急性脑卒中患者侧支循环评估方法及其应用

尚凯，李跃华

大型多中心临床试验表明，对于脑血管闭塞所导致的急性缺血性脑卒中(acute ischemic stroke，AIS)患者，采用血管内治疗方案(主要包括动脉内溶栓及取栓等)可明显提高血管再通率，改善患者神经功能缺损症状[1-3]。随着技术的进步，即使最大限度地减少从发病到血运重建的时间并最大化地开通阻塞血管，患者神经症状改善的比例并没有明显提高。部分研究将预后好的患者与预后差的患者进行比较分析后发现，侧支循环是其主导因素。良好的侧支循环有助于维持急性缺血性脑卒中患者缺血半暗带的脑组织活性，并可以一定程度上预测最终梗死体积，限制梗死核心的发展，与血管再通治疗后临床症状的改善相关联[4]。部分侧支循环良好但超过治疗时间窗的患者接受血管再通治疗仍可能使其收益[5]，而侧支循环不好的患者本身预后较差，盲目地进行血管再通治疗可能会增加其出血性转化的风险，导致更严重的神经损害[6]。Al-Ali等[7]研究认为从遗传角度来说，大约只有50%的患者倾向于形成足够的侧支循环以获得良好的临床转归，这个概念称为50%的障碍。因此在开通阻塞血管之前评估患者的侧支循环，可辅助临床治疗方案的选择，使患者最大程度获益。

脑侧支循环是指主要的供血动脉阻塞后，通过其他途径为缺血区提供血流的血管网。大脑的侧支循环一般分三级，一级侧支即Willis环，在急性缺血性脑卒中发生后最先起到代偿作用，可沟通左右两侧大脑半球及前后循环的血流，但对于有前交通动脉变异的患者，其一级侧支代偿能力将被削弱。二级侧支循环是指软脑膜动脉吻合支、眼动脉及颈内、颈外动脉循环之间的其他代偿动脉。三级侧支循环是新生血管及毛细血管，通常在缺血性脑卒中发生几天后形成。

本综述汇总了多种评估侧支循环的影像学方法，并对其优缺点进行分析总结，方便临床选择合适的评分方法进行侧支循环的评估，帮助临床决策。

1 CT评估大脑侧支循环

1.1 CT血管造影

CT血管造影(computed tomography angiography，CTA)扫描速度快、操作简便无创，价格相对便宜，对病变血管显示清楚，可进行多种后处理，如曲面重建、三维重建及最大密度投影(maximum intensity projection，MIP)等。目前主要有传统的单相CTA (single-phase CTA)和多相CTA (multiphase CTA)。

1.1.1 单相CTA

单相CTA主要通过静脉注入对比剂，当目标区域的对比剂浓度达到阈值时触发扫描，通过薄层重建后并进行多种后处理得到CTA图像。目前常用的评价方法有Tan评分。以CTA的MIP图像为基础用Tan评分[8]进行侧支循环评价简单易行，并与数字减影血管造影(digital subtraction angiography，DSA)具有中等的一致性(κ=0.5009，95%置信区间为0.0804～0.3431，P=0.4100)，但是单相CTA对侧支循环的显示受扫描时间点影响较大。过早触发CTA扫描图像采集可能会减少血管的显示、低估侧支循环；延迟触发CTA的扫描则可能高估侧支循环，因为健侧大脑半球正常血管中的对比剂排泄而显示较模糊，对比之下则会高估患侧的侧支循环[9]。这是单相CTA的缺点，目前有多相CTA可一定程度上解决该问题。

1.1.2 多相CTA

多相CTA可提供3个期相的脑血管影像，不需要复杂的算法和后处理，辐射剂量也相对较低。可运用改良ASPECTS (Alberta Stroke Program Early CT Score)侧支循环评分及软脑侧侧支评分系统对侧支循环进行评分。改良ASPECTS侧支循环评分考虑了不同部位侧支循环程度的权重。Bijoy等[10]的研究表明在预测患者临床症状改善方面，多相CTA略优于单相CTA及CT灌注(P＜0.02)。但多相CTA评估侧支循环也可能有一定误差。因为血管阻塞部位的邻近血流缓慢，以及靠近颅骨的侧支血管的迂曲等因素可能会延迟对比剂到达软脑膜侧支的时间，而造成对侧支循环的错误估计。目前对后循环的血流动力学研究较少，多相CTA尚不能用于后循环脑卒中患者的侧支循环评估。

