豆纹动脉对基底节区脑组织定量灌注的影响及预后预测效果评价

黄黎香 王绍舟 曹 宸 夏 爽*

(1.天津市第一中心医院放射科南开大学医学院，天津 300192；2.天津市第三中心医院放射科，天津 300170；3.天津市重症疾病体外生命支持重点实验室，天津 300170；4.天津市人工细胞工程技术研究中心，天津 300170；5.天津市肝胆疾病研究所，天津 300170；6.天津大学环湖医院放射科，天津 300350)

豆纹动脉(lenticulostriate artery，LSA)由大脑中动脉(middle cerebral artery，MCA)发出，是基底节区及其邻近脑区的主要血供来源，其闭塞与单发皮质下梗死(single subcortical infarction，SSI)的发生密切相关[1]。LSA管径小，常规影像学无法显示其特征，磁共振血管壁成像(vessel wall imaging，VWI)技术以各向同性的高空间分辨率提供全脑覆盖，能充分抑制脑脊液，清晰显示LSA管腔[2-4]，还可通过抑制血管腔内流动的血液信号显示血管壁。基于自校准平面回波灌注成像(self-calibrated echo planar perfusion weighted imaging, SCALE-PWI)技术可以定量评估特定区域的灌注值，有助于进一步了解SSI的发病机制。本研究中将采用VWI技术及SCALE-PWI技术，评估LSA的影像学特征以及基底节区定量灌注状态，探索腔隙性梗死(lacunar infarctions, LIs)患者小血管受累的机制及以及神经功能损伤的进展及预后的原因。

1 对象与方法

1.1 研究对象

将2018年1月至2021年1月在天津市第一中心医院接受常规头MR及VWI检查的急性缺血性脑卒中或短暂性脑缺血发作的患者作为研究对象。共 54例行VWI检查的基底节区急性LIs的患者，46例患者纳入本研究，其中 22例为预后良好组[男性16例，女性6例，平均年龄(46.91±13.46)岁，年龄20～75岁]，24例为预后不良组[男性16例，女性8例，平均年龄(52.58±11.27)岁，年龄31～69岁]。纳入标准：单侧单发基底节区LIs[即：扩散加权成像(diffusion-weighted imaging,DWI)显示直径<20 mm的腔隙灶]；同侧MCA未见明显狭窄及斑块；临床资料完整、图像质量清晰。排除标准：心源性血栓或陈旧心肌梗死；伴脑出血、肿瘤、血管炎、动脉夹层、烟雾病或脑创伤；同侧颈内动脉(internal carotid artery，ICA)或MCA-M1段管腔狭窄或闭塞。本研究经过天津市第一中心医院医学伦理委员会同意，伦理学批号(伦理审查编号为2011N103KY),所有研究对象签署知情同意书。

1.2 基线资料收集

基线数据包括年龄、性别、吸烟史，饮酒史及高血压、糖尿病、高脂血症、房颤史、冠状动脉粥样硬化性心脏病(以下简称冠心病)、既往脑卒中史、入院和出院时美国国立卫生研究院卒中量表(National Institute of Health Stroke Scale, NIHSS)，根据出院时NIHSS评分分为预后良好组(≤6分)和预后不良组(>6分)[5]。

1.3 MRI设备及检查项目

采用3.0T超导磁共振成像设备(西门子MAGNETOM Prisma公司, 德国)，64通道相控阵头颈联合线圈。扫描序列如下：(1)常规MRI序列：DWI、T1WI、T2WI、T2-FLAIR等。(2)3D 反转恢复预备可变翻转角度快速自旋回波(inversion-recovery prepared sampling perfection with application-optimized contrasts using different flip angle evolution,IR-SPACE)平扫与3D IR-SPACE增强：采用矢状位容积扫描，扫描范围自主动脉弓上缘至颅顶，覆盖颈部及颅内血管。(3)SCALE-PWI序列：重复采集50次，在第6次采集时使用高压注射器静脉注射钆喷替酸葡甲胺(拜耳公司，德国)，注射流速4 mL/s，剂量0.2 mL/kg，采集时间2.5 min，利用西门子自带程序的bookend技术得到定量PWI-脑血流量(cerebral blood flow,CBF)。(4)扫描参数见表1。

