重视脑血流和代谢检查在缺血性脑血管病诊断治疗中的价值

卢 洁

(1.首都医科大学宣武医院放射与核医学科，北京 100053；2.磁共振成像脑信息学北京市重点实验室，北京 100053)

缺血性脑血管病具有高发病率、高致残率及高死亡率，其在我国的发病率居世界首位，是成人死亡的第一位原因，致残率高达70%～80%，严重危害国民生命与健康，早诊断、早评估缺血性脑血管病，以实现早治疗、早康复，降低致残率和致死率，是当前研究热点[1]。缺血性脑血管病所致脑血流及代谢异常通常早于形态学异常，而其恶化、进展与临床预后密切相关。近年来CT、MRI及PET等影像学技术迅速发展，可获取脑血管结构及脑组织血流、代谢等综合信息，现已成为无创、精准评估缺血性脑血管病的重要手段。了解相关影像学检查的独特价值，针对实际情况合理选择影像学手段、制定个体化治疗方案对于临床至关重要。

1 影像学综合评估脑血流及代谢状态

评估脑血流及代谢主要针对脑血管结构储备(侧支循环)、脑组织血流储备(小血管、毛细血管)及代谢储备(葡萄糖代谢、氧代谢)。可通过直接法(血管结构评估)和间接法(灌注功能评估)两种方式测定颅内外动脉侧支循环开放程度。评估脑血流指标包括脑血流量(cerebral blood flow, CBF)、脑血容量(cerebral blood volume, CBV)、达峰时间(time to peak, TTP)及平均通过时间(mean transit time, MTT)等。脑代谢分为葡萄糖代谢及氧代谢，葡萄糖代谢率(cerebral metabolic rate of glucose, CMRGlc)反映神经元代谢活跃程度；脑氧代谢率(cerebral metabolic rate of oxygen, CMRO2)和氧摄取分数(oxygen extraction fraction, OEF)则为脑氧代谢的重要参数。

无创评估脑血流及代谢的影像学手段包括经颅多普勒超声(transcranial Doppler, TCD)、CT、MRI、SPECT和PET等[2]，各有其优缺点。TCD可用于床旁检查，连续进行多次重复检测，适用于早期筛查和监测疗效；CT成像包括平扫CT、CT血管成像(CT angiography, CTA)、CT灌注(CT perfusion, CTP)及氙CT等，成像快速，可为个体化诊疗急性期患者提供重要影像学依据。MRI具有分辨率高、无辐射等优势，多序列成像能够提供脑血流与代谢的多参数信息。SPECT和PET均可进行脑血流灌注显像，PET还可获得全脑或局部CMRGlc测量值，是定量测量CBF及脑代谢的金标准。作为近年新兴的分子影像学技术，一体化PET/MR可经一次检查完成MR和PET同步扫描并实现两种图像的精准融合，进而获得相同生理状态下脑侧支循环、血流及代谢等综合信息。

2 CT便捷评估脑血流状态

CT是评估缺血性脑血管病血流异常的一线检查手段，简单、快速，临床应用广泛。CTA可直接显示Willis环的交通动脉代偿(初级侧支循环)、颅内外动脉和软脑膜动脉代偿(次级侧支循环)及新生血管形成的侧支循环。由于颅内小血管侧支循环血流速度低、显影延迟，单期CTA易低估侧支循环开放程度。多期CTA仅需一次注射对比剂而完成3次及以上扫描，实现包括动脉期、静脉早期及静脉晚期在内的多期相血管成像，更全面地显示软脑膜侧支分布范围[3]。CTP可提供CBF、CBV、TTP及MTT等多种血流灌注参数，为临床诊疗提供客观的影像学依据[4-5]。“一站式”CT检查方案能够在15 min内完成CT平扫、CTP、CTA联合扫描，获得脑血流灌注及供血动脉的全面信息。利用人工智能脑灌注分析软件，可于5～7 min自动生成定量数据，准确计算梗死核心和缺血半暗带体积，提高影像评估效率，助力临床制定决策，已越来越多地用于建设脑卒中中心的影像单元[6-7]。

