預測頸內動脈支架植入術和內膜剝脫術后升高的腦血流

蘭怡娜，呂晉浩，馬笑笑，婁昕，馬林

作者單位：

中國人民解放軍總醫院放射科，北京100853

頸內動脈狹窄是急性腦卒中的危險因素之一，并且會增加患者的死亡率[1]。頸內動脈支架植入術(carotid artery stenting，CAS)和頸內動脈內膜剝脫術(carotid endarterectomy，CEA)是頸內動脈常見的手術方式[2-3]，可有效預防患者腦梗死的發生。CEA通過切開皮膚、皮下組織以及肌肉，顯露頸內動脈后縱行切開頸內動脈，剝離斑塊并將斑塊完整取出[3]；而CAS是一種微創性、低侵入性的治療，此種手術方式主要是通過在股動脈做一個穿刺小孔，之后將保護裝置透過導管送至頸部動脈，放置支架，將已呈現硬化、狹窄的頸動脈部位撐開[2]。但是CEA和CAS術后會發生災難性的并發癥，例如，高灌注綜合征，高灌注綜合征雖然少見但致死率極高[4-5]。高灌注綜合征的發生主要是由于頸內動脈梗阻導致腦血管自身調節能力遭到破壞，從而無法調節急劇升高的腦血流量(cerebral blood flow，CBF)[6]。因此，術前預測影響CBF升高的因素具有十分重要的意義。顱內動脈粥樣硬化性狹窄患者其CBF主要發生兩個變化，即前向血流的減少以及側支血流的形成。但是，到目前為止還沒有一種無創的影像學方法定量地評估側支血流以及前向血流對CAS和CEA術后升高CBF的影響。

三維準連續式動脈自旋標記灌注成像(three-dimensional pseudo-continuous arterial spin labeling，3D-pCASL)是一種改良的ASL技術，結合了脈沖式(pulsed arterial spin labeling，PASL)以及連續式(continuous arterial spin labeling，CASL)的優點，有高信噪比以及空間分辨率[7]。并且3D pCASL不需要釓對比劑，具有很好的組間以及組內的可重復性，這些優點都使其可以很好地應用于臨床[8-9]。此外，Zaharchuk等[10]通過ASL技術觀察到的延遲動脈內穿行偽影可以預測側支循環。然而側支血流和前向血流相比需要花費更長的時間到達目標區域[11]，所以單一的標記后延遲(postlabeling delays，PLD)時間已經不能滿足復雜的血流動力學改變。最近的研究表明，3D-pCASL通常采用1.5 s PLD 和2.5 s PLD來評價前向血流以及側支血流[12-14]。

此次研究的目的是使用3D-pCASL預測CAS和CEA術后升高的CBF，從而為CAS和CEA術后升高的CBF提供影像學預測指標，進而為術前患者手術方式的選擇提供一定的參考。

1 材料與方法

1.1 研究對象

經醫院倫理委員會審查批準，從2015年11月到2017年2月，本研究連續共納入了18例[平均年齡(61.6±8.2)歲，15例男性]單側頸內動脈重度狹窄患者，其中11例患者接受了CAS，7例患者接受了CEA，所有患者都簽署了知情同意書?；颊咄ㄟ^傳統的血管造影診斷為單側頸內動脈重度狹窄?；颊呤中g方式的選擇分別由1名有經驗的神經內科醫師、神經外科醫師、影像科醫師共同決定，同時我們咨詢了患者的意愿，和患者達成了共識。出于對患者安全的考慮，在術后24～96 h根據患者的具體情況，由2名有經驗的臨床科醫師對血壓進行了控制，收縮壓＜120 mm Hg，舒張壓＜80 mm Hg。從而減少血壓波動對患者術后CBF的影響。納入標準：(1)有癥狀的重度單側頸內動脈梗阻患者(70%～99%)；(2)除頸內動脈以外，其余動脈無明顯異常；(3)頸內動脈梗阻由動脈粥樣硬化所致。排除標準：(1)患者在DWI或者平掃CT上可見大于大腦中動脈供血區1/3的腦梗死；(2)患者在術后出現并發癥；(3)術后因為提早出院及其他原因中斷兩次及兩次以上檢查；(4)患者影像圖像差，例如：存在運動偽影，或者由于技術問題圖像無法使用。