1.2 CT灌注

CT灌注可通过对局部脑血流等参数的定量计算间接反映该部位的侧支代偿情况。CT灌注成像可分为静态灌注增强和动态灌注增强。动态CT灌注可显示脑血管中对比剂填充范围和速度的详细信息，通过后处理软件可得到多种参数，主要包括脑血容量(cerebral blood volume，CBV)、脑血流量(cerebral blood flow，CBF)、达峰时间(time to peak，TTP)和平均通过时间(mean transit time，MTT)。CBV、CBF及TTP和CBF均降低提示梗死核心区；CBF和CBV正常，TTP延长提示缺血半暗带。较高的相对平均通过时间(relative mean transit time，rMMT)是侧支循环开放的有力证据。

4D-CTA是通过全脑灌注扫描，以CT灌注成像数据为基础，依据时间-密度曲线，融合动、静脉期时相作最大密度投影得到，可以反映对比剂从动脉到静脉期的全过程，可通过Tan评分系统和改良的ASITN/SIR侧支评分系统等进行评分。4D-CTA较普通单相CTA显示侧支循环更加全面，可反映对比剂在脑血管中的填充速度，与脑梗死面积的相关性更强，和DSA评估的侧支循环一致性较好[11-12]。van den Wijngaard等[13]的研究表明，4D-CTA评估的侧支循环差的患者脑梗死体积≥70 ml的危险性(risk ratio，1.9；95% CI：1.3～2.9)较单相CTA (risk ratio，1.4；95% CI：0.8～2.5)更显著。此外，侧支血管充盈速度对影像学结果的作用较侧支血管的灌注程度弱。因此对于侧支循环不良且充盈缓慢的患者来说，进行延迟期的成像意义不大，而侧支循环良好但充盈缓慢的患者则需延迟成像，否则易低估侧支循环代偿情况，因此延迟扫描更为重要。

CT灌注成像还可通过侧枝指数(opercular index score，OIS)指标进行侧支循环评分。OIS是对CT灌注图像中动脉内对比剂浓度达到峰值的期相进行多平面重建，得到CTA图像后进行分析得出的，其具体数值是未受影响侧大脑侧裂旁三级分支的数量与卒中侧半球的比值。OIS≤2定义为侧支丰富(fOIS)，OIS＞2定义为侧支差(pOIS)。Copelan等[14]的研究表明血管开通成功的患者中fOIS的患者临床预后优于pOSI的患者(P＜0.01)，并且是影响临床预后的独立因素。当CT灌注成像对AIS患者的梗死核心区和缺血半暗带不能判断时，OSI可作为补充。

CT灌注已用于急性缺血性脑卒中患者血管内治疗的扩窗研究。最新研究包括CRISP试验、DEFUSE 3试验、DOWN试验等[15-17]，表明基于CT灌注的灌注不匹配，对缺血脑组织血流代偿情况进行评估，筛选出影像/临床不匹配、侧支循环好、梗死核心小的患者进行取栓治疗可延长治疗时间窗，使更多的急性脑卒中患者获益。距最后正常状态6～16 h的前循环大血管闭塞患者，符合DAWN或DEFUSE-3的其他标准，推荐机械取栓术已写入美国心脏协会/美国卒中协会发布的《2018急性缺血性卒中患者早期管理指南》[18]。

CT灌注评价侧支循环方法多样，可根据具体情况选择合适的方法，但辐射剂量较大、扫描时间长，神经症状较重的患者可能难以配合。低剂量CT灌注扫描可进行一定改进，在保证图像质量的基础上降低辐射量(约40%)[19]。

2 DSA评估侧支循环

多血管DSA是判断大脑侧支循环的金标准，时间分辨率及空间分辨率高，但耗时且操作难度大，考虑到治疗时间窗有限，多血管DSA并不实用，通常以单血管DSA来代替，可观察感兴趣血管从对比剂注射至静脉期对比剂完全衰退的全过程。

目前常用的基于DSA评价脑侧支循环方法是美国介入和治疗神经放射学学会/介入放射学学会侧支循环评估系统。多个大型多中心临床对照研究中证明，该评价系统具有较好的一致性和可靠性。

