CT 灌注成像定量评估烟雾病手术疗效的初步研究

韦丹 赵静 江利 黄颖倩 谢焱钊 梁丰 林丽萍 李新春

烟雾病（moyamoya disease，MMD）是以双侧颈内动脉末端及大脑前动脉、大脑中动脉起始部慢性进行性狭窄或闭塞为特征，并继发颅底异常血管网形成的一种脑血管疾病［1，2］。MMD 目前病因不明，可能由脑动脉先天发育不良引起，导致脑血流灌注严重受损，并导致复发性缺血和/或出血性中风［3-5］。2012 年日本MMD 诊疗指南指出烟雾病患者行血管重建术能改善血流动力学，增加局部脑组织血供，血管重建术亦能有效预防烟雾病患者中风。MMD 患者行血管重建术后的影像学评价方法主要有CT 脑血管成像（CT angiography，CTA）、MR 脑血管成像（MR angiography，MRA）、DSA、CT 脑灌注成像及MR 脑灌注成像等，脑血管成像及DSA 检查只能评价手术后血管及侧支血管是否通畅及再生情况，无法评价脑实质血流灌注情况，MRI检查时间较长，且受呼吸机、心电监护仪、颅内金属插管等限制，部分患者不宜行MRI。

随着CT 灌注成像（CT perfusion imaging，CTP）和一站式CTP 技术（NCCT-CTA-CTP）的问世，CT 在烟雾病患者术前及术后脑血流动力学变化评估方面的实用性已明显增强，与PET、SPECT 和MRI 相比，具有检查速度快、半定量、参考价值高等特点［6-9］，对患者来说，是一种无创、相对安全的检查方法。采用一站式CTP 技术进行定量分析。选取行颞浅动脉-大脑中动脉搭桥术（superficial temporal arterymiddle cerebral artery bypass，STA-MCA）的患者，对术前和术后的CTP 参数进行分析，探讨CTP 在烟雾病行STA-MCA 后颅脑灌注改变情况，评价手术效果。

资料与方法

1.一般资料

回顾性收集2016 年1 月～2020 年1 月临床确诊为烟雾病并行搭桥手术的患者31 例（44 个大脑半球），男20 例，女11 例，平均（33±14）岁，年龄范围6～53 岁。行双侧搭桥手术患者13 例，单侧18 例，术前、术后均行CTP 检查，共44 侧（44 个大脑半球）。具体纳入标准如下：（1）均符合《2012年烟雾病（Willis 环自发性闭塞）诊断治疗指南（日本）的解读》［5］中相关诊断标准，均经全脑血管造影（digital substraction angiography，DSA）确诊；（2）均行颞浅动脉-大脑中动脉搭桥手术；（3）术前和术后均行一站式CTP；（4）临床资料完整（包括Suziki 分级和Matsushima 分型），复查DSA，评价搭桥血管通畅情况及侧支循环的代偿情况。排除标准：（1）CTP 源图像伪影较明显，影响CTP 结果评价（n=2）。（2）术前CTP 大面积脑出血，影响数据定量评估（n=3）。

2.一站式CTP 检查

采用Canon 320 排640 层螺旋CT（Aquilion ONE，Toshiba Medical Systems）行动态容积全脑NCCT-CTA-CTP 检查：在肘静脉埋置18 G 静脉留置针，采用双通道高压注射器，将40 ml 非离子对比剂（碘普罗胺，370 mg I/ml，拜耳）注入肘静脉，流率为5 ml/s，后续以30 ml 生理盐水冲管；扫描参数：80 kV，150 mAs，层厚0.5 mm，延迟7 s 开始扫描，11～34 s 为动脉期扫描，间隔时间为2 s，37～60 s为静脉期扫描，间隔时间为5 s，扫描总时间60 s，覆盖范围16 cm，平均有效剂量：5.25 mSv。

