脑血管灌注

脑梗死前期CT灌注成像表现及分期高培毅

从脑血流量(Cerebral blood flow, CBF)变化过程看，脑血流的下降到急性脑梗死的发生经历了3个时期：首先是由于脑灌注压下降引起的脑局部血流动力学异常改变；其次是脑循环储备力失代偿性低灌注所造成的神经元功能改变；最后，由于CBF下降超过脑代谢储备力才发生不可逆转的神经元形态学改变，即脑梗死。我们将前2个时期称为脑梗死前期。脑血管病常有较长的潜伏期，而TIA以及临床出现的异常征象又是一个十分明显的预警信号，将脑梗死发生以后的超早期影像学研究转移到脑梗死前期的影像学研究具有更为重要的临床价值。CT检查程序为首先进行常规CT平扫，然后根据病史选择感兴趣层面进行动态增强扫描，动态扫描后再行常规增强扫描。感兴趣区层厚10mm，扫描矩阵512X512，曝光kv和ms与常规扫描相同。动态CT检查方法为在启动高压注射器经肘静脉快速注入对比剂的同时对感兴趣层面进行连续快速扫描。曝光时间为1秒，连续扫描40秒，共40层。碘对比剂为300mg碘海醇，每秒注射8ml，总量为40ml。CT检查结束后，用自编软件进行动态增强CT数据处理[4]，最后获取局部脑血流量（regional cerebral blood flow, rCBF）、局部脑血容量（regional cerebral blood volume, rCBV）、平均通过时间（mean transit time, MTT）和峰值时间（time-to-peak, TTP）参数图。脑梗死前期的影像学分期根据脑局部微循环的变化程度以及CT灌注成像表现，将脑梗死前期分为2期4个亚型。Ⅰ期：脑血流动力学发生异常变化，脑血流灌注压在一定的范围内波动时，机体可以通过小动脉和毛细血管平滑肌的代偿性扩张或收缩来维持脑血流相对动态稳定。Ⅰ1：脑血流速度发生变化，脑局部微血管尚无代偿性扩张。灌注成像见TTP延长，MTT、rCBF 和rCBV正常。Ⅰ2：脑局部微血管代偿性扩张。灌注成像见TTP和MTT延长，rCBF正常或轻度下降，rCBV正常或轻度升高。Ⅱ期：脑循环储备力失代偿，CBF达电衰竭阈值以下，神经元的功能出现异常，机体通过脑代谢储备力来维持神经元代谢的稳定。Ⅱ1：CBF下降，由于缺血造成局部星形细胞足板肿胀，并开始压迫局部微血管。灌注成像见TTP、MTT延长以及rCBF 下降，rCBV基本正常或轻度下降。Ⅱ2：星形细胞足板明显肿胀并造成脑局部微血管受压变窄或闭塞，局部微循环障碍。灌注成像见TTP、MTT延长，rCBF和rCBV下降。众所周知，当脑血流灌注压在一定的范围内波动时，机体可以通过小动脉和毛细血管平滑肌的代偿性扩张或收缩来维持脑血流相对动态稳定。这种小动脉和毛细血管平滑肌的代偿性扩张或收缩又称为Bayliss 效应。脑血管通过Bayliss效应维持脑血流正常稳定的能力称为脑循环储备力（cerebral circulation reserve, CCR）。当CBF下降到一定程度时，神经元对氧和葡萄糖的摄取率增加，以便维持细胞代谢的正常和稳定，这种能力称为脑代谢储备力。研究证实，CBF的减少首先出现脑电功能障碍（电衰竭）；随着CBF 进一步减少并持续一段时间，则出现代谢改变甚至膜结构改变（膜衰竭）。此时，在分子水平出现一个时间依赖性缺血瀑布（瀑布效应），特点为脑组织由于缺血缺氧造成自由基的产生、兴奋性氨基酸的释放以及血小板活性因子、乳酸中毒、脑水肿等作用下，使神经元代谢紊乱，大量离子流入细胞内，特别是钙离子的内流使细胞超载线粒体钙离子沉着，发生不可逆神经元死亡，即脑梗死。从CBF变化过程看，脑血流量的下降到急性脑梗死的发生经历了3个变化时期：首先是由于脑灌注压下降引起的脑局部血流动力学异常改变；其次是脑局部CCR 失代偿性低灌注所造成的神经元功能改变；最后，由于CBF下降超过脑代谢储备力才发生不可逆转的神经元形态学改变，即脑梗死。我们将前2个时期称为脑梗死前期。在脑梗死前期的I 期，由于CCR发挥作用，病人几乎没有明显的临床症状；在II期，rCBF下降到电衰竭阈值以下，CCR失代偿，细胞膜的电活动消失，突触传递障碍，进入“贫困灌注（misery perfusion）”状态。这一状态甚至可以持续数年，临床上可以出现头痛、肢体力弱、肢体的轻微抖动和言语欠流畅等症状，严重时可出现TIA。同样是TIA或脑供血不足患者，但其缺血以及脑局部微循环障碍的程度却有所不同。我们认为，脑梗死前期的影像学分期有助于临床医师了解患者的实际状况，从而制定有针对性的个体化治疗方案。那种单纯以发病时间长短来分期的方法忽略了个体侧支循环、

