神经病学与神经康复学杂志2007年12月第4卷第4期7NeuralNeurorehabil,December2007,Vol.4,No.4徐述多层螺旋CT灌注成像在脑缺血性疾病中的应用进展张丽，沈加林(上海交通大学医学院附属仁济医院放射科，上海200127)CT脑灌注成像最早于1991年由Mile。等提出，并被主要用于观察急性脑缺血时组织血流灌注状况。其成像的理论基础是核医学的放射性示踪剂稀释原理和中心容积定律，BF二BV/MTT(BF:血流;BV:血容量;MTT:平均通过时间)。将放射性示踪剂经静脉快速注入，示踪剂经左心室到达靶器官后，通过扫描获得示踪剂首次通过该器官的时间—密度曲线(TDC)。根据不同的数学模型计算得到局部脑血容积(rCBV)、局部脑血流量(rCBF)、平均通过时间(MTT)IIl。随着计算机图像处理技术的进步，CT灌注成像在脑内缺血性病变中的应用已由仅能测量感兴趣区的血流灌注参数数值发展到整个层面的灌注成像。多个血流灌注图像为临床观察脑内缺血性病变提供了更丰富的信息，同时也产生了如何使用、分析这些血流灌注图像的问题。本文就新近的临床研究及技术予以总结。原理与技术动态CT灌注成像(dynamicCTperfusionima-ging)是指在静脉注射对比增强剂的同时对选定的层面进行连续多次扫描，以获得该层面内每一个像素的时间一密度曲线(TDC)，利用不同的数学模型计算出相关描述脑组织血流动力学的灌注参数，包括局部脑血流量(CBF)、脑血容量(CBV)、对比剂的平均通过时间(MTT)、对比剂峰值时间(TTP)、毛细血管通透性(capillarypermeability)等。其中，CBF指在单位时间内流经一定量组织血管结构的血流量(mUmin\"1008);CBV指存在于一定量组织血管结构内的血容量(mUg);MTT指血液流经血管结构时，包括动脉、毛细血管、静脉窦、静脉，所经过的路径不同，其通过时间也不同，因此用平均通过时间表示，主要反映碘对比剂通过毛细血管的时间;TTP指TDC上从碘对比剂开始出现到对比剂达峰值的时间。对这些灌注参数进行图像重建和伪彩色处理得【作者简介】张丽(1983-)，女，上海人，硕士研究生到血流灌注图，以此来评价脑组织的灌注状态，一目了然地观察到脑缺血发生的部位、范围。由于众多的临床研究或动物研究，CT灌注(CTPerfusion,CTP)技术目前已趋于成熟，灌注图像质量〔z〕受扫描条件、对比剂注射总量及注射速度、原始图像重建技术等多种因素影响，其中最主要是对比剂注射速度必须足够快，以确保在数据采集的最初一段时间内，即曲线达峰值前的时间内对比剂均在组织内，而未经静脉系统流出。国外学者一般采用延迟5s、扫描50s，注射速度5.0-20.0mUs;国内发表的文献中，注射速度为2.5-4.0ml/s。目前用于CT灌注的数学模型有两类，即非去卷积运算模型和去卷积运算模型。功能聚类分析的应用功能聚类分析〔’〕作为一种新的工具应用于CT灌注成像，有利于正常脑组织、缺血组织和大血管的区分。以CBF,CBV和TP图像作为基础，应用分割(k-means)和基于密度聚类分析(density-basedspatialclusteringofapplicationswithnoise,DBSCAN)的方法。对于TIA和卒中的患者，功能聚类分析能够辨认不同的脑血流动力学特点，同时将白质、灰质和缺血区域组织的CBF,CBV和TP值均显示在不同的类中。应用k-means和DB-SCAN分析算法可以结合CBF,CBV和TP三个参数脑血流动力学的改变在一张图中对正常和缺血脑组织进行分类，并能评估每个被测脑组织分类区的绝对值。CBF,CBV和TP图像的功能聚类分析能够根据血流动力学特点对不同的解剖区域分类，每个类别内的组织有相关的功能参数，在一张图中同时显示CBF,CBV和TP三个参数。在三维特征图中，类内的参数特征相关，通过计算机自动计算分析被测的组织，即可反应脑组织的功能状态。