倪鳴飛，李雪松，陶定波，魏　強(qiáng)，宋清偉，徐　斌，苗延巍

（大連醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院，遼寧 大連　116011）

磁敏感加權(quán)成像相位圖對(duì)缺血性腦梗死局部氧代謝的臨床研究

倪鳴飛，李雪松，陶定波，魏強(qiáng)，宋清偉，徐斌，苗延巍

（大連醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院，遼寧 大連116011）

目的：本研究試圖通過測(cè)量梗死區(qū)引流靜脈的相位差，并結(jié)合局部血流動(dòng)力學(xué)的改變，探討SWI上引流靜脈信號(hào)變化的可能機(jī)制以及其對(duì)急性腦梗死患者的臨床應(yīng)用價(jià)值。方法：回顧性分析急性缺血性腦梗死患者20例，年齡47～82歲，平均61歲；發(fā)病時(shí)間7～48小時(shí)，平均28小時(shí)。行磁敏感加權(quán)成像（SWI）、動(dòng)態(tài)磁敏感對(duì)比增強(qiáng)灌注加權(quán)成像（DSC-PWI）掃描，測(cè)量梗死區(qū)與對(duì)側(cè)相應(yīng)區(qū)域靜脈血管的相位差（分別用Δφ病灶和Δφ對(duì)側(cè)表示），測(cè)量梗死區(qū)與對(duì)側(cè)相應(yīng)區(qū)域的rCBF值、rrCBF值及rCBV值，測(cè)量腦梗死患者NIHSS評(píng)分。結(jié)果：①梗死區(qū)靜脈相位差Δφ病灶=547.0±155.7spin，對(duì)側(cè)靜脈相位差Δφ對(duì)側(cè)=282.65± 96.67spin，梗死區(qū)靜脈相位差顯著大于健側(cè)（t=5.861，P＜0.001）；②梗死區(qū)rCBF值小于健側(cè)（t=-8.978，P＜0.001），梗死區(qū)rCBV值亦小于健側(cè)（P=0.008）；③Δφ病灶與NIHSS評(píng)分呈顯著正相關(guān)（r=0.933，P＜0.001），Δφ病灶與rrCBF呈顯著正相關(guān)（r=0.681，P= 0.001），rrCBF與NIHSS評(píng)分呈正相關(guān)（r=0.645，P=0.002）。結(jié)論：SWI腦梗死引流靜脈相位差所反映的氧代謝異常與CBF的相關(guān)性符合腦血流-代謝耦聯(lián)機(jī)制，可作為臨床評(píng)價(jià)急性梗死患者病情程度的可靠指標(biāo)。

腦梗塞；磁共振成像

缺血性腦梗死患者的早期診斷及腦功能評(píng)價(jià)對(duì)臨床醫(yī)生制定合理的治療方案以及對(duì)預(yù)后的評(píng)估尤為重要[1]。氧供給和氧攝取之間的平衡維持腦組織的正常功能，氧供給與攝取障礙將會(huì)導(dǎo)致局部腦組織發(fā)生缺血、缺氧性梗死。腦組織的氧供給依賴于局部血流狀況，腦血流量（Cerebral blood flow，CBF）是反映局部組織氧供給主要的指標(biāo)，而磁共振灌注成像（Perfusion-weighted image，PWI）可以定量評(píng)價(jià)腦組織的血流量（CBF）狀況[2]。氧攝取分?jǐn)?shù)（Oxygen extraction fraction，OEF）是反映氧攝取的主要指標(biāo)，臨床測(cè)量腦組織OEF主要依靠正電子發(fā)射斷層掃描（PET）[3]，但其存在電離輻射、相對(duì)有創(chuàng)、費(fèi)用高昂等不足。磁敏感加權(quán)成像 （Susceptibility weighted imaging，SWI）是近年來廣泛應(yīng)用于腦血管疾病研究的一種新的影像學(xué)手段，對(duì)急性腦梗死具有重要的診斷價(jià)值[4]。急性梗死灶脫氧血紅蛋白比例越高，其周圍引流靜脈顯示越多、越清晰[5]，有學(xué)者認(rèn)為通過測(cè)量靜脈與周圍組織的相位差可以推算局部組織的OEF[6]。但是，目前對(duì)于梗死灶引流靜脈信號(hào)和相位變化的確切原因和臨床意義并不十分清楚。由此，本研究試圖通過測(cè)量梗死灶的引流靜脈相位差，結(jié)合PWI，探討SWI上引流靜脈信號(hào)變化的可能機(jī)制以及其對(duì)急性腦梗死患者的臨床應(yīng)用價(jià)值。