脑循环储备力和脑代谢储备力的差异，应该引起我们的注意。利用各种影像学检查方法进行急性脑梗死发生以后梗死区和缺血半暗带的区分是近年研究的热点。本项目一改传统的研究方向，将重点放在脑梗死前期的影像学研究上。在脑梗死前期的I1期，局部脑血流动力学异常表现为脑血流时间延长。此时，脑局部微血管尚无代偿性扩张，CT灌注成像见TTP延长，MTT、rCBF和rCBV正常。我们认为此期TTP延长而MTT、rCBF和rCBV正常说明了在TIA缓解期或脑缺血的最早期，由于脱落的微栓子栓堵某一小动脉所引起的继发性小动脉反射性痉挛已经缓解，或由于局部足够多的溶栓酶释放使得血管再通，因此病变区的rCBF和rCBV已经恢复或基本恢复到正常水平。但造成微栓子的近端大动脉管壁的病灶依旧（TOAST I型），所支配区域的血流速度减慢，因此TTP灌注图像上可以清楚的显示血流异常区域。在大动脉粥样硬化或者血管相当程度狭窄的基础上，低血压或血压波动时可出现该血管支配区域血流速度显著下降。此时，动脉硬化的大血管由于缺乏弹性，而不能进行血管正常的自动调节使脑血流速度保持恒定。虽然近端大血管病变造成血流速度的下降，其所属远端微小血管仍可通过自动调节使得该区域rCBF和rCBV 保持基本正常或接近正常水平。在I2期，由于机体的CCR发挥作用，致使rCBV增加从而维持了rCBF的稳定。CT灌注成像除了TTP延长以外，根据中心容积定理（CBF＝CBV/MTT），此期出现MTT延长。当脑灌注压进一步下降造成CCR失代偿时则进入脑梗死前期的II期。此时，rCBF 逐渐下降，rCBV正常或轻度下降。在II1期，CBF中等程度的下降，脑组织由于缺血出现局部星形细胞足板肿胀，并开始压迫局部微血管。灌注成像见TTP、MTT延长以及rCBF下降，rCBV 基本正常。当脑梗死前期进入II2期，星形细胞足板明显肿胀并造成脑局部微血管受压变窄或闭塞，形成局部微循环障碍。CT灌注成像见TTP、MTT延长，rCBF和rCBV下降。我们认为，根据rCBF和rCBV的关系可判断出脑组织局部低灌注所引起微循环障碍的程度，即rCBF下降伴rCBV正常或轻度下降表明缺血区微血管管腔受压变形、闭塞的程度较轻；当rCBF比值进一步下降，同时伴有rCBV比值中度下降时，常常提示微血管管腔闭塞程度更为明显和微循环障碍的加重。如果rCBF和rCBV明显下降时，则提示进入了脑梗死阶段。在CT灌注成像的4个参数（rCBF、rCBV、MTT和TTP）中，TTP最为敏感。Koenig等认为TTP的延长是侧支循环或慢血流的结果。本组1例患者的脑血管造影清楚的显示了一侧大脑中动脉水平段明显狭窄，同时伴有同侧大脑中动脉远端的端－端吻合，表明侧支循环建立的很好，但其各个参数图均无异常。因此，我们认为TTP延长的主要原因可能为血流速度的减慢。反过来，CT灌注成像阴性的TOAST I型病例说明脑局部侧支循环建立的很好，无需行血管成型术。此外，本组资料还显示TTP比值升高的程度与脑梗死前期的分期有一定的关系，即I期时TTP比值多<1.40，而II期的TTP比值则多>1.40。MTT是脑血流动力学的重要参数之一，其作用见仁见智。Grandin等认为MTT对区分正常脑组织和缺血脑组织非常敏感，但对缺血损害的程度以及发生脑梗死危险性的评价上不如rCBF和rCBV。Røhl等认为可以把MTT看作脑灌注压的测量指标，当MTT比值>1.63时应给予治疗。本研究结果显示，脑梗死前期I2、II1和II2期时，MTT比值均有升高，但在升高的程度上差别不明显。我们赞同Røhl等的观点，MTT比值升高提示脑灌注压的下降。但是，由于每个人的循环储备力和代谢储备力的差异，仅凭MTT比值的高低很难对由于灌注压下降所造成的脑组织功能改变作出准确的判断。我们认为，根据TTP和MTT的关系可以判断出CCR是否发挥作用。本研究将TTP、MTT延长伴CBF正常以及CBV正常或升高定为脑梗死前期的I2期，此期由于Bayliss 效应致使CCR发挥作用。rCBF和rCBV是非常重要的血流动力学参数，根据rCBF和rCBV比值下降的程度可以区分出可逆的缺血脑组织和不可逆的脑梗死。在脑梗死前期状态下，rCBF比值的下降提示CCR失代偿，脑的代谢储备力开始发挥作用。当rCBV比值下降时则提示脑局部微循环发生障碍。总之，低灌注是所有脑缺血病因机制的最后通路，采用动态CT灌注成像可以清楚的显示脑梗死前期的血流动力学异常，并可以根据各种参数的比值及相互关系提供相关的脑血流动力学的功能信息。脑梗死前期的影像学分期可以区分脑局部低灌注的病理生理学状态，具有重要的临床应用价值。