PWI在腦缺血性疾病中的臨床應用

關于PWI在腦缺血性疾病中的臨床應用灌注（Perfusion）人腦正常的神經生理和高級神經活動要求以一定的血流灌注為基礎，灌注是指血流通過毛細血管網，將攜帶的氧和營養(yǎng)物質輸送給組織細胞的重要功能，一般等同于血流過程，是以流動效應為基礎的，存在于正常組織和疾病狀態(tài)，毛細血管中的血液流動使灌注成像成為可能。第2頁,共58頁，2024年2月25日，星期天磁共振灌注加權成像（PWI）PWI是一種反映組織微血管分布和血流灌注情況的MR功能成像技術。1988年Villringer等首先報道了MR血流灌注成像在腦部的應用。具有時間分辨率（小于2s即可包括全腦）和空間分辨率高，操作簡單，無放射性，可以在短時間內重復進行，具有良好的臨床應用前景。與CT灌注不同的是T2WI效應可導致信號強度的減弱因而無法提供定量數據。第3頁,共58頁，2024年2月25日，星期天PWI常用序列T2*加權磁敏感動態(tài)增強磁共振成像（dynamicsusceptibilityweightedcontrastenhanced，DSC）T1加權動態(tài)增強磁共振成像（dynamiccontrastenhancement，DCE)動脈自旋標記增強磁共振成像（arterialspinlabeling，ASL）第4頁,共58頁，2024年2月25日，星期天PWI常用序列：DSC、DCE前兩種技術（DSC、DCE）系通過靜脈團注對比劑使局部毛細血管內磁敏感性增加致局部磁場不均勻，質子自旋去相位，引起T2、T2*或T1值的明顯縮短，獲得一系列動態(tài)影像，通過定量指標反映局部灌注情況。因為需要注射外源性對比劑，DSC、DCE對于不能配合的病人或難以靜脈注射的患者有一定的局限性。第5頁,共58頁，2024年2月25日，星期天PWI常用序列：ASLASL則無需注射外源性對比劑，而是以動脈血內氫質子為內源性示蹤劑并對其進行標記的無創(chuàng)性灌注成像方法。由于不需注射對比劑，安全無創(chuàng)，更適應于兒童及不能配合的受試者。因而有著較強的臨床應用潛力。ASL僅可準確量化CBF，并具有良好的重復性。第6頁,共58頁，2024年2月25日，星期天PWI常用序列DSC和ASL主要應用于腦部灌注。而體部器官灌注成像則以DCE和ASL為主。第7頁,共58頁，2024年2月25日，星期天DSC基本原理腦組織信號下降幅度與血管內造影劑濃度成正比,反應腦組織的血液動力學狀態(tài)正常腦組織由于BBB的存在，Gd-DTPA不能通過毛細血管網進入腦組織間隙，不影響組織的T1時間，因此不產生T1增強效應。第8頁,共58頁，2024年2月25日，星期天DSC基本方法靜脈團注對比劑后，當對比劑第一次通過受檢組織之前、之中和之后，采用快速掃描序列（EPI）進行連續(xù)的多層面多次成像，從而獲得一系列動態(tài)的掃描圖像。對比劑第一次通過期間，主要存在于血管內，血管外極少，血管內外濃度梯度最大，信號的變化受彌散因素影響小，故能反應組織的血液灌注情況。根據造影劑第一次通過局部腦組織引起的信號強度變化和時間的關系，可以繪制信號強度—時間曲線，根據信號強度—時間曲線可獲得部分的血流動力學參數的相對值，并可通過工作站制成各種血流動指標圖像。第9頁,共58頁，2024年2月25日，星期天主要參數腦血容量（CBV）腦血流量（CBF）平均通過時間（MTT）達峰時間（TTP）第10頁,共58頁，2024年2月25日，星期天灌注成像的理論基礎核醫(yī)學的放射性示蹤劑稀釋原理和中心容積定律（centralvolumeprinciple)

