神经外科

缺血性卒中影像学评价研究进展

作者:佚名 来源:MedSci梅斯 日期:2021-03-01
导读

         卒中是导致成人残疾和死亡的常见病因。近年来中国卒中的发病率逐步上升,以缺血性卒中常见,占69.6%~77.8%。目前多模态CT、MR是卒中的主要评价方法。笔者就该两种影像学方法在缺血性卒中的临床应用及研究前景进行综述如下。 1.CT成像 CT平扫是急诊疑似卒中患者首选的影像学检查方法,可排除颅内出血及部分非血管性病变(如脑肿瘤)。在卒中患者的缺血评估中,多模态CT占据重要地位。 1.1CT血管成

关键字:   | 缺血性卒中 

        卒中是导致成人残疾和死亡的常见病因。近年来中国卒中的发病率逐步上升,以缺血性卒中常见,占69.6%~77.8%。目前多模态CT、MR是卒中的主要评价方法。笔者就该两种影像学方法在缺血性卒中的临床应用及研究前景进行综述如下。

1.CT成像

        CT平扫是急诊疑似卒中患者首选的影像学检查方法,可排除颅内出血及部分非血管性病变(如脑肿瘤)。在卒中患者的缺血评估中,多模态CT占据重要地位。

        1.1CT血管成像(CTA)

        CTA分为单相CTA(single-phaseCTA,SPCTA)和多相CTA(multiphaseCTA,MPCTA)。MPCTA可得到动脉期、静脉期及晚期静脉期三期图像,较SPCTA具有更好的时间分辨率。Byrne等纳入43例远端前循环闭塞的患者,发现与SPCTA相比,MPCTA对前循环远端血管(A2/M2及以远动脉)闭塞检测敏感度由75%升高至100%(P<0.01)。目前,MPCTA主要用于分析软脑膜侧支循环血流量。

        Kim等比较了MPCTA和DSA预测急性大脑中动脉(MCA)闭塞患者的软脑膜侧支血流量,发现MPCTA侧支循环评分与DSA评分呈正相关(Spearman相关系数ρ=0.827,P<0.01),表明MPCTA可以提供MCA闭塞患者侧支血流的相关信息。vandenWijngaard等研究发现,对于急性前循环近端闭塞患者,MPCTA(RR=2.0,95%CI:1.5~2.7)较SPCTA(RR=1.8,95%CI:1.0~3.1)能更好地预测发病90d后患者临床结果,其原因可能是SPCTA低估了侧支血流信息。因此,MPCTA较SPCTA对前循环远端阻塞及侧支循环的评估更具有价值。随着影像组学的发展,相关的的卒中研究也逐步出现。

        Qiu等纳入67例颈内动脉或MCAM1段血栓接受静脉溶栓的患者,提取每个血栓在CT平扫和CTA图像的262个影像组学特征(如体素强度的一阶统计特征值、形状特征值以及高阶纹理特征值),发现在常规影像特征(如血栓长度、体积及通透性)的基础上结合这些放射组学信息,可显著提高预测静脉溶栓再通的能力(P<0.01)。

        1.2CT灌注成像

        CT灌注成像是识别梗死核心及缺血半暗带(ischemicpenumbra,IP)最常用的方法之一,梗死核心体积是影响患者长期预后最强有力的预测因子。国内外研究表明,CT灌注成像能有效区分梗死核心与IP。早期,Bivard等在研究中分别指出,脑血流量是衡量梗死核心最准确的参数,且局部脑血流量为45%是最稳定的参考阈值,IP的最佳阈值是延迟时间>2s。之后国内研究者指出,局部脑血流量<30%、延迟时间>3s分别是预测梗死核心和IP较优的阈值,故目前对灌注参数阈值仍存在一定的研究差异。利用CT灌注成像有效评估缺血情况,对选择静脉溶栓或血管内治疗的卒中患者,在指导临床治疗中具有重要价值。

        通常,预测梗死核心的CT灌注成像阈值为单一参数,可能无法分析CT灌注成像中的所有预测信息,通过大数据分析多个CT灌注成像参数阈值,预测梗死核心可能更具价值。Kasasbeh等以扩散加权成像(DWI)作为金标准,表明利用人工神经网络将CT灌注成像数据与临床数据相结合能更准确地预测梗死核心。

