磁敏感加权成像评价急性脑梗死后静脉血氧饱和度及局部脑氧代谢改变
2017-08-07曹志坚章正祥刘玉凤张丽萍侯群许茂盛
曹志坚 章正祥 刘玉凤 张丽萍 侯群 许茂盛
磁敏感加权成像评价急性脑梗死后静脉血氧饱和度及局部脑氧代谢改变
曹志坚 章正祥 刘玉凤 张丽萍 侯群 许茂盛
目的利用MR磁敏感加权成像（SWI）测定脑静脉血相位值（phase值）、观察梗死病灶周围静脉改变，评价脑梗死后的缺氧状态及局部脑氧代谢改变。方法选择我院神经内科住院治疗的36例急性脑梗死患者（脑梗死组）及25例头颅MRI检查正常者（对照组）作为研究对象。所有研究对象均行MRI检查，其中梗死患者14d内行MRI检查。MRI检查包括T1W、T2W、DWI及SWI检查。按梗死部位分基底核区及侧脑室旁亚组（21例），脑叶亚组（7例），桥脑亚组（8例）；按梗死时间分为第1～7天亚组（17例）和第8～14天亚组（19例）。测量对照组及脑梗死组上矢状窦和直窦phase值，测量梗死病灶体积，观察病灶周围静脉，进行美国国立卫生研究院卒中量表（NIHSS）评分。结果脑梗死组直窦phase值（2574.91±223.20）低于对照组（2908.49±207.56），差异有统计学意义（P＜0.01）；基底核区及侧脑室旁、脑叶和桥脑亚组直窦phase值（2523.00±215.80、2668.19±229.66、2629.55±224.79）均低于对照组，差异均有统计学意义（均P＜0.05）；脑叶亚组上矢状窦phase值（2205.09±65.73）高于基底核区及侧脑室亚组、桥脑亚组、对照组（2126.55±62.16、2137.24±51.31、2112.94±48.81），差异均有统计学意义（均P＜0.05）；脑梗死组中发现梗死病灶周围不同程度的静脉扩张21例，其中第1～7天亚组13例，第8～14天亚组8例；Spearman相关性分析提示病灶周围静脉扩张与梗死体积及梗死时间相关（均P＜0.05）。结论SWI能定量测定静脉血phase值，发现梗死灶周围静脉扩张，为临床无创性评价梗死区域脑组织缺氧及局部脑组织血氧代谢提供有价值的参考，有助于急性脑梗死的规范治疗。
脑梗死MRI磁敏感加权成像血氧代谢
脑梗死是严重威胁人类健康的常见病。大量研究表明，脑梗死发生后可产生一系列脑组织血供异常，如梗死区域脑血流量减少及流速降低、平均通过时间延长等[1-2]。磁敏感成像（SWI）是利用氧合血红蛋白与去氧血红蛋白磁化率不同，而产生增强MRI对比的一种T2*脉冲序列技术，反映组织磁化属性，其相位值（phase值）可在一定程度上反映静脉内去氧血红蛋白含量[3-4]；同时SWI能显示梗死后病灶周围静脉含量变化[5]。本研究利用静脉phase值来反映梗死后静脉去氧血红蛋白改变，同时观察病灶周围静脉改变，评价脑梗死后组织缺血缺氧及血氧代谢改变，现将结果报道如下。
1 对象和方法
1.1 对象收集2012年1月至2014年6月我院神经内科住院治疗的36例急性脑梗死患者作为脑梗死组，男22例，女14例，年龄37～86（63.83±11.55）岁。入院第1～14天行常规MRI检查。选择同期我院体检头颅MRI检查正常者25例为对照组，男12例、女13例，年龄45～83（59.28±12.11）岁。纳入标准：急性脑梗死诊断标准参照中华医学会神经病学分会脑血管病学组急性缺血性脑卒中诊治指南撰写组编写的中国急性缺血性脑卒中诊治指南（2010）；两组研究对象意识清楚，能配合检查。排除标准：脑外伤、颅脑手术，脑肿瘤、动静脉畸形；恶性肿瘤；血液系统疾病；严重肝肾疾病；心脏起搏器等MRI检查禁忌证，义齿等易产生颅脑MRI伪影。两组对象性别、年龄比较差异均无统计学意义（均P＞0.05）。脑梗死组按梗死部位分3个亚组：基底核区及侧脑室旁亚组（21例），脑叶亚组（7例），桥脑亚组（8例）；按梗死时间分2个亚组，第1～7天亚组（17例）；第8～14天亚组（19例）。
1.2 方法
1.2.1 MRI检查采用3T超导型磁共振扫描仪（德国西门子Magnetom Verio），32通道头颅专用线圈。常规横断面T1WI、T2WI、DWI和SWI扫描。SWI序列采用高分辨率三维扰相梯度回波序列（GRE SWI）序列，重复时间28ms，回波时间20 ms，翻转角15°，层厚1.2mm，间距0.5mm，成像野256mm×256mm，矩阵320× 240。
