CO2吸入负荷MR灌注成像对大脑中动脉重度狭窄或闭塞脑血管储备功能的初步研究

田 晞 TIAN Xi麻增林 MA Zenglin栗金红 LI Jinhong孔晓华 KONG Xiaohua王 曼 WANG Man吴 刚 WU Gang

论著

CO2吸入负荷MR灌注成像对大脑中动脉重度狭窄或闭塞脑血管储备功能的初步研究

田 晞 TIAN Xi
麻增林 MA Zenglin
栗金红 LI Jinhong
孔晓华 KONG Xiaohua
王 曼 WANG Man
吴 刚 WU Gang

作者单位北京中医药大学第三附属医院放射科 北京100029

目的脑动脉狭窄或闭塞引起局部脑血流动力学和脑血管储备（CVR）功能改变，是缺血性脑卒中的重要危险因素。本研究应用CO2吸入负荷MR灌注成像对大脑中动脉重度狭窄或闭塞患者CVR功能进行评估。资料与方法选择28例一侧大脑中动脉重度狭窄或闭塞患者和对照组10例正常人，在CO2吸入负荷试验前后2次进行MR灌注扫描，选取大脑中动脉重度狭窄或闭塞患侧大脑中动脉供血区、健侧对应部位及对照组大脑中动脉供血对应区作为感兴趣区（ROI），测量相对脑血容量（rCBV）、相对平均通过时间（rMTT）、相对脑血流量（rCBF）及CVR功能。结果①大脑中动脉重度狭窄或闭塞患侧ROI的rCBV、rCBF、rMTT CO2吸入负荷试验前分别为149.16±33.01、18.04±5.24、8.65±1.81，CO2吸入负荷试验后分别为156.23±21.60、23.77±8.77、8.72±3.01，CO2吸入负荷试验后rCBV、rCBF及rMTT增加（t=1.238、2.561、2.647，P＜0.05）；大脑中动脉重度狭窄或闭塞健侧ROI 的rCBV、rCBF、rMTT CO2吸入负荷试验前分别为176.22±40.12、22.43±5.74、8.10±3.71，CO2吸入负荷试验后分别为198.54±39.87、27.64±7.22、8.03±2.97，CO2吸入负荷试验后rCBV、rCBF增加（t=1.780、1.665，P＜0.05）、rMTT减少（t=2.871，P＜0.05）。②大脑中动脉重度狭窄或闭塞患侧、健侧及对照组ROI的CVR分别为18.9%、26.8%、39.1%，患侧与对照组、健侧与对照组、患侧与健侧组间CVR比较，差异均有统计学意义（t=1.604、2.321、1.874，P＜0.05）。结论CO2吸入负荷试验MR灌注成像是评估大脑中动脉重度狭窄或闭塞患者脑血流储备能力的有效方法，具有重要价值。

大脑中动脉；动脉闭塞性疾病；脑血管循环；血流动力学；磁共振成像；灌注成像；二氧化碳

脑动脉狭窄或闭塞是引起缺血性脑卒中的重要危险因素，当脑动脉狭窄或闭塞时，脑内灌注压的下降取决于脑内侧支循环的能力和脑血管储备（cerebrovascular reserve，CVR）功能[1]。CVR指在生理或病理刺激作用下，脑血管通过小动脉和毛细血管平滑肌的代偿性扩张或收缩（Bayliss效应）维持脑血流正常稳定的能力，是脑循环的重要保护机制之一[2]。评估脑动脉重度狭窄或闭塞患者发生症状性脑梗死前的局部脑血流动力学及CVR，对于及时预防缺血性脑卒中的发生及指导治疗有重要意义。T1加权动态对比增强MRI又称团块追踪技术，是临床上最常用的灌注MRI技术[3]，本研究采用CO2吸入负荷试验作为脑血管激发试验联合MR灌注成像技术，评价大脑中动脉重度狭窄或闭塞患者CVR功能，同时探讨其临床应用价值。