表1 MRI序列扫描参数

1.4 图像后处理及分析

LSA的视觉评估采用NeuSPIN(中国沈阳)软件将所有患者的VWI数据进行冠状位最小密度投影(minimum density projection，MinIP)重建，然后导入Syngo Via工作站(西门子公司，德国)，由一位具有6年经验的神经放射学医师在工作站上对LSA特征进行评估，获得LSA的形态特征，包括茎和分支数目、总长度和曲率。茎定义为LSA中直接起源于MCA的部分。分支被定义为起源于亲代LSA茎的子血管或没有分支的茎(单个血管)。对于长度≥5 mm的茎，当LSA在距开口5 mm内分支时，每个分支分别计数(图1)。当一支动脉在更远的位置分支时，用最长的分支来计数和测量茎。LSA曲率为实际路径长度除以线性距离[6]。随机抽取32个MCA，由同一医师在2个月后重新测量，以评估测量的一致性。

图1 LSA测量示意图

梗死面积及信号测量以DWI高信号区定义为缺血性卒中病灶区，用ITK-SNAP软件手动勾画梗死面积，自动计算梗死体积(图2)。

图2 根据ITK-SNAP软件手动勾画梗死面积

患者基底节区的配准与灌注参数测量通过刚体空间矫正进行头动监控和矫正，将原始的结构图像与标准蒙特利尔神经学研究所(Montreal Neurological Institute, MNI)模板进行非线性配准，将MNI空间下的标准供血区模板配准到个体空间中，并根据模板中所勾画的区域，对个体空间下的CBF、脑血容量(cerebral blood volume,CBV)数值进行定量测量(图3)。ITK-SNAP软件自动获得标准化分区后各区域的CBF、CBV值。

图3 基底节区的配准示意图

1.5 统计学方法

2 结果

2.1 评价者内的一致性分析

ICC检验结果表明，评价者前后两次对于LSA参数评估的观察者内一致性均较好(ICC>0.90)，详见表2。

表2 LSA数量及长度测量的一致性评估

2.2 预后良好组与预后不良组LSA特征及基底节区灌注情况的比较

预后良好组与预后不良组间患侧LSA数目、患侧LSA总长度、患侧基底节区CBF、患侧基底节区CBV比较，差异有统计学意义(P<0.05)，详见表3，图4。

表3 预后良好组与预后不良组LSA的组间差异

图4 LSA特征与基底节区灌注状态的相关性

2.3 LSA特征及基底节区灌注对预后影响的多因素分析

以预后为因变量(良好=1，不良=0)，将LSA数目和总长度、CBF、CBV及梗死体积及年龄、性别、高血压及糖尿病为自变量进行多因素Logistic回归分析。在调整了年龄、性别、高血压及糖尿病后，患侧CBV是预后的影响因素(P<0.05)，详见表4。

表4 LSA及灌注对预后的影响

2.4 患侧CBV对预后预测的效果分析

ROC曲线患侧CBV用于区分患者预后的AUC值为0.82(P<0.05)，CBV具有一定的预测能力(图5)。根据约登指数筛选预测临界值为12.49，以此为标准对样本人群进行预测(即CBV>12.49，则预后良好)，结果见表5。CBV预测患者预后良好的敏感度为81.82%，特异度为79.17%，Kappa值为0.61，预测结果与实际结果具有较高的一致性，具有临床应用价值。

图5 患侧CBV对预后预测的效果ROC曲线分析

表5 患侧CBV对预后预测的结果

3 讨论

LSA从大脑中动脉发出，为终末动脉，数量相对稳定，其走形垂直于大脑中动脉，这使得LSA供应的区域更容易受到缺血的影响，导致LIs，引起明显的临床症状[4,7-8]。由于伴随血管反应性受损[9]、血-脑脊液屏障功能障碍[10]以及氧和其他可扩散营养物质的提取效率降低[11]，相当一部分临床预后差。在存在毛细血管功能障碍或小动脉疾病的情况下，低灌注量可能损伤神经元[12-13]，在LIs的病理生理过程中起重要作用。本研究中采用SCALE-PWI定量评估LSA区域LIs患者的CBF、CBV，进而评估患者的预后不良及恶化影响因素。

