，RIT）阈值，探讨图像匹配在不同形态病灶坏死区（non variab1e tissue，NVT）、TAR、RIT血流灌注匹配试验性应用。

1　资料与方法

1.1临床资料 2014年3—11月在云南省第一人民医院神经内科住院并临床诊断缺血性卒中40例，其中病史＞2周19例、≤2周21例。入组标准：①缺血性卒中诊断符合1995年中国脑血管病诊断标准［5］；②根据类肝素药物治疗急性缺血性卒中试验治疗诊断标准有明确的病因［6］；③排除出血性卒中、血管畸形、不明原因或少见原因卒中；④无肝、肾功能异常，无造影剂过敏史；⑤年龄在18～80周岁；⑥征得所有患者和（或）其家属同意并签知情同意书。

1.2方法

1.2.1分组 按病灶分布分为复合性单病灶、白质单病灶、多发梗死病灶3组。复合性单病灶组5例：病灶单一，范围波及脑皮质、白质；白质单病灶组6例：病灶位于脑室旁、放射冠，病灶单一；多发梗死病灶组29例：病灶3个或以上，范围波及脑皮质、白质、基底节区。按发病时间分为2组。发病时间＞2周脑梗死组19例（复合性单病灶2例、白质单病灶2例、多发梗死病灶15例），由于2周后坏死病灶已经相对稳定，用该时间段测定NVT阈值以及TAR、RIT阈值；发病时间≤2周脑梗死组21例（复合性单病灶3例、白质单病灶4例、多发梗死病灶14例），测定坏死区阈值，以及测定严重缺血区、相对缺血区阈值并进行图像匹配。

1.2.2影像学检查CTP数据采集及后处理 ≤2周脑梗死组患者在发病14 d内行CTP检查，发病至检查时间（6.0±0.7）d。＞2周脑梗死组患者在发病14 d后给予CTP检查，发病至检查时间（15.0±0.6）d。

使用Somatorm Sensation 64层螺旋CT扫描机，选取根据建立脑结构模板进行CTP扫描。以病灶层面为基线平面，上下进行连续动态增强扫描共52层，以病灶核心基线平面进行重建。

1.2.3CTP图像匹配

1.2.3.1确定划定NVT、TAR及RIT的阈值

1.2.3.1.1划定阈值范围 ①NVT：选用发病＞2 周19例，将患者CBV参数图像上紫色区域边缘内侧定为NVT域边界，多发梗死病灶患者将临近紫色区域划为一个区域。②TAR：所有患者均参与测定，将CBF参数图像上紫色区域边缘外侧定为TAR域边界。③RIT：所有患者均参与测定，将TTP参数图像上黑色无灌注区、红色、黄色、浅绿色脑组织区域全部圈划入内（图1）。

1.2.3.1.2取点定阈值 在划定的CBV、CBF、TTP区域图像上划出该区最长纵轴和最长横轴，可在梗死区域边界线上定位4个点，其中将图像最上端的定为A点，图像最下端的定为B点，离大脑中轴线最远的定为C点，靠大脑中轴线最近的定为D点（图2）。将鼠标指向这4点可出现这4点位置上的脑组织的参数值，分别用CBV测定NVT阈值、CBF测定TAR阈值、TTP测定RIT阈值4点均值。

图1　CBV、CBF、TTP阈值范围划定

图2　取点定阈值

1.2.3.2图像匹配 根据图像匹配原理，在CTP处理软件中输入CBV、CBF阈值，软件匹配同一层面NVT、TAR区域及面积。再在同一层面TTP参数图像上手动圈出TTP＜9.5 s的脑组织；然后用图像融合匹配出NVT、TAR、RIT 3个区域；其中，红色区域为NVT，黄色区域为TAR，白色线以内、红色及黄色区域以外的区域为RIT（图3）。图像处理后图像系统显示3个不同区域量化面积，其中半暗带面积= TAR+RIT。

图3　CBF、CBV、TTP图像匹配后

1.2.4影像学诊断 图像标准化匹配由2位研究者根据标准化步骤盲法进行，在研究之前对复合性单发病灶、白质单病灶、多发梗死病灶进行一致性图像匹配试验。

1.3统计学处理 应用SPSS 17.0软件，计量资料统计描述用均数±标准差（±s）表示；组间比较采用秩和检验，P＜0.05为差异有统计学意义。

2　结果

2.1阈值 复合性单病灶组、白质单病灶组、多发梗死病灶组CBV、CBF、TTP参数阈值见表1；3组CBV、CBF、TTP参数阈值比值两两比较差异无统计学意义（P＞0.05，表2）。3组CBV、CBF、TTP阈值总体均数见表3；3个参数最后的统计阈值为本研究阈值，分别为CBV=1.7 mL/100 g、CBF=30.0 mL/ （100 g·min）、TTP=9.5 s。