1 资料与方法

1.1 研究对象 选择2014年2月—2015年5月北京中医药大学第三附属医院CO2吸入负荷试验前后接受MR灌注成像检查的38例受检者，按照是否发生大脑中动脉重度狭窄或闭塞分为大脑中动脉重度狭窄或闭塞组28例和对照组10例正常人。大脑中动脉重度狭窄或闭塞组中，男16例，女12例；年龄55～78岁，平均（62.8±1.0）岁；无阻塞性呼吸系统疾病，既往多次发生一过性头晕、眩晕等短暂性脑缺血症状，头颅磁共振血管造影（magnetic resonance angiography，MRA）示一侧大脑中动脉重度狭窄或闭塞，头颅MRI示无脑梗死灶或缺血灶，其中8例合并糖尿病，11例合并高血压，3例同时合并糖尿病及高血压。对照组中，男6例，女4例；年龄51～73岁，平均（61.9±0.6）岁；无高血压、心脑血管疾病及糖尿病，头颅MRI及MRA检查未见明显异常。两组受检者年龄及性别差异均无统计学意义（P＞0.05），本研究经医院伦理委员会批准，所有受检者均知情同意并签署同意书。

1.2 仪器与方法 采用Philips 1.5T Achieva MR仪，所有受检者进行2次MR灌注扫描。第1次MR灌注成像为静息状态，受检者取安静平卧位，避免声光刺激10 min后，行常规头颅MR扫描、MRA扫描及MR灌注扫描。MRI均为轴位扫描，扫描基线为前、后联合连线。MR灌注成像采用动态对比磁敏感增强，扫描开始后6 s，以5.0ml/s经肘静脉团注钆喷酸葡胺注射液20 ml，然后立即以相同的流速注射生理盐水20 ml，采用FE-EPI序列，扫描参数：TR 2000 ms，TE 40 ms，层厚5 mm，层距2.5 mm，激励次数为1。

首次MR灌注成像扫描完毕后，患者保持原扫描体位，MR室通过延长管引入5% CO2及95% O2混合气体，嘱患者通过面罩均匀吸入，气体流速5 L/min，嘱患者呼吸3 min后，再行MR灌注成像。检查方法同第1次。

1.3 图像分析 采用Philips工作站Neuro T2* Perfusion软件包对MR灌注成像图像进行后处理。选择以下区域作为感兴趣区（ROI）：大脑中动脉重度狭窄或闭塞组分别于患侧大脑中动脉供血区人工手绘最大可能的ROI，在健侧相同部位作镜像；对照组ROI选取与大脑中动脉重度狭窄或闭塞组健侧ROI一致；负荷试验前后ROI的位置及大小尽量保持一致。获得各ROI的相对脑血容量（relative cerebral blood volume，rCBV）和相对平均通过时间（relative mean transit time，rMTT）。根据公式（1）、（2）分别计算相对脑血流量（relative cerebral blood flow，rCBF）及CVR。

CVR（%）=（CO2吸入后rCBF－CO2吸入前

1.4 统计学方法 采用SPSS 13.0软件，各ROI的rCBF、rCBV、rMTT比较经正态性检验和方差齐性检验后，行配对资料t检验；各组ROI的CVR比较经正态性检验和方差齐性检验后，行成组资料t检验，P＜0.05表示差异有统计学意义。

2 结果

2.1 CO2吸入负荷试验前后大脑中动脉重度狭窄或闭塞组各灌注参数比较 CO2吸入负荷试验后大脑中动脉重度狭窄或闭塞侧ROI的rMTT、rCBV、rCBF，较CO2吸入负荷试验前增加，差异有统计学意义（P＜0.05）；CO2吸入负荷试验后健侧ROI的rCBV、rCBF较CO2吸入负荷试验前增加、rMTT减少，差异有统计学意义（P＜0.05）。CO2吸入负荷试验前患侧和健侧ROI的rCBV、rCBF、rMTT比较，差异有统计学意义（P＜0.05），患侧rCBV及rCBF减低，rMTT延长，见表1。

