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急性缺血的灌注影像:科学认识有助于临床实践


对于急性缺血性卒中患者而言,再灌注是唯一被证明有效的措施。由于只有15%~20%的急性卒中患者适合静脉tPA治疗,而且很多经治疗的患者并未达到预期的临床效果,故急性卒中的处理亟需改善。这种需求致使血管再通、神经保护以及影像学筛选患者等研究不断出现。高级影像学检查中最重要的一项就是灌注影像,依靠当前掌握的知识,可以利用灌注影像来对急性缺血性卒中患者进行分类,从而推荐临床治疗或研究。

 

核心区是指在影像检查时已经缺血死亡的区域。而按照治疗目的来讲,缺血半暗带是指那些缺血的、无功能仍然存活但若无血运重新恢复而即将死亡的脑组织。良性缺血区则是指有灌注但功能异常,而且即使无血供改善仍可存活的区域。神经功能障碍的阈值为脑血流(CBF)灌注低于20ml/(100g·min)。高于阈值以上的脑血流供应的脑组织不会发生梗死,这部分区域被称为良性缺血区。动物实验预示了缺血半暗带的动态发展过程,即若无血流重新灌注,梗死核心区随着时间的推移将扩展到缺血半暗带。

 

过去20年,包括CT平扫和CTA的低衰减、灌注CT的低脑血容量或低脑血流灌注,以及MRI的限制弥散等影像技术发展起来,与基本参数比较后用于定义核心区,即早期灌注也终将梗死的区域。而PET技术应用与其不同的原理。研究证实,非强化CT以及弥散加权MRI不可能像PET那样能够早期准确测量梗死区。随着当前血管内治疗技术的进步,由于“早期成功灌注”的基准一再降低,灌注CT或MRI对于核心区的影像学界定一变再变。尽管如此,目前认为对于核心区的界定仍适用于临床决策。

 

缺血半暗带与良性缺血区的准确分辨仍是一个挑战。另外,一些影像学上判定为缺血半暗带的组织,即使再灌注后,也可能发生梗死(由于凋亡或其他机制)。仅靠单一时间点的脑血流或其他灌注成像,来预测脑组织存活与再灌注的关系并不可靠。用血流测量来定义核心区、缺血半暗带和良性缺血区,受观念以及技术缺陷的影响。

 

使用灌注测量界定组织状态的概念因素

用灌注阈值水平(CBF、脑血容量、达到最大量的时间,以及平均转运时间,或者综合参数如峰值时间)来界定缺血半暗带的大小范围以及与核心区及良心缺血区的辨别的观念本身就有一些重大问题。首先,这些灌注阈值水平是时间依赖性。低于10ml/(100g·min)的脑血流灌注组织,很可能存活30min,但不太可能超过3h。灌注阈值水平来区分核心区及缺血半暗带时,依赖于缺血发生后组织出现影像学变化。第二,灌注测量不能反映脑组织的代谢活性。已死亡、正在死亡的组织或许有正常的血流。在脑的不同区域,导致梗死的灌注阈值水平可能不同。认识到缺血半暗带是一个动态过程很重要。任何对于缺血状态的测量只不过是一个瞬间的测量。我们不知道影响缺血半暗带向核心区转化速率的因子。如果软脑膜侧支血管闭塞,或者CBF因为未知因素而随着时间变化,此时,单纯用同一时间点灌注成像来定义缺血半暗带就大错特错了。

 

随着时间推移发生变化的梗死增长率可反映缺血半暗带的动态自然演变。梗死“边缘带”的缺血半暗带向核心区的演变过程受多种复杂因子影响,包括软脑膜侧支血供、缺血组织的坏死易感性,以及梗死周边的去极化。另外,体外实验暗示在缺血半暗带可能发生选择性神经凋亡,在良性缺血区可能发生蛋白质功能障碍。因此,在用脑血流阈值水平来评价脑组织的可逆转性以及补救效果时,往往受这些生理因素影响。