表1　3组CBV、CBF、TTP参数阈值（±s）

表1　3组CBV、CBF、TTP参数阈值（±s）

组 别　CBV （mL/100 g）CBF ［mL/（100 g·min）］TTP（s）复合性单病灶组（5例）　1.7±0.3　30.4±3.4　9.5±0.3白质单病灶组（6例）　1.9±0.2　28.8±3.6　9.3±0.8多发病灶组（29例）　1.7±0.3　29.9±2.9　9.5±0.3 表2 3组CBV、CBF、TTP参数阈值比值组 别　CBV　CBF　TTP白质单病灶与复合单病灶　0.239　0.324　0.622白质单病灶与多发梗死病灶　0.147　0.322　0.521复合性单病灶与多发梗死病灶　0.818　0.525　0.959 表3 确定CBV、CBF、TTP参数阈值项 目　CBV（mL/100 g）CBF［mL/（100 g·min）］　TTP（s）统计阈值　1.742 1±0.248 3　29.768 8±3.059 6　9.472 9±0.388 1研究用阈值　1.7　30.0　9.5

2.23组CTP图像匹配

2.2.1复合单病灶组 5例均能作出CTP匹配模型，3个区域多为不规则形，NVT位于最内侧，次外层为TAR，RIT位于最外层。该组CTP匹配特点为RIT＞NVT＞TAR 1例（图4），RIT＞TAR＞NVT 2例（图5），NVT＞TAR＞RIT 2例（图6）。

2.2.2白质单病灶组 6例均能作出CTP匹配模型，3个区域多为不规则形，匹配特点归纳为3类即RIT＞NVT＞TAR 1例（图7）、RIT＞TAR＞NVT 4例（图8）、NVT＞RIT＞TAR 1例（图9）。

图4　复合单病灶组CTP匹配模型RIT＞NVT＞TAR

图5　复合单病灶组CTP匹配模型RIT＞TAR＞NVT

图6　复合单病灶组CTP匹配模型NVT＞TAR＞RIT

图7　白质单病灶组CTP匹配模型RIT＞NVT＞TAR

图8　白质单病灶组CTP匹配模型RIT＞TAR＞NVT

图9　白质单病灶组CTP匹配模型NVT＞RIT＞TAR

2.2.3多发梗死病灶组 29例均能作出CTP匹配模型，3个区域多为不规则形，综合各个患者匹配特点，比较3个区域的大小，可将该组CTP匹配图像归纳为3类即RIT＞NVT＞TAR 16例（图10）、RIT＞TAR＞NVR 10例（图11）、NVT＞TAR＞RIT 3例（图12）。

图10　多发梗死病灶组CTP匹配模型RIT＞NVT＞TAR

图11　多发梗死病灶组CTP匹配模型RIT＞TAR＞NVT

图12　多发梗死病灶组CTP匹配模型NVT＞TAR＞RIT

3　讨论

对于超急性、急性期缺血性卒中在第一时间评估患者的脑血流状态是目前个体化诊治的关键。坏死组织周边的严重缺血带、相对缺血带的半暗带定量、定性评估对于3.0～4.5 h的溶栓或是评估新药对于脑血流的影响是一个有效、直观的技术手段［6］。脑CTP技术在临床影像上多以感兴趣区方式测定CTP的各个参数指标，采用左右半球镜像对称法测定［7］，在血流的指标上测定每一个点的绝对值。由于病灶的不规则性以及脑血流由内向外的多变性，标注感兴趣区的方法不管是小区域还是大区域都难以代表真实的病灶区域血流状态［8］。特别是左右大脑皮质、皮质下都有病灶的时候，用镜像的方法不能反映病灶缺血真实血流状态。由于没有图像匹配，不能在CBF、CBV、TTP之间定性、定量反应缺血半暗带血流状态。因此，对CTP指标进行图像匹配是对缺血性卒中血流状态评估标准化的一个技术手段。

