急性缺血性脑卒中的影像学应用进展

刘 敏，李晓东

(临沂市人民医院放射科，山东 临沂 276000)

目前，脑卒中在全球死亡原因中已高居第二位[1]，在中国近年来已跃升为首位死因[2]，脑卒中主要分为三大类：缺血性卒中、出血性卒中和蛛网膜下腔出血，其中急性缺血性脑卒中(acute ischemic stroke,AIS)是其最常见的类型，约占87%[3]。而在存活的脑卒中患者中，仍有20%～25%会造成严重残疾，其高发病率、高致残率、高病死率使脑卒中成为全球性公共卫生问题[4]。因此，如何早期诊断及早期治疗脑卒中患者是神经影像医师及临床医师一直关注的核心问题。而近年来，随着神经影像学技术的不断进步与发展，神经影像学诊断也不再仅局限于观察脑组织形态学上的改变，而已经迈入脑形态学与功能学相结合的综合诊断阶段，这就使AIS的诊断成像由单模式单设备成像向多模式多设备联合成像阶段转变，其在临床中的应用不仅可以使AIS的诊断更加快速和准确，还能帮助AIS患者选择合适的治疗方法以及预测卒中患者的临床结局。现就常用于临床AIS诊断及评估的CT、经颅多普勒超声(transcranial Doppler ultrasonography,TCD)、磁共振成像(magnetic resonance imaging,MRI)等影像学技术的研究进展予以综述。

1 多模式CT成像

多模式CT成像，主要包括非增强型CT(nonenhanced computed tomography,NCCT)、CT血管造影(computed tomography angiography,CTA)及CT灌注成像(computed tomography perfusion,CTP)，NCCT可以用来快速排除出血性病变；CTA则能显示是否存在大血管狭窄及其狭窄程度；CTP则可区分是否具有可挽救的脑组织，从而确定患者的再灌注治疗方案。

1.1NCCT AIS患者的影像学检查通常首选NCCT，2013年“美国卒中协会指南”有一项关于在疑似卒中患者中获得头颈部NCCT成像的Ⅰ级建议[5]。NCCT可以作为脑卒中神经影像学首选检查方法是因为其具有两个显著的优势：①NCCT具有广泛的可用性，禁忌证较少；②NCCT是一种非侵入性的快速的扫描模式，执行时间。NCCT多用来排除颅内出血，鉴别非血管性病变(如脑肿瘤)和显示AIS的早期征象。AIS早期征象主要包括动脉致密征、灰白质分界消失、岛带征、豆状核模糊，但在某些情况下这些征象并不能清楚显示，如动脉致密征仅在31%～67%的患者中存在，具有高特异性，但灵敏度(31%～79%)较低[6]，因此为AIS患者诊断提供的信息较少。

1.2CTA 在NCCT后，如果考虑血管内治疗，则需要进行无创性颅内血管成像[7-8]。头颅CTA是一种常见的辅助手段，是常规数字减影血管造影(digital subtraction angiography,DSA)的替代方案。螺旋CT可以在5 s内实现从主动脉弓到Willis环的血管显影，并通过在不同平面上重建图像，如最大密度投影等，提供与DSA相同的信息。Josephson等[9]对81例颈动脉狭窄的患者行CTA和DSA检查，结果表明CTA对颈动脉狭窄的灵敏度高达100%。除此之外，CTA还能通过测量动脉粥样硬化斑块的CT值对斑块的性质进行判断，从而进一步评估斑块的稳定程度，鉴定其主要成分，并预测斑块可能造成的风险[10]。Wintermark等[11]研究发现，入组的8例患者颈动脉斑块的高分辨率CTA结果与病理结果的对照研究显示，两者对于斑块成分的判断有较高的一致性(72.6%)。因此,CTA不仅可以提供关于颅外颈动脉和椎动脉血管以及颅内动脉狭窄程度及阻塞部位的信息，还能评估溶栓治疗预后的信息。