1.2 MR掃描以及圖像處理

所有的操作都由同一名有經驗的放射技術工作者在同一臺GE DISCOVERY 750 3.0 T (GE Healthcare，Milwaukee，WI)上進行操作，使用32通道的頭線圈。掃描序列包括三維快速擾相梯度回波結構像(3D T1-FSPGR)，3D-pCASL和一些常規序列。3D-pCASL：采用三維螺旋采集快速自旋回波序列，重復時間4590 ms (PLD=1.5s)、4844 ms (PLD=2.0 s)、5285 ms (PLD=2.5 s)，回波時間10.5 ms，FOV 24 cm×24 cm，空間分辨率3.64 mm，層厚4.0 mm，層數36，脈沖重復次數3，背景抑制技術。

3D T1-FSPGR：FOV 24 cm×24 cm，層厚1 mm，層數156，重復時間8.2 ms，回波時間3.2 ms，帶寬31.2 kHz，反轉時間450 ms，矩陣256×256，脈沖重復次數1。

3D-pCASL CBF圖由同一名放射技術工作者使用AW 4.5 工作站的后處理軟件：Function Tool(GE Healthcare，Milwaukee，WI)，計算得出CBF圖。之后將CBF圖和3D FSPGR傳入個人電腦后處理工作站，量化頸內動脈供血區CBF。首先，以Montreal Neurological Institute標準空間為模板對3D FSPGR進行空間標準化，所用軟件為基于Matlab (R2013b; Math Works，Natick，MA) 環境運行的SPM8 (Statistical Parametric Mapping，University College of London，available at www. fil.ion.ucl.ac.uk/spm/software/Spm8) 軟件。將參數圖與標準化后的3D FSPGR進行配準，配準完成后，使用6-mm (FWHM) Gaussian kernel進行空間平滑。之后用頸內動脈供血區模板提取出頸內動脈供血區的CBF[15-16](圖1)。

1.3 CBF計算

圖1 感興趣區的提取。各個層面的頸內動脈供血區，通過頸內動脈供血區測量同側以及對側的CBF量Fig. 1 Volume of interest (VOI). VOI involving all the ICA territory。Mean CBF value of ipsilateral and contralateral side was measured by using VOI.

表1 CAS患者和CEA患者的基線資料及CBF值Tab. 1 Demographic data and CBF values

圖2 CAS患者的前向血流以及側支血流對術后升高CBF的影響?？梢娗跋蜓骱虲AS術后升高的CBF無相關性(r=-0.317，P=0.342)(A)；側支血流和CAS術后升高的CBF呈顯著的正相關性(r=0.877，P=0.000)(B) 圖3 CEA患者的前向血流以及側支血流對術后升高CBF的影響?？梢娗跋蜓骱托g后升高的CBF有顯著的相關性(r=-0.905，P=0.005)(A)，側支血流和術后升高的CBF無顯著的相關性(r=-0.099，P=0.833)(B)Fig. 2 Leptomenigeal collateral and antegrade flow effecting on the elevated CBF after CAS. Antegrade flow had no correlation with elevated CBF after CEA (r=-0.317, P=0.342)(A)， but collateral flow showed a significant positive correlation with elevated CBF (r=0.877, P=0.000) after CAS (B).Fig. 3 Leptomenigeal collateral and antegrade flow effecting on the elevated CBF after CEA. Antegrade flow showed a significant negative correlation with elevated CBF (r=-0.905, P=0.005) after CEA (A)， while leptomenigeal collateral had no correlation with elevated CBF after CAS (r=-0.099, P=0.833)(B).

圖4 所有患者術前降低的前向血流對術前側支血流的影響?？梢娊档偷那跋蜓骱蛡戎а饔酗@著的相關性(r=0.858，P=0.000)Fig. 4 Decreased antegrade blood flow effecting on leptomenigeal collateral flow. A significant correlation was observed between collateral flow and decreased antegrade blood flow caused by stenosis (r=0.858,P=0.000).