1.2.2 图像处理与数据测量所有图像均使用美国SPIN（SVN Revision 2131）软件进行处理。由2位影像科医师观察处理SWI序列图像，SWI序列的包含phase图、Magnetitude图、SWI图和mIP图，观察SWI图上病灶周围静脉改变。在脑梗死组、对照组相位图测量3个不同层面的直窦和相应水平上矢状窦phase值（图1），计算平均值。采用美国Image J（National Institutes of Health）软件测量T2WI上梗死体积。
图1 直窦和上矢状窦phase值测定（选取一个层面示例，手动勾画区域测定直窦与上矢状窦phase值，箭头所示）
1.2.3 临床数据处理脑梗死组患者均由2位有经验的神经内科医生根据美国国立卫生研究院卒中量表（NIHSS）进行评分，有异议者通过协商取得一致。
1.3 统计学处理采用SPSS19.0统计软件。计量资料采用Shapiro-Wilk检验法进行正态性检验，符合正态分布的以表示，两组间比较采用独立样本t检验，多组比较采用单因素方差分析，两两比较采用SNK法；不符合正态分布的以中位数（四分位数间距）表示。计数资料以百分率表示，组间比较采用χ2检验或Fisher精确概率法，相关性分析采用Spearman秩相关法。P＜0.05为差异并有统计学意义。
2 结果
2.1 脑梗死组及其亚组与对照组直窦、上矢状窦phase值比较见表1。
表1 脑梗死组及其亚组与对照组直窦、上矢状窦phase值比较
由表1可见，脑梗死组直窦、上矢状窦phase值与对照组比较，差异均有统计学意义（t=-5.905、2.004，均P＜0.05）。基底核区及侧脑室旁、脑叶和桥脑亚组直窦phase值与对照组比较，差异均有统计学意义（均P＜0.05）。脑叶亚组上矢状窦phase值与基底核区及侧脑室旁亚组、桥脑亚组、对照组比较，差异均有统计学意义（均P＜0.05）。基底核区及侧脑室旁、桥脑亚组上矢状窦phase值与对照组比较，差异均无统计学意义（均P＞0.05）。
2.2 梗死病灶周围静脉改变脑梗死组中21例在SWI图上发现梗死病灶周围静脉扩张（图2），其中第1～7天亚组13例（76.47%），第8～14天亚组8例（42.10%），梗死病灶周围静脉扩张出现脑梗死早期患者比例较高（P＜0.05）。
图2 脑梗死组典型患者的MRI（a：右侧脑室旁急性脑梗死T1W呈低信号；b：T2W呈高信号；c：DWI呈明显高信号；d、e：SWI所示梗死区周围静脉扩张、增多）
2.3 梗死病灶周围静脉扩张与各观察项目的相关性分析脑梗死组梗死体积为1 458.3（4 735.3）mm3，NIHSS评分为3（4）；梗死病灶周围静脉扩张与性别、年龄、NIHSS评分、梗死灶体积、梗死时间及梗死部位进行相关分析，前者与梗死灶体积、梗死时间相关（rs= 0.762、-0.348，均P＜0.05）。
2.4 脑梗死组直窦与上矢状窦phase值与各观察项目的相关性分析见表2。
由表2可见，脑梗死组直窦与上矢状窦phase值与性别、年龄、NIHSS评分、梗死灶体积、病灶周围静脉扩张、梗死时间及梗死部位均无相关性（均P＞0.05）。
2.5 脑梗死组发病不同时间静脉窦phase值比较见表3。
由表3可见，发病后不同时间段直窦及上矢状窦phase值的差异均无统计学意义（P＞0.05）。
3 讨论
静脉phase值包含了大量反映组织内铁及其他磁敏感性物质含量的数据信息[6]，能在一定程度上反映静脉内去氧血红蛋白含量，因此phase值测定能反映梗死后静脉血氧饱和度改变。缺血梗死脑组织处于低灌注状态，脑血流量减少，同时脑温增高，脑氧代谢率增加。此时缺血脑组织未完全丧失功能，为代偿脑血流量减少，满足脑温升高所致的脑氧需求增多，脑氧摄取率增高[7]；除梗死灶以外，对侧大脑半球也可发生类似脑梗死的微循环障碍[8]，微循环障碍加剧血氧代谢障碍，导致静脉血氧饱和度下降。血管内含氧血红蛋白属于抗磁性物质，去氧血红蛋白属于顺磁性物质，当静脉去氧血红蛋白增加时，静脉phase值也会降低[9-10]。
表2 脑梗死组直窦、上矢状窦phase值与各观察项目的相关性分析
表3 脑梗死组发病后不同时间段静脉窦phase值比较
