磁敏感加权成像突出血管征在卒中患者中的应用价值
2017-09-12贾亚南刘俊艳
贾亚南，刘俊艳
(河北医科大学第三医院 神经内科，河北 石家庄 050000)
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磁敏感加权成像突出血管征在卒中患者中的应用价值
贾亚南，刘俊艳
(河北医科大学第三医院 神经内科，河北 石家庄 050000)
急性卒中患者低灌注区域内脑组织局部血管内氧摄取率增高，导致毛细血管及静脉内脱氧血红蛋白与含氧血红蛋白比值增高。利用磁敏感加权成像对脱氧血红蛋白等顺磁性物质的敏感性，脱氧血红蛋白浓度高的血管在SWI上呈现为突出血管征(prominent vessel sign，PVS)。PVS的出现可用于评估缺血半暗带及脑灌注疗效，也预示了侧支循环建立及脑储备能力，PVS的存在也与卒中预后有一定关系。
卒中；磁敏感加权成像；突出血管征
刘俊艳，硕士生导师、二级教授。河北医科大学第三医院神经内科主任，河北省青年突出贡献专家，白求恩专家委员会常委，国家卫计委脑卒中防治委员会委员。中国卒中学会 委员，中国卒中学会脑血流和代谢分会副主委，中国医师学会委员，中国医师学会脑血管学组委员，河北省卒中学会副主委，河北省质量控制专家委员会副主委，河北省医学会神经病学分会 副主任委员。
磁敏感加权成像(susceptibility weighted imaging， SWI)是在梯度回波序列(gradient recalled echo，GRE)基础上进一步发展而来的一种新的成像技术。其利用不同脑组织磁敏感性的差异，使含铁血黄素、脱氧血红蛋白、铁沉积、钙化等顺磁性物质得以显像[1]。由此，SWI广泛应用于脑挫伤、脑卒中、脑退行性病变、脑血管畸形、颅内钙化、脑肿瘤等疾病的鉴别诊断[2-6]，尤其对于急性卒中患者，SWI可显示下述3个重要的病理学异常：①探查微出血灶和出血转化[7]；②显示低灌注区域内的突出血管征(prominent vessel sign，PVS)[8]；③检测具有血栓识别能力的磁敏感血管征(susceptibility vessel sign，SVS)[9]。本文重点论述SWI显示的PVS在急性卒中临床应用。
1 PVS的成像的原理和机制
灌注减低区域内明显的低信号血管信号影被称之为PVS。PVS的产生源自于急、慢性脑灌注不良患者经由血液动力学障碍的失代偿期，脑血管的自我调节能力不足以代偿灌注量持续降低时，脑组织代偿地增加了其自血管内氧的摄取率(oxygen extraction fraction，OEF)，通过高OEF弥补贫困灌注的不足，从而导致毛细血管及静脉血内脱氧血红蛋白与含氧血红蛋白比值增高，这种比例的变化在磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)，SWI上显示为低信号[10]，即PVS的出现。故PVS的存在说明脑血液动力学障碍进入失代偿Ⅱ期即“贫困灌注期”。
PVS最常见于患侧脑组织皮层浅表静脉分布区，也可见于急性缺血性卒中患侧大脑深静脉部位[11-12]。此外，本作者发现基底节区脑出血患者于病后6个月复查时，其SWI也可于患侧发现PVS(图1)，推测PVS的出现与患侧皮层静脉血回流受阻或脑组织代谢活跃有关。也有学者发现肺栓塞患者其颅脑SWI也存在广泛PVS，这是因为肺栓塞患者血氧饱和度降低，此时尽管OEF不增加，静脉中脱氧血红蛋白浓度也较正常高[13]。
图1 55岁中年男性，左侧基底节区出血半年后复查，SWI示：病灶侧可见PVS
2 PVS与缺血半暗带评估
急性缺血性卒中的病灶是由核心坏死区、周围的缺血半暗带、良性低灌注区及正常供血区共同组成。缺血中心坏死区与缺血半暗带是一个动态演变的病理生理过程。随着缺血时间的延长和低灌注程度的加重，中心坏死区范围会逐渐扩大，而缺血半暗带会逐渐缩小[14]。因此，及时识别和挽救缺血半暗带对于急性脑梗死患者的临床预后至关重要。
