磁敏感加权成像相位图对缺血性脑梗死局部氧代谢的临床研究

倪鸣飞，李雪松，陶定波，魏　强，宋清伟，徐　斌，苗延巍

（大连医科大学附属第一医院，辽宁 大连　116011）

磁敏感加权成像相位图对缺血性脑梗死局部氧代谢的临床研究

倪鸣飞，李雪松，陶定波，魏强，宋清伟，徐斌，苗延巍

（大连医科大学附属第一医院，辽宁 大连116011）

目的：本研究试图通过测量梗死区引流静脉的相位差，并结合局部血流动力学的改变，探讨SWI上引流静脉信号变化的可能机制以及其对急性脑梗死患者的临床应用价值。方法：回顾性分析急性缺血性脑梗死患者20例，年龄47～82岁，平均61岁；发病时间7～48小时，平均28小时。行磁敏感加权成像（SWI）、动态磁敏感对比增强灌注加权成像（DSC-PWI）扫描，测量梗死区与对侧相应区域静脉血管的相位差（分别用Δφ病灶和Δφ对侧表示），测量梗死区与对侧相应区域的rCBF值、rrCBF值及rCBV值，测量脑梗死患者NIHSS评分。结果：①梗死区静脉相位差Δφ病灶=547.0±155.7spin，对侧静脉相位差Δφ对侧=282.65± 96.67spin，梗死区静脉相位差显著大于健侧（t=5.861，P＜0.001）；②梗死区rCBF值小于健侧（t=-8.978，P＜0.001），梗死区rCBV值亦小于健侧（P=0.008）；③Δφ病灶与NIHSS评分呈显著正相关（r=0.933，P＜0.001），Δφ病灶与rrCBF呈显著正相关（r=0.681，P= 0.001），rrCBF与NIHSS评分呈正相关（r=0.645，P=0.002）。结论：SWI脑梗死引流静脉相位差所反映的氧代谢异常与CBF的相关性符合脑血流-代谢耦联机制，可作为临床评价急性梗死患者病情程度的可靠指标。

脑梗塞；磁共振成像

缺血性脑梗死患者的早期诊断及脑功能评价对临床医生制定合理的治疗方案以及对预后的评估尤为重要[1]。氧供给和氧摄取之间的平衡维持脑组织的正常功能，氧供给与摄取障碍将会导致局部脑组织发生缺血、缺氧性梗死。脑组织的氧供给依赖于局部血流状况，脑血流量（Cerebral blood flow，CBF）是反映局部组织氧供给主要的指标，而磁共振灌注成像（Perfusion-weighted image，PWI）可以定量评价脑组织的血流量（CBF）状况[2]。氧摄取分数（Oxygen extraction fraction，OEF）是反映氧摄取的主要指标，临床测量脑组织OEF主要依靠正电子发射断层扫描（PET）[3]，但其存在电离辐射、相对有创、费用高昂等不足。磁敏感加权成像 （Susceptibility weighted imaging，SWI）是近年来广泛应用于脑血管疾病研究的一种新的影像学手段，对急性脑梗死具有重要的诊断价值[4]。急性梗死灶脱氧血红蛋白比例越高，其周围引流静脉显示越多、越清晰[5]，有学者认为通过测量静脉与周围组织的相位差可以推算局部组织的OEF[6]。但是，目前对于梗死灶引流静脉信号和相位变化的确切原因和临床意义并不十分清楚。由此，本研究试图通过测量梗死灶的引流静脉相位差，结合PWI，探讨SWI上引流静脉信号变化的可能机制以及其对急性脑梗死患者的临床应用价值。

1　资料与方法

1.1一般资料

回顾性分析2013年2月—2014年3月经临床及影像诊断为急性缺血性脑梗死的患者30例，对病例按照如下条件进行筛选：①首次症状发作48小时内行MRI检查；②DWI出现明显高信号灶；③脑梗死灶位于一侧前循环供血区域，病灶侧大脑中动脉或大脑前动脉狭窄或闭塞，而对侧大脑半球无梗死灶及血管狭窄；④排除脑内出血、肿瘤及代谢性疾病；⑤检查前1小时内患者无饮酒、喝咖啡、吸烟以及剧烈运动。最终，共计20例患者符合标准被纳入研究组，其中男11例，女9例，年龄47～82岁，平均61岁；发病时间7～48小时，平均28小时；由一名高年资神经内科医生测量并记录NIHSS评分。所有患者行MRI检查前均未进行溶栓治疗。