默认选择k为3，通过k-mean，算法能区分健康人白质、灰质及大血管区。K)3，缺血组织显示于灌注图中。全脑CT灌注(wholeperfusionCT,PW-CT)[a]不同于单层CT灌注(CTperfusion,CTP)，其考虑时间因素较不严格，即团注对比剂后延时12一16S开始248。神经病学与神经康复学杂志2007年12月第4卷第4期7NeurolNeurorehabil,December2007,Vol.4,No.4扫描，覆盖整个脑容积约30-40S左右，此时对比剂在扫描开始的下方层面处于较早的动脉期，有利于观察Willis环的改变，接着连续层面处于灌注的毛细血管期和平衡期，此时，已有部分脑静脉早显影，延时70S后再次扫描可发现由于动脉血流经侧支循环自阻塞远段向近端反向充盈。脑缺血疾病中的应用评估充足的脑组织灌注对于保持中枢神经系统的完整性是非常重要的，脑血流量(CBF)低于某一阑值将导致功能障碍[小于20mL/(100g\"min)]或神经细胞死t(10一20mL/(100g-min)I。动物实验显示，当CBF下降至20一40mL/(100g\"min)时，电生理功能异常;下降至15一20mU(100g\"min)时，电生理功能完全丧失;而当CBF下将至6一10ML/(100g\"min)时，k十外流，能量代谢严重异常并导致神经细胞死亡。在正常生理状态下，局部脑血流量(rCBF)是由局部脑动脉灌注压(rcpp)和局部脑血管循环阻力(rCVR)决定的[’]。根据PowersIs〕报道，缺血区脑血液动力学改变可以分成3个阶段:(1)rcpp正常时，rCBV和‘BV/rCBF也维持正常的关系。(2)当rCPP下降时，脑血管将代偿性扩张，血管循环阻力降低以利于维持正常rCBF。此时rCBV和rCBV/rCBF将增高，但脑组织的血液供应仍维持在正常水平，在此阶段脑动脉血供系统对其他原因造成的脑缺血的代偿能力下降。(3)rCPP继续下降，此时血管扩张已经达到最大程度，代偿性血管扩张将可能失代偿，但脑血流量达到最大后开始下降，此时rCBV仍然高于正常水平，rCBV/rCBF明显增高，大脑的氧吸收系数增加以维持正常的能量代谢。在此阶段，脑缺血区域尚未产生不可逆性损伤，如果脑组织的血液供应进一步下降，脑血管扩张失代偿，脑血管塌陷，rCBF和rCBV下降，不足以维持正常的细胞代谢与功能，缺血脑组织可能会产生不可逆损伤。因此rCBV和rCBV/rCBF在脑缺血的最初阶段即发生变化，但rCBV在许多正常生理状态下均可发生变化，所以rCBV/rCBF被认为是一个比较敏感的脑缺血指征，在脑血容量处于正常值的上界时，此比值即可增加，它相当于血液通过脑组织的平均通过时间〔6]0脑内缺血性病灶在CT灌注成像的表现分析CT灌注成像得到的诸多参数中，除TTP、最大增强CT值(PV)等参是直接从脑组织的动态时间一密度曲线中获得外，rCBV,rCBF和MTT等参数均是在对脑组织的动态时间一密度曲线进行变量校正或根据其他数学模型计算得到。既往研究证明，这些参数是反映脑组织血液循环动力学的重要指标。在正常脑组织内，三者关系是rCBV二rCBFxMTT。脑内缺血性病灶在CT灌注成像的表现大致可以划分为三大类[’，.]:①在‘BV,rCBF,MTT,PT图像上都表现为低信号;②在rCBF图像上表现为低信号，rCBV,MTT,PT图像上为高信号;③rCBF图像基本正常.病灶的rCBV值正常或增加，MTT,PT延长为高信号，其中一部分病灶MTT轻度增加，PT明显延长。对于前两类病灶，各家研究都认为是特异性的缺血性病灶。尤其是对于急性缺血性卒中患者，rCBV的下降已被公认为是不可逆缺血性损伤的标志。对于第三类病灶，Koenig等认为PT延长缺乏特异性〔>>。当此类病灶出现于无颈内动脉狭窄、闭塞性病变的急性缺血性卒中患者时，其中一种原因是由于卒中早期局部脑灌注压下降时，脑血管代偿性扩张，血管循环阻力下降以利于维持正常的局部脑血流量;同时rCBV和MTT相应增高〔8l。