CT灌注成像及其臨床應用

魏雯

摘要：CT灌注成像是基于核醫學計算器官血流量的原理而發展起來的新技術，它能反映組織、器官的血流動力學狀態，屬于功能成像范疇。通過學習CT灌注成像方面的文獻，就CT灌注成像的原理及臨床應用予以綜述。

關鍵詞： 功能成像； 體層攝影術； ×線計算機； 血流灌注

CT灌注是最早應用的影像學功能成像方法之一，1983年Axel首次利用動態CT掃描技術和對比劑團注射法獲得了腦的CBF和CBV定量數值。由于受當時CT掃描速度條件的限制，此項技術沒有在臨床應用。經數十年的發展，目前此項技術已經較為成熟。隨著多排CT的推廣應用，CT灌注已經從單層面的灌注發展到多層面灌注，大大提高了時間及空間分辨率。CT灌注成像最早于1991年由Miles等提出[1]，并先后對肝、胰、脾、腎等腹部實質性臟器進行了CT灌注成像的動物實驗和臨床應用的初步探討。

1.CT灌注成像的原理及技術

1.1 原理

灌注（perfusion）是血流通過毛細血管網，將攜帶的氧和營養物質，輸送給組織細胞的重要功能。利用影像學技術進行灌注成像可測量局部組織血液灌注，了解其血流動力學及功能變化。

CT灌注成像技術的理論基礎為核醫學的放射性示蹤劑稀釋原理和中心容積定律（central volume principle）。CT灌注成像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同層掃描，以獲得該層面每一像素的時間-密度（time-density curve，TDC）曲線[2]，灌注組織的時間-密度曲線反映增強劑在該組織中對比劑濃度的變化，即碘聚集量的變化，從而反映了組織灌注量的變化。在CT圖像中，1mg/ml的碘濃度相當于25HU[3]，即1mg碘可使1ml組織的CT值增加25HU，也即1ml碘相當于25HU/ml。這樣通過測定局部組織的碘聚集量，即算出局部組織的灌注血流量。利用不同的數學模型計算出組織的血流量（blood flow，BF）、血容量（blood volume。BV）、對比劑的平均通過時間（mean transit time，MTT）、對比劑峰值時間（Time to peak，TTP）、毛細血管表面通透性（pemeability surface，PS）等參數來評價組織器官的灌注狀態。

1.2 評估組織灌注狀態的數學模型

CT灌注成像的數學模型主要有兩種：①非去卷積模型（non—deconvolution mode1）。該模型主要根據Fick原理，認為組織器官中對比劑蓄積的速度等于動脈流入速度減去靜脈流出速度。其概念相對簡單，便于理解，但由于利用此模型的進一步計算需要各種與實際情況不完全相符的假設，而造成BF值的偏低或偏高；②去卷積模型（deconvolution mode1） 。此模型是Cenic等1999年提出的新的數學模型。概念復雜，根據實際情況綜合考慮了流入動脈和流出靜脈的血液進行數學計算處理，主要反映的是注射對比劑后組織器官中存留的對比劑隨時間的變化量，因此較真實地反映組織器官的內部血液動力學情況。此種模型的主要優點是不用對組織器官的血流動力學狀態進行人為的假設，計算偏差小，但對噪聲很敏感，目前已被廣泛應用。

1.3 CT灌注成像的技術優勢

灌注成像作為一種非介入性評價器官、組織血流灌注狀態的功能成像，在臨床應用中較其它影像學檢查方法具有明顯的優勢。其優勢：（1）操作簡單，計算方便，無創無害，患者及放射科醫生均易接受；（2）可繪制器官血流灌注的動態曲線，并測定多種灌注指標，較其它檢查方法準確、可靠；（3）在一次掃描過程中可同時顯示良好的解剖細節及有關的灌注定量信息，有利于定性診斷；（4）對彌漫性病變可判斷病變程度；（5）在腫瘤性病變的早期發現（如微小轉移瘤），腫瘤生物學特征（如，腫瘤血管生成）的評價，治療（放、化療及介入治療等）效果的判斷和提示預后信息等方面有重要價值；（6）經改進后的圖像重建可得到近似灌注參數圖像，給人以直觀的印象。因此，CT灌注成像技術在研究活體組織的血液動力學上優于其他技術而被廣泛采用。

CT具有掃描時間短，有相應灌注成像軟件即可實施而無需添加設備，時間和空間分辨率高，技術簡單易行等優點，尤其最近多層螺旋CT技術（MSCT）在臨床上的運用，更促進了CT灌注成像的研究。MSCT克服了普通螺旋CT單層灌注成像局限性，提高了長軸（z軸）方向的空間分辨率，能進行0.5S以下的快速掃描。多層CT灌注成像可快速、準確 、無創，三維地評價組織器官微循環內血流動力學變化。CT灌注成像與MR灌注成像比較，主要臨床優勢在于相對簡單易行，成像迅速；與SPECT、PET等灌注成像比較，CT灌注成像圖像空間一時間分辨高，無需使用放射性核素，費用低，適于急診檢查。其臨床運用的限制主要是射線輻射和造影劑副作用問題。

2.CT灌注成像的臨床應用

目前，CT灌注的臨床應用主要在顱腦病變、腹部變病變和腫瘤學的研究方面。腹部腫瘤的灌注研究尚主要集中在肝臟、胰腺、腎臟疾病上。腫瘤灌注的目的是探索由新生血管形成所引起的灌注值及毛細血管通透性的改變，通過抗血管生成抑制腫瘤生長。