1　資料與方法

1.1一般資料

回顧性分析2013年2月—2014年3月經(jīng)臨床及影像診斷為急性缺血性腦梗死的患者30例，對(duì)病例按照如下條件進(jìn)行篩選：①首次癥狀發(fā)作48小時(shí)內(nèi)行MRI檢查；②DWI出現(xiàn)明顯高信號(hào)灶；③腦梗死灶位于一側(cè)前循環(huán)供血區(qū)域，病灶側(cè)大腦中動(dòng)脈或大腦前動(dòng)脈狹窄或閉塞，而對(duì)側(cè)大腦半球無梗死灶及血管狹窄；④排除腦內(nèi)出血、腫瘤及代謝性疾?。虎輽z查前1小時(shí)內(nèi)患者無飲酒、喝咖啡、吸煙以及劇烈運(yùn)動(dòng)。最終，共計(jì)20例患者符合標(biāo)準(zhǔn)被納入研究組，其中男11例，女9例，年齡47～82歲，平均61歲；發(fā)病時(shí)間7～48小時(shí)，平均28小時(shí)；由一名高年資神經(jīng)內(nèi)科醫(yī)生測(cè)量并記錄NIHSS評(píng)分。所有患者行MRI檢查前均未進(jìn)行溶栓治療。

1.2檢查方法

應(yīng)用美國(guó)GE Signa Excite HD 1.5T超導(dǎo)MRI儀對(duì)患者進(jìn)行掃描。采用8通道相控陣頭表面線圈，患者取仰臥位，掃描基線平行于前-后聯(lián)合連線，掃描范圍覆蓋全腦。掃描序列包括：矢狀位自旋回波（SE）T1WI、軸位SE T1WI、軸位FSE T2WI、軸位T2FLAIR、軸位DWI、SWI、DSC-PWI。顱內(nèi)血管成像采用頭MRA。SWI掃描參數(shù)：TR/TE=53ms/38ms，矩陣512×512，F(xiàn)OV=24 cm，層厚/層間距=2 mm/0 mm，SWI序列空間分辨率為0.47mm×0.47mm×2mm。DSC-PWI掃描造影劑為馬根維顯 （國(guó)藥準(zhǔn)字J20080063），使用劑量為0.1mmol/kg體重，經(jīng)右肘靜脈使用高壓注射器快速團(tuán)注，注射速度為2mL/s。掃描參數(shù)：TR/TE=2 200ms/98ms，矩陣 256×256，F(xiàn)OV=24 cm，層厚/層間距=5mm/1mm，共掃描50個(gè)時(shí)相。

1.3圖像后處理及數(shù)據(jù)采集

將PWI原始數(shù)據(jù)傳至GE工作站，應(yīng)用Functool 2軟件包對(duì)圖像進(jìn)行后處理，刪除前5個(gè)時(shí)相的圖像，分析后45個(gè)時(shí)相。結(jié)合DWI、T2WI及T2FLAIR，確定梗死灶的位置和范圍。在PWI重建圖像上（rCBF圖、rCBV圖）分別測(cè)量梗死區(qū)及對(duì)側(cè)相應(yīng)區(qū)域的rCBF值、rCBV值，ROI大小為20～30mm2，測(cè)量3次并取其平均值（測(cè)量方法如圖1），得到梗死灶與正常對(duì)照側(cè)rCBF、rCBV值，將雙側(cè)rCBF值的差值記做rrCBF值（rrCBF值=rCBF對(duì)側(cè)-rCBF病灶）。