1.3CTP CTP最早是在1991年由Miles[12]提出，可以反映生理功能的变化，是一种功能性成像。评估中常使用平均通过时间(mean transit time,MTT)、达峰时间(time to peak,TTP)、脑血容量(cerebral blood volume,CBV)和脑血流量(cerebral blood flow,CBF)等参数，各参数的变化可以直接反映脑组织的血供情况。有文献报道，MTT图是AIS最敏感的指标，可用来确定缺血面积的大小，但CBV和CBF在区分缺血与不可逆损伤组织方面更具有特异性[13]。Wintermark等[14]收集了130例急性期(发病时间<12 h)缺血性脑卒中患者溶栓治疗前后的CTP及CTA影像学图像结果，并对其进行定量分析，结果发现累及脑组织区域的MTT>145%可用于判断缺血半暗带的存在，而CBV<2 mL/100 mg则是确定梗死区的最佳指标。高艳等[15]则对AIS患者的CTA和CTP影像学图像结果进行定性分析，发现脑组织CTP灌注的改变主要有两方面的原因：①与主要供血血管的狭窄程度有关。②与梗死组织周围侧支循环血管建立与否及多少均有关。血管侧支循环建立良好者即使主要供血血管明显狭窄或闭塞，其相应区域脑组织的CBF和CBV值仍可表现正常或稍减低，或仅见TTP和MTT的延长。因此，AIS患者在急性期进行CTA检查的基础上增加CTP检查，可进一步弥补单纯CTA检查无法直接提供的脑组织血流动力学信息，两者联合应用，从而为AIS的早期诊断、早期及时再灌注治疗方案的选择提供一种新的一站式无创检查方法。

2 TCD

TCD通常使用4个超声波窗口，包括颞窗、枕窗、下颌窗和眼窗[16]，这4个超声波窗口可以使大脑Willis环中所有的主要血管均能被探测到。TCD多在AIS的病情诊断中使用，通过检测血管内的微栓塞信号来诊断颈动脉粥样硬化病变。研究显示，43%有症状颈动脉病变可以出现微栓塞信号，而在无症状病变中微栓塞信号的出现率仅为10%[17]。另外，King和Markus[18]研究发现，在有症状的颈动脉病变患者中，微栓塞信号可用于预测单纯脑卒中和合并短暂性脑缺血发作的患者。TCD也是传统成像技术在急性颅内大血管闭塞诊断和治疗中的有益辅助。Tsivgoulis等[19]发现，TCD可以准确识别大脑中动脉(middle cerebral artery,MCA)闭塞，灵敏度和特异度≥90%。虽然TCD在识别颈动脉末端和基底动脉中的血栓与CTA(33%～75%)相比，较不敏感，但两者在检测MCA闭塞时具有相同的特异度(99%～100%)，且TCD还可以通过提供血流速度和持续栓塞的实时评估来增加CTA数据[20]。

3 多模式MRI

多模式MRI主要由弥散加权成像(diffusion weighted image,DWI)、T2液体衰减反转恢复序列(T2-fluid attenuated inversion recovery,T2-FLAIR)序列、磁共振血管造影(magentic resonance angiography,MRA)、磁共振血管壁成像(vessel wall-MRI,VW-MRI)、灌注成像(perfusion weighted imaging,PWI)及磁敏感加权成像(susceptibility weighted imaging,SWI)组成，在诊断AIS时，比CT更灵敏，更具体。DWI是反映梗死核心最敏感的序列；T2-FLAIR与DWI不匹配则可用于估计未知发作时间的卒中患者的病灶时期；MRA基本成像方法很多，包括常规MRA及需要向血管内注射造影剂的对比增强MRA；VW-MRI则在MRA的基础上，通过抑制来自相邻组织和血液的信号以突出颅内和颅外血管壁病变；PWI可以用于进一步区分梗死核心和缺血半暗带，为选择再灌注患者提供有效的信息；SWI对检测血管腔内血栓、脑组织微出血以及增多、突出静脉血管的敏感性明显优于其他序列。