Akiyama等[13]通過DSA證明在1.5 s PLD獲得的CBF反映了早期前向血流，在2.5 s PLD得到的CBF代表緩慢的前向血流和逆行的側支血流。同時，Lyu等[12]證明了早期到達血流和晚期到達逆向血流百分比和前向血流以及側支血流評分有較好的相關性，并定義，前向血流=患側1.5 s；晚期前向血流=健側(CBF 2.5 s－CBF 1.5 s)；側支循環腦血流=患側(CBF 2.5 s－CBF 1.5 s)－健側(CBF 2.5 s－CBF 1.5 s)。同時將因梗阻降低的前向血流定義為：健側CBF 1.5 s－患側CBF 1.5 s。Wang等[17]認為CBF 2.0 s與動態磁敏感加權對比增強灌注成像(dynamic susceptibility contrast perfusion MR，DSC)的CBF有高度的一致性，并且白皮書中推薦了腦卒中患者的PLD為2.0 s PLD[18]。所以，筆者將術后升高的CBF定義為：術后24～96 h最高CBF 2.0 s－術前CBF 2.0 s。

1.4 統計分析

采用的是SPSS統計軟件(version20.0，SPSS，Chicago，IL)。用Pearson相關性分析的方法，分別計算CEA患者和CAS患者升高的CBF與側支腦血流以及前向腦血流的相關性；同時計算減少的前向血流與側支血流的相關性。CEA和CAS患者前向血流，側支血流，血壓，年齡和梗阻程度的比較采用兩獨立樣本t檢驗。此外CEA和CAS患者性別，高血壓，高血脂，糖尿病，肥胖，吸煙以及術后出現新發的DWI高信號人數的比較采用Fisher精確檢驗。P＜0.05認為差異有統計學意義。

2 結果

所有結果數據采用均數±標準差或者百分數的形式表示。在表1中列出了CEA患者和CAS患者的臨床基本信息。兩組的性別、年齡、血壓、梗阻程度以及血管危險因素無顯著不同(P＞0.05)。但是CAS術后在皮層以及臨近白質產生DWI高信號的患者人數明顯高于CEA的患者人數(P＜0.05)。側支血流和CAS術后升高CBF呈顯著的正相關性(r=0.877，P=0.000)，但與CEA術后升高的CBF無相關性(r=-0.099，P=0.833)，盡管CEA術前有更高的側支血流(P＜0.05)(圖2)；在兩者前向血流基本相同的前提下(P＞0.05)，前向血流和CEA術后升高的CBF呈顯著的負相關(r=-0.905，P=0.005)，但和CAS術后升高的CBF無相關性(r=-0.317，P=0.342)(圖3)。同時降低的前向血流與側支血流有顯著的相關性(r=0.858，P=0.000)(圖4)。

3 討論

本研究結果表明，側支血流和CAS術后升高的CBF呈顯著的正相關性，而前向血流和CEA術后升高的CBF呈顯著的負相關性。這似乎暗示了CAS和CEA術后血流動力學的方式不同。CAS和CEA是兩種不同的手術方式，CEA是基于對動脈粥樣硬化斑塊的清除，而CAS則是將硬化狹窄的動脈撐開。之前也有研究表明CAS和CEA術后的血流動力學情況不同；例如，Ko等[19]發現CAS術后CBF的升高程度和梗阻程度無關，但是和已形成的側支路徑相關。同時，Gordon等[20]發現CEA術后增加的CBF和梗阻程度相關；Nielsen等[21]認為術前灌注壓力低的患者，在CEA術后CBF升高會更明顯，但當患者有好的側支時對血流動力學的影響卻很小；Ances等[22]發現術前前循環的基線CBF值和CEA術后的CBF改變呈顯著的負相關。以上的結果和本組結論相符，也說明了CAS患者術后升高的CBF受側支的影響較大，而CEA患者術后升高的CBF受前向血流的影響較大。同時還發現CAS和CEA相比術后會在皮層和臨近白質產生許多由微小血栓導致DWI高信號，這和之前的研究結果相一致[23]。并且，CEA和CAS術后的血流速度也明顯不同[24]。因此我們推測，CAS術后在皮層和臨近白質產生的微小血栓或許和CEA和CAS術后不同的血流動力學方式有關，但還需要進一步的研究。