將SWI原始數(shù)據(jù)導(dǎo)入個(gè)人電腦，經(jīng)神經(jīng)影像信號(hào)處理軟件（Signal process in neuroimaging，SPIN）[7]處理，生成濾過后的相位圖（FPI），5幅相位圖疊加重建生成最小密度重建圖 （SWIMinIp）。結(jié)合DWI及SWIMinIP，在FPI上測(cè)量腦內(nèi)靜脈相位值差，即靜脈與周圍組織相位值的差值，用Δφ值（單位：spin）表示。在顯示梗死灶最大橫斷面的層面上測(cè)量Δφ值，選擇測(cè)量的靜脈必須在FPI及SWIMinIp圖像上均清晰可見并且左右對(duì)稱，測(cè)量時(shí)需要避開鄰近的非目標(biāo)血管、顱骨、含氣鼻竇腔等磁敏感差異明顯部位，測(cè)量線置于與被測(cè)靜脈的中段并與之垂直，測(cè)量梗死區(qū)及對(duì)側(cè)相應(yīng)區(qū)域靜脈血管的相位差，分別用Δφ病灶和Δφ對(duì)側(cè)表示，每個(gè)區(qū)域測(cè)量4支靜脈的Δφ，最后取其平均值代表該區(qū)的平均值。所有患者圖像由兩名技術(shù)嫻熟的神經(jīng)放射學(xué)醫(yī)師在事先不知道結(jié)果的情況下分別進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量結(jié)果不一致再共同商討取得一致，當(dāng)不能夠取得一致結(jié)果時(shí)，再由第三名神經(jīng)放射學(xué)專家進(jìn)行評(píng)價(jià)，取多數(shù)人的意見為最終測(cè)量結(jié)果。測(cè)量方法如圖1。

1.4神經(jīng)功能評(píng)分

本研究中患者的臨床狀態(tài)評(píng)估依據(jù)美國(guó)國(guó)立研究院腦卒中評(píng)定表 （NIH stroke scale，NIHSS）[8]，在患者檢查前6小時(shí)內(nèi)由一名資深的神經(jīng)內(nèi)科醫(yī)生測(cè)量NIHSS評(píng)分。

1.5統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

應(yīng)用SPSS 17.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，計(jì)量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差 （±s）表示。首先使用Shapiro-Wilk檢驗(yàn)各組數(shù)據(jù)的正態(tài)性 （P＞0.05符合正態(tài)分布），然后采用配對(duì)t檢驗(yàn)比較梗死區(qū)及對(duì)側(cè)靜脈Δφ值的差異性；采用配對(duì)t檢驗(yàn)比較梗死區(qū)rCBF與對(duì)側(cè)的差異，使用Wilcoxon秩和檢驗(yàn)比較梗死區(qū)rCBV與對(duì)側(cè)的差異。使用Pearson相關(guān)分析測(cè)量Δφ病灶與NIHSS評(píng)分、rrCBF與NIHSS評(píng)分以及Δφ病灶與rrCBF的r值與P值。所有統(tǒng)計(jì)結(jié)果均以P＜0.05為有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2　結(jié)果

梗死區(qū)靜脈相位差Δφ病灶=547.0±155.7（spin），對(duì)側(cè)靜脈相位差Δφ對(duì)側(cè)=282.65±96.67（spin），梗死區(qū)靜脈相位差顯著大于對(duì)側(cè)（t=5.861，P＜0.001）（圖2，3）。

梗死區(qū)rCBF值=539.45±367.0，對(duì)側(cè)rCBF值=893.0±263.77，較對(duì)側(cè)相比梗死區(qū)rCBF值明顯降低（t=-8.978，P＜0.001），rrCBF=353.48±176.07。Wilcoxon秩和檢驗(yàn)示梗死區(qū)rCBV值較對(duì)側(cè)降低 （P=0.008）（圖3）。

圖1梗死區(qū)與對(duì)側(cè)靜脈相位差、rCBV、rCBF的測(cè)量方法。圖1a：DWI顯示左基底節(jié)區(qū)高信號(hào)梗死灶；圖1b：梗死區(qū)Δφ病灶及對(duì)側(cè)相應(yīng)區(qū)域Δφ對(duì)側(cè)的測(cè)量；圖1c：梗死區(qū)與對(duì)側(cè)rCBV值的測(cè)量；圖1d：梗死區(qū)與對(duì)側(cè)rCBF值的測(cè)量。

Figure 1.Measurement method of the phase differences,rCBV and rCBF in the infarct and contralateral areas.Figure 1a:DWI show high signal infarction in the left basal ganglia;Figure 1b:Measurement of the phase differences of veins in the infarct and contralateral areas (respectively denoted byΔφlesionandΔφnormal);Figure 1c:Measurement of the rCBV values in the infarct and contralateral areas;Figure 1d: Measurement of the rCBF values in the infarct and contralateral areas.

圖2　梗死側(cè)與對(duì)側(cè)靜脈相位差Δφ（單位：spin）的比較。Figure 2.　Comparison of the phase differencesΔφ(Unit:spin) of the veins in the infarct and contralateral areas.

