吳拓，李春陽

(1內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)，呼和浩特 010050；2內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院)

?

腦灌注成像技術(shù)的應(yīng)用研究進(jìn)展

吳拓1，李春陽2

(1內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)，呼和浩特 010050；2內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院)

摘要：腦灌注成像檢查對(duì)于缺血性腦卒中的評(píng)估至關(guān)重要，其作用貫穿于缺血性腦卒中的各個(gè)時(shí)期。不同腦灌注成像檢查方法的優(yōu)缺點(diǎn)各異。CT灌注成像(CTP)具有普及率高、操作簡(jiǎn)便、掃描時(shí)間短、后處理簡(jiǎn)便、獲得數(shù)據(jù)快等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是CTP的各參數(shù)閾值沒有一個(gè)統(tǒng)一指標(biāo)、掃描層面受限、結(jié)果再現(xiàn)性還有待證實(shí)、仍有輻射等。氙氣增強(qiáng)CT有無創(chuàng)、計(jì)算精度高等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是結(jié)果易受呼吸節(jié)律的影響、氙氣有麻醉作用。動(dòng)態(tài)磁敏感對(duì)比增強(qiáng)磁共振灌注成像的優(yōu)勢(shì)是能夠進(jìn)行多層面成像，且獲得參數(shù)全面，但缺點(diǎn)是需使用含釓對(duì)比劑。動(dòng)脈自旋標(biāo)記無需注射對(duì)比劑，完全無創(chuàng)，可反復(fù)檢查，但只能獲得腦血流量一個(gè)參數(shù)。正電子發(fā)射體層成像、單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層成像是無創(chuàng)、準(zhǔn)確、參數(shù)全面的灌注檢查，但需要昂貴的檢查費(fèi)用和復(fù)雜的操作。多普勒超聲造影的優(yōu)勢(shì)在于實(shí)時(shí)、無創(chuàng)、快速、安全，其局限性在于圖像分辨率較低。

關(guān)鍵詞：腦灌注成像；CT灌注成像；MR灌注成像；超聲造影；放射性核素成像

“腦灌注”指的是組織水平的腦血流,可以通過多個(gè)參數(shù)來描述,主要包括腦血容量(CBV)、腦血流量(CBF)、平均通過時(shí)間(MTT)以及達(dá)峰時(shí)間(TTP)。急性腦卒中患者可以通過腦灌注檢查早期篩選并鑒別梗死灶和缺血半暗帶,從而通過相應(yīng)治療使缺血半暗帶能再次恢復(fù)血流灌注。這使得腦灌注檢查在腦卒中早期顯得尤為重要，能指導(dǎo)臨床治療及了解預(yù)后。近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，越來越多的影像學(xué)檢查方法被用于腦灌注的檢查，新興的腦灌注成像的主要技術(shù)有CT灌注成像(CTP)、動(dòng)態(tài)磁敏感對(duì)比增強(qiáng)磁共振灌注成像(DSC)、動(dòng)脈自旋標(biāo)記(ASL)法以及多普勒超聲造影(CEUS)等，而傳統(tǒng)的腦灌注成像的主要技術(shù)如正電子發(fā)射體層成像(PET)、單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層成像(SPECT)、氙氣增強(qiáng)CT(Xe-CT)等也有所進(jìn)展?，F(xiàn)就這些新興及傳統(tǒng)的腦灌注成像技術(shù)的應(yīng)用研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1CTP