本研究表明脑梗死后直窦phase值较正常人群明显降低，这是由于收集的病例以基底核区、侧脑室旁等脑深部组织梗死为主，其静脉血主要引流至直窦，而桥脑也有部分静脉引流至直窦，而且脑叶梗死也累及深部脑组织，因此均会导致直窦内去氧血红蛋白含量增高，相应phase值的降低。本研究脑梗死组中主要以14d内急性梗死为主，这些患者直窦phase值均有不同程度的降低，这也提示急性期梗死患者静脉血氧饱和度持续偏低，脑组织处在缺血状态。36例梗死患者静脉phase值与梗死病灶的体积及梗死时间无明显的相关性，分析其原因，是由于不同梗死体积的患者在不同时间点接受SWI检查所致。其是否存在相关性，还需要加大样本量并控制检查时间来进一步研究。但可以通过测量静脉窦的phase值反映区域脑组织静脉去氧血红蛋白改变，从而反映脑组织缺血状态。静脉phase值越低，代表着去氧血红蛋白含量越高，血氧饱和度越低，脑组织缺血、缺氧越严重。本研究还发现上矢状窦的phase值在基底核、侧脑室旁及桥脑梗死较对照组略有上升，但差异无统计学意义，而脑叶梗死phase值较对照组、桥脑组、基底核区及侧脑室组明显上升，差异有统计学意义，提示脑叶梗死上矢状窦静脉血中去氧血红蛋白含量降低，这种改变是否是因为脑梗死，特别是脑叶梗死导致的保护性血流再分配，大脑皮层血液供应增加所致，其原因有待进一步研究。
SWI显示梗死后缺血灶周围静脉扩张反映局部脑组织氧代谢率及静脉血流改变。急性脑梗死患者梗死核心区由于血液供应中断而缺血缺氧，细胞水肿，氧代谢率减少，其内的静脉会减少、变细或消失。核心区周围脑组织往往伴有缺血缺氧，引起氧代谢率增高，病变周围小静脉的扩张、增多[8-9]。SWI是目前显示脑内静脉的最佳序列，其不受静脉血流速度的影响，可检测到小于一个体素的血管，而静脉血管的多少，可反映局部脑组织的氧代谢率高低和脑血流速度快慢[10-12]。本研究表明梗死病灶周围静脉扩张与梗死体积及梗死时间存在一定的相关性，梗死体积较小时很难观察到病灶周围静脉扩张，而较大梗死核心区周围更易出现静脉的增多与增粗，这可能是由于较小动脉阻塞后梗死核心区周围组织缺血较轻，而较大动脉阻塞引起的大面积梗死核心区周围组织缺血明显所造成。梗死核心区周围静脉扩张随着梗死时间延长，周围脑组织供血恢复而逐步恢复。本研究观察的19例第8～14天梗死患者中8例病灶周围静脉扩张存在，说明部分患者急性期梗死核心区域周围缺氧的持续存在，需要临床采用更加积极的治疗方案，促进梗死核心区周围脑组织供血。梗死区周围梗死核心区周围静脉的增多、增粗为评价缺血性梗死治疗过程核心区周围组织血液供应及氧代谢恢复提供一定的帮助。
本研究具有其局限性，限于临床研究条件，未对患者进行MRI的随访检查，未能观察静脉phase值及病灶周围静脉扩张的动态变化。但基于前面讨论，仍支持以上研究结果。
综上所述，脑梗死患者在急性期区域脑组织处于缺血状态，部分患者梗死病灶周围脑组织在急性梗死后期缺血仍较明显。SWI能很好的反映梗死患者区域静脉去氧血红蛋白的改变及梗死核心区周围静脉改变，从而反映梗死患者区域脑组织缺血状态及梗死核心区周围脑组织脑氧代谢情况。通过这些改变能够从定量及形态学角度综合评价患者脑组织缺血程度及治疗后缺血缺氧状态是否得到改善。为今后无创评价区域脑组织缺血及缺血性脑疾病治疗疗效提供帮助。
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Assessment of venous blood oxygen saturationand regional cerebral oxygen metabolism by MR susceptibility weighted imaging in patients with acute cerebral infarction
ObjectiveTo evaluate venous blood oxygen saturation and regional oxygen metabolism changesby MR susceptibility weighted imaging MR-SWI in patients with acute cerebral infarction.MethodsThirty six patients with acute cerebral infraction admitted from January 2012 to June 2014 and 25 healthy subjects were enrolled in the study.All subjects