MTT=CBV/CBF第11頁,共58頁，2024年2月25日，星期天DSC主要參數CBV計算

∞∫tCv(τ)dτ-∞

CBV=∞∫Ca(τ)dτ-∞MTT計算

CBV

MTT＝

CBFCBF計算：tCv(t)=F∫Ca(τ)R(t–τ)dτ

0

Cv(t)＝體素對比劑濃度

F＝CBFCa(τ)＝動脈流入函數第12頁,共58頁，2024年2月25日，星期天腦血容量（CBV)腦血容量（cerebralbloodvolume,CBV)指單位時間內一定腦組織的血容量，根據時間—信號曲線下方封閉的面積計算得出。CBV=K∫△R2*（t）dt。正常為40~60ml/（100g·min）。一般來說，rCBV僅包括微脈管(直徑小于0.3mm的微血管)系統(tǒng)，如小動脈、毛細血管和小靜脈。第13頁,共58頁，2024年2月25日，星期天腦血流量（CBF)腦血流量（cerebralbloodflow,CBF)指在單位時間內流經一定量腦組織血管結構的血流量，CBF越小，意味著腦組織的血流量越低。第14頁,共58頁，2024年2月25日，星期天達峰時間（TTP）達峰時間

(timetopeak，TTP）指在時間信號曲線上從對比劑開始出現(xiàn)到對比劑濃度達到峰值的時間。TTP值越大，意味著最大對比劑團峰到達腦組織的時間越晚。第15頁,共58頁，2024年2月25日，星期天平均通過時間（MTT)平均通過時間（meantransittime,MTT)指血液流經血管結構時,包括動脈、毛細血管、靜脈，所經過的路徑不同，其通過時間也不同，因此用平均通過時間表示，主要反映的是對比劑通過毛細血管的時間（血液由動脈流入至靜脈流出的時間）。該值大，說明微循環(huán)不暢。它通常以秒為單位或以rCBV與rCBF之比的形式給出，即MTT=rCBV/rCBF。第16頁,共58頁，2024年2月25日，星期天rCBV與rCBF血流動力學參數由信號-時間曲線轉換成相對的對比劑濃度-時間曲線而獲得，故其為局部組織灌注的相對值,實際工作中多采用相對CBV(relativeCBV，rCBV)、相對CBF(relativeCBF，rCBF)；CBV、CBF容易受到MR掃描儀、團注對比劑量和速率、成像序列和參數、受檢者的血容量和心排血量等因素影響，因此不同個體間的血流動力學參數不能直接比較。第17頁,共58頁，2024年2月25日，星期天PWI操作經靜脈快速注入對比劑后進行動態(tài)掃描在圖像工作站作圖像后處理，對動態(tài)CT或MR圖像進行分析并計算腦血流動力學的有關參數圖根據色階分別形成4種參數的彩圖MR約90-100秒完成掃描第18頁,共58頁，2024年2月25日，星期天磁共振灌注參數圖與對應的時間-信號曲線第19頁,共58頁，2024年2月25日，星期天CBF腦血流量CBV腦血容量MTT平均通過時間DWIA：DWI示急性左側額葉半卵圓中心腦梗死，圖中紅色圓圈為在病灶邊緣和對側相同位置放置的感興趣區(qū)；B：CBF圖；C：CBV圖；D：MTT圖；E：MRA圖；F：PWI曲線圖，圖中黃色曲線為該層面內平均灌注曲線圖，粉色曲線為左側額葉半卵圓中心病灶旁感興趣區(qū)內的灌注曲線，白色曲線為對側相同位置感興趣區(qū)內的灌注曲線第20頁,共58頁，2024年2月25日，星期天正常灌注MR表現(xiàn)CBV圖-皮層>基底節(jié)>白質-高信號代表CBV增加，低信號CBV降低MTT圖白質>基底節(jié)>皮層高信號MTT延長，低信號MTT較短或MTT消失第21頁,共58頁，2024年2月25日，星期天PWI在腦缺血性疾病的臨床應用PWI在腦缺血性疾病，尤其是缺血半暗帶的確定上的應用價值已得到公認。而在腦腫瘤診斷中的應用也逐漸得到認可第22頁,共58頁，2024年2月25日，星期天對TIA的診斷對缺血半暗帶的診斷對急性卒中的診斷一、PWI在腦缺血性疾病的應用第23頁,共58頁，2024年2月25日，星期天一、對TIA的診斷2002年定義（