CTP是指在靜脈注射對(duì)比劑的同時(shí)，對(duì)選定的層面進(jìn)行連續(xù)多次掃描后觀察對(duì)比劑的動(dòng)態(tài)變化，再利用計(jì)算機(jī)軟件得出每一像素的影像學(xué)技術(shù)。目前CTP主要應(yīng)用于急性或超急性缺血性腦卒中的研究，其可以用來區(qū)別梗死核心和缺血半暗帶。CTP是一個(gè)新的功能影像學(xué)檢查手段，具有普及率高、時(shí)間和空間分辨力高、操作簡(jiǎn)便、檢查時(shí)間短、后處理簡(jiǎn)便、獲得數(shù)據(jù)快等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，進(jìn)行計(jì)算機(jī)斷層血管造影(CTA)和CTP掃描后,總的掃描時(shí)間僅比頭顱CT增加大約10 min[1]。這使它成為特別適用于急診情況的影像學(xué)技術(shù)[2]。CTP獲得的參數(shù)較為全面，可以同時(shí)獲得CBF、CBV、MTT、TTP等參數(shù)。但其應(yīng)用仍有諸多問題，如CTP的各參數(shù)閾值沒有一個(gè)統(tǒng)一指標(biāo)、掃描層面受限、結(jié)果再現(xiàn)性還有待證實(shí)、仍有輻射等。相對(duì)于磁共振成像(MRI)，CTP在臨床中應(yīng)用更為廣泛，并且能比MRI更快地提供病理生理學(xué)信息[3]。隨著320排容積CT及256層螺旋CT的出現(xiàn)，一站式全腦動(dòng)態(tài)容積CTP-CTA成像的應(yīng)用使CTP掃描的同時(shí)可以得到CTA的信息，掃描可以覆蓋全腦，并且縮短了掃描時(shí)間，且只需注射一次對(duì)比劑，獲取更多信息的同時(shí)大大降低了患者所受的輻射劑量，患者進(jìn)行一站式CTP-CTA成像受到的福射劑量?jī)H僅與常規(guī)CTP相當(dāng),有效輻射劑量約為5 mSv[4]。相信隨著技術(shù)的發(fā)展，CTP成像時(shí)間會(huì)越來越短，輻射劑量會(huì)更低。

2DSC

DSC是通過MRI快速重復(fù)采集感興趣區(qū)在推注釓造影劑前后的組織信號(hào)，并通過平面回波自由感應(yīng)衰減序列(EPI)的信號(hào)變化引起T1或T2的弛緩變化，其與灌注的強(qiáng)度成正比[5]，由此得出對(duì)比劑濃度與時(shí)間的變化曲線。DSC灌注成像的優(yōu)勢(shì)是能夠進(jìn)行多層面成像，并能得出MTT、局部CBV、局部CBF(rCBF)及TTP等參數(shù)，但缺點(diǎn)是需使用外源性含釓示蹤劑，并且是否預(yù)推對(duì)比劑將對(duì)結(jié)果有顯著的影響，對(duì)放射科醫(yī)生要求較高，因此一般采用半定量的分析方法，且受磁場(chǎng)不均一性的影響較大。3.0T MR成像系統(tǒng)的T2*值小，MTT在大多數(shù)商業(yè)軟件中使用簡(jiǎn)單的反卷積計(jì)算[6]或更先進(jìn)的貝葉斯卷積計(jì)算，來獲得更高的精確度[7～9]，同時(shí)貝葉斯重構(gòu)提高了信噪比以減少對(duì)比劑的用量，并且對(duì)比劑的用量減少使推注時(shí)間縮短，這也提高了DSC灌注參數(shù)定量的準(zhǔn)確度[10]。

