湖南省长沙市中南大学湘雅二医院放射科 (湖南 长沙 410011)蒋洪涛 陈 柱 肖恩华
综 述
CT灌注成像原理及其在急性胰腺炎中的临床应用
湖南省长沙市中南大学湘雅二医院放射科 (湖南 长沙 410011)
蒋洪涛 陈 柱 肖恩华
影像医学的发展与影像技术的发展有密切关系,近些年,随着影像设备的不断更新,CT(Computed Tomography)的成像速度逐渐增快,时间分辨率和空间分辨率不断提高,在这种情况下,研究者们对CT的诊断要求也随之增高,不仅需要了解以大体病理解剖为基础的单纯形态学改变,更需要影像学检查能够以细胞、分子水平生理生化的变化来反映功能和代谢方面的信息。以CT灌注成像(Computed Tomography Perfusion,CTP)为代表的功能性CT成像技术正逐步被关注,已经成为研究热点。
CT灌注成像除了跟普通增强CT一样能够显示病变血供情况以外,还有普通增强CT不具备的优点,是一种全新的CT检查技术,此项技术最主要的特点在于能够无创地反映正常器官或者病变组织局部的毛细血管通透性和血液灌注情况,通过这些信息提供目标器官或组织的血流动力学信息,是一项将传统形态学影像与功能性影像相结合的技术。CT灌注成像较广泛的用于中枢神经系统,例如:早期脑缺血与脑梗死的鉴别诊断,指导制定溶栓方案及评价疗效等[1,2],在胰腺的应用较少,然而胰腺的血运比较丰富,有腹腔动脉和肠系膜上动脉双重供血,如果能够了解其灌注信息,将对胰腺疾病的病理生理变化及胰腺的内、外分泌功能有更好地评估。随着胰腺全器官CT灌注成像得以实现[3],CT灌注成像在胰腺的应用日益增多,本文对急性胰腺炎CT灌注成像的研究进展进行综述。
1 CT灌注成像基本原理 灌注反映的是器官或组织的血流动力学状态,在此基础上表现功能的变化,灌注的过程是血流通过毛细血管网将携带的营养物质和氧输送给组织细胞的过程。灌注成像技术指的是通过影像学检查方法直观显示活体器官或组织灌注过程,并作定量或半定量分析的一种影像检查方法[4,5],具体操作方法是在静脉注射碘对比剂后对目标层面进行连续多次扫描,通过扫描的数据反映靶器官血流状态,在此基础上评价器官或组织的灌注状态。CT灌注成像有两个重要的理论基础,即中心容积定律和核医学的放射性示踪剂稀释原理[6]。CT灌注成像所得到的数据中有一种重要的曲线,即连续扫描后选定层面内每一像素的时间-密度曲线(Time Density Curve,TDC),横坐标为时间,纵坐标为注药后增加的CT值,由于在CT检查中1mg碘浓度可使1ml的器官或组织CT值增加25Hu,即1mg碘相当于25Hu/ml,所以通常碘对比剂的量可用Hu/ml表示,该曲线反映的是碘对比剂在该器官或组织中的浓度变化,间接反映器官或组织局部血流灌注量的变化[7,8]。在此曲线的基础上,使用不同的数学模型可以计算出不同的参数,例如血流量(Blood Flow,BF),血容量(Blood Volume,BV),平均通过时间(Mean Transit Time,MTT),灌注达峰时间(Time to peak perfusion,TTP)毛细血管表面通透性(Permeability Surface Area Product,PS)等。
CT灌注成像使用的数学模型主要有两种[9]:非去卷积模型和去卷积模型。非去卷积模型的理论依据是Fick原理[10],即组织内造影剂积聚的速率为动脉流入速率与静脉流出速率之差,因此在指定时间段内,器官或组织的造影剂含量为动脉流入量与静脉流出量之差,此方法人为的假定对比剂由动脉进入毛细血管到达静脉之前的一段时间内没有对比剂进入静脉再次循环,实际情况与此有差别,常导致计算的血流量值比实际要低,为了减少此方面的影响,需要加大对比剂的量,并且加快注射速度,所以会增加出现并发症的风险。去卷积模型原理较复杂,根据实际情况来计算动脉流入量和静脉流出量,较真实地反映了组织内部血液动力学变化[11],这种方法结果更加准确,但是采集数据时间长,对噪声敏感,容易受部分容积效应及呼吸运动的影响。
