腦灌注成像技術的應用研究進展

吳拓，李春陽

(1內蒙古醫科大學，呼和浩特 010050；2內蒙古醫科大學附屬醫院)

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腦灌注成像技術的應用研究進展

吳拓1，李春陽2

(1內蒙古醫科大學，呼和浩特 010050；2內蒙古醫科大學附屬醫院)

摘要：腦灌注成像檢查對于缺血性腦卒中的評估至關重要，其作用貫穿于缺血性腦卒中的各個時期。不同腦灌注成像檢查方法的優缺點各異。CT灌注成像(CTP)具有普及率高、操作簡便、掃描時間短、后處理簡便、獲得數據快等優點，缺點是CTP的各參數閾值沒有一個統一指標、掃描層面受限、結果再現性還有待證實、仍有輻射等。氙氣增強CT有無創、計算精度高等優點，缺點是結果易受呼吸節律的影響、氙氣有麻醉作用。動態磁敏感對比增強磁共振灌注成像的優勢是能夠進行多層面成像，且獲得參數全面，但缺點是需使用含釓對比劑。動脈自旋標記無需注射對比劑，完全無創，可反復檢查，但只能獲得腦血流量一個參數。正電子發射體層成像、單光子發射計算機斷層成像是無創、準確、參數全面的灌注檢查，但需要昂貴的檢查費用和復雜的操作。多普勒超聲造影的優勢在于實時、無創、快速、安全，其局限性在于圖像分辨率較低。

關鍵詞：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,可以通過多個參數來描述,主要包括腦血容量(CBV)、腦血流量(CBF)、平均通過時間(MTT)以及達峰時間(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,從而通過相應治療使缺血半暗帶能再次恢復血流灌注。這使得腦灌注檢查在腦卒中早期顯得尤為重要，能指導臨床治療及了解預后。近年來，隨著科學技術的進步，越來越多的影像學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有CT灌注成像(CTP)、動態磁敏感對比增強磁共振灌注成像(DSC)、動脈自旋標記(ASL)法以及多普勒超聲造影(CEUS)等，而傳統的腦灌注成像的主要技術如正電子發射體層成像(PET)、單光子發射計算機斷層成像(SPECT)、氙氣增強CT(Xe-CT)等也有所進展。現就這些新興及傳統的腦灌注成像技術的應用研究進展進行綜述。

1CTP

CTP是指在靜脈注射對比劑的同時，對選定的層面進行連續多次掃描后觀察對比劑的動態變化，再利用計算機軟件得出每一像素的影像學技術。目前CTP主要應用于急性或超急性缺血性腦卒中的研究，其可以用來區別梗死核心和缺血半暗帶。CTP是一個新的功能影像學檢查手段，具有普及率高、時間和空間分辨力高、操作簡便、檢查時間短、后處理簡便、獲得數據快等優點。同時，進行計算機斷層血管造影(CTA)和CTP掃描后,總的掃描時間僅比頭顱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技術[2]。CTP獲得的參數較為全面，可以同時獲得CBF、CBV、MTT、TTP等參數。但其應用仍有諸多問題，如CTP的各參數閾值沒有一個統一指標、掃描層面受限、結果再現性還有待證實、仍有輻射等。相對于磁共振成像(MRI)，CTP在臨床中應用更為廣泛，并且能比MRI更快地提供病理生理學信息[3]。隨著320排容積CT及256層螺旋CT的出現，一站式全腦動態容積CTP-CTA成像的應用使CTP掃描的同時可以得到CTA的信息，掃描可以覆蓋全腦，并且縮短了掃描時間，且只需注射一次對比劑，獲取更多信息的同時大大降低了患者所受的輻射劑量，患者進行一站式CTP-CTA成像受到的福射劑量僅僅與常規CTP相當,有效輻射劑量約為5 mSv[4]。相信隨著技術的發展，CTP成像時間會越來越短，輻射劑量會更低。

2DSC

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

3ASL

ASL灌注成像是一種非侵入性MRI技術，不需要使用任何外源性的造影劑。它采用電磁動脈標記血液中的水為內源性示蹤劑。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用造影劑或放射性示蹤劑的時候。ASL無需對比劑注射，完全無創，可反復檢查，但只能獲得CBF一個參數。傳統的雙平面回波成像技術(EPI)序列ASL信噪比較低，尤其在血流低的區域[11]。隨著ASL技術理論的發展,目前的共識是,偽連續式ASL(pCASL)技術是在科學研究和臨床應用中最佳的標記策略[12～15]。pCASL較長的標記時間(即標記的血液容量加大)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間來縮短圖像采集。三維(3D)ASL技術是pCASL類型的標記方式。而在圖像讀取中，新型的3D成像序列使用背景抑制技術，即抑制靜態組織信號，以減少噪音和運動的不穩定性。ASL信號較小，并且需要信號積累，運動和其他的不穩定性可以降低灌注圖像的質量，pCASL克服了傳統脈沖式標記存在的信噪比低、灌注效果不均勻等缺點。在最先進的ASL圖像技術出現之前，背景抑制可以進一步提高圖像參數靈敏度和可重復性[15]。隨著MRI設備硬件和軟件的不斷提高，尤其是高場強和3D采集技術的應用，ASL的缺點將會得到改善，其完全無創、可重復操作、絕對數值的優點將得到更大的展現。