MRI examinations,including TW,TW,DWI and SWI;for infarcted patients the examination was performed within 14d after clinical onset.The phase values of superior sagittal sinuses,straight sinuses and infarction volume was measured,venous dilatation around lesions was observed,and NIHSS scores were measured or evaluated.Among 36 patients,the infacted location was in basal ganglia region and periventricular region(n=21),cerebral lobe region(n=7)and pons region(n=8),meanwhile,the admission time from onset was 1-7 d in 17 cases,and 8-14 d in 19 cases.ResultsThe phase values of straight sinus in cerebral infarction group(2 574.91±223.20)were significantly lower than those in control group(2 908.49±207.56)(P＜0.001).The phase values of straight sinus in the basal ganglia region and the periventricular region,the cerebral lobe region and the pons region in infarcton group(2 523.00±215.80,2 668.19±229.66,2 629.55±224.79)were lower than those in control group(all P＜0.05).The phase values of superior sagittal sinuses(2 205.09±65.73)in patients with cerebral lobe infarction significantly increased,compared patients with the basal ganglia region and periventricular region,the pons region infarction and the control group(2 126.55±62.16,2 137.24±51.31,2 112.94±48.81)(P＜0.05).Venous dilatation was observed in 21 infarcted patients,which occurred from d1 to d7 of onset in 13 cases and from d8 to d14 in 8 cases.Spearman relativity analysis revieled that venous dilation was significantly related to the infarction volume and time.The venous dilatation around the lesions was significantly correlated with the infarction volume and the time of onset(P＜0.05).ConclusionSWI can quantitatively measure the phase values of intracranial venous blood and can detect venous dilation around the lesions in patients with acute cerebral infarction,which may provide alternative references for clinical noninvasive assessment of hypoxia of regional brain tissue and oxygen metabolism of partial infarction tissue in patients with cerebral infarction.
CerebralinfarctionMRISusceptibility weighted imagingBlood oxygen metabolism
n Imaging,2005,22（4）:439-450.
10.1002/jmri.20404.
2016-03-30）
（本文编辑：杨丽）
浙江省中医药管理局（20122B035）