3.一站式CTP 图像后处理和灌注参数分析

NCCT 图像分析:术前NCCT 图像分析脑实质的密度变化，有无脑梗死、脑出血、脑软化、脑萎缩等改变。术后NCCT 图像分析手术前后病灶密度、范围的变化。

CTA 图像分析:CTA 后处理的VR 图像以及MIP 图像能够多角度清楚的显示颅内血管的解剖结构、MMD 病侧侧支血管和累及范围。除了烟雾病的情况，CTA 图像最主要是对术后搭桥血管的分析，吻合口是否通畅。本研究纳入所有患者搭桥术后，CTA 显示所有的搭桥血管未见明确狭窄或闭塞。

CTP 图像后处理和定量分析:采用后处理工作站灌注软件（Vital Images VES Client 6.9.2，Vital Images，Minnetonka，MN）对动态容积灌注图像行后处理。手动选择输入动脉和输出静脉，选择基底动脉为输入动脉，上矢状窦或直窦为输出静脉，由分析软件自动获得兴趣区的时间－密度曲线，利用SVD+去卷积算法生成灌注参数图，包括脑血容量（cerebral blood volume，CBV）、脑血流量（cerebral blood flow，CBF）、平均通过时间（mean transit time，MTT）、达峰时间（time to peak，TTP）及延迟达峰时间（delay time to peak，Delay－TTP）。每个灌注参数图层厚为5 mm。

在灌注图像上自动及手动绘制兴趣区（region of interest，ROI），尽量避开梗死灶、出血灶、苍白球钙化灶、手术后术区硬膜下积液、积血、积气等区域。手动绘制脑白质ROI，放置在基底节至放射冠连续4 个层面的脑白质区域（大脑中动脉供血区域），自动及手动绘制脑皮质ROI，放置在基底节至放射冠连续4 个层面的脑皮质区域（大脑中动脉供血区域），取各参数平均值。数据均由两名经验丰富的神经影像诊断医师采用盲法独立完成测量（图1～4）。

4.统计分析

数据分析采用统计软件SPSS 20.0 进行统计分析。使用重复测量的方差分析确定大脑皮层和白质在搭桥术前后的纵向灌注改变。数据用平均值±标准差表示。P＜0.05 为差异有统计学意义。

结果

1.临床资料、NCCT 和CTA 结果

31 例患者中缺血型15 例，出血型16 例。术前NCCT 提示脑梗死或软化灶者21 例，NCCT 阴性10 例，其中2 例术前NCCT 阴性，术后7 d 新发梗死灶，3 例术后梗死灶范围较术前扩大，1 例术后新发脑出血。其中CTA 发现MMD 合并动脉瘤3 例。手术前Suziki 分期：3 期19 例，2 期11 例，1期1 例；术前Matsushima 分型：6 型16 例，3 型12例，2 型3 例。纳入患者的临床资料见表1。

2.手术前后CTP 灌注指标的变化（图1、2）

脑白质区灌注改变：大脑白质区TTP 和Delay－TTP 值术后明显降低，TTP 值从术前的（15.13±4.72）s降至（12.99±2.42）s（P=0.007），Delay－TTP值从术前的（4.11±2.21）s 降至（3.22±1.50）s（P=0.024）。CBV 值从术前的（2.74±0.90）ml/100 mg下降至术后的（2.38±0.67）ml/100 mg（P＜0.001）。MTT 值从术前的（4.37±0.94）s 稍下降至（4.02±0.73）s（P=0.022）。CBF 值亦呈明显下降趋势，从（38.08±10.24）ml/100 mg·min 下降至（36.66±9.08）ml/100 mg·min，但其变化无统计学意义。

脑灰质区灌注改变：大脑皮层的灌注值变化与大脑白质近似，大脑皮层TTP 和Delay－TTP 值术后明显降低，TTP 值从术前的（14.34±4.68）s降至（11.81±2.51）s（P=0.003），Delay－TTP 值从术前的（3.45± 2.40）s 降至（2.40±1.29）s（P=0.012）。MTT值、CBF 值和CBV 值也稍有变化，但其变化无统计学意义。MTT 值从术前的（4.38±0.90）s 降至（4.07±0.60）s。CBF 值从术前（49.24±12.50）ml/100 mg·min 升至（49.78±10.95）ml/100 mg·min（P=0.004）。CBV 值从（3.49±0.76）ml/100 mg 下降至（3.29±0.62）ml/100 mg。纳入患者的脑白质及脑皮质CTP 灌注参数见表2。