当前技术缺陷及局限性

当前的灌注技术(无论去卷积与否)存在特定假设。错误产生的来源之一就是动脉输入功能(AIF)的选择及测量。灌注技术依赖于这样一个假设——AIF来自于动脉,而且该动脉为测量脑血流区域唯一的动脉血供。AIF的选择多样性使得延迟和(或)弥散不同,从而导致脑血流测量结果的多样性。单阀分解技术可校正这些错误,但并不是所有的灌注软件都应用了这项技术。AIF的平均局部数值导致了脑血流测量的错误。用静脉输出功能的适当缩放技术可以纠正这些错误。MR灌注技术受限于低空间分辨率、磁场方向的血管倾向性,以及血管信号与周围组织信号密度的混合。其他的不总是正确的假设依赖于缺血区域的毛细血管血细胞计量,其决定了常数K并整合于去卷积算法。为了克服这点缺陷以及获得不同患者之间CBF的测量可靠比较,一些研究者选择了去卷积基础上的交叉校准。尽管绝对数值事实上可能不同,我们确实认为相对阈值水平的使用可以用于单侧缺血卒中的评估。然而,白质病、年龄相关变化以及先前的梗死可能中和交叉校订的可靠性。另外,在白质和灰质的灌注阈值差异也是主要错误来源。

 

也许灌注影像获得时间不长,但实际操作中的影像时间并非从进入影像检查室到做出治疗决定的时间。对CT灌注来说,这个时间包括设置影像设备和对比剂注射装置,获得和传输影像,后处理和最终解读数据的过程。对磁共振灌注来说,还需要其他的步骤——确定患者能接受磁共振检查,患者体位,活动,幽闭恐惧症和获得定位图像。这些步骤很容易把整体影像学时间延长。

 

成像区域受限以及需要不同的序列才能显示颈部血管和主动脉弓来为血管内治疗做准备也是灌注影像的不足。这个不足可以通过新一代的全脑CT扫描仪或磁共振影像设备弥补,但并不是所有的中心都有这些设备。另外一个问题是,额外的射线和对比剂的应用,在进行临床决策可能获益的评价中必须纳入考量。

 

选择合理影像学

是否存在大动脉的闭塞?低灌注动脉供血区内或与其相关的梗死核心有多大?这样定义的梗死核心可能解释患者的临床功能缺损吗?梗死进展的速度有多快?


临床医生在对急性缺血性卒中患者做出治疗决策时需要回答一些问题,那么在不应用灌注影像的前提下,能不能满意地予以解答?

 

CT血管成像(CTA)是确定动脉闭塞是否存在的一项可靠、安全、迅速且广泛可及的影像学工具。磁共振的弥散加权成像(DWI)和表观扩散系数(ADC)等手段能够和灌注检查一样确定梗死核心,甚至更清晰。成像良好的平扫CT影像上的低密度对除超早期以外的梗死核心的估计也是比较可靠的。灌注影像也能识别梗死核心。在经过合理培训的中心,能够可靠地识别除了超早期以外的早期大面积缺血的患者(对应ASPECTS≤4分),避免进行溶栓治疗。需要注意的是,灌注影像和错配原则能够提供“核心”和“可挽救脑组织”的范围,但不能提供“卒中发病到影像学检查时间”的概念。

 

临床医生对临床-影像错配的存在与否有很好的判断,但临床-影像错配的准确性和相关性在文献报道中仍然存在异议。有文献指出,使用小梗死核心的体积大小区分而没有基于解剖学进行临床判断可能是导致临床-影像错配方法预测临床预后特异性偏低的原因。通过灌注影像中半暗带内缺血严重程度预测梗死增长速度是可行的,然而,其他的因素可能影响这种评价,如软膜侧支循环状态的变化、脑组织对缺血的敏感性、梗死周边的去极化等。总之,如果一个临床医生知道闭塞动脉的位置和动脉入路的复杂程度,能够通过影像信息判断梗死核心与潜在低灌注组织相比的大小,我们相信他/她就能够做出是否进行溶栓治疗以及采用静脉还是血管内治疗的决定。建议影像学策略分为两组:0~4.5小时时间窗组和大于4.5小时或发病时间不确定组。