毛细血管指数(capillary index score，CIS)也可用于侧支循环的评价，它首先由博吉斯医学中心急性缺血性卒中登记中心(Borgess Medical Center-Acute Ischemic Stroke Registry，BMC-AIS)提出，是基于DSA得到的，可作为急性大脑前动脉缺血性脑卒中患者开通血管治疗前评估脑灌注情况的潜在代替指标。它是在对比剂注入患侧颈总动脉后，通过前后投影的毛细管相位计算出来的。具体方法是将缺血区等分为3个区域，在脑血管造影接近毛细血管期或静脉期时，分别对每个区域进行侧支循环的评分，侧支循环正常计1分，没有侧支循环计0分，然后将3个区域的分数相加得到该区域的CIS评分。故CIS共分为4个等级，分别是0～3分。0～1分代表侧支循环差(pCIS)，2～3分代表侧支循环好(gCIS)。CIS仅用于评价颈内动脉颅内段和大脑中动脉M1段分支的动脉栓塞后侧支循环情况。毛细血管循环的存在可以看作残余活性组织的标志，毛细血管循环的缺失可能代表脑组织的不可逆损伤。IMS Ⅰ和Ⅱ亚组实验表明术前良好的CIS (fCIS)是临床症状改善的重要预测指标，CIS可作为筛选患者的指标之一。IMS Ⅲ实验的多参数回归分析表明，良好的侧支循环(fCIS)以及血管再通成功(mTICI 2b，3)才能取得良好的临床改善[20-22]。虽然CIS的预测效能还需多中心的前瞻性研究进一步验证，但由于CIS与缺血性脑卒中试验的临床结果密切相关，笔者相信CIS是一个很好的预测指标。

3 磁共振成像技术评估侧支循环

3.1 不同磁共振序列评估侧支循环

液体衰减反转恢复序列高信号血管征(fluidattenuated inversion recovery hyperintense vessels，FHV)在急性前循环缺血性脑卒中患者中很常见，是指FLAIR (fluid attenuated inversion recovery)序列中病变区附近的大脑半球脑沟或脑裂内的血管显示高信号。之前的研究认为FHV的出现是由于血管内血流缓慢，血流流空效应消失产生，但实际上其病理生理学改变是多种多样的。FHVASPECTS评分系统将大脑中动脉供血区分为7部分，先算出出现FHV的区域数量，再用总数7减去后得到FHV-ASPECTS值，可对FHV进行定量计算。Nave等[23]研究证明，在大脑中动脉M1段闭塞的急性缺血性脑卒中患者中，低FHV-ASPECTS评分(FHV-ASPECTS≤2)与良好的侧支循环及良好的远期预后(90 d mRS评分)相关，在未来或许可以指导临床决策，作为筛选患者的标准。但部分学者对FHV征的评价效能持怀疑态度，其临床应用价值需要进一步的研究证实。

磁敏感加权成像(susceptibility-weighted imaging，SWI)是利用不同组织间磁敏感性不同而成像的技术。SWI成像的关键在于磁敏感物质，对于血红蛋白的代谢物、铁质沉积、小静脉的显示十分敏感，且不需要对比剂。急性缺血性脑卒中患者在SWI序列中出现低信号血管征与其氧需求量增加有关。SWI中出现低信号血管征，而扩散加权成像(diffusion-weighted imaging，DWI)中表现为阴性，则称为SWI-DWI完全不匹配。虽然SWI-DWI完全不匹配出现的概率比较低，但该类患者通常有更好的侧支循环及预后，应进行积极的治疗[24]。对于单侧大脑中动脉闭塞且SWI-DWI不匹配的患者，可用不对称低信号征(asymmetrical prominent cortical veins，APCVs)评估预后。APCVs是指脑卒中患者在SWI序列上灌注减低区内出现的与健侧相比极明显的低信号，主要由该区域内引流静脉增多增粗引起。APCVs出现的越少，其大脑中动脉的狭窄程度越小，治疗后临床症状的改善可能更好，可在一定程度上反映其侧支循环，但仍需要进一步研究[25]。

3.2 磁共振血管成像

动态增强磁共振血管成像(dynamic magnetic resonance angiography，dMRA)是评估急性缺血性脑卒中患者脑血流动力学和侧支循环的快速可靠的方法。将ASITN/SIR量表用于dMRA侧支循环评估与卒中梗死核心及其低灌注状态有较好的相关性，说明dMRA可作为侧支循环评估的替代指标[26]。且dMRA能够在90 s内获得血流动力学信息，获取的图像不需要进行复杂的后处理，使用最大密度投影即可进行评估。Jiang等[27]利用dMRA对卒中侧和健侧大脑半球的软脑膜凸面侧支和大脑侧裂旁侧支分别进行对比评估，并分为5个等级：1，无侧支；2，与健侧比较少侧支；3，与健侧相仿；4，与健侧比较多侧支；5，侧支丰富；发现软脑膜凸面侧支丰富者临床预后更好，而大脑侧裂旁侧支状态与良好的预后无明显相关性。良好的软脑膜凸面侧支可以保护闭塞动脉供血区的脑血流量，维持缺血半暗带的灌注并保护远端脑组织。

3.3 磁共振灌注成像

磁共振灌注成像(MR perfusion，MRP)技术主要分为两类，一种使用外源性示踪剂，即对比剂首过磁共振灌注成像法，以动态磁敏感对比增强灌注成像(dynamic susceptibility contrast-enhanced magnetic resonance perfusion，DSC-MRP)最常用。另一种使用内源性示踪剂，即利用动脉血中的氢质子进行成像。