3.1 LSA特征及基底节区灌注状态的关系

目前关于LSA与基底节区LIs的关系研究已开展较多[14-17]，在前期工作[18-21]中也发现了LSA的影像学特征与同侧MCA-M1斑块与基底节区LIs的相关性。关于LSA与灌注及神经功能的关系研究较少，2017年Shinohara等[22]运用3D脉冲连续动脉自旋标记法MR灌注成像研究豆纹动脉区分支动脉粥样硬化性脑梗死，发现对侧小脑半球不对称指数(交叉性小脑分裂)和弥散张量成像梗死体积与NIHSS评分显著相关。在分支动脉粥样硬化性疾病患者中，3D-动脉自旋标记灌注成像能发现交叉性小脑分裂，且与神经功能严重程度相关。这一研究从灌注层面入手，说明了豆纹动脉区的灌注情况对神经功能的严重程度的影响。本研究运用SCALE定量灌注技术，显示预后良好组与预后不良组之间患侧LSA数目、总长度及患侧基底节区的定量灌注值CBF、CBV差异有统计学意义(P<0.05)，患侧LSA数目越少，总长度越短，基底节区的脑定量灌注值越低。这提示LSA受累程度可能影响到基底节区的供血灌注情况，这些差异可以体现到定量灌注值的变化上，从而影响患者的预后。在LIs的早期阶段，小血管的内皮功能损伤可能较小，小动脉的狭窄可能会导致CBF的减少，而脑血管的自动调节在一定的脑灌注压范围内保持相对恒定的CBF。然而，随着病情的进展，发生弥漫性脑血管内皮细胞衰竭，血管壁增厚，管腔狭窄变得更加严重，最终导致这些血管失去正常的自我调节能力，这可能进一步导致组织损伤并伴随CBF和CBV减少[23-24]。本研究结果提示LSA数值与LIs严重程度呈负相关，低灌注可能起重要作用。本研究从定量的灌注值层面更加直观说明了LSA的受累情况是影响基底节区LIs预后的关键因素，而患侧基底节区LIs核心体积及定量灌注值则可作为预测预后好坏的指标之一。

3.2 LSA及基底节区灌注情况与预后的关系

Yamada等[25]运用灌注CT来定量评估豆纹动脉区域LIs患者的CBF、CBV和MTT，结果发现，在症状出现后24 h内的CT灌注扫描上，高的MTT比和低的CBF比可以预测LSA区域的进行性神经症状恶化和LIs的扩大。这一研究结果表明了LSA区域的灌注情况是如何影响神经功能的改善和LIs体积。如果来自邻近LSA的微循环侧支血流不足，初始LIs的周围区域很可能进展为脑梗死，导致神经功能恶化。本研究通过SCALE-PWI技术来量化基底节区的灌注情况，在将LSA数目和总长度、CBF、CBV及梗死体积纳入多因素逻辑回归分析之后，结果显示调整了年龄、性别、高血压及糖尿病后，患侧CBV是病情预后良好的重要指标，这也证实灌注情况会影响患者神经功能的恢复。进一步用ROC曲线进行患侧CBV对预后预测的效果分析显示，患侧CBV用于区分患者预后的AUC值为0.82，在临界值为12.49时有最佳的准确性、敏感度与特异度，提示患侧CBV对基底节区LIs患者神经功能恢复具有较高的预测价值，当患侧CBV<12.49的时候，患者预后不良。

本研究利用VWI及SCALE定量MRI灌注成像探讨了LSA特征对基底节区灌注及基底节区LIs患者的神经功能恢复与预后的关系。高血压、糖尿病及既往脑卒中史是基底节区LIs患者预后不良的影响因素；患侧LSA数目越少，总长度越短，基底节区的脑定量灌注值越低；梗死体积是卒中严重程度的预测因素；患侧基底节区的定量CBV值是预测病情预后良好的重要指标。本研究存在一定的局限性，首先，本研究样本量较小，这可能出现病例选择的偏倚。其次，主要测量MCA水平段的LSA，可能会有一些变异的LSA未测量到。未来可进一步纵向研究，以确定LSA的相关指标是否可以作为基底节区LIs严重程度的标志。