CT灌注成像及其临床应用

魏雯

摘要：CT灌注成像是基于核医学计算器官血流量的原理而发展起来的新技术，它能反映组织、器官的血流动力学状态，属于功能成像范畴。通过学习CT灌注成像方面的文献，就CT灌注成像的原理及临床应用予以综述。

关键词： 功能成像； 体层摄影术； ×线计算机； 血流灌注

CT灌注是最早应用的影像学功能成像方法之一，1983年Axel首次利用动态CT扫描技术和对比剂团注射法获得了脑的CBF和CBV定量数值。由于受当时CT扫描速度条件的限制，此项技术没有在临床应用。经数十年的发展，目前此项技术已经较为成熟。随着多排CT的推广应用，CT灌注已经从单层面的灌注发展到多层面灌注，大大提高了时间及空间分辨率。CT灌注成像最早于1991年由Miles等提出[1]，并先后对肝、胰、脾、肾等腹部实质性脏器进行了CT灌注成像的动物实验和临床应用的初步探讨。

1.CT灌注成像的原理及技术

1.1 原理

灌注（perfusion）是血流通过毛细血管网，将携带的氧和营养物质，输送给组织细胞的重要功能。利用影像学技术进行灌注成像可测量局部组织血液灌注，了解其血流动力学及功能变化。

CT灌注成像技术的理论基础为核医学的放射性示踪剂稀释原理和中心容积定律（central volume principle）。CT灌注成像是指在静脉注射对比剂的同时对选定的层面进行连续多次同层扫描，以获得该层面每一像素的时间-密度（time-density curve，TDC）曲线[2]，灌注组织的时间-密度曲线反映增强剂在该组织中对比剂浓度的变化，即碘聚集量的变化，从而反映了组织灌注量的变化。在CT图像中，1mg/ml的碘浓度相当于25HU[3]，即1mg碘可使1ml组织的CT值增加25HU，也即1ml碘相當于25HU/ml。这样通过测定局部组织的碘聚集量，即算出局部组织的灌注血流量。利用不同的数学模型计算出组织的血流量（blood flow，BF）、血容量（blood volume。BV）、对比剂的平均通过时间（mean transit time，MTT）、对比剂峰值时间（Time to peak，TTP）、毛细血管表面通透性（pemeability surface，PS）等参数来评价组织器官的灌注状态。

1.2 评估组织灌注状态的数学模型

CT灌注成像的数学模型主要有两种：①非去卷积模型（non—deconvolution mode1）。该模型主要根据Fick原理，认为组织器官中对比剂蓄积的速度等于动脉流入速度减去静脉流出速度。其概念相对简单，便于理解，但由于利用此模型的进一步计算需要各种与实际情况不完全相符的假设，而造成BF值的偏低或偏高；②去卷积模型（deconvolution mode1） 。此模型是Cenic等1999年提出的新的数学模型。概念复杂，根据实际情况综合考虑了流入动脉和流出静脉的血液进行数学计算处理，主要反映的是注射对比剂后组织器官中存留的对比剂随时间的变化量，因此较真实地反映组织器官的内部血液动力学情况。此种模型的主要优点是不用对组织器官的血流动力学状态进行人为的假设，计算偏差小，但对噪声很敏感，目前已被广泛应用。

1.3 CT灌注成像的技术优势

灌注成像作为一种非介入性评价器官、组织血流灌注状态的功能成像，在临床应用中较其它影像学检查方法具有明显的优势。其优势：（1）操作简单，计算方便，无创无害，患者及放射科医生均易接受；（2）可绘制器官血流灌注的动态曲线，并测定多种灌注指标，较其它检查方法准确、可靠；（3）在一次扫描过程中可同时显示良好的解剖细节及有关的灌注定量信息，有利于定性诊断；（4）对弥漫性病变可判断病变程度；（5）在肿瘤性病变的早期发现（如微小转移瘤），肿瘤生物学特征（如，肿瘤血管生成）的评价，治疗（放、化疗及介入治疗等）效果的判断和提示预后信息等方面有重要价值；（6）经改进后的图像重建可得到近似灌注参数图像，给人以直观的印象。因此，CT灌注成像技术在研究活体组织的血液动力学上优于其他技术而被广泛采用。

CT具有扫描时间短，有相应灌注成像软件即可实施而无需添加设备，时间和空间分辨率高，技术简单易行等优点，尤其最近多层螺旋CT技术（MSCT）在临床上的运用，更促进了CT灌注成像的研究。MSCT克服了普通螺旋CT单层灌注成像局限性，提高了长轴（z轴）方向的空间分辨率，能进行0.5S以下的快速扫描。多层CT灌注成像可快速、准确 、无创，三维地评价组织器官微循环内血流动力学变化。CT灌注成像与MR灌注成像比较，主要临床优势在于相对简单易行，成像迅速；与SPECT、PET等灌注成像比较，CT灌注成像图像空间一时间分辨高，无需使用放射性核素，费用低，适于急诊检查。其临床运用的限制主要是射线辐射和造影剂副作用问题。

2.CT灌注成像的临床应用

目前，CT灌注的临床应用主要在颅脑病变、腹部变病变和肿瘤学的研究方面。腹部肿瘤的灌注研究尚主要集中在肝脏、胰腺、肾脏疾病上。肿瘤灌注的目的是探索由新生血管形成所引起的灌注值及毛细血管通透性的改变，通过抗血管生成抑制肿瘤生长。

