多层螺旋CT脑灌注成像临床应用研究进展

脑生理和病理的活动都和脑组织的血管动力学变化息息相关。因此, 获取人类活体脑组织微循环血流信息是临床脑功能检查和医学影像重大需求。而CT灌注成像 (CT perfusion imaging) 是一种脑功能检查技术, 通过动态CT值的曲线变化和图像处理技术, 反映生理和病理状态下脑组织的血流动力学变化信息, 为脑疾病的诊断和治疗提供有意义的信息。CT脑灌注成像技术最早应用于脑缺血评价研究[1]。

随着医学影像技术的迅猛发展, 影像技术已经从形态学诊断转向功能成像的范畴。多层螺旋CT (multi slice CT、MSCT) 脑灌注成像技术具有一次检查可以获得多个灌注参数, 较高的时间-空间分辨率, 且扫描速度快、图像质量好、对患者无创性等优点, 已经成为研究脑组织血流动力学重要的工具, 为临床脑疾病的治疗提供常规检查所不能获得的重要的信息。近期, 多层螺旋CT脑灌注成像技术在脑卒中[2,3]、脑肿瘤[4,5]、脑梗死[6,7]方面有较好的临床应用研究。该技术可以进行定性和定量分析脑组织血流动力学变化, 在临床具有较广泛的应用, 本文综述其在急性脑缺血、脑肿瘤;脑血管闭塞性病变临床治疗的研究进展。

1 多层螺旋CT脑灌注成像发展及理论基础

1980年, Axel[8]首次研究CT灌注成像测量脑血流量。其原理主要是放射性示踪剂稀释原理和中央容积定律 (central volume principle) :BF=BV/MTT[9]。1991年, Miles等首先提出了CT灌注成像的概念[9]。放射性示踪剂稀释方法要求示踪剂完全与血液混合, 并随血流分布且始终保持在血管内 (血管外丢失须被校正) 。因此, 选择静脉内注射含碘对比剂可以满足要求。中心容积法最早由Zieler和Mejo提出, 由Roberts和Larson进行了拓展。该理论认为脑颅腔内有一个血管网, 并假设血液和对比剂的血流动力学特性相同, 且对比剂浓度和CT增强值的关系是线性关系[10], 根据这种假设就可进行脑灌注测量。

Hamberg等[10]认为, 使用等渗性对比剂的动态CT增强扫描基本可以满足示踪剂观察组织灌注的前提条件。Miles等[9]也认为, 由于对比剂与核素的药代动力学极为相似, 因此, 可以进行动态增强CT灌注成像研究。CT灌注成像使用的数学模型主要是非去卷积模型和去卷积模型两类[11]。

非去卷积模型假设了所测某器官内对比剂蓄积的速度等于动脉流入速度减去静脉流出速度, 而在一定时间内器官内对比剂的含量等于动脉流入量减去静脉流出量。而去卷积模型主要反映存留的对比剂随时间变化的关系, 不做与实际不相符合的假设, 而是综合考虑动脉流入量和静脉流出量, 避免了计算的误差。但卷积的公式表达如下。

式中:Q (t) -组织器官的TDC;F-血流量;Ca (t) -动脉的TDC;R (t) -推动剩余函数, 是表示注射对比剂后, 组织器官内存留的对比剂随时间而变化的量;式中的表示卷积算子。

利用FR (t) 的TDC可计算rCBF、MTT和PS。反映脑组织血液循环动力学的参数有:局部脑血流速度 (region cerebral blood flow, rCBF) 、局部脑血容积 (region cerebral blood volume, rCBV) 、平均通过时间 (mean transit time, MTT) 、表面通透性 (permeability surface, PS) 等。其中, rCBV=rCBF×MTT。PS指的是对比剂经由毛细血管内皮进入组织间隙的传递率。“Toggling-Table”技术[12], 增大了CT得纵向解剖, 使得脑灌注成像的成功率和准确率大大提高。

