脑血流定量的影像学研究

脑血流定量的影像学研究

脑血流量(CBF)是每100g脑组织通过的血流量,单位为ml/min。脑组织的日常功能维持和代谢平衡,与脑的血液循环正常与否有重要关系,CBF减少或中断会导致脑功能降低,甚至脑细胞死亡,从而造成严重的神经功能障碍。目前,CBF测量的方法主要包括正电子发射断层显像(PET)、单光子发射计算机断层摄影(SPECT)、Xe增强CT、CT灌注成像(CTP)、磁共振灌注加权成像(PWI)、动脉自旋标记技术(ASL)、经颅多普勒超声(TCD)检查等。我们对CBF的影像学研究进展进行综述。

1PET评价

CBFPET测量CBF是依据Fick原理,即在物质分子扩散过程中,传递物质与浓度梯度之间的关系定律计算CBF,主要示踪剂为15O-H2O和13N-NH3•H2O。15O-H2OPET测量CBF被公认为是“金标准”,还可以提供脑血容量(CBV)、局部氧摄取分数等信息。传统PET测量CBF通过静脉“弹丸”注射15O-H2O示踪剂,采集示踪剂到达脑后的动态过程,同时进行动脉血的采集得到颈动脉输入函数,然后通过图像处理得到相应脑区的时间放射性曲线,计算脑区的CBF值。因为15O-H2O示踪剂的半衰期短、使用成本高、制备困难,所以临床上难以普及。2008年Mullani等首次通过使用18F-氟脱氧葡萄糖(18F-FDG)替代15O-H2O测量CBF,发现在脑肿瘤大鼠模型中,二者测量值显著正相关,相关系数为0.74,而且18F-FDG除了血流信息外,还提供了肿瘤的葡萄糖代谢信息。传统PET的CBF测量需要连续采集受试者的动脉血,临床应用有一定的局限性。文献报道使用磁共振血管造影术图像与动态PET图像匹配,提取颈动脉的时间放射性曲线,从而得到颈动脉输入函数,8例志愿者用此方法测量CBF,与传统抽血法比较CBF值具有显著正相关,线性系数达到0.9953[1]。PET测量CBF对缺血性脑血管病、痴呆、肿瘤等脑疾病均有重要价值[2]。

2SPECT评价

CBFSPECT为功能性显像,评价CBF的示踪剂为脂溶性小分子化合物,能够通过血脑屏障被脑细胞摄取,并且可以长时间停留在脑细胞内,其中包括99Tcm标记双半胱乙酯(99Tcm-ECD)、99Tcm标记六甲基丙二胺肟、123I标记N-异丙基安非他明(123I-IMP)以及133Xe,其中99Tcm-ECD是临床最常用的显像剂[3]。133Xe气体和123I-IMP根据Kety-Schmidt模型计算CBF值,因为这两种示踪剂在脑组织内的清除率与CBF呈正相关,所以可以进行CBF的绝对定量。研究显示,通过123I-IMPSPECT测量45例缺血性烟雾病患者局部CBF值,可以测定15O-CO2PET确定的“贫乏灌注”区域,其敏感性、特异性、阳性预测值和阴性预测值分别为100%、91%、67%、100%[4]。与18FDG-PET检查诊断早期阿尔茨海默症比较,SPECT灌注检查的敏感性和特异性分别为76%和84%[5]。

3Xe-CT评价

CBFXe-CT利用放射活性的惰性气体Xe,被吸入的气体能够通过血脑屏障弥散入脑组织,然后再从脑组织中迅速排除。Xe-CT能够获得CBF绝对值,对脑疾病诊断和治疗均具有重要意义,主要应用于脑血管疾病、脑外伤、癫痫等[6]。有研究结果显示,脑血管储备受损是症状性大脑中动脉狭窄患者的一个重要特征[7]。Xe-CT测定蛛网膜下腔出血后迟发性脑缺血患者治疗前后的CBF值,结果提示使用3H疗法(升高血压、扩血容量、血液稀释)患者大脑皮质CBF从29.5ml/min升高至38.4ml/min,病灶区域的局部CBF也随之增加,血流量低于20ml/min的面积比例显著降低[8]。但由于Xe-CT检查成本高、血流动力学参数单一、易受患者头动影响、吸入Xe会引起患者头痛、恶心、呕吐等副作用,因此临床应用受到限制。