        1.3CT能量成像

        随着CT技术的不断进步,能量成像为卒中的诊断开拓了研究领域。有研究者利用双能量CT平扫,通过改良后的虚拟平扫分析,得到脑水肿图像(brainedemaimage,BE),将BE图像与标准的混合能量图像分别与后期随访证实的缺血病灶对比,发现BE图像对诊断早期缺血灶的敏感度更高(93.3%比80%)。因此,双能量CT在患者MRI检查存在禁忌或者对碘对比剂过敏的急性环境中可能成为MRI或增强CT的替代检查。继双能量CT之后,能谱CT的出现为能量成像提供了更为宽广的研究方向。

        Lin等研究发现,能谱CT头部平扫中,70keV的单能量图像能有效降低图像背景噪声及后颅窝硬化伪影,以减少对后颅窝及额叶下部梗死病灶的误诊。对于前循环梗死病例,可以选择基底节和放射冠层面,获得能够提供最佳对比噪声比的单能量图像以增加脑灰、白质的对比度,提高超急性期梗死的检出能力。此外,Wang等比较了能谱CT与传统CT对卒中相关动脉粥样硬化斑块的分析能力,发现能谱CT可以更准确地识别斑块成分,其敏感度、特异度、准确度分别为93.2%、84.5%、91.0%,在分析动脉斑块及预测卒中风险方面更具优势,对早期预防脑血管意外具有重要价值。

2.MRI

        目前临床卒中评价应用最为广泛的MR技术有DWI、液体衰减反转恢复(FLAIR)序列、灌注加权成像、磁敏感加权成像(susceptibility-weightedimaging,SWI)以及扩散张量成像、扩散峰度成像(diffusionkurtosisimaging,DKI)、体素内不相干运动、磁共振波谱(magneticresonancespectroscopy,MRS)等。

        2.1DWI

        DWI是目前认为检测缺血性卒中最敏感的方法。当缺血发生几分钟后,DWI即呈现高信号,与周围正常脑组织相比,表观弥散系数可减低约一半,而常规T2加权成像可能无法发现早期缺血改变。Purushotham等分析了参与DEFUSE研究并在静脉溶栓治疗后早期恢复血运重建者的影像信息,发现部分DWI高信号病变与30d后梗死相对应即被认为梗死核心,得出表观弥散系数≤620×10-6mm2/s是确定梗死核心的最佳阈值。一项纳入54例发病9h内的缺血性卒中患者的研究结果表明,当DWI异常区域体积>70ml时,后续无论是溶栓治疗或血管内治疗,临床预后均较差。

        Longo等利用DWIAlberta卒中项目早期CT评分(AlbertaStrokeProgramEarlyCTScore,ASPECTS)选择自血管内治疗中获益的患者,发现DWI-ASPECT评分与血管内治疗后评分相关性优于CT-ASPECT,尽早行血管内治疗对患者预后影响重大。

        2.2FLAIR

        FLAIR是反转恢复序列的一种,FLAIR血管高信号征是缺血性卒中常见的影像征象,其与大血管狭窄、阻塞密切相关。Kufner等研究发现,较大范围的FLAIR血管高信号征与更严重的低灌注相关(OR=6.8;95%CI:1.1~42.7;P=0.04),其中低灌注强度比(>0.447)与卒中后90d良好功能预后相关(OR=0.17,95%CI:0.05~0.57;P<0.01),表明FLAIR血管高信号征可能提示侧支循环不足而致严重缺血。目前,有关DWI与FLAIR不匹配的研究逐渐增多,DWI与FLAIR不匹配通常提示存在可挽救的脑组织。

        Payabvash等分析了缺血发作12h内患者的DWI与FLAIR信息,显示当DWI病变体积>15ml时,DWI与FLAIR不匹配对静脉溶栓治疗时间内的急性梗死具有高度特异性,并可识别符合接受治疗的卒中患者。Thomalla等研究发现,对于发病时间不明的患者,若符合DWI与FLAIR不匹配标准,行静脉溶栓的功能预后更佳。

