分水嶺腦梗死的影像學診斷

程曉青 盧光明

盧光明 教授

分水嶺腦梗死(cerebral watershed infarction，CWI)也稱邊緣帶梗死，是指腦內相鄰血管供血區之間的邊緣帶發生的一種特殊類型的腦梗死，占缺血性腦卒中的10.0%［1］。研究表明，CWI 的發生多伴有頭頸部動脈狹窄或閉塞，根據其側支循環代償能力，可引起不同程度腦血流動力學異常，當側支代償不足以維持正常腦血流時，腦血流灌注嚴重受損將導致CWI的發生。此外，微栓塞可能是另一個主要因素。在多種因素的作用下，心源性栓子或來源于血管本身的動脈硬化斑塊形成微栓子隨血流流向遠端動脈，在血液灌注不足的狀態下，血液清除微栓子的能力減弱，而腦分水嶺區是微栓子最易滯留的部位，從而會導致 CWI的發生。因此，CWI的發生是腦血流動力學損傷及微栓塞共同作用的結果［2-3］。

隨著神經影像學技術迅速發展，CWI的研究取得了新的進展，利用多種影像技術能為CWI的早期診斷、預測發生、嚴重程度及療效評估提供相應的影像學依據。

1 早期診斷

常規CT/MR的臨床應用廣泛，多用于CWI的診斷、定位和分型。頭顱CT平掃是急性卒中患者的緊急評價方法，具有廣泛的普及性和有效性，多用于急診中缺血性卒中與腦出血的鑒別。急性CWI發生于24 h內，常規CT多無陽性發現或僅顯示模糊低密度影，而常規MR較CT更敏感，由于血管源性水腫，MR可表現為T1、T2弛豫時間延長，但是對于梗死＜6 h的患者，常規CT/MR通常都表現為正常。此外，常規 CT/MR的軸位圖像常被用來作為CWI定位和分型:CWI分為皮質型和皮質下型，皮質型CWI按累及大腦中動脈、大腦前動脈、大腦后動脈皮質支而分為皮質前型和皮質后型，表現為扇形或三角型尖端朝向腦室、底朝向腦凸面的病灶;而皮質下型CWI累及大腦中動脈的深穿支和髓支之間的地帶，病灶位于放射冠或半卵圓中心，沿側腦室或在稍高水平的白質內，可為單個病灶、“串珠狀”多個病灶甚至條帶狀大塊融合的病灶［4］。

對于梗死 ＜6 h或更早期的CWI，MR中的彌散加權成像(diffusion-weighted imaging，DWI)及 CT/MR灌注成像具有重要的診斷價值。DWI能夠檢測活體組織內水分子的擴散運動，在已知擴散敏感系數(b值)的情況下，可以計算組織的表觀擴散系數(apparent diffusion coefficient，ADC)，用于協助診斷。急性CWI早期由于細胞毒性水腫，使水分子活動受限，DWI呈高信號，因此，DWI不僅能夠較常規CT/MR更敏感地診斷＜6 h的CWI，還能有效地區分陳舊性和急性CWI病灶，結合ADC圖評估急性CWI的動態演變過程。CT/MR灌注成像能夠得到單位體積腦組織內腦血流量(cerebral blood flow，CBF)、腦血容量 (cerebral blood volume，CBV)、達峰時間(time to peak，TTP)和平均通過時間(mean transit time，MTT)等一系列參數進行血流動力學評價［5］，其早期診斷的敏感性明顯高于常規CT/MR及DWI［6-7］，在腦缺血癥狀出現 30 min后即可發現灌注異常。通常梗死區域腦組織表現為CBF、CBV下降，TTP或MTT延長，而周圍缺血腦組織表現為CBF下降、TTP或MTT延長，但CBV正常或輕度升高，通過血流灌注的改變可以診斷超早期CWI，還能夠在一定程度上評估缺血半暗帶的存在，指導臨床治療。