此外，我們還發現因梗阻減少的前向血流和軟腦膜側支血流呈正相關。說明減少的前向血流越多，機體會充分發揮自己的代償機制，彌補減少的前向血流。腦側支循環是指當大腦的供血動脈嚴重狹窄或閉塞時，血流通過側支或者新生的血管到達缺血區，從而最大程度地挽救缺血組織[25]。腦側支循環依據代償層次主要分為三級側支循環：一級側支主要指Willis環；二級側支指眼動脈以及軟腦膜側支吻合血管，而三級側支主要指新生的血管[26-27]。腦組織發生缺血后，一級側支首先開放，當一級側支不能滿足機體需要時二級、三級側支才逐漸形成[28]。并且同時有一級以及二級側支形成的患者比只有一級側支循環形成的患者血流動力學受損更嚴重[28-30]。而筆者發現減少的前向血流越多，側支血流越豐富。這似乎暗示了當患者的前向血流減少越多時，隨著時間的延長患者的血流動力學受損會越嚴重。所以當患者的前向血流嚴重減少時，也許應該及早治療。

在本研究中存在以下幾點不足。首先，樣本量較小；其次，此研究納入的患者都沒有發生高灌注綜合征所以并沒有找到使患者發生高灌注綜合征的側支血流以及前向血流的臨界值，對此還需要進一步研究。

軟腦膜側支血流和前向血流在CAS和CEA術后對升高CBF的影響不同，這或許能為患者手術方式的選擇提供一定的參考；同時術前有較低的前向血流的患者或許應該接受及時的治療減少軟腦膜側支血流的形成，從而減少潛在的血流動力學損害。

參考文獻 [References]

[1] Hollander M， Bots ML， Del Sol AI， et al. Carotid plaques increase the risk of stroke and subtypes of cerebral infarction in asymptomatic elderly: the Rotterdam study. Circulation, 2002, 105(24): 2872-2877.

[2] Roubin GS, Iyer S, Halkin A, et al. Realizing the potential of carotid artery stenting: proposed paradigms for patient selection and procedural technique. Circulation， 2006， 113(16): 2021-2030.

[3] Mayberg MR, Wilson SE, Yatsu F, et al. Carotid endarterectomy and prevention of cerebral ischemia in symptomatic carotid stenosis.Veterans Affairs Cooperative Studies Program 309 Trialist Group.JAMA, 1991, 266(23): 3289-3294.

[4] Coutts SB, Hill MD, Hu WY. Hyperperfusion syndrome: toward a stricter definition. Neurosurgery， 2003， 53(5): 1053-1060.

[5] Galyfos G, Sianou A, Filis K. Cerebral hyperperfusion syndrome and intracranial hemorrhage after carotid endarterectomy or carotid stenting: a meta-analysis. J Neurol Scien, 2017, 381: 74-82.

[6] Reinhard M, Roth M, Müller T, et al. Cerebral autoregulation in carotid artery occlusive disease assessed from spontaneous blood pressure fluctuations by the correlation coefficient index. Stroke,2003, 34(9): 2138-2144.

[7] Chen Y, Wang DJ, Detre JA. Test-retest reliability of arterial spin labeling with common labeling strategies. J Magn Reson Imaging,2011, 33(4): 940-949.

[8] Jia R， Xu X， Liu X， et al. Value of 3D pseudo-continuous arterial spin labeling magnetic resonance perfusion imaging in evaluating posterior circulation ischemia in the elderly. Zhongguo Yi Xue Ke Xue Yuan Xue Bao Acta Academiae Medicinae Sinicae， 2017， 39(2):272-279.

[9] Wu B， Lou X， Wu X， et al. Intra- and interscanner reliability and reproducibility of 3D whole-brain pseudo-continuous arterial spinlabeling MR perfusion at 3 T. J Magn Reson Imaging, 2014, 39(2):402-409.

[10] Zaharchuk G. Arterial spin label imaging of acute ischemic stroke and transient ischemic attack. Neuroimaging Clin North Am, 2011,21(2): 285-301.

[11] Liebeskind DS. Collateral circulation. Stroke, 2003, 26(S75):2279-2284.

[12] Lyu J, Ma N, Liebeskind DS, et al. Arterial spin labeling magnetic resonance imaging estimation of antegrade and collateral flow in unilateral middle cerebral artery stenosis. Stroke 2016, 47(2): 428-433.