2.2 大脑中动脉重度狭窄或闭塞患侧、健侧及对照组CVR比较 大脑中动脉重度狭窄或闭塞患侧、健侧及对照组ROI的CVR分别为18.9%、26.8%、39.1%，患侧与对照组、健侧与对照组、患侧与健侧组间CVR比较，差异均有统计学意义（t=1.604、2.321、1.874，P＜0.05）。

表1 大脑中动脉重度狭窄或闭塞患侧与健侧CO2吸入负荷试验前后MR灌注参数比较

3 讨论

当血压在70～180 mmHg波动时，脑血管可以通过其自动调节功能维持局部CBF的相对稳定，即CVR功能。CVR功能是脑卒中的独立危险因素[4-5]。临床研究通常采用血管扩张激发试验联合应用功能学影像检查对CVR功能进行评估，以乙酰唑胺（acetazolamide，ACZ）负荷MR灌注成像居多[6-11]。采用CO2吸入负荷试验联合MR灌注成像对CVR进行研究，国内外鲜有报道。因为CBF对血CO2浓度的改变非常敏感，动脉血中CO2分压增加，CO2进入组织后与组织中的水分子结合生成碳酸，后者解离产生H+，pH值降低，引起脑阻力血管扩张[12]。基于以上原理，可以通过高CO2血测定CBF来评估CVR。在临床操作中，CO2气体制备容易，吸入负荷试验操作简单，患者接受度高。

颅内-外血管狭窄＞50%会引起大脑血流动力学障碍[13]，即脑灌注压降低，引起低灌注短暂性脑缺血发作。临床上评价脑灌注压是否降低需要对脑内侧支循环情况和CVR功能进行综合评价。本研究选取一侧大脑中动脉重度狭窄或闭塞患者为研究对象，结果表明大脑中动脉重度狭窄或闭塞侧脑组织在CO2吸入负荷试验后，rCBV、rCBF升高、rMTT延长，健侧脑组织在CO2吸入负荷试验后rCBV、rCBF升高，rMTT减少。rCBV代表血管扩张自身的调节能力，本研究结果表明，当一侧大脑中动脉重度狭窄或闭塞时，患侧和健侧脑血管均存在一定程度的扩张能力，CO2吸入负荷试验后局部微血管扩张，局部血流量增加。而患侧及健侧rMTT在CO2吸入负荷试验后变化趋势不同。凌雪英等[6]采用ACZ负荷MR灌注成像对7例脑梗死患者的CVR功能进行研究，发现rMTT由脑血流动力学受损而发生的变化要早于rCBV，最能反映受损的血管储备功能，与rCBV相比，rMTT与CVR功能的相关性最好。本研究结果与上述文献报道一致，表明大脑中动脉重度狭窄或闭塞侧狭窄的脑血管扩张能力下降，血流速度减低，所以CO2吸入负荷试验后rMTT延长；而健侧脑血管供血血管反应性尚可，微血管舒张，外周阻力减小，使得血流速度加快，rMTT减少。rMTT的变化可以较为敏感地反映局部微循环血流动力学的改变。

CVR代表负荷试验前后脑rCBF的相对变化，结果更加准确地反映脑血管灌注情况在负荷试验前后的改变。测定CVR能直接反映脑梗死的发生机制和风险，当脑组织内的小血管代偿能力耗竭时，其发生卒中的风险将明显增加[14]。本研究结果表明，大脑中动脉重度狭窄或闭塞患侧CVR低于健侧及对照组，与rCBV、rCBF、rMTT反映的微血管扩张能力受限的状态一致；健侧CVR亦低于对照组，提示尽管rCBV、rCBF、rMTT反映了健侧供血血管存在良好的扩张能力，但是由于高血压、糖尿病等引起脑动脉狭窄的基础病变通常对双侧大脑半球的微血管都产生损伤，使得健侧大脑半球供血血管在未出现血管狭窄时CVR功能已经下降，微血管的反应性较正常时减低。因此，MR灌注成像参数rCBV、rCBF、rMTT应密切结合CVR的变化趋势，才能较为全面地评价脑血管的供血状态，以便对患者病情做出合理的预判，及时采用合适的预防及治疗措施。

