豆紋動脈對基底節區腦組織定量灌注的影響及預后預測效果評價

黃黎香 王紹舟 曹 宸 夏 爽*

(1.天津市第一中心醫院放射科南開大學醫學院，天津 300192；2.天津市第三中心醫院放射科，天津 300170；3.天津市重癥疾病體外生命支持重點實驗室，天津 300170；4.天津市人工細胞工程技術研究中心，天津 300170；5.天津市肝膽疾病研究所，天津 300170；6.天津大學環湖醫院放射科，天津 300350)

豆紋動脈(lenticulostriate artery，LSA)由大腦中動脈(middle cerebral artery，MCA)發出，是基底節區及其鄰近腦區的主要血供來源，其閉塞與單發皮質下梗死(single subcortical infarction，SSI)的發生密切相關[1]。LSA管徑小，常規影像學無法顯示其特征，磁共振血管壁成像(vessel wall imaging，VWI)技術以各向同性的高空間分辨率提供全腦覆蓋，能充分抑制腦脊液，清晰顯示LSA管腔[2-4]，還可通過抑制血管腔內流動的血液信號顯示血管壁。基于自校準平面回波灌注成像(self-calibrated echo planar perfusion weighted imaging, SCALE-PWI)技術可以定量評估特定區域的灌注值，有助于進一步了解SSI的發病機制。本研究中將采用VWI技術及SCALE-PWI技術，評估LSA的影像學特征以及基底節區定量灌注狀態，探索腔隙性梗死(lacunar infarctions, LIs)患者小血管受累的機制及以及神經功能損傷的進展及預后的原因。

1 對象與方法

1.1 研究對象

將2018年1月至2021年1月在天津市第一中心醫院接受常規頭MR及VWI檢查的急性缺血性腦卒中或短暫性腦缺血發作的患者作為研究對象。共 54例行VWI檢查的基底節區急性LIs的患者，46例患者納入本研究，其中 22例為預后良好組[男性16例，女性6例，平均年齡(46.91±13.46)歲，年齡20～75歲]，24例為預后不良組[男性16例，女性8例，平均年齡(52.58±11.27)歲，年齡31～69歲]。納入標準：單側單發基底節區LIs[即：擴散加權成像(diffusion-weighted imaging,DWI)顯示直徑<20 mm的腔隙灶]；同側MCA未見明顯狹窄及斑塊；臨床資料完整、圖像質量清晰。排除標準：心源性血栓或陳舊心肌梗死；伴腦出血、腫瘤、血管炎、動脈夾層、煙霧病或腦創傷；同側頸內動脈(internal carotid artery，ICA)或MCA-M1段管腔狹窄或閉塞。本研究經過天津市第一中心醫院醫學倫理委員會同意，倫理學批號(倫理審查編號為2011N103KY),所有研究對象簽署知情同意書。

1.2 基線資料收集

基線數據包括年齡、性別、吸煙史，飲酒史及高血壓、糖尿病、高脂血癥、房顫史、冠狀動脈粥樣硬化性心臟病(以下簡稱冠心病)、既往腦卒中史、入院和出院時美國國立衛生研究院卒中量表(National Institute of Health Stroke Scale, NIHSS)，根據出院時NIHSS評分分為預后良好組(≤6分)和預后不良組(>6分)[5]。

1.3 MRI設備及檢查項目

采用3.0T超導磁共振成像設備(西門子MAGNETOM Prisma公司, 德國)，64通道相控陣頭頸聯合線圈。掃描序列如下：(1)常規MRI序列：DWI、T1WI、T2WI、T2-FLAIR等。(2)3D 反轉恢復預備可變翻轉角度快速自旋回波(inversion-recovery prepared sampling perfection with application-optimized contrasts using different flip angle evolution,IR-SPACE)平掃與3D IR-SPACE增強：采用矢狀位容積掃描，掃描范圍自主動脈弓上緣至顱頂，覆蓋頸部及顱內血管。(3)SCALE-PWI序列：重復采集50次，在第6次采集時使用高壓注射器靜脈注射釓噴替酸葡甲胺(拜耳公司，德國)，注射流速4 mL/s，劑量0.2 mL/kg，采集時間2.5 min，利用西門子自帶程序的bookend技術得到定量PWI-腦血流量(cerebral blood flow,CBF)。(4)掃描參數見表1。