3.1DWI DWI是对组织中水分子的随机扩散运动最敏感的MRI技术。通过在不同方向上施加磁场梯度，可以计算平均扩散系数或表观扩散系数，从而对这种扩散运动进行定量评估[21]。在AIS发作后的6 h内，DWI已成为检测AIS敏感性(灵敏度88%～100%)和特异性(特异度86%～100%)最高的成像技术[22]。DWI可以检测到相对较小的皮质病灶和深部或皮质下的小病灶，包括脑干或小脑中的病灶，而通常这些区域的病灶在标准的MRI序列和CT上是不可见的。通常DWI上的高信号区域描绘的是不可逆的受损脑组织，是确定梗死核心范围的良好标志，也是确定AIS患者可以进行治疗的关键特征。但AIS入院患者的梗死核心体积为70～100 mL时，即使进行再灌注治疗，其临床预后结果仍然很差(而且再通后出血的可能性更大)[23]，因此，DWI高信号范围较大的AIS患者应禁止行溶栓或血管内治疗，特别是超过治疗时间窗时(AIS发作>4.5 h)。

3.2T2-FLAIR序列 T2-FLAIR成像结合了重T2加权和脑脊液抑制技术，在检测缺血性病变方面明显优于传统T2加权成像。在AIS的超急性期内，血管源性水肿和细胞毒性水肿不是同时存在的，DWI可在发作后的数分钟内就能检测到细胞毒性水肿，而血管源性水肿增加缓慢，这就导致T2信号逐渐升高，与症状发作的时间显著相关[24]。事实上，T2-FLAIR对亚急性缺血性脑卒中的检测更敏感，通常不用于AIS超急性期的检测，但Geraldo等[24]对6 h以内的AIS患者研究发现，在T2-FLAIR图像上无高信号病变，但在DWI上存在高信号病变，而且>90%的病灶可在症状发作后的前3 h内显示，认为可以使用DWI/T2-FLAIR不匹配来估计未知发作时间的卒中患者的病灶时期，并识别可能受益于静脉或动脉内再灌注治疗的患者。除此之外，Cosnard等[25]研究还发现，T2-FLAIR上患侧大脑半球脑沟、脑裂内存在迂曲走行的高信号血管，将其命名为高信号的血管征，并认为高信号的血管征形成的主要机制与血管内血栓的形成有关。但Karadeli等[26]则发现高信号血管征的形成与软脑膜侧支循环缓慢流动的血液有关，认为其可以作为评估侧支循环的标志。Miura等[27]研究也发现高信号的血管征与侧支血流有关，常提示AIS患者预后良好，且有助于临床医师选择适合血管内治疗的患者。

3.3MRA MRA可为AIS患者的初步评估和再灌注治疗结果的评估提供重要信息。3D MRA即为常规MRA，可以确定大血管阻塞的位置及狭窄程度。常规增强MRA则可进一步评估狭窄血管远端分支情况，帮助了解侧支血管代偿情况及血流动力学状态，但需注射对比剂。虽然4D MRA的初步使用也需要注射对比剂，但现在已经开发了非对比增强序列，如4D动脉自旋标记MRA和4D 时间飞跃法MRA，从而避免了使用对比剂可能产生的任何潜在并发症[28-29]。Iryo等[30]研究发现，对比增强型和非对比增强型4D MRA均可以将侧支循环的程度量化到与被认为是金标准的DSA相当的程度。因此，4D MRA准确确定侧支循环血流量的能力可以帮助指导AIS的治疗。此外，4D MRA还被证明可以更好地检测血栓栓塞的程度和任何顺行流过的血栓栓塞，这两者均与给药后的血栓溶解后再通率增加有关[31]。