美國

TIA

工作組）：由于局灶性腦或視網膜缺血造成的短暫的神經功能缺損的發(fā)作，臨床癥狀典型的持續(xù)小于1h，無任何腦梗死證據。然而，即使在癥狀持續(xù)時間＜1h

的

TIA

患者中，仍有33.6%

DWI顯示異常信號。2009年定義（

美國卒中協(xié)會）：“腦、脊髓或視網膜局灶性缺血所致的、不伴急性梗死的短暫性神經功能障礙”。這一定義以有無梗死為鑒別診斷

TIA

與腦梗死的唯一依據，而不考慮癥狀持續(xù)時間。第24頁,共58頁，2024年2月25日，星期天一、對TIA的診斷從CBF變化過程看，腦血流的下降到急性腦梗死的發(fā)生經歷了3個時期：由于腦灌注壓下降引起的腦局部血流動力學異常改變；腦循環(huán)儲備力失代償性低灌注所造成的神經元功能改變；最后，由于CBF下降超過腦代謝儲備力才發(fā)生不可逆轉的神經元形態(tài)學改變，即腦梗死。前2個時期稱為腦梗死前期，TIA屬此期。腦血管病常有較長的潛伏期，而TIA以及臨床出現(xiàn)的異常征象是一個十分明顯的預警信號。第25頁,共58頁，2024年2月25日，星期天一、對TIA的診斷約50%TIA患者在發(fā)病12h內的PWI上存在異常灌注區(qū)，主要為：TTP延長：主要原因是血流速度慢和側支循環(huán)供血。MTT延長：提示腦灌注壓降低，腦灌注儲備受損；若①CBV、CBF明顯減少，提示組織灌注不足；②CBV增加或接近正常，提示側支循環(huán)形成。第26頁,共58頁，2024年2月25日，星期天41名臨床診斷為TIA患者的DWI與PWI參考《DWI和PWI在短暫性腦缺血診斷中的應用》馮曉源第27頁,共58頁，2024年2月25日，星期天DWI與PWI聯(lián)合應用將可能對TIA進行科學分類判斷預后所研究的41名TIA患者分為三類一組PWI（+），DWI（-）二組PWI（+），DWI（+），隨訪（-）三組PWI（+），DWI（+）一二組預后良好；三組實際是臨床表現(xiàn)為TIA的小灶腦梗死參考《DWI和PWI在短暫性腦缺血診斷中的應用》馮曉源第28頁,共58頁，2024年2月25日，星期天第29頁,共58頁，2024年2月25日，星期天第30頁,共58頁，2024年2月25日，星期天DWIADCMTTCBV女性，74歲，突發(fā)頭暈，言語不利，小時回復右側肢體活動不利近1小時恢復第31頁,共58頁，2024年2月25日，星期天一、對TIA的診斷TIA后1月內發(fā)生梗死者占4-8%，有10-30%的TIA患者在90天內發(fā)展為卒中（特別是指48小時內）。DWI和PWI聯(lián)合能進一步發(fā)現(xiàn)短暫性神經功能障礙的患者的腦缺血或灌注異常，MTT圖像能發(fā)現(xiàn)TIA患者中32%的在常規(guī)MRI或DWI圖像上沒有發(fā)現(xiàn)的病灶，對于TIA患者的治療及預后的評價都起了重要的作用。第32頁,共58頁，2024年2月25日，星期天二、對IP的診斷急性缺血性腦梗死腦缺血由中央的梗死核心區(qū)、缺血半暗帶（ischemicpenumbra，IP）、血流減少區(qū)構成。梗死核心區(qū)：不可逆損傷組織。IP：神經元電生理活動停止，側支供血僅能維持細胞膜穩(wěn)定，長期低灌注終將導致梗死，溶栓治療的主要目的是恢復IP的血供。第33頁,共58頁，2024年2月25日，星期天1981年，英科學家Astrup等提出“缺血半暗帶”概念，將急性缺血腦組織分三個區(qū)域：核心壞死區(qū)、環(huán)繞其周邊有缺血壞死危險區(qū)（即經典半暗帶）、外周低灌注區(qū)。認為急性缺血卒，IP是治療靶點，這部分瀕臨死亡的腦組織如及時救治，恢復血液灌注即可康復；若較長時間得不到血液灌注就會進展形成腦梗死。要挽救這部分組織，應在一定時間內進行，即治療時間窗。半暗帶梗死良性灌注不足理論上的IP概念第34頁,共58頁，2024年2月25日，星期天