2 多层螺旋CT脑灌注成像临床应用

多层螺旋C T脑灌注成像可用于早期发现脑梗死或者缺血灶, 研究发病原因;脑肿瘤及术后复发灌注的研究;血管闭塞性病变, 显示颅内血流量和侧支循环情况;外科颅脑手术后的评估等方面。

2.1 急性脑缺血

急性脑缺血是常见的脑血管疾病, 在早期特别是在发病2～4h的超急性时间内, 病灶内主要发生水含量以及电解质含量的变化, 常常导致致残甚至死亡。如何在早期诊断急性脑缺血以及有无缺血半暗带区的存在就成为诊断和治疗的关键。而多层螺旋CT脑灌注成像技术不紧可反映脑器官局部血流动力学的改变情况, 也可进行定性、定量分析, 能够为早期诊断和治疗提供了参考依据。

有研究表明, 93%左右的患者其灌注的改变要早于其形态学的变化。灌注成像通过提供rCBF、rCBV、MTT等参数来鉴定脑血流减小信息, 判别断脑缺血的范围, 推测半暗带区域, 并评价侧支循环, 根据不同阶段的观察, 来评估治疗效果。同时, 该技术还可以为合理选择溶栓等治疗提供可半定性分析的手段。Klotz E等[13]发现, 缺血组织存活的最低限度是脑缺血两侧rCBF比值不低于0.20, 一旦低于0.20则脑组织无法存活。而且, 如果CBF比值在0.20～0.35之间, 则表明溶栓治疗有较好的效果。

在缺血脑组织MTT通过时间延长的情况下, 如果血容量降低明显, 则为不可逆损伤;如果血容量轻度下降, 则为可逆性损伤。Shih等[14]认为, 病灶峰值强化越高, 强化达峰值时间越延迟, 那么临床预后就越差。因此, 病灶早期灌注情况与临床预后有关。

应用多层螺旋CT脑灌注成像联合其他技术可以发现外动脉、椎动脉、颈内、脑底动脉环及大脑中动脉等血管有无狭窄或膨大等致病因素, 从而能够寻找引起缺血的病因。

2.2 脑肿瘤

肿瘤新生血管的情况是判断肿瘤生长, 转移, 良性或者恶性以及恶性程度的重要指标。因为组织内有大量的促血管形成因子促进肿瘤血管的形成, 同时, 这些微血管的渗透性较高, 使得肿瘤细胞能够很容易进程, 形成远程转移。因此, 不同性质或性质相同而恶性程度不同的肿瘤, 其血流动力学的变化时不同的。多层螺旋CT灌注成像, 能够反映脑肿瘤的血液动力学信息, 评价其血供情况。因而, 通过该技术可以有有助于脑肿瘤的鉴别诊断。即脑膜瘤的CBF值显著高于垂体瘤, 脑外肿瘤的PS值明显高于脑内肿瘤, 胶质瘤的CBF值明显高于转移瘤。联合CT增强扫描, 也能及时检查出脑肿瘤复发或残留, 提高脑肿瘤诊断的准确性。同时也可以检测瘤周水肿区功能恢复情况, 预测预后。

Hennans等[15]认为CT灌注技术可以反映肿瘤中耗氧量低的细胞的多少, 从而为放疗的剂量多少提供依据, 判断其疗效。而PS图像则放大了肿瘤血流灌注状态, 能够更加清楚的显示肿瘤范围, 这些将为脑肿瘤的手术与放疗提供更为准确的定位诊断。