2 胰腺CT灌注成像的检查方法 检查前8~12小时禁食,扫描前半小时嘱患者口服清水使胃肠道,充盈以便更好地显示胰腺,摆好体位后训练患者小幅度呼吸,必要时可束腹带减少呼吸运动伪影。常规平扫后选胰腺最大层面或者病变中心层面。GE公司灌注软件推荐经肘静脉高压注射器团注对比剂约50ml(浓度300mgI/ml),流速3~5ml/s,国内大部分学者采用此条件[12-15]。Siemens公司、Philips公司以及Toshiba公司的造影剂使用参数大致相同[16-19]。扫描时间长短不一,有学者采用每6秒采集一次数据[20],有学者采用每4秒采集一次数据,总扫描时间最多可达到2分钟[21],一般来说,扫描时间间隔越短,扫描次数越多,得到的TDC曲线就越平滑,也就越接近真实状态,但实际应用中还需要考虑辐射剂量的问题,不论实际扫描时间如何,都应该覆盖胰腺实质的强化峰值。扫描的层厚需要适当选择,要求在保证较少的图像噪声的情况下选取较薄的层厚,一般常用5~10mm,不同公司的CT机推荐层厚略有不同[22],例如Philips公司的256层螺旋CT和GE公司64层螺旋CT都推荐5mm的层厚,而Siemens公司64层螺旋CT则推荐7.2mm的层厚。部分学者认为,为了减少量子噪声及部分容积效应,感兴趣区(ROI)应大于50像素[23],但也有学者选取的ROI面积均小于10mm2[24]。一般来说,胰腺实质ROI应避开血管及胰管,肿瘤实质ROI应避开肿瘤坏死区。
3 CT灌注成像在急性胰腺炎中的应用 急性胰腺炎为常见的急腹症之一,主要临床表现为上腹痛,按照病理及病情轻重分为水肿型胰腺炎和出血坏死型胰腺炎两种类型,按照病因分为胆源性、代谢性、医源性、血管源性、感染中毒等等[25,26]。急性胰腺炎的主要病理过程为,胰腺组织的水肿、缺血、出血坏死以及合并细菌感染等[27-29]。出血坏死型胰腺炎被称为重症胰腺炎,病情较重,预后较差,早期对重症胰腺炎的诊断对于患者得到及时的治疗至关重要[30,31]。
研究表明,胰腺的灌注水平随着年龄的增大而逐渐降低,胰腺不同部分的灌注水平无明显差异[32,33]。急性胰腺炎发生时出现血液粘稠度增加、微血栓形成及微血管痉挛等,发生明显的血流动力学变化,导致局部胰腺组织缺血、血流灌注降低[34-36],胰头部和体尾部的BF、BV明显降低,PS升高,TTP无明显变化[37]。因为轻症急性胰腺炎(水肿型胰腺炎)和重症急性胰腺炎(出血坏死型)的CT灌注参数BF、BV、PS、TTP有明显差异,故CT灌注参数可作为量化急性胰腺炎严重程度的指标。
胰腺微循环障碍常常导致胰腺坏死,急性胰腺炎的这种严重并发症明显提高了患者的病死率[38]。传统的影像检查手段如胰腺造影、增强CT等可对胰腺坏死作出诊断,然而胰腺造影损伤较大,现在已不常用,增强CT准确率稍差,因为这些检查都有其局限性,所以需要寻求一种准确而又无创地检测胰腺坏死的影像学技术。由于CT灌注成像可直接反映组织缺血的情况,胰腺炎坏死区域BF、BV、PS值急性胰腺炎非坏死区域降低,而MTT较高,故CT灌注成像可用于胰腺坏死的早期诊断[39,40],研究表明[41,42],CT灌注参数在评价胰腺坏死的敏感度为100%,特异度为95.3%的。
4 展望 急性胰腺炎患者中大部分为轻症胰腺炎患者,预后较好,而重症胰腺炎患者症状重,治疗较复杂,需要内外科以及影像学科等多学科的协作。早期准确的诊断可以对治疗起到至关重要的作用,在此方面,CT灌注成像已经越来越被各科医生重视,但仍需要研究出更多更好的方法,通过更多的参数更进一步对病变进行评价,对临床处置提供更多更准确的依据。
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(本文编辑: 丁贺宇)
R657.5+1
A
10.3969/j.issn.1672-5131.2014.07.34
2014-09-10
肖恩华