4CEUS

CEUS是通過聲學造影劑六氟化硫微泡來量化組織灌注的成像技術。通過專門的軟件對灌注造影劑后組織的背向散射信號和灌注造影劑之前的組織進行對比度增強的程度準確量化計算[16]。通過測量造影劑在不同時間腦組織內背向散射信號的強度繪制時間-強度曲線來獲得峰值強度、曲線面積以及TTP參數。CEUS的優勢在于實時，無創，快速，安全無輻射，造影劑代謝快，可重復進行，便攜性好，甚至可以為重癥患者進行床旁檢查，非常適用于無法搬運移動但又急需了解腦內灌注情況的患者。其局限性在于圖像分辨率較低，因此對操作者的依賴程度較高。且由于CEUS需要通過顱骨的聲窗進行檢查，部分聲窗過厚的患者無法進行該項檢查。CEUS的發展十分迅速，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的發展拓寬了超聲在組織血流灌注測量方面的應用[17]。3D顱骨打印將會幫助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記的15O同位素的核成像技術。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射正電子，其用電子碰撞導致湮滅。該反應在相反的方向釋放出兩個511 kV的正電子，隨后可以被PET掃描儀檢測到。最后，掃描相關的CT圖像，以提供解剖學參考[18]。PET同位素的半衰期是122.1 s，且采集圖像時間還不到3 min[19]。PET被認為是腦灌注參數的金標準，包括CBF、腦代謝率、CBV、氧提取因子、MTT[18]。PET是一項無創、準確、參數全面的灌注檢查。但PET有幾個限制：檢查麻煩，需要昂貴的檢查費用和復雜的操作；H215O和C15O都是非脂質可溶性示蹤劑，記錄CBF值具有不精確性；示蹤劑的輻射問題。因此PET在實際臨床上未被廣泛應用。隨著18F-脫氧葡萄糖等新放射性示蹤劑的使用，以及多模式醫學影像技術結合的PET/CT的應用，Cho等[20]通過頭骨剝離CT模板創建了一個新的以CT為基礎的空間標準化方法，其提供了更可靠的灌注參數結果，并降低了成本，避免示蹤劑的結構失真。目前，PET與分子生物學結合不但可以進行灌注成像，還可以進行分子顯像、基因顯像等功能顯像。

6SPECT

SPECT是通過評估放射性示蹤劑的衰變釋放出純粹的γ光子攝取測量rCBF的核成像技術[21]。最常用的示蹤劑是99mTc耦合到一個親脂性化合物，其在靜脈注射后很容易通過血腦屏障，并轉換為可以保留很長時間(24～48 h)的親水形式[18]。這使得SPECT可以允許延遲顯像，而親脂性失蹤劑轉換為親水性失蹤劑可以防止其再次通過血腦屏障進入循環。SPECT的優勢是無創、較便宜、方便、放射性藥物制劑的制作相對簡單、锝伽馬發射器臨床應用廣泛[22]。SPECT能夠可靠地檢測組織灌注的早期變化，常被其他灌注方法當作參考標準，但臨床應用仍存在爭議[23]。在臨床緊急的情況下不能快速注入失蹤劑，因此SPECT無法應用于急診中。此外，SPECT的分辨率相對較低，常需與其他成像方式耦合以提高分辨率[5]。并且SPECT有輻射，采集時間也較長，因此不能短時間重復進行[19]。然而，由于SPECT對rCRF的相對性，因此重復測量進行對比又是必要的[24]。由于SPECT提供的rCRF半定量數據是與“正常”區域進行對比的相對值，因此其rCRF的絕對值可能并不準確。隨著分子影像學技術的發展，多模式醫學影像技術結合的SPECT/CT的應用，以及硬件設備SPECT探頭技術的成熟，SPECT腦灌注成像的采集速度大大加快，空間分辨率極大改善，有更強大的多核素顯像能力，圖像質量已接近甚至超過PET成像，固定模式采集避免了運動偽影[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，然后再在短時間內獲得多個重復CT圖像，繪制信號密度曲線，并計算出一個像素的CBF。Xe-CT有無創、可以準確檢測出CBF、方法計算精度高、過程簡單、安全、10 min內即可得到初步結果、檢測費用低等優點。Ingvar等[26]通過動物實驗研究發現，Xe-CT與作為定量金標準的放射性核素成像技術測出的CBF間的相關系數為0.92,而且在血流值上也非常吻合，這說明Xe-CT量化的rCBF準確度相當高。但由于Xe-CT是單參數成像，目前只能計算CBF值，而無其他參數，且其結果易受呼吸節律的影響，加上氙氣的麻醉作用等缺陷限制了Xe-CT的廣泛應用。近年來，由于CT技術的改進，氙氣的吸入濃度由32%下降到28%，Carlson等[27]發現在此濃度下行Xe-CT的不良事件風險性非常低。相信隨著CT技術的不斷革新，氙氣的吸入濃度需求會進一步降低，Xe-CT檢查會更加安全，有望被廣泛應用。

總之，腦灌注的檢查在臨床中發揮著重要的作用。腦灌注成像影像學技術數量的不斷增加使得臨床醫生在選擇上有了更大的自由，了解各種技術的優勢及局限性，對在臨床工作中選出最為合適的腦灌注影像學檢查尤為重要。

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·綜述·

收稿日期：(2015-07-24)

通信作者：李春陽

中圖分類號：R743

文獻標志碼：A

文章編號：1002-266X(2015)47-0094-04

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