2.1 颅脑病变

2.11 急性脑缺血性病变

通过对局部脑灌注的测量可了解有关生理功能及能量代谢的情况，灌注测定对于脑缺血的诊断及治疗均有重要意义。灌注成像分析脑血液动力学改变，通过评价脑血流（cerebral blood flow，CBF）、脑血容量（cerebral blood volume，CBV）及平均通过时间（mean transit time，MTT）来描述早期缺血性脑卒中患者脑血流低灌注区、梗塞区及缺血半暗带区，由此获得较完整的早期卒中的诊断信息。

2.12 颅内占位性病变

评价颅内肿块性病变时CBV是最有用的参数。测量CBV作为辅助指标有助于评判脑肿瘤的新生血管程度、分级和恶性度，鉴别肿瘤样病变，监测治疗效果等。血管形态和新生程度是区分颅内肿瘤类型、确定其生物学侵袭程度的重要依据。反映肿瘤血管化程度的活体CBV图，可用以间接评判肿瘤新生血管。研究表明，灌注成像测量的rCBV与常规血管造影的肿瘤血管染色及组织病理新生血管的测量相关性好。

2.2 腹部病变

2.21 肝脏病变

众所周知，正常的肝脏有两套供血系统，门静脉供血占了7O%-80%，肝动脉供血只占20%～30%。在注入对比剂后，肝脏CT增强值首先来自肝动脉的对比剂，然后是门静脉，此时还有肝动脉循环后的再注入及进入血管外间隙的对比剂。多层螺旋CT能清楚显示肝脏的增强模式，区分其动脉和静脉成分，并将其分为三期，即动脉期、门静脉期及平衡期。因此肝臟的灌注情况较为复杂，必须分别评价其灌注状况：肝动脉灌注量（hepatic arterial perfusion，HAP和门静脉灌注量（hepatic portal perfusion，HPP），肝动脉灌注指数（hepaic perfusion index，HPI） = HAP/（HAP+PVP） ， 门静脉灌注指数PPI=PVP/（HAP+PVP）。Miles等在肝灌注研究中用脾的TDC峰值来区分肝动脉期和门静脉期。目前肝灌注成像主要集中在肝硬变和肝肿瘤的鉴别诊断、隐匿性或微小肝转移灶的检测、肝移植和肝癌经导管栓塞治疗后肝脏灌注情况的改变等方面。CT灌注成像可以显示肝癌在血管生成方面微血管的变化，表现为灌注增加， 可以用于肝癌的早期诊断[3]。CT灌注成像可以反应肝脏血液动力学变化。原发性肝癌主要由肝动脉供血，HAP 显著升高，HPP 显著下降， 这对肝脏疾病的定性诊断和鉴别诊断具有重要价值。

2.22 胰腺病变

胰腺主要由胰十二指肠动脉和脾动脉供血，血供比较丰富，各种病变均可影响胰腺实质的血流灌注。目前CT已成为胰腺首选检查方法。CT灌注成像可以反映胰腺内、外分泌功能及病理变化，从而达到形态诊断与功能诊断的有机结合，有助于胰腺疾病早期诊断及鉴别诊断。

2.23 肾脏病变

肾脏体积较大，血管丰富，血流量大，血供不像肝脏那样复杂，而且为实质性对称性脏器，受呼吸影响较小，很适合CT灌注成像。将CT肾脏灌注成像应用于肾脏血流减少性肾病的肾皮质血流测定，并与正常肾脏血流测定相比较，有利于对普通CT肾脏增强扫描的指导。灌注参数本质上反映肿瘤的血流特点与肿瘤内部的微血管密度情况，有利于肾肿瘤的定性。

2.3 肿瘤病变

肿瘤是血管生成依赖性疾病， 肿瘤新生血管情况是评价肿瘤生长、转移、良、恶性及恶性程度的重要指标。不同性质的肿瘤或分化程度不同的恶性肿瘤， 其血液动力学改变也不相同， 肿瘤的恶性程度越高， 其分化程度越低， 肿瘤新生血管的内皮细胞越不完整， 相邻的细胞问隙越大， 肿瘤细胞越容易进出血管造成远处转移。CT灌注成像可反映出活体内肿瘤血管生成的微血管变化， 能对肿瘤的微血管生理情况和组织的代谢功能做出量化评价， 对肿瘤的分期、分级以及对肿瘤的疗效监测具有重要价值。

总之，CT灌注成像的临床应用才刚开始，随着多层螺旋CT技术的发展与广泛应用，灌注软件的进一步开发，临床资料和经验的积累，CT灌注测量将更加准确，并有可能成为一种可同时反映形态和功能的理想检查方法。

参考文献：

[1] Miles KA，Griffiths MR. Perfusion CT： a worthwhile enhancement [J]. Br J Radiol，2003， 76（904）：220-231.

[2] 赵光明，韩丹，宋光义.CT灌注成像原理与技术[J].中国医学影像技术，2003，19（5）：636-638.

[3] 杨林、周翔平，CT 灌注成像在肝脏疾病中的应用，四川大学华西医院；1 高从敬编译.血液与肝脏影像学[J].国外医学临床放射学分册，1998，21（4）：228—231.