因此，这是半暗带的一种表现，这与Reichenbach的观点相符[97。对于常规CT已经表现为梗死、软化的病灶，CT灌注成像均可以显示，且在灌注成像上的病灶面积更大，中心呈极低信号，周边在rCBF,rCBV,rMTT图像上表现为稍高至高信号。这是因为这些梗死、软化的病灶内血管塌陷、组织崩解，对比剂无法产生强化。所以，在灌注图像上都表现为极低信号。而在梗死或软化灶周边的低灌注区表现为脑血流下降，PT,MTT延长表现为高信号。此时，rCBV的增加主要有可能与这些区域代偿性的血管扩张导致血容积增加有关〔‘”〕。既往，Klotz与Koenig等认为CT灌注成像发现急性脑内缺血灶的敏感性约为[\"'%,CBV的特异性比TP,CBF图像高，TP的敏感性比CBV,CBF要高[”]。ReichenbachJR通过对急性中风患者症状发作后6h内行CTP[14]，结果发现在平扫CT未出现异常时，CTP能够敏感诊断脑梗死，敏感度达93%,并对改组患者CTP随访30h，结果证实TTP为4个灌注参数(CBF,CBV,MTT,TTP)中早期最敏感的变化指标，随后是MTT的改变，最后出现CBF,CBV的变化。该实验证明相应脑组织供血动脉狭窄的患者，如果其血管代偿良好，相应供血区域的脑血流量(CBF)和血容量(CBV)的变化并不明显，而主要出现MTT和TP的延迟改变，TP和MTT被认为是显神经病学与神经康复学杂志2007年12月第4卷第4期JNeuralNeurorehabil,December2007,Vol.4,No.4。249示脑灌注损伤的较敏感指标，能早期发现脑缺血性病变.TTP延迟的主要原因是血流速度减慢和侧支循环供血。MTT延迟提示脑灌注压降低和灌注储备受损。Nasel与Reichenbach等认为TP是一个比较敏感的指标【”]。脑内缺血性病变的始因是各种原因造成的脑血流量下降。但是，由于脑血管的自动调节、侧支循环代偿水平以及局部脑组织生化代谢等方面的差异，上述血流动力学参数在脑缺血区的不同时期的变化也是不同的。关于“缺血半暗带”CTP的主要目的在于区分梗死灶与缺血半暗带。缺血半暗带是指梗死核心区周围的脑组织.其神经元功能发生紊乱但尚有抢救恢复的可能性.它可以通过应用溶栓剂而恢复正常.然而不可逆的坏死组织无法受益于再灌注，如果应用溶栓剂则可能增加出血的风险〔”〕。超急性期脑卒中的半暗带判定及显示是研究者共同关注、研究的焦点，归结起来应用CTP对半暗带的判定主要有两种方法〔16,171。一种方法是将急诊CT灌注图像与复查的CT,MRI图像对比，从而确定半暗带区并计算出半暗带的阂值〔’.〕，然后用半暗带闭值进行急诊CTP时半暗带的判定;另一种方法是对急诊CTP进行分析，变化不一致的区域，即CBF明显下降而CBV保持正常或轻度上升的区域被认为是半暗带区[”〕。Thij。等〔’.〕认为，仅根据灌注减低区的大小而不考虑灌注减低的程度则会误导大家，缺血范围较大而程度较低时，可能仅有小范围的组织会发生梗死。缺血组织的可恢复比率(PRR)由Wintermark等〔”〕首先提出，PRR=面积半暗带/(面积半暗带+面积梗死)，PRR反映的是半暗带面积占缺血总面积的比例，因而.PRR与神经功能恢复比率呈正相关.说明处于缺血半暗带的缺血组织得到挽救后，临床状况随之改善。CT灌注成像的缺陷主要有:(I)CT灌注层面选择有限，仅能很好的显示单一层面的信息。(2)对低心输出量患者图像效果不佳。(3)对后颅窝和脑干区的灌注情况评估效果差。(4)由于造影剂的使用肾衰竭的患者禁忌此项检查。综上所述，CT成像在脑内缺血性病变中应用广泛，CT灌注对于临床评价患者脑血流动力血变化提供了方便、快捷的影像学依据，进一步将CT灌注技术应用于临床，不仅可以帮助临床筛选近期卒中高危险性的患者，预防脑梗死的发生，而且结合患者灌注指标选择临床处理案，可以使治疗更加有目的性、针对性。【参考文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