隨著高場強MR應用，MR新技術及數據分析方法的研發，近幾年磁敏感加權成像(susceptibility weighted imaging，SWI)或磁敏感加權血管成像(susceptibility weighted angiography，SWAN)、擴散峰度成像(diffusion kurtosis imaging，DKI)、酰胺質子轉移(APT)這些新的技術逐漸應用于缺血性卒中的實驗及臨床研究中，為CWI的早期診斷提供新的影像學評估模式。SWI或SWAN對含鐵血黃素、去氧血紅蛋白等順磁性成分敏感，在顯示靜脈、微出血、鐵沉積等有優勢，運用SWI相位成像可繪制腦氧攝取分數(OEF)變化圖，可用于評價缺血性卒中包括CWI引起的腦氧代謝的變化［8-9］。DKI可定量分析高斯分布下的水分子擴散偏差，對于早期腦梗死，DKI相對于DWI圖較早的出現下降，表明早期梗死組織軸突內擴散存在較大改變，運用DKI將得到超早期CWI患者梗死腦組織的更多信息［10］。APT是用來檢測酰胺質子的一種對特定化學物質交換飽和成像技術，動物實驗發現APT可檢測急性腦梗死區域的pH變化，但是目前尚未經過臨床研究證實［11］，期待將來 APT 能夠用于評估CWI患者梗死腦組織的pH改變。

2 預測發生

由于CWI的發生是腦血流動力學損傷及微栓塞共同作用的結果，因此，預測CWI的發生主要利用多種影像技術評估頭頸部血管情況，評價血管病變造成血流動力學損傷程度，以及預測不穩定斑塊的存在。

CWI的發生不僅與頭頸部血管狹窄程度及側支代償相關，還與Willis環發育完整性相關，Willis環前、后交通動脈的缺失不利于側支代償的建立，此類患者較易發生CWI［4］。因此，利用無創性血管成像方法，如經顱多普勒超聲(transcranialdopple，TCD)及 CT/MR 血管成像準確定位頭頸部血管狹窄的部位，評估狹窄程度，顯示Willis環的發育情況，評價側支代償能力，對預測CWI的發生及治療方案的選擇具有重要意義。TCD是檢測頸動脈顱外段狹窄閉塞性疾病的常用方法，具有經濟、簡便、可反復的優點，能夠對血管狹窄部位進行初步定位和判斷［4］，但是由于TCD與操作者的經驗密切相關，并且在顯示顱內血管方面具有一定的局限性。因此，可利用CT/MR血管成像作為進一步檢查手段，通過“一站式”掃描不僅能夠得到頸動脈、椎-基底動脈及顱內血管情況，準確定位責任血管，評估Willis環發育情況，而且能夠結合灌注成像進一步評估血流動力學受損狀況。

腦血流動力學受損是導致CWI發生的主要原因，當頭頸部動脈發生狹窄閉塞后，由于腦血管自身調節能力，機體可以通過小動脈和毛細血管平滑肌的代償性擴張或收縮來維持腦血流相對動態穩定，不會立即導致CWI的發生，按腦血管自身調節能力的改變可分為3個階段:(1)通過小血管反射性擴張及側支代償，相對增加狹窄側的腦血容量而維持正常的血流，灌注成像可見CBF正常，CBV正常或輕度升高，TTP或MTT延長;(2)當血管自身調節能力發生可逆性的損傷時，小血管擴張達到極限不能夠維持局部血流量的穩定，此時，CBF開始發生下降，而 CBV升高，TTP或MTT明顯延長;(3)當損傷到一定程度時，腦血管儲備能力耗竭，“惡性灌注損傷”狀態發生，此時，CBF與CBV均明顯下降，TTP或MTT進一步延長，腦組織發生急性梗死。因此，當患者血流灌注表現為CBF下降，而CBV升高或下降，TTP及MTT明顯延長，甚至TTP延長超過3.5 ～4.0 s時［12］，代表患者血流動力學受損嚴重，需要進行積極治療預防CWI的發生。

此外，頸動脈不穩定斑塊導致微栓子的形成也是導致CWI發生的另一主要原因，利用多種影像技術對頸動脈斑塊進行分析，預測不穩定斑塊存在，對篩選CWI的高危患者同樣具有重要意義。超聲造影能夠顯示頸動脈粥樣硬化斑塊內的新生血管及外膜部位增生的滋養血管，對斑塊易損性進行評估，而超聲的彈性成像技術能夠評估頸動脈斑塊的軟硬程度，間接反映斑塊的穩定性，從而協助篩選出CWI的高危人群［13］。CT斑塊分析有助于判定頸動脈斑塊存在，評價斑塊的形態、組成成分，并根據表面情況及CT值分為鈣化性斑塊、非鈣化性斑塊和混合斑塊。通常認為CT值越低，斑塊表面越不光整，潰瘍的發生率越高，斑塊就越不穩定，而鈣化性斑塊多為穩定斑塊。但是CT對斑塊內脂質壞死核、纖維成分和出血的顯示能力有限，不能準確判斷纖維帽的厚度及潰瘍形成情況［14］。而高分辨MR配合特定的頸動脈表面線圈的應用，不僅可以顯示斑塊內的脂質含量和膠原組織，對斑塊纖維帽和脂質進行定量測量，而且對脂質壞死核心及斑塊內出血敏感，可以區分斑塊內新鮮出血、亞急性出血以及陳舊性出血，對評判斑塊的穩定性具有獨特價值［15］。