既往多利用磁共振灌注成像(perfusion weighted imaging， PWI)的平均通过时间((mean transit time， MTT)、达峰时间(time to peak， TTP)的延长及脑血流量(cerebral blood flow， CBF)与 脑血容量(cerebral blood volume， CBV)的不匹配来评估半暗带，明确脑组织低灌注区域。如临床中将PWI-DWI的不匹配区表示缺血半暗带[ 15-16]，用于评估超时溶栓或不确定发病时间患者的溶栓获益与风险。
新近研究发现，SWI所示PVS的空间分布与PWI中MTT延长的区域相似，ASPECTS-SWI与ASPECTS-PWI评分具有很强的相关性[17-18]。进一步研究表明：OEF增高与MTT的延长显著相关[19-20]，而PVS也间接提示OEF增加。因此，有学者提出，SWI-DWI也可用来评估缺血半暗带[21-24]，其与DWI-PWI相互补充，但不能替代[25]。原因是：SWI上显示的PVS仅间接地反映脑组织的代谢储备及氧代谢，但不能量化，对半暗带的评估还缺少可靠的标准化依据；除此之外，有研究发现并非PWI显示的所有低灌注区均可通过SWI检测到PVS；而SWI的优势是无需注入对比剂及图像后处理来获取图像信息，可以节省检查时间和费用，降低患者对对比剂过敏的风险，尤其适用于严重肾功不全的患者；此外，利用不同物质顺磁性强弱的差异，SWI还可以监测到血管内血栓及微出血改变，用于血管急性闭塞性疾病的诊断及出血风险评估[25-26]。
值得注意的是，有研究发现：卒中发作8小时后的患者，SWI仍可见到PVS的出现，此时，SWI-DWI的不匹配区不再代表缺血半暗带，往往代表“贫困灌注”[27]。
3 PVS与侧支循环的关系
侧支循环的开放是脑血流动力学障碍患者首要的代偿途径，卒中急性期侧支循环的建立利于缺血脑组织的再灌注。研究显示[28-30]，良好的侧支循环可有效增加半暗带面积、减少缺血中心坏死区范围，从而延长卒中救治时间窗、增加静脉溶栓和机械取栓的成功率，降低溶栓后出血转化、改善脑组织缺血缺氧状况，改善卒中预后、减少卒中复发风险。故全面、准确地评估脑侧支循环并及时进行干预治疗，对个体化治疗方案的制定至关重要。
侧支循环的常规检测方法包括血管影像学检测及灌注影像学两种。血管影像学检测方法包括经颅多普勒(transcranial doppler， TCD)、经颅彩色多普勒超声(transcranial color-coded duplex sonography， TCCS/TCCD)、磁共振血管造影(magnetic resonance angiography， MRA)、计算机断层血管造影(computed tomography angiography， CTA) 、数字减影血管造影(digital subtraction angiography， DSA)等，CTA、尤其是DSA作为血管影像学检测的金标准，虽具有敏感性及特异性高的优点，可以检测1～3级侧支循环，但均需静脉注射造影剂，且检查价格昂贵，临床使用具有一定的局限性；而MRA及TCD作为初筛检查技术，仅仅能检测一、二级侧支循环，评估敏感性相对较低，也有各自的缺陷。而灌注影像学包括CT灌注(CT perfusion， CTP)、PWI、单光子发射计算机断层成像术(single-photon emission computed tomography， SPECT)、正电子发射断层成像术(positron emission tomography， PET) 及动脉自旋标记灌注技术(arterial spin labeling， ASL)等，主要通过MTT、 TTP、 CBF、 CBV等参数评估缺血局部脑灌注情况，反映的是微动脉及毛细血管水平的侧支循环状态，缺陷是不能明确其上游动脉的来源。
新近研究表明SWI显示的PVS与侧支循环有一定相关性[26，31-32]。Verma等[26]以33例M1段急性闭塞的卒中患者作为研究对象，依据DSA所示软脑膜动脉的代偿情况将患者分为：侧支循环良好者20例，侧支循环较差者13例；比较了两组患者各自在DWI、PVS、MTT的ASPECTS评分。结果发现，侧支循环良好组患者PVS-ASPECTS评分显著高于侧支循环较差组 (4.1 vs 2.69;P=0.039)。由此认为：SWI显示的PVS显影程度与软脑膜动脉侧支开放程度有关，侧支循环好的PVS显影较少，反之亦然。