3ASL

ASL灌注成像是一種非侵入性MRI技術(shù)，不需要使用任何外源性的造影劑。它采用電磁動(dòng)脈標(biāo)記血液中的水為內(nèi)源性示蹤劑。因此ASL可在任何情況下使用，尤其是在被限制使用外源性的應(yīng)用造影劑或放射性示蹤劑的時(shí)候。ASL無需對(duì)比劑注射，完全無創(chuàng)，可反復(fù)檢查，但只能獲得CBF一個(gè)參數(shù)。傳統(tǒng)的雙平面回波成像技術(shù)(EPI)序列ASL信噪比較低，尤其在血流低的區(qū)域[11]。隨著ASL技術(shù)理論的發(fā)展,目前的共識(shí)是,偽連續(xù)式ASL(pCASL)技術(shù)是在科學(xué)研究和臨床應(yīng)用中最佳的標(biāo)記策略[12～15]。pCASL較長(zhǎng)的標(biāo)記時(shí)間(即標(biāo)記的血液容量加大)提供了最好的信噪比，并能減少T1衰減反向脈沖之間固有的時(shí)間來縮短圖像采集。三維(3D)ASL技術(shù)是pCASL類型的標(biāo)記方式。而在圖像讀取中，新型的3D成像序列使用背景抑制技術(shù)，即抑制靜態(tài)組織信號(hào)，以減少噪音和運(yùn)動(dòng)的不穩(wěn)定性。ASL信號(hào)較小，并且需要信號(hào)積累，運(yùn)動(dòng)和其他的不穩(wěn)定性可以降低灌注圖像的質(zhì)量，pCASL克服了傳統(tǒng)脈沖式標(biāo)記存在的信噪比低、灌注效果不均勻等缺點(diǎn)。在最先進(jìn)的ASL圖像技術(shù)出現(xiàn)之前，背景抑制可以進(jìn)一步提高圖像參數(shù)靈敏度和可重復(fù)性[15]。隨著MRI設(shè)備硬件和軟件的不斷提高，尤其是高場(chǎng)強(qiáng)和3D采集技術(shù)的應(yīng)用，ASL的缺點(diǎn)將會(huì)得到改善，其完全無創(chuàng)、可重復(fù)操作、絕對(duì)數(shù)值的優(yōu)點(diǎn)將得到更大的展現(xiàn)。

4CEUS

CEUS是通過聲學(xué)造影劑六氟化硫微泡來量化組織灌注的成像技術(shù)。通過專門的軟件對(duì)灌注造影劑后組織的背向散射信號(hào)和灌注造影劑之前的組織進(jìn)行對(duì)比度增強(qiáng)的程度準(zhǔn)確量化計(jì)算[16]。通過測(cè)量造影劑在不同時(shí)間腦組織內(nèi)背向散射信號(hào)的強(qiáng)度繪制時(shí)間-強(qiáng)度曲線來獲得峰值強(qiáng)度、曲線面積以及TTP參數(shù)。CEUS的優(yōu)勢(shì)在于實(shí)時(shí)，無創(chuàng)，快速，安全無輻射，造影劑代謝快，可重復(fù)進(jìn)行，便攜性好，甚至可以為重癥患者進(jìn)行床旁檢查，非常適用于無法搬運(yùn)移動(dòng)但又急需了解腦內(nèi)灌注情況的患者。其局限性在于圖像分辨率較低，因此對(duì)操作者的依賴程度較高。且由于CEUS需要通過顱骨的聲窗進(jìn)行檢查，部分聲窗過厚的患者無法進(jìn)行該項(xiàng)檢查。CEUS的發(fā)展十分迅速，造影劑諧波成像、脈沖反向造影劑諧波成像、能量多普勒成像、能量脈沖反向造影劑諧波成像、微泡破壞成像等技術(shù)的發(fā)展拓寬了超聲在組織血流灌注測(cè)量方面的應(yīng)用[17]。3D顱骨打印將會(huì)幫助CEUS更加方便地找到聲窗，拓展CEUS的適用范圍。