2.3 脑血管闭塞性病变

多层螺旋CT灌注成像能够反映梗死灶周围的侧支代偿灌注的情况, 同时也可以显示有无新的低灌注缺血区, 也可以显示扫描层面的血流灌注状态, 检出低灌注区。

3 结语

多层螺旋CT脑灌注技术一次可以得到多种图像资料和或者更多的病变信息, 能够更大范围地观察病变区, 计算出多种功能图, 能够综合评价灌注状况, 避免了以往单层灌注的片面性。在脑灌注图像上用伪彩编码图标注出脑组织血流变化状态, 使得图像更为客观和直观。随着多层螺旋CT的应用推广, 使得临床检查和治疗的成功率和准确率大大提高, 同时该技术被迅速应用到多种疾病、多种组织器官的检查。随着科技的进一步发展、完善和研究的不断深入, 其临床价值将得到更充分的体现。

摘要：多层螺旋CT脑灌注成像技术的出现, 为临床脑疾病的诊断和治疗提供了重要的检测手段和判断依据。本文的目的是对多层螺旋CT脑灌注成像技术的临床应用进行研究。通过归纳总结方法, 得出该技术在脑功能检查方面的临床应用功能。

关键词：多层螺旋CT,脑灌注成像,急性脑缺血,脑肿瘤,脑血管闭塞性病变

参考文献

[1] 梁建英, 郭兴, 王二牛, 等.CT脑组织血流灌注成像方法的研究[J].中华放射学杂志, 2001, 35 (10) :751～754.

[2] 赵静霞, 刘青蕊, 李来有, 等.急性脑梗死治疗前后脑血流动力学改变:CT灌注成像[J].中国医学影像技术, 2004, 20 (12) :1839～1841.

[3] 高培毅, 梁晨阳, 林燕, 等.脑梗死前期脑局部微循环障碍CT灌注成像的实验研究[J].中华放射学杂志, 2003, 37 (8) :701～706.

[4] 高思佳, 具海月, 徐克, 等.多层螺旋CT灌注成像在胶质瘤术后随访中的应用价值初探[J].中华放射学杂志, 2006, 40 (1) :46～50.

[5] 蒋山姗, 李扬彬, 谭理连, 等.多层螺旋CT灌注成像对脑肿瘤瘤周水肿的临床应用[J].现代临床医学生物工程学杂志, 2007, 13 (2) :88～90.

[6] 吕京光.超急性脑梗死的MSCT综合技术评价[J].中国中西医结合影像学杂志, 2008, 6 (6) :476～479.

[7] 胡碧波, 邱广平, 毛定飙.脑梗死患者颅内动脉的多层螺旋CT改变[J].现代中西医结合杂志, 2008, 17 (31) :4898～4899.

[8] Axel L.Cerebral blood flow determination by rapid sequence com-puted tomography:theoretical analysis[J].Radiology, 1980, 137 (3) :679～686.

[9] Miles K A, Hayball M P, Dixon A K.Color perfusion imaging:a new application of computed tomography[J].Lancet, 1991, 337 (3) :643～645.

[10] Hamberg L M, Hunter G J, Halpern E F, et al.Quantitave, high resolustion measurement of cerebralvascular physiology with slip-ring CT[J].AJNR, 1996, 17 (4) :639～650.

[11] Nabavi DG, Cenic A, Craen RA, et al.CT assessment of cerebral perfusion:experimental validation and initial clinical experience[J].Radiology, 1999, 213 (1) :141～149.

[12] Roberts HC, Roberts TPL, Smith WS, et al.Multi-section dynamic CT perfusion for acute cerebral ischemia:the“Toggling-Table”technique[J].AJNR, 2001, 22 (6) :1077～1080.

[13] Klotz E, Koning M.Perfusion measurements of the bran:using dy-namic CT for the quantitative assement of cerebral, ischemia in acute stroke[J].Eur J Radiol, 1999, 30 (2) :170～184.

[14] Shih T T, Yuh W T, Maley J E, et al.Outcome of acute ischemic lesions evaluated by diffusion and perfusion MR imaging[J].AJNR, 1999, 20 (6) :983～989.

[15] Hermans R, Lambin P.Non-invasive tumour perfusion measure-ment by dynamic CT:Preliminary results[J].Radiother Oncol, 1997, 44:159～168.