3.4VW-MRI VW-MR可以实现颅外和颅内血管系统的高分辨率成像，帮助识别先前隐匿的病变或可能预示病情进一步恶化的病变特征。该成像方案包括MRA和多个增强MRI序列，可以抑制来自相邻组织和血液的信号以突出颅内和颅外血管的VW病变，提供大量MRA序列和其他管腔成像技术无法实现的新的信息。VW-MRI开始主要用于颅外颈动脉分叉处斑块的成像，并且在检测不稳定斑块的特征方面，如斑块内出血(intraplaque hemorrhage,IPH)已经取得了极大的成功[32](在病理学上已被证实)。在VW-MRI上，IPH和富含脂质的坏死核心(lipid-rich necrotic core,LRNC)在T1加权成像上均为高信号，所以在T1加权成像上难以区分这两种成分，但IPH在时间飞跃法MRA图像上是高信号，而LRNC在时间飞跃法MRA图像上却是等信号，而且脂肪饱和序列也可以用于饱和LRNC信号，因此可以区分两者[33]。随着技术发展，研究人员又开发了3D磁化准备快速采集梯度回波(magnetization ready to quickly acquire gradient echoes,MPRAGE)序列，进一步提高了IPH检测的敏感性和特异性[34]。由于MPRAGE序列易受运动和血液流动相关伪影的影响，研究者开发了电影MPRAGE和径向采集MPRAGE，可以容易地将IPH与伪影相区分[35]。Gupta等[36]的一项Meta分析发现，在MPRAGE上阳性的IPH患者未来发生卒中的风险将增加。Brinjikji等[32]研究表明，IPH是短暂性脑缺血发作或非重度狭窄卒中的独立危险因素。此外，Mono等[37]还发现LRNC百分比较高的患者病变血管会发生进行性狭窄。 在颅外颈动脉研究趋于成熟后，VW-MRI开始用于颅内血管。颅内动脉粥样硬化斑块来源的卒中之前经常被低估，但随着VW-MRI在颅内血管的应用，识别病变变得更加容易。Natori等[38]对18例MCA型AIS患者行VW-MRI，发现其中17例(94%)患者的管壁增厚，提示MCA存在斑块，而在这些患者的MRA中仅有1例(5.9%)显示出>50%的狭窄。Havenon等[39]还经VW-MRI上发现了一个在常规MRI、MRA、CTA和DSA均未发现的症状性非狭窄性颅内动脉粥样硬化斑块。所以，VW-MR成像的普及将更有利于AIS患者的病因诊断。

3.5PWI PWI主要分为两种技术：动态磁敏感对比增强(dynamic susceptibility contrast-enhanced,DSC)和动脉自旋标记(arterial spin labeling,ASL)。DSC技术是基于顺磁性血管内造影剂通过大脑血管时，T2*WI上非线性的信号缺失[16]，通过示踪这种信号变化形成血流动力学的时间-信号强度曲线，在经后处理生成半定量灌注图，即CBV、CBF、TTP(包括Tmax)和MTT等。PWI/DWI可以用来区分梗死核心和缺血半暗带。不可逆的梗死核心显示为CBV、CBF降低，MTT/Tmax增加；DWI高信号范围(梗死核心)和MTT/TTP延长或Tmax延长的范围之差即为缺血半暗带。PWI-DWI不匹配>20%的错配已被用作一些临床试验的纳入标准，并且在临床实践中也被认为是即使超过时间窗，但仍可以进行机械性取栓的标准。Chen等[40]研究发现，DSC通过MRI后处理技术还可以直接反映包括三级侧支循环在内的缺血脑组织周围侧支循环情况。

动脉自旋标记是一种无创性且不依赖造影剂的灌注功能成像。目前最新发现的假连续脉冲ASL可有效克服既往ASL技术中图像采集受磁敏感干扰的缺点，提高信噪比。ASL可以量化区域性CBF，Bokkers等[41]研究表明，采用3D-ASL技术获得的CBF值与PET结果具有较好的一致性。Zhang等[42]认为ASL能较准确地反映缺血梗死区域的低灌注状态。Wang等[43]发现，与DSC相比ASL能更敏感地显示脑卒中再灌注改变。Lou等[44]研究还发现ASL-CBV图上梗死周围侧支循环评分越高，临床预后越好。

3.6SWI SWI是一个通过将长回波时间、高分辨率、完全速度补偿、射频脉冲扰相与其梯度回波T2*WI技术相结合而新近发展起来的成像技术，利用组织间磁敏感差异和血氧水平依赖效应成像对静脉及血液代谢产物(如脱氧血红蛋白、正铁血红蛋白、含铁血黄素)、铁质沉积等顺磁性物质非常敏感。目前，SWI序列上出现的磁敏感血管征(magnetically sensitive vascular sign,SVS)，不对称血管征(asymmetric vascular sign,AVS)及微出血已被用于评估卒中严重程度，治疗反应及预后。SWI同样可用于检测溶栓后出血转化(hemorrhagic transformation,HT)的发生。