5PET

PET是涉及注射或吸入放射性標(biāo)記的15O同位素的核成像技術(shù)。這種同位素通常以H215O或C15O的形式存在。放射性核素衰變并發(fā)射正電子，其用電子碰撞導(dǎo)致湮滅。該反應(yīng)在相反的方向釋放出兩個(gè)511 kV的正電子，隨后可以被PET掃描儀檢測(cè)到。最后，掃描相關(guān)的CT圖像，以提供解剖學(xué)參考[18]。PET同位素的半衰期是122.1 s，且采集圖像時(shí)間還不到3 min[19]。PET被認(rèn)為是腦灌注參數(shù)的金標(biāo)準(zhǔn)，包括CBF、腦代謝率、CBV、氧提取因子、MTT[18]。PET是一項(xiàng)無創(chuàng)、準(zhǔn)確、參數(shù)全面的灌注檢查。但PET有幾個(gè)限制：檢查麻煩，需要昂貴的檢查費(fèi)用和復(fù)雜的操作；H215O和C15O都是非脂質(zhì)可溶性示蹤劑，記錄CBF值具有不精確性；示蹤劑的輻射問題。因此PET在實(shí)際臨床上未被廣泛應(yīng)用。隨著18F-脫氧葡萄糖等新放射性示蹤劑的使用，以及多模式醫(yī)學(xué)影像技術(shù)結(jié)合的PET/CT的應(yīng)用，Cho等[20]通過頭骨剝離CT模板創(chuàng)建了一個(gè)新的以CT為基礎(chǔ)的空間標(biāo)準(zhǔn)化方法，其提供了更可靠的灌注參數(shù)結(jié)果，并降低了成本，避免示蹤劑的結(jié)構(gòu)失真。目前，PET與分子生物學(xué)結(jié)合不但可以進(jìn)行灌注成像，還可以進(jìn)行分子顯像、基因顯像等功能顯像。

6SPECT

SPECT是通過評(píng)估放射性示蹤劑的衰變釋放出純粹的γ光子攝取測(cè)量rCBF的核成像技術(shù)[21]。最常用的示蹤劑是99mTc耦合到一個(gè)親脂性化合物，其在靜脈注射后很容易通過血腦屏障，并轉(zhuǎn)換為可以保留很長(zhǎng)時(shí)間(24～48 h)的親水形式[18]。這使得SPECT可以允許延遲顯像，而親脂性失蹤劑轉(zhuǎn)換為親水性失蹤劑可以防止其再次通過血腦屏障進(jìn)入循環(huán)。SPECT的優(yōu)勢(shì)是無創(chuàng)、較便宜、方便、放射性藥物制劑的制作相對(duì)簡(jiǎn)單、锝伽馬發(fā)射器臨床應(yīng)用廣泛[22]。SPECT能夠可靠地檢測(cè)組織灌注的早期變化，常被其他灌注方法當(dāng)作參考標(biāo)準(zhǔn)，但臨床應(yīng)用仍存在爭(zhēng)議[23]。在臨床緊急的情況下不能快速注入失蹤劑，因此SPECT無法應(yīng)用于急診中。此外，SPECT的分辨率相對(duì)較低，常需與其他成像方式耦合以提高分辨率[5]。并且SPECT有輻射，采集時(shí)間也較長(zhǎng)，因此不能短時(shí)間重復(fù)進(jìn)行[19]。然而，由于SPECT對(duì)rCRF的相對(duì)性，因此重復(fù)測(cè)量進(jìn)行對(duì)比又是必要的[24]。由于SPECT提供的rCRF半定量數(shù)據(jù)是與“正?！眳^(qū)域進(jìn)行對(duì)比的相對(duì)值，因此其rCRF的絕對(duì)值可能并不準(zhǔn)確。隨著分子影像學(xué)技術(shù)的發(fā)展，多模式醫(yī)學(xué)影像技術(shù)結(jié)合的SPECT/CT的應(yīng)用，以及硬件設(shè)備SPECT探頭技術(shù)的成熟，SPECT腦灌注成像的采集速度大大加快，空間分辨率極大改善，有更強(qiáng)大的多核素顯像能力，圖像質(zhì)量已接近甚至超過PET成像，固定模式采集避免了運(yùn)動(dòng)偽影[25]。