4CTP评价

CBFCTP是近几年使用最广泛的评价CBF的影像学方法,具有成像快速、简便、空间分辨力高、经济实用等优点,尤其对急性脑缺血有重要的应用价值[9]。CTP使用快速团注非离子型含碘造影剂,注射造影剂后对选定层面行连续多次同层动态扫描,以获得该层面内造影剂在脑实质内浓度的变化,反映脑组织血流灌注量的变化,得到CBF、CBV、平均通过时间(MTT)和达峰时间(TTP),从而评价脑组织的灌注情况。但CTP也有一些不足,如碘过敏患者应用受限、放射线损害、无法提供绝对定量值等。2010年Shinohara等研究比较10例单侧脑血管狭窄/闭塞患者CTP、PET测量CBF,尽管CTP测量CBF较PET测量CBF低约30%,但是二者缺血区与非缺血区的比值几乎相同,CBF呈显著正相关。血管生成对于胶质瘤的病理组织学分级具有重要意义,因此CTP测量CBF有助于评估脑肿瘤分级,敏感性和特异性分别可以达到97%和100%。

5MRI评价CBF

5.1ASL评价

CBFASL利用血液中自由弥散的氢质子作为内源性示踪剂,使用相关射频脉冲,在标记层对流入的血流进行标记,2次数据采集生成一个标记像及控制像,通过图像减法处理得到CBF图像[11]。ASL序列具有无辐射、无过敏反应、无肾毒性伤害等优点,缺点为图像信噪比低、扫描时间长等。钆类造影剂会影响ASL结果,因此注射后12h不能进行ASL检查。Benedictus等[12]通过对88例阿尔茨海默症患者进行3年随访研究,结果提示,患者顶叶区域CBF减低与临床简易精神状态检查下降程度呈最明显正相关;BoscoloGalazzo等[13]研究发现,ASL结合18F-FDG的PET诊断率达到90%。

5.2PWI评价

CBFPWI通过快速获得造影剂首次通过的一系列动态图像,能够反映脑组织血流动力学改变,主要应用造影为顺磁性造影剂(如Gd-DTPA),根据造影通过组织的时间-浓度曲线,计算CBF、CBV、MTT和TTP参数图。PWI具有空间分辨率高、检查快速、无电离辐射等优点,但是缺点为有造影剂过敏反应及无法提供绝对定量。急性脑卒中患者PWI与弥散加权成像(DWI)不匹配的病变区被认为是潜在的可再灌注的组织,2014年Kim等研究表明,在急性脑血管发病3~6hPWI与DWI不匹配患者的溶栓治疗疗效优于没有出现PWI与DWI不匹配患者。

6超声评价

CBFTCD通过检查颅内血管血流速变化,反映疾病的血流动力学改变和血流速度。与PET、SPECT、CT和MRI检查相比,TCD具有安全性好、无过敏反应、实时性、检查费用低等优势,但是TCD容易受骨骼、血管走形及操作人员手法等方面影响。TCD将二维超声图像与彩色多普勒超声血流显像结合,提高了颅内血管探测敏感性,为观察血管狭窄程度及侧支循环情况提供了更加准确的信息。Bonvin等2010年通过超声缺血性脑卒中溶栓分级(TIBI)评价71例缺血性脑卒中患者溶栓疗效,结果发现,美国国立卫生研究院卒中量表(NIHSS)、TIBI分级与早期再通呈负相关,对于任何给定的NIHSS、TIBI分级越低,再通概率越低,结合NIHSS与TIBI分级预测缺血性脑卒中患者早期再通和临床预后的敏感性和特异性分别可达到92%和82%。总之,PET、SPECT、CT、MRI、TCD评价CBF各有优缺点,随着SPECT/CT、PET/CT、PET/MRI的逐渐应用,将功能影像与解剖结构影像相融合,未来对CBF的评价必将发挥重要作用。

作者:崔碧霄 卢洁