本研究病例数较少，未对大脑中动脉重度狭窄及闭塞患侧与健侧大脑半球CVR减低程度进行分组分析，延长随访时间CVR下降程度是否与脑卒中的发生及预后具有相关性，CO2吸入负荷MR灌注成像参数与ACZ负荷MR灌注成像参数的相关性，仍需要进一步研究。

总之，CO2吸入负荷MR灌注成像是一种操作简单、易于临床推广的脑功能影像学成像方法，MR灌注成像参数rCBV、rCBF、rMTT及CVR的不同变化趋势，可以对大脑中动脉重度狭窄或闭塞患者出现症状性脑梗死之前的脑血管供血状态进行评价，评估局部微血管的受损程度及代偿能力，以及时准确地对患者进行干预治疗，具有重要的临床应用价值。

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（本文编辑 张春辉）

MR Perfusion-weighted Imaging with CO2Inhalation Stress Test in Assessment of Cerebrovascular Reserve in Severe Middle Cerebral Artery Stenosis or Occlusion

PurposeAlteration of the regional cerebral flow and cerebrovascular reserve (CVR) caused by cerebral artery stenosis or occlusion is an essential risk factor for ischemic stroke. This study aims to assess the CVR in patients with severe middle cerebral artery (MCA) stenosis or occlusion by using MR perfusion-weighted imaging (PWI) with CO2inhalation stress test.Materials and MethodsPWI were performed before and after CO2inhalation stress on 28 patients with severe middle cerebral artery stenosis or occlusion and 10 healthy volunteers. The regions of interest (ROI) were put on the affected hemisphere of the MCA blood supply area and the contralateral side in both groups. The relative cerebral blood volume (rCBV),relative mean transit time (rMTT),relative cerebral blood flow (rCBF) and CVR were measured.Results① The rCBV,rCBF and rMTT of the affected side were 149.16±33.01,18.04±5.24,8.65±1.81 before CO2inhalation stress,and 156.23±21.60,23.77±8.77,8.72±3.01 after CO2inhalation stress. The rCBV,rCBF and rMTT were significantly increased (t=1.238,2.561 and 2.647,P＜0.05) after CO2inhalation stress. The rCBV,rCBF and rMTT of the contralateral side were 176.22±40.12,22.43±5.74,8.10±3.71 before CO2inhalation stress,and 198.54±39.87,27.64±7.22,8.03±2.97 after CO2inhalation. The rCBV,rCBF was significantly increased (t=1.780 and 1.665,P＜0.05) while rMTT was significantly decreased (t=2.871,P＜0.05) after CO2inhalation.② The CVR of the affected side,contralateral side and control group were 18.9%,26.8%,and 39.1%,respectively. There were significantly differences (t=1.604,2.321 and 1.874,P＜0.05) between the affected and contralateral side,the affected side and control group,the contralateral side and control group.ConclusionPWI with CO2inhalation stress test is valuable in assessing the cerebrovascular reserve in patients with severe middle cerebral artery stenosis or occlusion.

Middle cerebral artery; Arterial occlusive diseases; Cerebrovascular circulation; Hemodynamics; Magnetic resonance imaging; Perfusion imaging; Carbon dioxide

10.3969/j.issn.1005-5185.2015.12.003

麻增林

Department of Radiology,the Third Affiliated Hospital of Beijing University of Chinese Medicine,Beijing 100029,China

Address Correspondence to: MA Zenglin E-mail: 13521890640@163.com

北京高等学校“青年英才计划”资助项目（YETP0826）。

R743；R445.2

2015-08-15

修回日期：2015-10-18

中国医学影像学杂志2015年第23卷12期：888-891

Chinese Journal of Medical Imaging 2015 Volume 23(12): 888-891