7Xe-CT

Xe-CT檢查是讓患者吸入能夠在血流中迅速均衡的氙氣，然后再在短時(shí)間內(nèi)獲得多個(gè)重復(fù)CT圖像，繪制信號(hào)密度曲線，并計(jì)算出一個(gè)像素的CBF。Xe-CT有無創(chuàng)、可以準(zhǔn)確檢測(cè)出CBF、方法計(jì)算精度高、過程簡(jiǎn)單、安全、10 min內(nèi)即可得到初步結(jié)果、檢測(cè)費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)。Ingvar等[26]通過動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，Xe-CT與作為定量金標(biāo)準(zhǔn)的放射性核素成像技術(shù)測(cè)出的CBF間的相關(guān)系數(shù)為0.92,而且在血流值上也非常吻合，這說明Xe-CT量化的rCBF準(zhǔn)確度相當(dāng)高。但由于Xe-CT是單參數(shù)成像，目前只能計(jì)算CBF值，而無其他參數(shù)，且其結(jié)果易受呼吸節(jié)律的影響，加上氙氣的麻醉作用等缺陷限制了Xe-CT的廣泛應(yīng)用。近年來，由于CT技術(shù)的改進(jìn)，氙氣的吸入濃度由32%下降到28%，Carlson等[27]發(fā)現(xiàn)在此濃度下行Xe-CT的不良事件風(fēng)險(xiǎn)性非常低。相信隨著CT技術(shù)的不斷革新，氙氣的吸入濃度需求會(huì)進(jìn)一步降低，Xe-CT檢查會(huì)更加安全，有望被廣泛應(yīng)用。

總之，腦灌注的檢查在臨床中發(fā)揮著重要的作用。腦灌注成像影像學(xué)技術(shù)數(shù)量的不斷增加使得臨床醫(yī)生在選擇上有了更大的自由，了解各種技術(shù)的優(yōu)勢(shì)及局限性，對(duì)在臨床工作中選出最為合適的腦灌注影像學(xué)檢查尤為重要。

參考文獻(xiàn)：

[1] Hurley MC, Soltanolkotabi M, Ansari S. Neuroimaging in acute stroke: choosing the right patient for neurointervention[J]. Tech Vasc Interv Radiol, 2012,15(1):19-32.

[2] Bivard A, Spratt N, Levi C, et al. Perfusion computer tomography: imaging and clinical validation in acute ischaemic stroke[J]. Brain, 2011,134(Pt11):3408-3416.

[3] Parsons MW. Perfusion CT: is it clinically useful[J]. Int J Stroke, 2008,3(1):41-50.

[4] Bang OY, Saver JL, Alger JR, et al. Patterns and predictors of blood-brain barrier permeability derangements in acute ischemic stroke[J]. Stroke, 2009,40(2):454-461.

[5] Ferré JC, Shiroishi MS, Law M. Advanced techniques using contrast media inneuroimaging[J]. Magn Reson Imaging Clin N Am, 2012,20(4):699-713.

[6] Kudo K, Christensen S, Sasaki M, et al. Accuracy and reliability assessment of CT and MR perfusion analysis software using adigital phantom[J]. Radiology, 2013,267(1):201-211.

[7] Boutelier T, Kudo K, Pautot F, et al. Bayesian hemodynamic parameter estimation by bolus tracking perfusion weighted imaging[J]. IEEE Trans Med Imaging, 2012,31(7):1381-1395.

[8] Kudo K, Boutelier T, Pautot F, et al. Bayesian analysis of perfusion-weighted imaging to predict infarct volume: comparison with singular value decomposition[J]. Magn Reson Med Sci, 2014,13(1):45-50.

[9] Sasaki M, Kudo K, Boutelier T, et al. Assessment of the accuracy of a Bayesian estimation algorithm for perfusion CT by using a digital phantom[J]. Neuroradiology, 2013,55(10):1197-1203.

[10] Nael K, Mossadeghi B, Boutelier T, et al. Bayesian estimation of cerebral perfusion using reduced-contrast-dose dynamic susceptibility contrast perfusion at 3T[J]. AJNR Am J Neuroradiol, 2015,36(4):710-718.