        2.3扩散张量成像

        扩散张量成像能够反映三维水分子的弥散特性及白质纤维束方向,最常用参数值是各向异性分数(fractionalanistraphy,FA)和平均扩散系数。通常,FA值随病程进展逐渐下降。Bhagat等分析了26例卒中患者发病2~34hFA值的变化,并结合其他研究发现,虽然FA无法确定急性期(<24h)脑组织的缺血状态,但对于发病时间不明的患者,可作为临床症状发作分类的潜在标志。此外,扩散张量成像能评估卒中患者皮质脊髓束的解剖方向及完整性。有关系统评价与Meta分析研究结果表明,FA是上肢运动恢复的重要预测因子,与上肢运动恢复之间存在很强的相关性(相关系数r=0.82,95%CI:-0.66~0.90,P<0.01)。

        2.4DKI

        DKI可获得多个参数值,与卒中研究相关较多的是平均扩散系数、平均峰度。Yin等研究发现,对于大范围缺血灶(直径>1cm),平均峰度显示病变范围与最终临床结局范围相关性更高(决定系数R2=0.730,P<0.01),且平均扩散系数与平均峰度不匹配有助于IP的识别。由于DKIb值的选择影响DKI指数的准确性,Chou等比较了10例健康者和4例急性卒中患者b值选择,发现与正常脑组织中DKI相比,b=(0,1000,3000)s/mm2,具有更高的可重复性和更准确的DKI指数。

        2.5体素内不相干运动

        在扩散成像体素内不相干运动双指数模型的研究中,Suo等纳入101例急性、亚急性卒中患者,发现扩散参数D和灌注参数f、fD*较对侧正常区差异均有统计学意义(均P<0.01),其中fD*反映局部微血管灌注减少,这是由微血管损伤和微血栓形成导致。最近,Federau等对34例超急性卒中患者的影像资料进行分析,发现核心梗死区灌注分数f显著低于对侧正常组织,存在更大范围梗死核心患者的灌注图中,IP局部低灌注提示患者的微血管侧支循环更差,因此,体素内不相干运动IP区低灌注可能被认为属于梗死核心。

        2.6动态磁敏感对比增强成像

        目前,临床主要通过动态磁敏感对比增强dynamicsusceptibilitycontrastenhanced,DSC)和动脉自旋标记法(aterialspinlableing,ASL)对卒中进行评价。DSC灌注加权成像(perfusionweightedimaging,PWI)的相关血流动力学参数信息中,达峰时间被认为是较敏感的参数,与疾病进展时间不同的是Tmax,即最大残余功能时间,其采用卷积法并根据动脉输入函数,修正脑外循环个体差异,从而得到灌注图,是检测低灌注和梗死核心的一项敏感参数。一项关于中国卒中患者的PWI研究结果表明,在发病后6h内,Tmax>6s可作为识别IP的最佳阈值。

        DEFUSE-EPITHET队列研究结果显示,当Tmax>8s、体积>85ml时,能从PWI中识别可能患有实质性出血且再灌注治疗后结果不良的患者,由此在选择再灌注治疗患者的过程中,排除可能有不良预后患者可以显著改善再灌注治疗的效果和安全性。Wouters等研究指出,达峰时间与Tmax对缺血病变体积的估测相当,且由于达峰时间不存在动脉输入函数选择相关的问题,故可以改善急性卒中中错配分类的稳健性和再现性。DWI用于评估梗死核心,PWI识别潜在缺血低灌注区,二者不匹配区即为IP。通常,DWI与PWI不匹配超过20%即认为是半暗带存在的指标。

        Ma等纳入66例发病48h内的卒中患者,发现PWI与DWI错配有时可持续至48h,由此为更长时间窗内的治疗提供了证据。

        2.7ASL

        ASL能够无创测量脑血流量,但其仅有脑血流量一个量化灌注参数。Crisi等回顾性分析了47例不符合静脉溶栓治疗患者,发现脑血流量值可以提供缺血组织早期再灌注的信息,局部高灌注对梗死体积的变化以及临床预后有益,因此,局部高灌注可能被视为预后良好的关键。同样,Yu等对221例卒中患者于发病后和治疗后不同时间点行ASL扫描,发现出血性转化的等级与高灌注呈正相关,故高灌注可作为出血性转化发生的标志,用于指导卒中患者治疗后管理,以防止出血性转化的发生。