表1 MRI序列掃描參數

1.4 圖像后處理及分析

LSA的視覺評估采用NeuSPIN(中國沈陽)軟件將所有患者的VWI數據進行冠狀位最小密度投影(minimum density projection，MinIP)重建，然后導入Syngo Via工作站(西門子公司，德國)，由一位具有6年經驗的神經放射學醫師在工作站上對LSA特征進行評估，獲得LSA的形態特征，包括莖和分支數目、總長度和曲率。莖定義為LSA中直接起源于MCA的部分。分支被定義為起源于親代LSA莖的子血管或沒有分支的莖(單個血管)。對于長度≥5 mm的莖，當LSA在距開口5 mm內分支時，每個分支分別計數(圖1)。當一支動脈在更遠的位置分支時，用最長的分支來計數和測量莖。LSA曲率為實際路徑長度除以線性距離[6]。隨機抽取32個MCA，由同一醫師在2個月后重新測量，以評估測量的一致性。

圖1 LSA測量示意圖

梗死面積及信號測量以DWI高信號區定義為缺血性卒中病灶區，用ITK-SNAP軟件手動勾畫梗死面積，自動計算梗死體積(圖2)。

圖2 根據ITK-SNAP軟件手動勾畫梗死面積

患者基底節區的配準與灌注參數測量通過剛體空間矯正進行頭動監控和矯正，將原始的結構圖像與標準蒙特利爾神經學研究所(Montreal Neurological Institute, MNI)模板進行非線性配準，將MNI空間下的標準供血區模板配準到個體空間中，并根據模板中所勾畫的區域，對個體空間下的CBF、腦血容量(cerebral blood volume,CBV)數值進行定量測量(圖3)。ITK-SNAP軟件自動獲得標準化分區后各區域的CBF、CBV值。

圖3 基底節區的配準示意圖

1.5 統計學方法

2 結果

2.1 評價者內的一致性分析

ICC檢驗結果表明，評價者前后兩次對于LSA參數評估的觀察者內一致性均較好(ICC>0.90)，詳見表2。

表2 LSA數量及長度測量的一致性評估

2.2 預后良好組與預后不良組LSA特征及基底節區灌注情況的比較

預后良好組與預后不良組間患側LSA數目、患側LSA總長度、患側基底節區CBF、患側基底節區CBV比較，差異有統計學意義(P<0.05)，詳見表3，圖4。

表3 預后良好組與預后不良組LSA的組間差異

圖4 LSA特征與基底節區灌注狀態的相關性

2.3 LSA特征及基底節區灌注對預后影響的多因素分析

以預后為因變量(良好=1，不良=0)，將LSA數目和總長度、CBF、CBV及梗死體積及年齡、性別、高血壓及糖尿病為自變量進行多因素Logistic回歸分析。在調整了年齡、性別、高血壓及糖尿病后，患側CBV是預后的影響因素(P<0.05)，詳見表4。

表4 LSA及灌注對預后的影響

2.4 患側CBV對預后預測的效果分析

ROC曲線患側CBV用于區分患者預后的AUC值為0.82(P<0.05)，CBV具有一定的預測能力(圖5)。根據約登指數篩選預測臨界值為12.49，以此為標準對樣本人群進行預測(即CBV>12.49，則預后良好)，結果見表5。CBV預測患者預后良好的敏感度為81.82%，特異度為79.17%，Kappa值為0.61，預測結果與實際結果具有較高的一致性，具有臨床應用價值。

圖5 患側CBV對預后預測的效果ROC曲線分析

表5 患側CBV對預后預測的結果

3 討論

LSA從大腦中動脈發出，為終末動脈，數量相對穩定，其走形垂直于大腦中動脈，這使得LSA供應的區域更容易受到缺血的影響，導致LIs，引起明顯的臨床癥狀[4,7-8]。由于伴隨血管反應性受損[9]、血-腦脊液屏障功能障礙[10]以及氧和其他可擴散營養物質的提取效率降低[11]，相當一部分臨床預后差。在存在毛細血管功能障礙或小動脈疾病的情況下，低灌注量可能損傷神經元[12-13]，在LIs的病理生理過程中起重要作用。本研究中采用SCALE-PWI定量評估LSA區域LIs患者的CBF、CBV，進而評估患者的預后不良及惡化影響因素。