而该研究中两组患者MTT-ASPECTS评分都显著低于PVS-ASPECTS(1.0 vs 3.5;P<0.001)评分，提示MTT显示的灌注不良面积大于PVS的面积。该现象在侧支循环良好个体中尤为显著，考虑其发生机制可能是良好侧支循环的建立，增加了缺血半暗带的血氧供给量，减少了脑组织对局部血管的OEF，从而使SWI显示的PVS面积小于MTT显示的灌注不良区域。然而， Park等[31-32]研究则认为，SWI显示的PVS与侧支循环良好有关。因为，良好的侧支循环可延长缺血半暗带的维持时间，减少缺血半暗带向坏死区的转化，而PVS的存在意义等同于PWI，可用来评估缺血半暗带的大小。因此，侧支循环良好者其SWI显示的PVS面积可能也更为广泛。所以，有关SWI所示PVS意义及与侧支循环的关系尚还存有争议，需要大样本研究PVS与侧支循环的相关性。
4 PVS对灌注治疗疗效的评估
PVS作为反应脑组织代谢状态的指标，对于评估治疗前后受累脑组织低灌注程度、灌注不良范围及血管再通后再灌注状态具有重要意义。脑组织得到有效再灌注治疗后，静脉中脱氧血红蛋白的浓度恢复正常，SWI显示的PVS消失[33-34]。Baik等[34]研究了19例颅内大动脉急性闭塞患者的SWI成像，以健侧静脉显影作对照，观察了再灌注治疗后患侧PVS改变与预后关系。结果显示：再灌注治疗后患侧PVS显影等同于对侧静脉者(图2)有良好的再灌注及临床预后；而灌注治疗后患侧PVS较健侧静脉少者，提示脑组织已发生不可逆损害，坏死的组织细胞代谢率减低，OEF也随之下降，从而使静脉显影较对侧减少。此时的再灌注治疗属于无效灌注，且可能造成再灌注损伤，临床预后差。因此，利用SWI显示再灌注治疗前后PVS的变化来反应脑组织的代谢状态，从而评估灌注治疗疗效，指导临床及预后评估。值得注意的是，利用PVS评估再灌注治疗效果时，应在接受治疗后尽可能短的时间内进行SWI检查，因为绝大多数患者即使不接受溶栓治疗，其PVS在发病48小时内也将自然消褪[35]。
图2 Baik等[34]观察再灌注治疗后SWI显示的PVS改变的研究中的1例患者 a.左侧颈内动脉及左侧大脑中动脉闭塞，溶栓前DWI示左侧基底节区梗死灶;b.溶栓前的SWI左侧大脑中动脉供血区可见广泛的PVS；c.左侧颈内动脉及大脑中动脉恢复再灌注，溶栓1.5小时后其DWI显示的梗死灶未进一步扩大；d.溶栓1.5小时后其SWI显示的PVS消失
5 PVS对卒中预后的预测价值
基于上述，PVS对急性缺血性卒中的临床预测价值尚存争议。一些人认为，广泛存在的PVS可能代表缺血半暗带，表示患者可挽救脑组织面积较大，静脉溶栓、机械取栓等创伤性治疗可获益，临床预后较好。Lou等[36]进行的一项回顾性队列研究表明：存在PVS-DWI不匹配的患者溶栓预后较无PVS-DWI不匹配区患者好。Payabvash等[37]以150例急性大脑中动脉闭塞患者作为研究对象，所有患者均接受标准内科治疗，且接受SWI与DWI检测，评估两者的不匹配区面积与临床预后的关系。结果显示：PVS-DWI不匹配区的存在的患者其DWI显示的病灶越小、3个月时临床预后较好。
也有学者认为，PVS的出现提示脑组织处于“贫困灌注”状态，代表脑组织的储备功能衰竭，是早期神经功能恶化、梗死灶扩大、卒中进展及不良预后的影像标志[8-9，18，27]。国外研究显示：PVS可反映脑组织低灌注的程度，无PVS的患者溶栓治疗后神经功能改善情况优于PVS出现的患者[33]。此外，新近的研究通过SWI观察急性卒中患者的深部静脉显像，发现患侧深部静脉-丘纹静脉的突出与急性卒中患者溶栓后不良预后有很强的相关性[11]。他们认为，丘纹静脉的突出是因为其脱氧血红蛋白浓度较高，反映其所引流区的脑组织处于低灌注状态，并可能与较差的侧支循环有关，使缺血半暗带持时较短，若得不到及时再灌注治疗，溶栓后可能预后不良。
然而，也有小样本研究认为PVS与临床预后无关[38]。上述研究存在着样本量小、接受SWI检查的时间不一致，患者接受的治疗措施迥异等问题，可能影响研究结论，需要大样本的RCT试验进一步研究。
综上所述，SWI显示的PVS可反应组织的代谢状态，用于评估缺血半暗带及脑灌注疗效，间接评估侧支循环开放程度，利于卒中预后评价。然而，目前有关急性卒中患者SWI显示的PVS的研究有限，有待进一步研究证实。