表1 入组患者的临床和影像资料（n=31）

脑灌注变化的时间阈值：在31 例（44 个大脑半球）患者中，将35 组数据作为长期点（手术后行NCCT-CTA-CTP 检查时间范围为3 个月～3 年）进行测量。计算术后与术前各CTP 灌注参数的比值，观察其随时间的变化。然而，术后第3.5 个月、7 个月、11 个月、16 个月、24 个月、32 个月和36个月的时间点分别只有一个样本。纳入28 组数据（3 个月:7 个样本；4 个月:4 个样本；5 个月:4 个样本；6 个月:3 个样本；8 个月:3 个样本；12 个月:7个样本）进行长期随访，并计算每个时间点各CTP灌注参数的平均值。MTT 和TTP 的变化趋势相似，CBF 和CBV 的变化趋势相似（图5）。

图1 男，47 岁，烟雾病。a)术前CTA 提示双侧颈内动脉末端及大脑前动脉、大脑中动脉起始部对称性狭窄，并继发颅底异常血管网形成；b)～f)分别是术前CTP 后处理TTP、MTT、CBF、CBV、Delay-TTP 图，与正常脑白质相比较，CBF 值稍降低，MTT、TTP、CBV、Delay-TTP值增高 图2 a)左侧脑血管搭桥术后，搭桥血管通畅，颅底异常血管网较术前减少；b)～f)与术前相比较，术后大脑白质区TTP、Delay-TTP 均呈显著降低趋势，MTT 值均略有降低，CBF、CBV 均显著降低

表2 大脑皮质及白质CTP 灌注参数变化

图3 a)术前CTA 提示双侧颈内动脉末端及大脑前动脉、大脑中动脉起始部对称性狭窄，并继发颅底异常血管网形成；b)～f)分别是术前CTP 后处理TTP、MTT、CBF、CBV、Delay－TTP 图，与正常脑皮质相比较，TTP、Delay－TTP 明显延长，MTT、CBF 轻度减低，CBV 值轻度增高图4 a)左侧脑血管搭桥术后，搭桥血管通畅，颅底异常血管网较术前减少；b)～f)与术前相比较，术后大脑皮层TTP、Delay－TTP 呈显著降低趋势，MTT 均稍降低，CBF 稍增高，CBV 稍呈下降趋势

图5 术后和术前各CTP 灌注参数比值曲线中，MTT 和TTP 的变化趋势相似，CBF 和CBV 的变化趋势相似。第3、4、5 个月时，CBF 比值大于1，MTT 比值和TTP 比值小于1。6 个月时MTT 和TTP 比值首次大于1。但MTT 比值在第8 个月时降至小于1，12 个月时略有升高，接近1。TTP 比率继续下降，第8 个月开始下降不到1。第6 个月和第8 个月时，CBF 比率小于1，但第12 个月时，CBF 比率再次大于1。CBV 值在第3 个月小于1，第4 个月增加（＞1）。在第6 个月和第8 个月时，CBV 比率小于1，但在第12 个月时又增加到大于1 。第3～7个月时，Delay－TTP 比值大于1，第8 个月时Delay－TTP 比值小于1

讨论

烟雾病是一种少见的脑血管疾病，其特征是在双侧颈内动脉末端及Willis 环内慢性进行性狭窄或闭塞［2］。MMD 的病程进展不定，可以是慢性或急性起病，间歇性起病及神经功能迅速下降罕见。MMD 以反复发作脑缺血或颅内出血为特征，与血流动力学改变密切相关。Suziki 分级［10］和Matsushima 分型［11］也广泛应用于临床来评价MMD的侧支循环的代偿作用及发病严重程度。