3 MRI提供脑血流和代谢多参数信息

MRI无电离辐射，适用于随访观察；联合应用MR血管成像(MR angiography, MRA)、动态磁敏感对比增强(dynamic susceptibility contrast, DSC)成像、动脉自旋标记(arterial spin labeling, ASL)、血氧水平依赖(blood oxygenation level-dependent, BOLD)成像及OEF序列，可获得多参数信息。根据DSC所示脑灌注信息，可采用动脉远端逆向血流充盈度间接评估小血管侧支开放程度，且评估结果与金标准DSA高度一致，由此实现早期预估临床预后，并建立脑血管病影像学分期标准，有助于临床筛查高危患者[8-9]。ASL是无创、无需对比剂的脑灌注成像方法，不仅能评价脑血流灌注，还可显示因血流速度减缓、到达时间延迟所致的动脉通过伪影，进而反映侧支循环代偿状态[10-11]。血管选择性ASL可显示特定供血区血流灌注分布情况，且与DSA结果具有良好一致性[12]。基于ASL的4D-MRA时间和空间分辨率高，能实现血管特异性可视化、真实反映自然生理血流动力学状况，显示外周动脉效果相比时间飞跃法(time of flight, TOF)-MRA更好[13]。BOLD可根据氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白的磁化矢量的差异间接测量脑活动，且测量结果与负荷试验结果显著相关[14]。OEF指血液流经毛细血管床后被组织摄取氧的百分比，可在个体水平定量人脑组织氧利用率与氧传递率的比值，从而直接反映脑组织能量代谢活跃程度，揭示脑功能活动的氧分子代谢机制，故OEF序列成像可用于定量评估脑氧代谢水平[15]。YIN等[16]研发的OEF动态成像新序列能够显著提高采集时间分辨率，可利用脑氧代谢改变监测脑功能变化；且正常人脑灰质OEF信号较BOLD信号更强，对实现精准个体化分析具有重要价值，对理解脑梗死患者功能重塑具有重要意义。

4 SPECT和PET精准评价脑血流及代谢

SPECT和PET均可进行脑血流灌注显像。SPECT脑血流灌注显像所用脂溶性显像剂分子量小、不带电荷，如99Tcm-乙基半胱氨酸二聚体(ethyl cysteinate dimer, ECD)、99Tcm-六甲基丙二基胺肟(hexamethylpropyleneamine oxime, HMPAO)，经静脉注射后可穿透完整的血脑屏障进入脑细胞内，经酶水解或构型转化转变为水溶性或带电荷的化合物，而不能反向扩散出血脑屏障而滞留于脑细胞内。脑血流灌注与脑功能状态密切相关，显像剂进入脑细胞的数量与CBF呈正相关，也与局部脑功能状态呈正相关。PET脑血流灌注显像可获得CBF的定量值，主要示踪剂有15O-H2O、13N-NH3及11C-CO等。15O-H2O PET是定量脑血流及氧代谢的金标准，结合脑组织时间-放射性曲线、血浆时间-放射性曲线及血流动力学拟合模型，可获得CBF、CBV、OEF、CMRO2和CMRGlc的定量信息；但15O-H2O示踪剂半衰期短(122 s)，限制了其临床应用。采用半衰期较长的18F-FDG检测CBF，发现15O-H2O与18F-FDG结果显著相关[17]。由于以上模型均需通过连续动脉采血获得动脉输入函数(arterial input function, AIF)进行拟合计算，患者耐受性较差；以人工智能方法自动拟合AIF曲线有望替代动脉采血法[18]。此外，图像衍生AIF可将PET图像与异机获取的CTA或MRA图像相融合，定位颈内动脉后设定ROI，提取动脉管腔内部的放射性计数，从而替代传统AIF计算CBF及CMRGlc；但异机来源的CT、MRI和PET可能导致图像配准误差，使定量分析结果准确性下降。

5 一体化PET/MR为脑血流及脑代谢评估带来新机遇

近年来，一体化PET/MR已逐渐用于临床，可经一次扫描同步完成MR和PET成像并实现两种图像的精准融合，获得相同生理状态下的脑侧支循环、血流及代谢信息，以精准评价脑血管储备功能，具有重要临床潜力。现有国内外应用一体化PET/MR探讨脑血管病血流及脑代谢，主要以定量算法针对小样本临床病例或进行动物实验探讨其临床可行性，虽然为数尚少，但结果显示其能准确评价外科治疗前后慢性缺血性脑血管病患者脑血流、代谢改变，对临床筛选高危患者和评价预后具有重要价值[19-21]。随着相关基础研究和临床应用的逐渐深入，未来一体化PET/MR有望成为精准定量脑血管病血流及脑代谢的有力手段。

综上，重视CT、MRI、SPECT和PET的临床应用，制定评估脑血管病脑血流及代谢异常的影像学方案，可为揭示脑血管病微循环状态演变的病理生理机制、评估患者风险分层提供客观依据，为临床诊疗提供重要支撑，有助于早期预警、个体化精准诊疗缺血性脑血管病及改善患者预后。