[1] Haacke EM， Xu Y， Cheng YC， et al. Susceptibility weighted imaging (SWI)[J]. Magn Reson Med， 2004，52(3):612-618.
[2] Tan IL， van Schijndel RA， Pouwels PJ， et al. MR venography of multiple sclerosis[J]. AJNR Am J Neuroradiol， 2000，21(6):1039-1042.
[3] Thamburaj K， Radhakrishnan VV， Thomas B， et al. Intratumoral microhemorrhages on T2*-weighted gradient-echo imaging helps differentiate vestibular schwannoma from meningioma[J]. AJNR Am J Neuroradiol， 2008，29(3):552-557.
[4] Thomas B， Somasundaram S， Thamburaj K， et al. Clinical applications of susceptibility weighted MR imaging of the brain - a pictorial review[J]. Neuroradiology， 2008，50(2):105-116.
[5] Tong KA， Ashwal S， Holshouser BA， et al. Hemorrhagic shearing lesions in children and adolescents with posttraumatic diffuse axonal injury: improved detection and initial results[J]. Radiology， 2003，227(2):332-339.
[6] Hingwala D， Kesavadas C， Thomas B， et al. Clinical utility of susceptibility-weighted imaging in vascular diseases of the brain[J]. Neurol India， 2010，58(4):602-607.
[7] Santhosh K， Kesavadas C， Thomas B， et al. Susceptibility weighted imaging: a new tool in magnetic resonance imaging of stroke[J]. Clin Radiol， 2009，64(1):74-83.
[8] Chen CY， Chen CI， Tsai FY， et al. Prominent vessel sign on susceptibility-weighted imaging in acute stroke: prediction of infarct growth and clinical outcome[J]. PLoS One， 2015，10(6):e0131118.
[9] Park MG， Yoon CH， Baik SK， et al. Susceptibility vessel sign for intra-arterial thrombus in acute posterior cerebral artery infarction[J]. J Stroke Cerebrovasc Dis， 2015，24(6):1229-1234.
[10] Kesavadas C， Santhosh K， Thomas B. Susceptibility weighted imaging in cerebral hypoperfusion-can we predict increased oxygen extraction fraction?[J]. Neuroradiology， 2010，52(11):1047-1054.