3.1 LSA特征及基底節區灌注狀態的關系

目前關于LSA與基底節區LIs的關系研究已開展較多[14-17]，在前期工作[18-21]中也發現了LSA的影像學特征與同側MCA-M1斑塊與基底節區LIs的相關性。關于LSA與灌注及神經功能的關系研究較少，2017年Shinohara等[22]運用3D脈沖連續動脈自旋標記法MR灌注成像研究豆紋動脈區分支動脈粥樣硬化性腦梗死，發現對側小腦半球不對稱指數(交叉性小腦分裂)和彌散張量成像梗死體積與NIHSS評分顯著相關。在分支動脈粥樣硬化性疾病患者中，3D-動脈自旋標記灌注成像能發現交叉性小腦分裂，且與神經功能嚴重程度相關。這一研究從灌注層面入手，說明了豆紋動脈區的灌注情況對神經功能的嚴重程度的影響。本研究運用SCALE定量灌注技術，顯示預后良好組與預后不良組之間患側LSA數目、總長度及患側基底節區的定量灌注值CBF、CBV差異有統計學意義(P<0.05)，患側LSA數目越少，總長度越短，基底節區的腦定量灌注值越低。這提示LSA受累程度可能影響到基底節區的供血灌注情況，這些差異可以體現到定量灌注值的變化上，從而影響患者的預后。在LIs的早期階段，小血管的內皮功能損傷可能較小，小動脈的狹窄可能會導致CBF的減少，而腦血管的自動調節在一定的腦灌注壓范圍內保持相對恒定的CBF。然而，隨著病情的進展，發生彌漫性腦血管內皮細胞衰竭，血管壁增厚，管腔狹窄變得更加嚴重，最終導致這些血管失去正常的自我調節能力，這可能進一步導致組織損傷并伴隨CBF和CBV減少[23-24]。本研究結果提示LSA數值與LIs嚴重程度呈負相關，低灌注可能起重要作用。本研究從定量的灌注值層面更加直觀說明了LSA的受累情況是影響基底節區LIs預后的關鍵因素，而患側基底節區LIs核心體積及定量灌注值則可作為預測預后好壞的指標之一。

3.2 LSA及基底節區灌注情況與預后的關系

Yamada等[25]運用灌注CT來定量評估豆紋動脈區域LIs患者的CBF、CBV和MTT，結果發現，在癥狀出現后24 h內的CT灌注掃描上，高的MTT比和低的CBF比可以預測LSA區域的進行性神經癥狀惡化和LIs的擴大。這一研究結果表明了LSA區域的灌注情況是如何影響神經功能的改善和LIs體積。如果來自鄰近LSA的微循環側支血流不足，初始LIs的周圍區域很可能進展為腦梗死，導致神經功能惡化。本研究通過SCALE-PWI技術來量化基底節區的灌注情況，在將LSA數目和總長度、CBF、CBV及梗死體積納入多因素邏輯回歸分析之后，結果顯示調整了年齡、性別、高血壓及糖尿病后，患側CBV是病情預后良好的重要指標，這也證實灌注情況會影響患者神經功能的恢復。進一步用ROC曲線進行患側CBV對預后預測的效果分析顯示，患側CBV用于區分患者預后的AUC值為0.82，在臨界值為12.49時有最佳的準確性、敏感度與特異度，提示患側CBV對基底節區LIs患者神經功能恢復具有較高的預測價值，當患側CBV<12.49的時候，患者預后不良。

本研究利用VWI及SCALE定量MRI灌注成像探討了LSA特征對基底節區灌注及基底節區LIs患者的神經功能恢復與預后的關系。高血壓、糖尿病及既往腦卒中史是基底節區LIs患者預后不良的影響因素；患側LSA數目越少，總長度越短，基底節區的腦定量灌注值越低；梗死體積是卒中嚴重程度的預測因素；患側基底節區的定量CBV值是預測病情預后良好的重要指標。本研究存在一定的局限性，首先，本研究樣本量較小，這可能出現病例選擇的偏倚。其次，主要測量MCA水平段的LSA，可能會有一些變異的LSA未測量到。未來可進一步縱向研究，以確定LSA的相關指標是否可以作為基底節區LIs嚴重程度的標志。