SVS是指AIS患者在T2*WI或SWI上，主要闭塞血管走行范围内出现的低信号。Flacke等[45]最先利用1.5 T的MRI在AIS患者中行T2*WI检查，发现在MCA的闭塞部位存在低信号血栓，并将这个征象命名SVS。之后，Yamamoto等[46]对95例发病24 h内AIS患者SWI上的SVS征分析，发现心源性卒中显示的SVS主要是红色血栓，而大动脉粥样硬化型卒中显示的SVS以白色血栓为主，由于红色血栓内脱氧血红蛋白水平高于白色血栓，所以心源性卒中显示SVS的阳性率(77.5%)明显高于大动脉粥样硬化亚型患者(25.5%)，Logistic回归分析提示SVS是诊断心源性卒中的可靠预测因子。因此，SWI可提供快速、准确的急性血栓性闭塞的检测信息。

AVS是指在AIS患者的患侧大脑半球皮质和(或)髓质区域中较健侧出现的不对称的显著扩张的低信号血管，其可以反映缺血脑组织中氧摄取分数增加和脑血流减少导致的脑静脉和毛细血管血液中脱氧血红蛋白水平的增高。Morita等[47]对45例AIS 患者的T2*WI出现研究发现，在患侧大脑半球皮/髓质区域较健侧存在多个低信号血管，并将其命名为不对称皮质静脉征(asymmetrical cortical vein sign,ACVS)和不对称髓质静脉征(asymmetrical medullary vein sign,AMVS)或毛刷征。Huang等[48]对44例发病48 h以内的AIS患者发现其中15例(34.1%)出现ACVS，而且ACVS与HT、水肿、神经功能恶化/改善及临床预后均无关。而Sun等[49]研究结果虽也表明ACVS出现频率较低(6.8%)，但后续研究发现ACVS的出现与早期神经功能恶化及临床结果不佳有关，这与Huang等[48]的研究结果相反。Terasawa等[50]对36例3 h内进行静脉溶栓的AIS患者行SWI检查，结果表明在静脉溶栓治疗前，存在毛刷征的患者出现HT的概率明显高于不存在毛刷征的AIS患者，因此毛刷征可用来预测HT的发生。目前，同时评估ACVS及AMVS的研究较少，Payabvash等[51]对173例症状发作24 h内的AIS患者行SWI检查，发现ACVS和AMVS与较大的梗死体积(定量测量)和动脉闭塞之间存在小而显著的相关性，但两者与症状的严重程度、90 d后的临床结局均无显著相关性。Yu等[52]对124例发病时间3 d内的急性MCA卒中患者进行分析，也发现ACVS和AMVS与MCA狭窄闭塞状态和梗死体积[DWI-ASPECTS评分(Alberta stroke program early CT score)]相关，但仅ACVS与卒中严重程度和预后不良无关，AMVS被证明与卒中严重程度和预后不良有关。除此之外，Park等[53]研究发现，SWI-DWI不匹配患者可以在再灌注治疗后获益，认为AVS的出现也与存在缺血半暗带有关。因此，AVS标志可以作为AIS一种支持性的诊断性影像学发现。

T2*WI和SWI对检测慢性微出血及HT的发生也非常敏感。Charidimou等[54]的Meta分析发现慢性微出血可能会增加静脉溶栓治疗后症状性颅内出血的风险，但目前而言，存在微出血尚不能作为排除溶栓的证据，需要考虑慢性微出血存在的数量及位置等，尚需进一步的研究。AIS治疗后HT的早期检测也至关重要，Tsivgoulis等[55]研究表明与CT、常规MRI、DWI及T2WI相比，SWI对脑梗死早期HT的检出更为敏感，且可以区分不同类型的HT。

4 小 结

在临床实践中常用于诊断AIS的影像学技术多种多样，包括多模式CT成像、多模式MRI、TCD等，多模式CT检查容易执行、扫描速度快，在紧急情况下可以立即使用。多模式MRI检查虽然需要更长的扫描时间，但MRI的结果更准确，而且其最重要的优点是无辐射。而作为CT、MRI补充的TCD则可对AIS患者的血流动力学进行实时监测，动态评估其状态。因此，针对AIS诊断及预后评估的未来影像学发展，需要多设备多模式联合成像，互相取长补短，才能更好地为AIS患者的诊断、治疗及预后提供更多有价值的信息。