        与DSC-PWI相比,在检测大范围的灌注不足时,脉冲式ASL和DSC-DWI相比二者检测能力相当,但ASL可能无法准确地检测小范围的灌注缺损。随着ASL技术的不断完善,Wu等研究发现,多期相的脉冲式ASL序列可得到与DSA类似的侧支循环量化,由此提供了一种新的非侵入性方法来评估侧支循环,但该方法仍需要更大样本量的研究进行验证。虽然ASL在卒中研究中取得了一定的进展,但其所能提供的灌注参数指标较少,相信随着理论和技术的不断进步,其作为一种无创、定量的评价卒中方法,将不断广泛应用于临床中。

        2.8SWI

        SWI在脑内小静脉的显示中具有独特优势,其可以检测出急性卒中发病后早期梗死灶内的出血,同时也可以检测出阻塞动脉的血栓位置。在SWI上,通过动脉管腔内低信号的血栓即敏感性血管征可以判断阻塞动脉的血栓位置,特别是远端动脉血栓,与MR血管成像(MRA)相比,二者对大动脉血栓的检测敏感性相近,且SWI在检测远端动脉血栓方面优于MRA。缺血发生后局部脑组织的供氧需求增加,缺血周围的动脉需氧也相对增加,导致静脉血液中脱氧血红蛋白增多,在缺血低灌注区出现明显静脉血管低信号。

        Verma等纳入33例MCAM1段闭塞的卒中患者,对显著皮质静脉与DSA软脑膜侧支血管评级进行比较分析,发现显著皮质静脉程度与软脑膜动脉侧支循环有关,软脑膜侧支越好,则显著皮质静脉越少。

        2.9MRS

        MRS用于卒中的主要方法是1H-MRS,其中N-乙酰天门冬氨酸(N-acetylaspartate,NAA)和乳酸是测量卒中的常用代谢物。一般来说,NAA浓度随着缺血进展呈降低趋势,乳酸作为无氧代谢的产物,被认为是缺血早期的敏感标志物。Munoz等对51例患者于发病后1、5、12、30、90d行MRS进行分析,发现NAA、乳酸的整体变化趋势:NAA浓度自发病至2周呈下降趋势,最低时间点约为第12天,随后有所增加,但在90d仍低于基线水平;乳酸浓度于发病后显著增加,随后急剧下降,2周左右趋于基线水平,但在30、90d梗死组织中仍存在乳酸,得出缺血至12d时可能已达到永久性神经细胞丢失。

        Lin等对47例急性卒中患者于发病后12h及治疗后1~2个月行MRS,发现梗死核心NAA/乳酸和NAA/胆碱比值较对侧减低(均P<0.05),且IP在溶栓治疗后NAA/肌酐、NAA/胆碱比值较非溶栓治疗组高(均P<0.05),可见NAA值是评估脑缺血变化的重要指标。

3.小结与展望

        随着神经影像学的不断发展,不同的影像学方法在卒中责任血管的定位、梗死核心、IP及侧支循环的评估中体现了不同的价值。多模态CT仍然是卒中评价的主要手段,随着大数据的发展,机器学习与人工智能将为卒中带来新的研究方向;多模态MR能敏感地反映卒中的病理生理变化,并为其诊断及预后提供多方面的信息,但其扫描速度慢并存在一定的禁忌证,故对急诊患者卒中诊断评价具有一定局限性,但对卒中治疗的预后评价存在较好的应用前景。目前,关于缺血性卒中的研究取得了一定成果,但卒中影像学研究仍在进步、完善,使研究结果更标准化、全面化,为患者制定精准的个体化治疗方案提供更为详尽、可靠的影像学证据。

        来源:赵小菊,许永生,胡国翠,张跃,雷军强.缺血性卒中影像学评价研究进展[J].中国脑血管病杂志,2020,17(11):707-712.

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