[11] Zhang X， Zhang S， Chen Q， et al. Ipsilateral prominent thalamostriate vein on susceptibility-weighted imaging predicts poor outcome after intravenous thrombolysis in acute ischemic stroke[J]. AJNR Am J Neuroradiol， 2017，38(5):875-881.
[12] Yu X， Yuan L， Jackson A， et al. Prominence of medullary veins on susceptibility-weighted images provides prognostic information in patients with subacute stroke[J]. AJNR Am J Neuroradiol， 2016，37(3):423-429.
[13] Oztoprak B. Prominent cerebral veins on susceptibility-weighted imaging (SWI) in pulmonary embolism[J]. Eur Radiol， 2017，27(7):3004-3012.
[14] 骆嵩，邓方，张颖，等.磁敏感加权成像界定卒中急性期缺血半暗带及与灌注加权成像的对照研究[J].中华神经科杂志，2014，47(10):711-715.
[15] Schaefer PW， Barak ER， Kamalian S， et al. Quantitative assessment of core/penumbra mismatch in acute stroke: CT and MR perfusion imaging are strongly correlated when sufficient brain volume is imaged[J]. Stroke， 2008，39(11):2986-2992.
[16] Kidwell CS， Alger JR， Saver JL. Beyond mismatch: evolving paradigms in imaging the ischemic penumbra with multimodal magnetic resonance imaging[J]. Stroke， 2003，34(11):2729-2735.
[17] Cheng B， Schroder N， Forkert ND， et al. Hypointense vessels detected by susceptibility-weighted imaging identifies tissue at risk of infarction in anterior circulation stroke[J]. J Neuroimaging， 2017，27(4):414-420.
[18] Luo Y， Gong Z， Zhou Y， et al. Increased susceptibility of asymmetrically prominent cortical veins correlates with misery perfusion in patients with occlusion of the middle cerebral artery[J]. Eur Radiol， 2017，27(6):2381-2390.
[19] Kamath A， Smith WS， Powers WJ， et al. Perfusion CT compared to H(2) (15)O/O (15)O PET in patients with chronic cervical carotid artery occlusion[J]. Neuroradiology， 2008，50(9):745-751.
[20] Yata K， Suzuki A， Hatazawa J， et al. Relationship between cerebral circulatory reserve and oxygen extraction fraction in patients with major cerebral artery occlusive disease: a positron emission tomography study[J]. Stroke， 2006，37(2):534-536.
[21] Kao HW， Tsai FY， Hasso AN. Predicting stroke evolution: comparison of susceptibility-weighted MR imaging with MR perfusion[J]. Eur Radiol， 2012，22(7):1397-1403.
[22] Fujioka M， Okuchi K， Iwamura A， et al. A mismatch between the abnormalities in diffusion- and susceptibility-weighted magnetic resonance imaging may represent an acute ischemic penumbra with misery perfusion[J]. J Stroke Cerebrovasc Dis， 2013，22(8):1428-1431.
[23] Wu X， Luo S， Wang Y， et al. Use of susceptibility-weighted imaging in assessing ischemic penumbra: a case report[J]. Medicine (Baltimore)， 2017，96(6):e6091.
[24] Luo S， Yang L， Wang L. Comparison of susceptibility-weighted and perfusion-weighted magnetic resonance imaging in the detection of penumbra in acute ischemic stroke[J]. J Neuroradiol， 2015，42(5):255-260.
[25] Dejobert M， Cazals X， Annan M， et al. Susceptibility-diffusion mismatch in hyperacute stroke: correlation with perfusion-diffusion mismatch and clinical outcome[J]. J Stroke Cerebrovasc Dis， 2016，25(7):1760-1766.
[26] Verma RK， Hsieh K， Gratz PP， et al. Leptomeningeal collateralization in acute ischemic stroke: impact on prominent cortical veins in susceptibility-weighted imaging[J]. Eur J Radiol， 2014，83(8):1448-1454.