圖3DWI、PWI、SWI顯示右側(cè)腦室旁急性梗死灶。圖3a：DWI顯示高信號(hào)的梗死灶；圖3b，3c：分別為rCBF、rCBV圖顯示梗死灶灌注減低；圖3d，3e：分別為SWIMinIP、FPI圖顯示較健側(cè)相比，梗死灶周圍引流靜脈增粗，信號(hào)減低（箭頭所示）。

Figure 3.DWI、PWI and SWI shows acute infarction in right periventricular area.Figure 3a:DWI shows high signal infarction;Figure 3b,3c:rCBF and rCBV images illustrate low perfusion of infarct area;Figure 3d,3e:SWIMinIPand FPI images illustrate the thickening and lower signal intensity of the the draining veins in the peri-infarct areas compared with the contralateral side.

梗死區(qū)靜脈相位差Δφ病灶與NIHSS評(píng)分呈顯著正相關(guān)（r=0.933，P＜0.001），梗死區(qū)靜脈相位差Δφ病灶與rrCBF呈顯著正相關(guān) （r=0.681，P=0.001），rrCBF 與NIHSS評(píng)分呈正相關(guān)（r=0.645，P=0.002）（圖4）。

圖4　梗死區(qū)靜脈相位差Δφ病灶、NIHSS評(píng)分、rrCBF之間的相關(guān)性分析Figure 4.　Correlation amongΔφlesion,NIHSS scores and rrCBF.

3　討論

目前使用磁共振測(cè)量OEF主要有兩種方法，一種是基于T2*或T2’值直接測(cè)量OEF值[9]，另一種是測(cè)量靜脈與周圍組織的相位差來反應(yīng)OEF[6]。T2*或T2’值不僅受脫氧血紅蛋白的影響，而且受其它一些引起自旋去相位的參數(shù)影響，所以會(huì)影響OEF值的準(zhǔn)確性。而基于靜脈相位差的測(cè)量方法僅利用脫氧血紅蛋白的含量測(cè)量OEF，所以較前者更為敏感[6]。

靜脈血中含有的脫氧血紅蛋白可以導(dǎo)致磁場(chǎng)不均勻，造成T2*時(shí)間縮短，引起靜脈血管和周圍組織的相位差[7]。本研究發(fā)現(xiàn)較健側(cè)相比，梗死灶引流靜脈相位差增大，且與rrCBF呈正相關(guān)，這與腦“血流-代謝耦聯(lián)”[10]機(jī)制相符。腦組織通過“血流-代謝耦聯(lián)”機(jī)制保持CBF和腦代謝的相互匹配，即當(dāng)腦組織灌注壓持續(xù)降低時(shí)，腦血管的自動(dòng)調(diào)節(jié)功能不足以滿足組織的氧需求，為維持腦組織的氧代謝和正常的生理功能，腦實(shí)質(zhì)對(duì)單位體積內(nèi)氧的攝取增加，即OEF升高，導(dǎo)致血液內(nèi)脫氧血紅蛋白的比例升高[11-12]，當(dāng)患者腦灌注持續(xù)下降時(shí)，OEF的增高不足以代償腦灌注的降低從而引起腦梗死。脫氧血紅蛋白為順磁性物質(zhì)，會(huì)增加局部磁場(chǎng)的不均勻性，引起磁敏感加權(quán)圖像上靜脈的信號(hào)減低，并使靜脈與周圍組織的相位值差增加，所以較健側(cè)相比，梗死灶周圍引流靜脈的相位差Δφ病灶增大且信號(hào)減低。