DSC-MRP通过静脉注射对比剂(钆剂)后采用梯度回波和回波平面成像技术进行成像。有研究指出，DSC-MRP源数据生成的侧支循环图对侧支循环进行评估可靠性较高，与DSA有较好的一致性(K=0.70，P＜0.05)，且与患者的良好临床预后(90 d改良Rankin评分≤2分)显著相关(P＜0.001)，无论患者是否已取得早期再灌注。但当DSC-MRP与DSA不匹配时，DSC-MRP评价系统比DSA在一定程度上高估侧支循环情况[28]。此外，Lee等[29]创建的由MRP分析出的达峰时间参数Tmax (deconvoluted time to peak)模型对侧支循环评估也有较高的准确性，其主要参数是Tmax比例(ProportionTmaxstrata=VolumeTmaxstrata/VolumeTmax≥2s)，用于表示低灌注区域的分布情况。间隔2 s或4 s对Tmax进行分组，当Tmax＞16 s时，各组的Tmax比例在侧支循环不良组中较大，差异具有统计学意义，可用于评估侧支循环，即达峰时间超过16 s的区域越大，说明其侧支循环情况越差。该参数可由普通MRP图像数据得到，方便应用于临床实践。

动脉自旋标记(arterial spin labeling，ASL)是一种定量的磁共振成像技术，使用血液作为内源性对比剂来评估脑灌注，可将低灌注区的线样高信号识别为侧支循环(ASL collaterals，ASLcs)进行评估。其优点是扫描时间相对较短(4～6 min)，可以定量计算脑血流量获得CBF图谱，反映脑灌注情况，对血脑屏障破坏敏感性低，无电离辐射危害，不需要使用外源性对比剂(可用于赌博剂过敏者及肾功能不全者)。有研究表明，出现ASLcs征象的急性脑卒中患者神经症状的改善较没有出现者明显[30]。

三维伪连续动脉自旋标记磁共振成像(threedimensional pseudo-continuous arterial spinlabeling，3D pCASL)相对于普通ASL成像提高了信噪比及标记效率。3D pCASL联合多重后标记延迟(multiple post-labeling delays，PLD)可用于急性缺血性脑卒中患者的脑血流评估[31]。与具有单一延迟的ASL相比，具有多重后标记延迟的3D pCASL通过一系列的动态图像更清楚地显示急性卒中患者侧支血流情况，并可以计算CBF、CBV和动脉通过时间(arterial transit time，ATT)等参数对侧支进行定量评估。由CBV评估的软脑膜血流灌注分数与急性大脑中动脉缺血性脑卒中患者血管内治疗后的良好预后相关。

4 经颅多普勒

经颅多普勒(transcranial doppler，TCD)检查无创，操作简单，经济实惠。可直接测量血流速度，判断血流动力学，可用于前交通动脉、后交通动脉、眼动脉软脑膜动脉等一、二级侧支的评估。TCD可测量脑血管储备(cerebrovascular reserve，CVR)，多数学者认为 CVR 的受损是脑卒中的独立危险因素。TCD还可探测出大脑动脉高度狭窄或闭塞患者同侧大脑前动脉或大脑后动脉平均血流速度增加，此现象被称为血流转向(flow diversion，FD)，FD被认为是软脑膜侧支循环存在的间接证据，且与CTA及DSA软脑膜侧支循环结果相关性较好[32]。但TCD检查受检查者水平影响较大，且颅骨等会干扰血管情况的观察，目前主要用于脑血管疾病的初筛或随访检查。

综上所述，侧支循环与缺血性脑卒中患者治疗方案的选择及临床预后密切相关。多种影像成像技术均可用于评估脑血管闭塞导致的缺血性脑卒中患者侧支循环评估。《2018急性缺血性卒中患者早期管理指南》[18]指出，对于一些经筛查的前循环大血管闭塞的急性缺血性卒中患者，如果最后正常状态在6～24 h内，推荐进行头颅CT灌注成像、MRI加权扩散或灌注加权成像，帮助筛选适合机械取栓的患者。可以根据患者的不同情况，选择相对适宜的评估方法。目前部分影像学手段评估侧支循环不能定量，受主观因素影响较大，CT及MR灌注成像虽然可一定程度上定量分析，但扫描时间较长，需要相对复杂的处理，临床尚未广泛应用。未来应该进一步优化侧支循环评估方法，做到量化侧支循环并简化操作步骤和后处理，为临床决策提供价值更大的信息，指导治疗方案的选择。