1999-2008年隨著MRI技術而出現(xiàn)：擴散與灌注成像不匹配模型。MR模式---PWI和DWI匹配。近年研究發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)不匹配模型（即PWI與DWI均異常為梗死核心，其不匹配區(qū)為IP）并不能準確評價IP范圍。原因是：DWI異常既有不可逆損傷，還有部分可逆損傷—易高估梗死核心PWI異常區(qū)包括良性血流減少區(qū)—會導致高估IP。DWI異常PWI異常半暗帶MR模型第35頁,共58頁，2024年2月25日，星期天2003年，國外學者提出新的腦缺血演變模式，分4個區(qū)：中心梗死區(qū)、擴散異常區(qū)、灌注異常區(qū)和最外層良性血供減少區(qū)?；谛履Ｐ?，卒中神經影像學半暗帶模式已被更新為包括擴散與灌注不匹配的區(qū)域，減去良性血流減少區(qū)域，加上最初擴散異常的部分區(qū)域。新mismatch模型第36頁,共58頁，2024年2月25日，星期天北京協(xié)和醫(yī)院李舜偉教授指出，腦梗死灶周圍一般會形成一個“缺血半暗帶”，其中有大量處于休眠狀態(tài)或半休眠狀態(tài)的腦細胞，這些細胞僅能維持自身形態(tài)完整，由于缺少能量供應,無法行使原正常功能。一般認為，“半暗帶”自缺血后1h會出現(xiàn)，通常可持續(xù)6-24h左右,有很少一部分者在數天之后仍可檢測到半暗帶存在，醫(yī)學上就提出了“時間窗”的概念。在該時間內經有效治療，可使原栓塞的腦動脈重新通暢或建立新側枝循環(huán)，使原處于缺血狀態(tài)的腦細胞恢復血流,并逐漸恢復正常神經功能。但盡管缺血半暗帶診斷新技術不斷涌現(xiàn)，但如何更準確界定半暗帶范圍仍需要進一步研究。第37頁,共58頁，2024年2月25日，星期天近期文獻認為，PWI/DWI異常表現(xiàn)主要有以下幾種：1、PWI＞DWI發(fā)生率49%-70%，提示大血管及分支阻塞，以往通常認為PWI/DWI不匹配≥1.2適合溶栓治療，近年有學者建議擴大為1.8-2.6效果更好。2、PWI=DWI，此型患者無IP，不適合溶栓。3、PWI＜DWI提示缺血區(qū)血管部分或完全再通，不需進行溶栓。4、DWI異常，而PWI正常：DWI示有小梗塞灶，而PWI無明顯低灌注區(qū)，這是由單支小動脈分支閉塞或者亞臨床小梗死灶。5、PWI異常，而DWI正常：僅表現(xiàn)灌注異常，為一過性腦缺血，血管再通治療預后好。6、PWI和DWI均正常，見于TIA。7、PWI或DWI異常＞100ml,為惡性腦缺血，預后差，若溶栓則100%發(fā)生再灌注出血。