3 嚴重程度評估

根據發生機制的不同(低血壓、微栓塞、血流動力學損傷)，CWI患者的灌注成像分為3種不同的表現模式，其代表的嚴重程度及預后不同［4，16］:(1)正常的灌注表現，此類CWI患者多由于全身低血壓導致的一過性的血流灌注不良引起，不存在微栓塞及頭頸部血管狹窄閉塞導致血流動力學損傷，此類預后最好，可以通過補充血容量，維持血壓穩定，糾正低灌注狀態進行治療;(2)局部灌注異常表現，此類CWI患者多為心臟或不穩定斑塊形成的微栓塞阻塞相應供血血管引起，這類灌注異常與DWI顯示彌散異常的范圍相匹配，部分患者在隨訪中可發生缺血再灌注，通常這種灌注模式的預后較好，對于此類患者使用小劑量溶栓藥物及抗血小板聚集藥物能夠穩定斑塊，保護血管內膜，清除微栓子并預防微栓子進一步形成;(3)廣泛的灌注異常，多涉及1個或多個血管供血區的大范圍灌注異常，此類灌注異常范圍大于DWI顯示的異常范圍，CWI的患者多合并頭頸部動脈狹窄或閉塞，存在側支代償不良，導致血流動力學嚴重損傷。這種灌注模式通常預后不良，此類患者應積極進行頸動脈內膜剝脫術或頭頸部血管支架成形術治療，改善腦血流灌注，防止進一步大面積腦梗死的發生。

4 療效評估

對于需要接受外科手術或介入治療的 CWI患者，術后復查 CT/MR灌注成像可以觀察腦血流動力學改善情況，評估療效并預測術后過度灌注綜合征的發生。頸動脈內膜剝脫術或支架成形術后，狹窄血管管徑增大，血流速度增加，腦組織灌注壓較術前降低，相應的側支循環就會關閉或流量減低，使術后的血流動力學發生相應的改變［17］。研究報道頸動脈支架術后，手術側與對側腦血流灌注相比，CBV與MTT、TTP值均有明顯下降;與術前相比，術后3 d，75%的患者血流灌注恢復正常，術后6月，僅有6%的患者還存在輕度灌注不良［18］。因此，CT/MR灌注成像不僅能夠在術后短期內進行療效評估，還適用于遠期隨訪觀察。

此外，由于嚴重頸動脈狹窄促使顱內動脈長期最大限度地擴張，以適應較低的血流量，而血管重建術后，血管床不能立即適應增加的灌注壓，而發生過度灌注綜合征這一嚴重并發癥，出現腦腫脹及腦出血。臨床主要根據頭痛、嘔吐、癲禶發作等癥狀進行判斷，而通過術后復查腦血流動力學情況能夠早期預測過度灌注綜合征的發生。單光子發射計算機斷層掃描術(SPECT)掃描發現，術后過度灌注的發生與術前CBF嚴重下降顯著相關，認為術前血流動力學評估可發現腦動脈血流與腦血管反應性的異常，對術后發生過度灌注綜合征的危險性作出評估。有研究利用MR灌注成像對頸動脈血運重建術后患者進行評估，術后15例患者存在CBF較術前升高＞100%而被診斷為過度灌注綜合征，其中有7例患者存在術前CBV升高的征象，因此認為，術前CBV升高是術后發生過度灌注綜合征的危險征象［19］。

綜上所述，隨著醫學影像檢查技術的不斷發展，神經成像技術為CWI的早期診斷、高危患者篩查、嚴重程度及療效評估等提供了大量的影像學依據，但每一種技術各有優點和不足，臨床實踐中需按照患者自身的情況選擇合適的影像學手段，必要時可聯合應用多模態的神經成像技術。現有技術在診斷評估中尚存在一些挑戰，如準確區分梗死與缺血。新技術如DKI、APT的研發應用對解決這些問題可能有一定價值。未來研究重點將把預防CWI的發生放在首位，利用多模態神經影像技術對CWI高危人群的病因及發病機制進行研究，爭取實現在尚未出現CWI前給予干預。

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