[11] Jahng GH, Song E, Zhu XP, et al. Human brain:reliability and reproducibility of pulsed arterial spin-labeling perfusion MR imaging. Radiology[J]. 2005,234(3):909-916.

[12] Chen Y, Wang DJ, Detre JA. Test-retest reliability of arterial spin labeling with common labeling strategies[J]. J Magn Reson Imaging, 2011,33(4):940-949.

[13] Golay X, Guenther M. Arterial spin labelling: final steps to make it aclinical reality[J]. MAGMA, 2012,25(2):79-82.

[14] Wang DJ, Chen Y, Fernández-Seara MA, et al. Potentials and challenges for arterial spin labeling in pharmacological magnetic resonance imaging[J]. J Pharmacol Exp Ther, 2011,337(2):359-366.

[15] van Gelderen P, de Zwart JA, Duyn JH. Pittfalls of MRI measurement of white matter perfusion based on arterial spin labeling[J]. Magn Reson Med, 2008,59(4):788-795.

[16] Quaia E. Assessment of tissue perfusion by contrast-enhanced ultrasound[J]. Eur Radiol, 2011,21(3):604-615.

[17] Droste DW, Kaps M, Navabi DG, et al. Ultrasound contrast enhancing agents in neurosonology: principles, methods, future possibilities[J]. Acta Neurol Scand, 2000,102(1):1-10.

[18] Mills JN, Mehta V, Russin J, et al. Advanced imaging modalities in the detection of cerebral vasospasm[J]. Neurol Res Int, 2013,2013:415960.

[19] Rordorf G, Koroshetz WJ, Copen WA, et al. Diffusion- and perfusion-weighted imaging invasospasm after subarachnoid hemorrhage[J]. Stroke, 1999,30(3):599-605.

[20] Cho H, Kim JS, Choi JY, et al. A computed tomography-based spatial normalization for the analysis of [18F] fluorodeoxyglucose positron emission tomography of the brain[J]. Korean J Radiol, 2014,15(6):862-870.

[21] Rajendran JG, Lewis DH, Newell DW, et al. Brain SPECT used to evaluate vasospasm after subarachnoid hemorrhage: correlation with angiography and transcranial Doppler[J]. Clin Nucl Med, 2001,26(2):125-130.

[22] Davis S, Andrews J, Lichtenstein M, et al. A single-photon emission computed tomography study of hypoperfusion after subarachnoid hemorrhage[J]. Stroke, 1990,21(2):252-259.

[23] Marshall SA, Kathuria S, Nyquist P, et al. Noninvasive imaging techniques in the diagnosis and management of aneurysmal subarachnoid hemorrhage[J]. Neurosurg Clin N Am, 2010,21(2):305-323.

[24] Egge A, Sj?holm H, Waterloo K, et al. Serial single-photon emission computed tomographic and transcranial doppler measurements for evaluation of vasospasm after aneurysmal subarachnoid hemorrhage[J]. Neurosurgery, 2005,57(2):237-242.

[25] 郭晉綱,任媛,莊坤,等.多模態(tài)影像設(shè)備(SPECT/CT)的應(yīng)用[J].生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)進(jìn)展,2014,35(1):28-32,39.

[26] Ingvar DH, Cronqvist S, Ekberg R, et al. Normal values of regional cerebral blood flow in man, including flow and weight estimates ofgray and white matter. A preliminary summary[J]. Acta Neurol Scand Suppl, 1965,14:72-78.

[27] Carlson AP, Brown AM, Zager E, et al. Xenon-enhanced cerebral blood flow at 28% xenon provides uniquely safe access to quantitative, clinically useful cerebral blood flow information: a multicenter study[J]. AJNR Am J Neuroradiol, 2011,32(7):1315-1320.

·綜述·

收稿日期：(2015-07-24)

通信作者：李春陽

中圖分類號(hào)：R743

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1002-266X(2015)47-0094-04

doi：10.3969/j.issn.1002-266X.2015.47.038