（王佩佩等，中華老年心腦血管病雜志2014.4）MRI：PWI與DWI的匹配關系與“缺血半暗帶”第38頁,共58頁，2024年2月25日，星期天對缺血半暗帶的診斷彌散與灌注錯配的區(qū)域被考慮為缺血半暗帶的MRI的表現(xiàn)，并且為醫(yī)生提供了有關梗死灶進展的預測信息。在檢測缺血半暗帶時，PWI和DWI之間的區(qū)別可提供值得信賴的信息。當2個區(qū)域信號匹配時，則沒有缺血半暗帶。當DWI高信號區(qū)域大于MRP高信號區(qū)域時，存在缺血半暗帶區(qū)域，可能從再灌注治療中獲益彌散/灌注的有效性被許多研究所支持，也表明了有彌散與灌注錯配區(qū)域的患者更易發(fā)生腦梗死的進展，這些患者也更容易從靜脈溶栓或血管內治療中獲益。二、對IP的診斷第39頁,共58頁，2024年2月25日，星期天DWI與PWI的不匹配模型DWIMTTCBV第40頁,共58頁，2024年2月25日，星期天DWI與PWI無不匹配，無半暗帶左側肢體無力一天第41頁,共58頁，2024年2月25日，星期天發(fā)病3.5小時rtPA溶栓治療后24hDWIT2WIDWIT2WIMR-PWI第42頁,共58頁，2024年2月25日，星期天前一例病人溶栓治療前后對照prepost第43頁,共58頁，2024年2月25日，星期天病人治療前一側輕癱，感覺障礙，血管造影發(fā)現(xiàn)右側頸內動脈閉塞。治療前DWI與PWI明顯不匹配區(qū)，而DWI僅見小的病灶，PWI右側半球灌注異常（TTP延長）。經動脈內溶栓治療，血管再通。PWI見灌注異常消失，而DWI小病灶依然沒變化。第44頁,共58頁，2024年2月25日，星期天DWI序列上顯示一個右側大腦中動脈供血區(qū)的廣泛的擴散受限基底節(jié)同時受累灌注成像病變范圍與DWI一致，說明病變屬于壞死組織，溶栓治療是不需要的DWI=PWI無缺血半暗帶第45頁,共58頁，2024年2月25日，星期天病人DWI與ACD圖，下面為灌注成像圖灌注顯示病變范圍與DWI完全不匹配幾乎左側大腦半球都出現(xiàn)灌注異常，也即處于壞死風險中這是一個理想的溶栓治療對象PWI＞DWI第46頁,共58頁，2024年2月25日，星期天三、對急性卒中的診斷PWI能發(fā)現(xiàn)早期腦缺血區(qū)及其血液動力學改變，能在腦缺血后30min即清楚顯示缺血區(qū)。故目前主要應用于急性腦缺血病人（發(fā)病6小時以內）或超級性腦缺血病人（發(fā)病3小時以內）的早期診斷。PWI能直觀的反映腦組織中血流量的相對多少。第47頁,共58頁，2024年2月25日，星期天三、對急性卒中的診斷CBV圖：異常低灌注區(qū)多代表梗死核心，即最終梗死區(qū)；CBF圖：異常灌注區(qū)代表缺血組織，可提供CBV圖不能反映的血流動力學改變。MTT和TTP圖對組織低灌注最敏感，可最大范圍的顯示低灌注區(qū)。急性缺血PWI參數圖異常范圍大小順序：

MTT>CBF>CBV第48頁,共58頁，2024年2月25日，星期天三、對急性卒中的診斷灌注不足：MTT明顯延長，CBV減少，CBF明顯減少。側支循環(huán)信息：MTT延長，CBV增加或尚可。血流再灌注信息：MTT縮短或正常，CBV增加，CBF正?；蜉p度增加。過度灌注信息：CBV與CBF均顯著增加。第49頁,共58頁，2024年2月25日，星期天三、對急性卒中的診斷有研究對PWI不同參數對診斷卒中的敏感度、特異度進行比較，發(fā)現(xiàn)CBV敏感度、特異度分別為74%、100%，而CBF、MTT敏感度和特異度相同，分別為84%、96%，CBV對梗死病灶的判斷更為準確。第50