既往研究多用弥散加权成像与PWI之间的不匹配区域作为缺血半暗带［9］，该区域里包含有NVT、TAR，甚至RIT混杂；其次，水信号的容积效应，缺乏脑血容量参数［10］。研究功能状态阈值很重要，本研究基于CT脑结构特征图像匹配法，对图像特征包括颜色特征、色彩过渡特征、形状特征、空间位置进行匹配来解决缺血的阈值，技术显示可快速、标准化确定缺血病灶区域血流状态阈值，坏死层确定使TAR和RIT分层过渡状态阈值得以标准化。尤其TAR区域从病理上这部分可以向坏死组织发展，也可以向相对缺血层面发展，提示在治疗缺血性卒中时该区域评估可作为血流有效改善的重要指标。

在不同类型脑梗死中图像匹配均可以揭示半暗带中严重缺血区，这一部分阈值CBF多在30 mL/ （100 g·min），与CBV匹配后大于CBV阈值即此区域，在标准化匹配后，复合单病灶、白质单病灶可完整匹配出此部分区域。但对于皮质下多发病灶存在与皮质下小血管引起的缺血区域相互叠加或是融合，不易与小病灶实际缺血区分开。尽管此部分病因不同，但小血管都是最终的受害者［11］，需要临床确定责任病灶。

RIT图像匹配选择了TTP，反映了动脉系统从大动脉血管到小动脉端的血流时间［12］，可以完整地评估动脉系统的血流状态，也是一个反映灌注不良的直观指标［13］。在不同类型的单发、多发梗死病灶都是匹配在严重缺血外层，流域、非流域分布或是呈不规则分布，在面积上多大于CBF、CBV参数划出的区域，图像匹配在CBF为30.0 mL/（100 g·min）外侧缘到血流阈值在9.5 s以内区域为TAR，随着接近正常组织血流延长达到接近正常组织血流通过时间为边缘带。该层不仅在急、慢性梗死病灶存在，在非梗死区域也存在，其主要分布在前后分水岭区（侧脑室前后角）、侧室旁区域，且以片状或是多发小片状分布。该区域血流通过时间的延长主要在小血管端，在通过小血管向微血管弥散时出现时间延长，也说明小血管远端病变，血管腔阻力增加导致血流通过此部分时间不同程度延长，临床提示经过标准化图像匹配后外层TTP时间延长是灌注不良的一个关键指标，此项技术可以作为小血管病变血流状态筛查评估指标。

标准化图像匹配能否在临床上应用是检验该方法在技术上的转化程度，也是评估在第三方能否根据技术步骤作出相关的CTP血流灌注指标和图像匹配。本研究显示，对于缺血性卒中患者脑CT灌注图像匹配技术达到了一致性，对于核心坏死区，不管是在单病灶还是多发病灶都能用阈值匹配出坏死区域；对于复合性单发病灶，图像匹配后核心坏死区均较大，周边存在TAR、RIT即为半暗带。

面积定量是临床一个重要指标，复合性单发病灶图像TAR面积匹配率可以达到100%；在3组病灶中其面积大小与核心坏死区及RIT无规律性关系；多发梗死病灶中RIT区域呈不规则结构，呈多部位、多形态分布，区域都大于NVT、TAR。提示该标准化图像匹配作为临床影像技术逐步地应用在缺血性卒中超早期或是恢复期，可对脑血管血流灌注水平进行评估。

利用图像匹配方法可以通过CBV、CBF、TTP参数量化评估病灶的NVT、TAR和RIT区域，直观显示缺血半暗带面积，为临床治疗缺血性卒中提供个体化影像学评估技术。

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The research of CT Perfusion image matching technology in ischemic stroke

DING Li1，WANG Yulin2，FU Hao1，ZHANG Lei1，YANG Shu1，ZHU Huimin1，MA Juan1
（1.Department of Neuro1ogy，the First Peop1e's Hospita1 of Yunnan Province，Kunming Yunnan 650032，China；2.Department of Neuro1ogy，Xinyang Centra1 Hospita1，Xinyang Henan 464000，China）

R743.3

B

2095-3097（2016）03-0149-07

10.3969/j.issn.2095-3097.2016.03.006

云南省卫生科技计划项目（2012WS0069）

650032云南昆明，云南省第一人民医院神经内科（丁里，符 浩，张 蕾，杨 淑，朱会敏，马 娟）；464000河南 信阳，信阳市中心医院神经内科（王玉玲）

（2016-01-07 本文编辑：冯 博）