[13] Akiyama T, Morioka T, Shimogawa T, et al. Arterial spin-labeling magnetic resonance perfusion imaging with dual postlabeling delay in internal carotid artery steno-occlusion: validation with digital subtraction angiography. J Stroke Cerebrovasc Dis， 2016， 25(9):2099-2108.

[14] Lou X， Ma X， Liebeskind DS， et al. Collateral perfusion using arterial spin labeling in symptomatic versus asymptomatic middle cerebral artery stenosis. J Cereb Blood Flow Metab, 2017:271678X17725212.

[15] Nowinski WL， Qian G， Kirgaval Nagaraja BP， et al. Analysis of ischemic stroke MR images by means of brain atlases of anatomy and blood supply territories. Acad Radiol, 2006, 13(8): 1025-1034.

[16] Lee JS, Lee DS, Kim YK, et al. Probabilistic map of blood flow distribution in the brain from the internal carotid artery. Neuroimage,2004, 23(4): 1422-1431.

[17] Wang DJ， Alger JR， Qiao JX， et al. Multi-delay multi-parametric arterial spin-labeled perfusion MRI in acute ischemic stroke:comparison with dynamic susceptibility contrast enhanced perfusion imaging. Neuroimage Clin, 2013, 3(3): 1-7.

[18] Alsop DC， Detre JA， Golay X， et al. Recommended implementation of arterial spin-labeled perfusion MRI for clinical applications: a consensus of the ISMRM perfusion study group and the European consortium for ASL in dementia. Magn Reson Med, 2015, 73(1):102-116.

[19] Ko NU， Achrol AS， Chopra M， et al. Cerebral blood flow changes after endovascular treatment of cerebrovascular stenoses. AJNR Am J Neuroradiol, 2005, 26(3): 538-542.

[20] Gordon IL, Stemmer EA, Williams RA, et al. Changes in internal carotid blood flow after carotid endarterectomy correlate with preoperative stenosis. Am J Surg， 1994， 168(2): 127-130.

[21] Nielsen MY, Sillesen HH, J?rgensen LG, et al. The haemodynamic effect of carotid endarterectomy. Eur J Vasc Endovasc Surg， 2002，24(1): 53-58.

[22] Ances BM， Mcgarvey ML， Abrahams JM， et al. Continuous arterial spin labeled perfusion magnetic resonance imaging in patients before and after carotid endarterectomy. J Neuroimaging, 2010, 14(2):133-138.

[23] Gensicke H, Zumbrunn T, Jongen LM, et al. Characteristics of ischemic brian lesions after stenting or endarterectomy for symptomatic carotid artery stenosis: results from the international carotid stenting study-magnetic resonance imaging substudy. Stroke,2013, 44(1): 80-86.

[24] Buczek J, Kobayashi A. Hyperperfusion syndrome after carotid endarterectomy and carotid stenting. Cerebrovasc Dis，2013， 35(6):531-537.

[25] Bang OY， Saver JL， Buck BH， et al. Impact of collateral flow on tissue fate in acute ischaemic stroke. J Neurol Neurosurg Psychiatry,2008, 79(6): 625-629.

[26] Hendrikse J， van Raamt AF， Van der Graaf Y， et al. Distribution of cerebral blood flow in the circle of Willis. Radiology， 2005， 235(1):184-189.

[27] Brozici M, Zwan AV, Hillen B. Anatomy and functionality of leptomeningeal anastomoses. Stroke, 2003, 34(11): 2750-2762.

[28] Ycimauchi H, Kucloh T, Sugimoto K, et al. Pattern of collaterals,type of infarcts, and haemodynamic impairment in carotid artery occlusion. J Neurol Neurosurg Psychiatry, 2004, 75(12): 1697-1701.

[29] Hofmeijer J， Klijn CJ， Kappelle LJ， et al. Collateral circulation via the ophthalmic artery or leptomeningeal vessels is associated with impaired cerebral vasoreactivity in patients with symptomatic carotid artery occlusion. Cerebrovasc Dis， 2002， 14(1): 22-26.

[30] Hong D, Seo HS, Lee YH, et al. Leptomeningeal enhancement on magnetic resonance imaging as a predictor of hemodynamic insufficiency. J Comput Assist Tomogr， 2015， 39(3): 307-312.