0~4.5小时时间窗

在这个时间窗内,静脉应用tPA具有一级证据。灌注影像对静脉溶栓患者的筛选作用有限。该时间窗内血管内治疗的原则是基于tPA对大动脉闭塞的再通率低和预后差,卒中症状中到重度,CT显示小梗死核心,CTA显示大血管闭塞的患者最可能从血管内治疗中获益。这个时间窗内基于CT和CTA的影像学流程能够快速和简单地完成而不会延长就诊到穿刺时间。 


起病时间大于4.5小时或起病时间未知

采用灌注影像的错配原则的大型临床研究没有提供静脉tPA治疗大于3小时时间窗的一级证据。这些研究没有显示出实际的治疗效果,除了前面提到的原因外,缺乏能够快速再通的血管内治疗组可能也是一个原因。更快的血液再灌注是必要的。PACTⅡ研究为这个时间窗内大动脉闭塞的血管内治疗提供了依据。PACTⅡ和EITET研究的事后分析显示,采用平扫CT或MRI弥散加权成像识别小梗死核心的治疗是有效的。由于该时间窗内没有应用静脉tPA的有力证据而启用血管内治疗前需要识别近端大动脉闭塞,平扫CT和CTA或DWI和MRA的优先使用以及小梗死核心-动脉闭塞的影像策略可以更快速地完成,且与临床更相关。

 

未来方向

建议在临床决策过程中采用分层的步骤来使用灌注影像学:第一,影像检查方案和影像处理工具(CT或磁共振,应用什么算法,厂家之间的不同)以及数据的收集需进行标准化;此外,需要设计能够为医生提供实时高质量数据的后处理软件。其次,需要设计严谨的研究来解决上述的一些问题。再次,一旦这些研究完成了,应该尝试设计采用灌注影像进行患者选择的随机急性卒中研究。


最后,我们指出灌注影像能够检测到CTA可能错过的远端闭塞,虽然这并不会改变是否应用抗血栓治疗的决定。它具有比平扫CT或DWI FLAIR影像更好地识别出血的潜能,尽管这一点仍需要验证。它也能识别类卒中病变。然而,即使面对如痫性发作等类卒中病变的可能性,CTA也能够通过识别是否存在动脉闭塞来协助筛选可能进行溶栓治疗的患者。CTA在识别短暂性脑缺血发作的加重方面不劣于CT灌注。

 

    结  论    


患者就诊时的临床卒中严重程度能够很好地估计功能受损的脑组织体积。临床医生能够通过高质量的平扫CT合理地确定患者的临床表现是否是由核心梗死引起的。CTA能够显示闭塞的动脉和侧支循环。

 

这种小梗死核心-大动脉闭塞的临床-影像学不匹配方法能够很好地反映灌注影像上现实的半暗带-梗死核心不匹配的信息,且影像检查时间更短。尽管没有人怀疑半暗带和错配这一概念在急性卒中治疗中的价值,但是现有的灌注成像技术缺乏充足的证据来证实它们在可靠识别半暗带中的应用价值,而且会受未标准化的术语、概念和测量错误的影响。因此,我们认为在目前未应用该检查的其他影像策略的背景下,在临床实践中应用灌注影像是不成熟的。急性缺血性卒中的灌注影像是一项很有希望的技术,我们有责任设计研究通过入组更多的患者来更深刻理解其在急性缺血性卒中治疗中的作用,而不应操之过急地将其在临床中应用。


原文参考:Mayank Goyal, Bijoy K. Menon, Colin P. Derdeyn. Perfusion Imaging inAcute Ischemic Stroke: Let Us Improve the Science before Changing Clinical Practice.Radiology,2013,266(1):16-21. 

原文回顾



编辑  黄越

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