1.手术前后大脑皮层及脑白质CTP 灌注指标的变化

本研究回顾性纳入31 例MMD 患者（44 个大脑半球），通过分析其临床和NCCT-CTA-CTP 影像资料发现，与术前CTP 各参数相比，术后大脑白质区TTP 值明显降低，CBV 值及MTT 值轻度降低；术后大脑皮层的灌注值变化与大脑白质近似，大脑皮层TTP 值手术后明显降低，MTT 值、CBF 值和CBV 值也稍有变化，但其变化暂未出现统计学意义。

烟雾病患者术前CBF 值降低，MTT、TTP、CBV 值增高，提示脑实质灌注降低，这些血流动力学变化由脑灌注压降低和相关的血管舒张引起［12-16］。本研究利用CTP 评价烟雾病患者脑血流动力学手术前后变化情况，视觉评估结合定量分析CBF、CBV、TTP 和MTT 值。

2.术后大脑皮层及脑白质CTP 灌注参数随时间的演变

研究发现，与术前CTP 各灌注参数相比，术后无论是大脑白质还是皮层TTP、MTT 值均呈降低趋势，以TTP 值下降为著。TTP 和MTT 图对脑灌注改变相当敏感，TTP、MTT 值降低常代表灌注增加，提示手术后脑实质灌注较手术前好转。烟雾病是一种以慢性进行性狭窄和闭塞为特征的脑动脉血管病，脑血流供血不足，脑灌注压降低合并责任血管舒张，进而引起脑缺血和脑出血［17］。患者行STA-MCA 手术后，脑实质血供从中获益，进而TTP、MTT 值均呈显著降低［18-21］。在这项研究中发现术后脑皮质CBF 值呈上升趋势，脑白质CBF 值呈轻度下降趋势，脑皮质及脑白质CBV 值均呈下降趋势。一般来说，血运重建术的主要缺点是术后侧支循环建立延迟。Calamante 等［22］和Shimizu等［23］认为术后脑血流动力学并不是立即产生的，因为血管需要3～4 个月的时间才能发育，在这期间可能发生围手术期脑缺血。然而，本研究结果显示MMD 患者手术后脑白质CBV 值有显著的统计学差异。Ohmori 等［24］采用与人类慢性低灌注脑血管病（如MMD）更为相似的大鼠模型，评价间接旁路手术的血管生成作用，结果表明，手术21 d 后大脑皮层、蛛网膜、纤维组织之间的界限模糊，在边界区发现许多新生小血管延伸到皮质和白质。Zhao 等［25］认为，MMD 搭桥手术后3～6 个月时大脑半球的新生血管覆盖率不理想，动脉新生血管的形成基本在搭桥术后6 个月内完成，而在1 年时覆盖率明显增加。基于文献及前期研究基础，尝试寻找手术后脑灌注变化的时间阈值，研究发现颅脑的灌注在6～8 个月降到最低，而1 年左右恢复到术前水平。因此推测早期症状的改变可能与缺血皮质区毛细血管吻合有关，从而减少烟雾病代偿增生的血管负荷，为了解烟雾病搭桥术后长期灌注演变奠定基础。

本文的研究存在局限性：（1）辐射在灌注CT中，暴露是不可避免的，需要进一步研究确定是否可以减少辐射剂量，在我院进行的一站式NCCTCTA-CTP 扫描，可减少平均有效剂量。（2）病例数较少，未双盲、随机分组对统计分析会产生一定的影响。（3）患者术前及术后复查的多次CTP 图像绘制的ROI 精确度受限，因此，比较术前术后CTP图像，对ROI 进行“区域对区域”的对照测量方法，尽量减少个体差异。

一站式CTP 可评估烟雾病患者搭桥术后颅脑、搭桥血管及脑灌注的动态变化，在随访过程中，随着搭桥时间的延长，颅脑的灌注在6～8 个月降到最低，而1 年左右恢复到术前水平；从长期来看搭桥术后颅脑的灌注水平同术前水平相仿。

致谢：感谢广东省卒中学会的支持。