2.1 顱腦病變

2.11 急性腦缺血性病變

通過對局部腦灌注的測量可了解有關生理功能及能量代謝的情況，灌注測定對于腦缺血的診斷及治療均有重要意義。灌注成像分析腦血液動力學改變，通過評價腦血流（cerebral blood flow，CBF）、腦血容量（cerebral blood volume，CBV）及平均通過時間（mean transit time，MTT）來描述早期缺血性腦卒中患者腦血流低灌注區、梗塞區及缺血半暗帶區，由此獲得較完整的早期卒中的診斷信息。

2.12 顱內占位性病變

評價顱內腫塊性病變時CBV是最有用的參數。測量CBV作為輔助指標有助于評判腦腫瘤的新生血管程度、分級和惡性度，鑒別腫瘤樣病變，監測治療效果等。血管形態和新生程度是區分顱內腫瘤類型、確定其生物學侵襲程度的重要依據。反映腫瘤血管化程度的活體CBV圖，可用以間接評判腫瘤新生血管。研究表明，灌注成像測量的rCBV與常規血管造影的腫瘤血管染色及組織病理新生血管的測量相關性好。

2.2 腹部病變

2.21 肝臟病變

眾所周知，正常的肝臟有兩套供血系統，門靜脈供血占了7O%-80%，肝動脈供血只占20%～30%。在注入對比劑后，肝臟CT增強值首先來自肝動脈的對比劑，然后是門靜脈，此時還有肝動脈循環后的再注入及進入血管外間隙的對比劑。多層螺旋CT能清楚顯示肝臟的增強模式，區分其動脈和靜脈成分，并將其分為三期，即動脈期、門靜脈期及平衡期。因此肝臟的灌注情況較為復雜，必須分別評價其灌注狀況：肝動脈灌注量（hepatic arterial perfusion，HAP和門靜脈灌注量（hepatic portal perfusion，HPP），肝動脈灌注指數（hepaic perfusion index，HPI） = HAP/（HAP+PVP） ， 門靜脈灌注指數PPI=PVP/（HAP+PVP）。Miles等在肝灌注研究中用脾的TDC峰值來區分肝動脈期和門靜脈期。目前肝灌注成像主要集中在肝硬變和肝腫瘤的鑒別診斷、隱匿性或微小肝轉移灶的檢測、肝移植和肝癌經導管栓塞治療后肝臟灌注情況的改變等方面。CT灌注成像可以顯示肝癌在血管生成方面微血管的變化，表現為灌注增加， 可以用于肝癌的早期診斷[3]。CT灌注成像可以反應肝臟血液動力學變化。原發性肝癌主要由肝動脈供血，HAP 顯著升高，HPP 顯著下降， 這對肝臟疾病的定性診斷和鑒別診斷具有重要價值。

2.22 胰腺病變

胰腺主要由胰十二指腸動脈和脾動脈供血，血供比較豐富，各種病變均可影響胰腺實質的血流灌注。目前CT已成為胰腺首選檢查方法。CT灌注成像可以反映胰腺內、外分泌功能及病理變化，從而達到形態診斷與功能診斷的有機結合，有助于胰腺疾病早期診斷及鑒別診斷。

2.23 腎臟病變

腎臟體積較大，血管豐富，血流量大，血供不像肝臟那樣復雜，而且為實質性對稱性臟器，受呼吸影響較小，很適合CT灌注成像。將CT腎臟灌注成像應用于腎臟血流減少性腎病的腎皮質血流測定，并與正常腎臟血流測定相比較，有利于對普通CT腎臟增強掃描的指導。灌注參數本質上反映腫瘤的血流特點與腫瘤內部的微血管密度情況，有利于腎腫瘤的定性。

2.3 腫瘤病變

腫瘤是血管生成依賴性疾病， 腫瘤新生血管情況是評價腫瘤生長、轉移、良、惡性及惡性程度的重要指標。不同性質的腫瘤或分化程度不同的惡性腫瘤， 其血液動力學改變也不相同， 腫瘤的惡性程度越高， 其分化程度越低， 腫瘤新生血管的內皮細胞越不完整， 相鄰的細胞問隙越大， 腫瘤細胞越容易進出血管造成遠處轉移。CT灌注成像可反映出活體內腫瘤血管生成的微血管變化， 能對腫瘤的微血管生理情況和組織的代謝功能做出量化評價， 對腫瘤的分期、分級以及對腫瘤的療效監測具有重要價值。

總之，CT灌注成像的臨床應用才剛開始，隨著多層螺旋CT技術的發展與廣泛應用，灌注軟件的進一步開發，臨床資料和經驗的積累，CT灌注測量將更加準確，并有可能成為一種可同時反映形態和功能的理想檢查方法。

參考文獻：

[1] Miles KA，Griffiths MR. Perfusion CT： a worthwhile enhancement [J]. Br J Radiol，2003， 76（904）：220-231.

[2] 趙光明，韓丹，宋光義.CT灌注成像原理與技術[J].中國醫學影像技術，2003，19（5）：636-638.

[3] 楊林、周翔平，CT 灌注成像在肝臟疾病中的應用，四川大學華西醫院；1 高從敬編譯.血液與肝臟影像學[J].國外醫學臨床放射學分冊，1998，21（4）：228—231.