本研究發(fā)現(xiàn)與健側(cè)相比，梗死灶周圍引流靜脈相位差與 NIHSS評(píng)分呈顯著正相關(guān) （r=0.993）。NIHSS是一項(xiàng)臨床常用的評(píng)價(jià)腦卒中患者神經(jīng)功能障礙程度的量表，NIHSS與腦卒中病灶的大小、臨床嚴(yán)重程度以及預(yù)后有關(guān)[13]。雖然本研究發(fā)現(xiàn)磁共振灌注成像rrCBF值亦與NIHSS評(píng)分呈正相關(guān) （r= 0.645），但反映梗死區(qū)腦組織OEF的引流靜脈相位差[6-7，11]與NIHSS評(píng)分的相關(guān)程度更高。孟亮亮等[14]研究發(fā)現(xiàn)，與CBF不同，靜息狀態(tài)下的OEF在40歲以上中老年人群中的變異程度很小，且不同腦組織之間的差別也很小，鑒于腦梗死多發(fā)于40歲以上的中老年人群，所以反映梗死區(qū)OEF的靜脈相位差可能是評(píng)價(jià)腦梗死嚴(yán)重程度的更可靠的指標(biāo)；Derdeyn等[15]研究發(fā)現(xiàn)隨著灌注壓的持續(xù)下降，腦血管擴(kuò)張作為腦組織自動(dòng)調(diào)節(jié)的方式已達(dá)極限時(shí)，CBF開始下降而OEF增高，腦代謝儲(chǔ)備機(jī)制開始起作用，當(dāng)代謝儲(chǔ)備機(jī)制也失代償時(shí)將會(huì)發(fā)生卒中事件，所以單純的CBF下降并不一定意味著腦梗死事件的發(fā)生，只有當(dāng)OEF不足以代償CBF的下降時(shí)才會(huì)出現(xiàn)卒中，因此，SWI對(duì)OEF的定量測(cè)量，對(duì)腦血管病的早期診斷具有更大的價(jià)值。另外，DSCPWI需要靜脈注射造影劑，為有創(chuàng)性檢查，所以較磁共振灌注成像相比，SWI對(duì)評(píng)價(jià)腦梗死損傷程度更具有優(yōu)勢(shì)。本研究也有一定的局限性，研究對(duì)象中缺乏青年組（年齡＜40歲）患者，樣本例數(shù)相對(duì)較少，且缺乏治療前后的動(dòng)態(tài)評(píng)估，還有待后續(xù)研究。

綜上所述，腦梗死區(qū)引流靜脈相位差反映的氧代謝異常與CBF的相關(guān)性符合腦血流-代謝耦聯(lián)機(jī)制；相位差有望成為評(píng)價(jià)急性梗死病情程度的一個(gè)可靠指標(biāo)。

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A clinical study on the cerebral oxygen metabolism of ischemic cerebral infarction with susceptibility weighted phase imaging

NIMing-fei,LI Xue-song,TAO Ding-bo,WEIQiang,SONG Qing-wei,XU Bin,MIAO Yan-wei (The First Affiliated Hospital of Dalian Medical University,Dalian Liaoning 116011,China)

Objective:To explore the possible causes and clinical values of the signal and phase variation of the draining veins in patients with acute cerebral infarction,by measuring the phase differences of the draining veins combined with the local hemodynamic changes.Methods:Twenty patients(aged 47～82 years,mean age 61 years;time of onset 7～48 hours,mean time 28 hours)with acute ischemic cerebral infarction were analyzed retrospectively.The scanning sequences included susceptibility weighted imaging(SWI)and dynamic susceptibility contrast-enhanced perfusion-weighted imaging(DSC-PWI).The phase differences of the veins in the infarct and contralateral areas(respectively denoted byΔφlesionandΔφnormal)were measured.The rCBF values,rrCBF values and rCBV values in the infarct and contralateral areas were measured.NIHSS scores were recorded.Results:①The phase difference of affected sideΔφlesionvalue=547.0±155.7(spin),the contralateral phase differenceΔφnormalvalue=282.65±96.67(spin),Δφlesionwas significantly greater thanΔφnormal(t=5.861,P＜0.001);②rCBF values in the infarct area were significantly lower than that of the contralateral area(t=-8.978,P＜0.001),and rCBV values in the infarct area were also lower than that of the contralateral area(P=0.008);③There was significant positive correlation between theΔφlesionvalues and NIHSS scores(r=0.933,P＜0.001),and there was significant positive correlation between theΔφlesionvalues and rrCBF values(r= 0.681,P=0.001),rrCBF values had positive correlation with NIHSS scores(r=0.645,P=0.002).Conclusion:The correlation between the phase differences in the infarct area that reflected the oxygen metabolic abnormalities and CBF were consistent with the cerebral flow-metabolism coupling mechanism.The phase differences of the veins in the infarct area could be used as a reliable indicator to evaluate the clinical severity of the patients with acute infarction.

Brain infarction;Magnetic resonance imaging

R743.33；R445.2

A

1008-1062（2016）05-0314-04

2015-09-10；

2015-11-19

倪鳴飛（1982-），男，山東威海人，主治醫(yī)師。E-mail：nimingfei2008@163.com

苗延巍，大連醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院放射科，116011。E-mail：ywmiao716@163.com

國(guó)家自然基金項(xiàng)目（81171321）。