[27] Sun W， Liu W， Zhang Z， et al. Asymmetrical cortical vessel sign on susceptibility-weighted imaging: a novel imaging marker for early neurological deterioration and unfavorable prognosis[J]. Eur J Neurol， 2014，21(11):1411-1418.
[28] Bang OY， Saver JL， Kim SJ， et al. Collateral flow averts hemorrhagic transformation after endovascular therapy for acute ischemic stroke[J]. Stroke， 2011，42(8):2235-2239.
[29] Liebeskind DS， Cotsonis GA， Saver JL， et al. Collaterals dramatically alter stroke risk in intracranial atherosclerosis[J]. Ann Neurol， 2011，69(6):963-974.
[30] Fanou EM， Knight J. Effect of collaterals on clinical presentation， baseline imaging， complications， and outcome in acute stroke[J]. 2015，36(12):2285-2291.
[31] Park MG， Yang TI， Oh SJ， et al. Multiple hypointense vessels on susceptibility-weighted imaging in acute ischemic stroke: surrogate marker of oxygen extraction fraction in penumbra?[J]. Cerebrovasc Dis， 2014，38(4):254-261.
[32] Park MG， Yeom JA， Baik SK， et al. Total mismatch of diffusion-weighted imaging and susceptibility-weighted imaging in patients with acute cerebral ischemia[J]. J Neuroradiol， 2017 May 31.[Epub ahead of print]
[33] Zhao G， Sun L， Wang Z， et al. Evaluation of the role of susceptibility-weighted imaging in thrombolytic therapy for acute ischemic stroke[J]. J Clin Neurosci， 2017，40:175-179.
[34] Baik SK， Choi W， Oh SJ， et al. Change in cortical vessel signs on susceptibility-weighted images after full recanalization in hyperacute ischemic stroke[J]. Cerebrovasc Dis， 2012，34(3):206-12.
[35] Kaya D， Dincer A， Yildiz ME， et al. Acute ischemic infarction defined by a region of multiple hypointense vessels on gradient-echo T2* MR imaging at 3T[J]. AJNR Am J Neuroradiol， 2009，30(6):1227-1232.
[36] Lou M， Chen Z， Wan J， et al. Susceptibility-diffusion mismatch predicts thrombolytic outcomes: a retrospective cohort study[J]. AJNR Am J Neuroradiol， 2014，35(11):2061-2067.
[37] Payabvash S， Taleb S， Benson JC， et al. Susceptibility-diffusion mismatch in middle cerebral artery territory acute ischemic stroke: clinical and imaging implications[J]. Acta Radiol， 2017，58(7):876-882.
[38] Huang P， Chen CH， Lin WC， et al. Clinical applications of susceptibility weighted imaging in patients with major stroke[J]. J Neurol， 2012，259(7):1426-1432.
Application value of prominent vessel sign on magnetic susceptibility weighted imaging in stroke
Jia Yanan， Liu Junyan
DepartmentofNeurology，theThirdHospitalofHebeiMedicalUniversity，Shijiazhuang050000，China
LiuJunyan，Email:junyanliu2003@ 163.com
In the patients with acute stroke， the oxygen extraction fraction(OEF) is increased in the hypoperfused parenchyma， resulting in an increase in the ratio of deoxygenated hemoglobin to oxygenated hemoglobin in the capillary and vein. Because Susceptibility weighted imaging(SWI) is exquisitely sensitive to paramagnetic substances， such as deoxyhemoglobin，prominent vessel sign(PVS) will appear on SWI when the concentration of deoxyhemoglobin in the veins increases. The presence of PVS can be used to assess ischemic penumbra and cerebral reperfusion therapy， and also predict the establishment of collateral circulation and brain reserve capacity. Moreover， the presence of PVS is also related to the prognosis of stroke.
stroke; susceptibility weighted imaging; prominent vessel sign
刘俊艳，Email: junyanliu2003@163.com
R743
A
1004-583X(2017)09-0737-05
10.3969/j.issn.1004-583X.2017.09.001
2017-09-04 编辑:王秋红