1.2检查方法

应用美国GE Signa Excite HD 1.5T超导MRI仪对患者进行扫描。采用8通道相控阵头表面线圈，患者取仰卧位，扫描基线平行于前-后联合连线，扫描范围覆盖全脑。扫描序列包括：矢状位自旋回波（SE）T1WI、轴位SE T1WI、轴位FSE T2WI、轴位T2FLAIR、轴位DWI、SWI、DSC-PWI。颅内血管成像采用头MRA。SWI扫描参数：TR/TE=53ms/38ms，矩阵512×512，FOV=24 cm，层厚/层间距=2 mm/0 mm，SWI序列空间分辨率为0.47mm×0.47mm×2mm。DSC-PWI扫描造影剂为马根维显 （国药准字J20080063），使用剂量为0.1mmol/kg体重，经右肘静脉使用高压注射器快速团注，注射速度为2mL/s。扫描参数：TR/TE=2 200ms/98ms，矩阵 256×256，FOV=24 cm，层厚/层间距=5mm/1mm，共扫描50个时相。

1.3图像后处理及数据采集

将PWI原始数据传至GE工作站，应用Functool 2软件包对图像进行后处理，删除前5个时相的图像，分析后45个时相。结合DWI、T2WI及T2FLAIR，确定梗死灶的位置和范围。在PWI重建图像上（rCBF图、rCBV图）分别测量梗死区及对侧相应区域的rCBF值、rCBV值，ROI大小为20～30mm2，测量3次并取其平均值（测量方法如图1），得到梗死灶与正常对照侧rCBF、rCBV值，将双侧rCBF值的差值记做rrCBF值（rrCBF值=rCBF对侧-rCBF病灶）。

将SWI原始数据导入个人电脑，经神经影像信号处理软件（Signal process in neuroimaging，SPIN）[7]处理，生成滤过后的相位图（FPI），5幅相位图叠加重建生成最小密度重建图 （SWIMinIp）。结合DWI及SWIMinIP，在FPI上测量脑内静脉相位值差，即静脉与周围组织相位值的差值，用Δφ值（单位：spin）表示。在显示梗死灶最大横断面的层面上测量Δφ值，选择测量的静脉必须在FPI及SWIMinIp图像上均清晰可见并且左右对称，测量时需要避开邻近的非目标血管、颅骨、含气鼻窦腔等磁敏感差异明显部位，测量线置于与被测静脉的中段并与之垂直，测量梗死区及对侧相应区域静脉血管的相位差，分别用Δφ病灶和Δφ对侧表示，每个区域测量4支静脉的Δφ，最后取其平均值代表该区的平均值。所有患者图像由两名技术娴熟的神经放射学医师在事先不知道结果的情况下分别进行测量，测量结果不一致再共同商讨取得一致，当不能够取得一致结果时，再由第三名神经放射学专家进行评价，取多数人的意见为最终测量结果。测量方法如图1。

1.4神经功能评分

本研究中患者的临床状态评估依据美国国立研究院脑卒中评定表 （NIH stroke scale，NIHSS）[8]，在患者检查前6小时内由一名资深的神经内科医生测量NIHSS评分。

1.5统计学分析

应用SPSS 17.0软件进行统计学分析，计量资料以均数±标准差 （±s）表示。首先使用Shapiro-Wilk检验各组数据的正态性 （P＞0.05符合正态分布），然后采用配对t检验比较梗死区及对侧静脉Δφ值的差异性；采用配对t检验比较梗死区rCBF与对侧的差异，使用Wilcoxon秩和检验比较梗死区rCBV与对侧的差异。使用Pearson相关分析测量Δφ病灶与NIHSS评分、rrCBF与NIHSS评分以及Δφ病灶与rrCBF的r值与P值。所有统计结果均以P＜0.05为有统计学意义。

2　结果

梗死区静脉相位差Δφ病灶=547.0±155.7（spin），对侧静脉相位差Δφ对侧=282.65±96.67（spin），梗死区静脉相位差显著大于对侧（t=5.861，P＜0.001）（图2，3）。

梗死区rCBF值=539.45±367.0，对侧rCBF值=893.0±263.77，较对侧相比梗死区rCBF值明显降低（t=-8.978，P＜0.001），rrCBF=353.48±176.07。Wilcoxon秩和检验示梗死区rCBV值较对侧降低 （P=0.008）（图3）。

图1梗死区与对侧静脉相位差、rCBV、rCBF的测量方法。图1a：DWI显示左基底节区高信号梗死灶；图1b：梗死区Δφ病灶及对侧相应区域Δφ对侧的测量；图1c：梗死区与对侧rCBV值的测量；图1d：梗死区与对侧rCBF值的测量。

Figure 1.Measurement method of the phase differences,rCBV and rCBF in the infarct and contralateral areas.Figure 1a:DWI show high signal infarction in the left basal ganglia;Figure 1b:Measurement of the phase differences of veins in the infarct and contralateral areas (respectively denoted byΔφlesionandΔφnormal);Figure 1c:Measurement of the rCBV values in the infarct and contralateral areas;Figure 1d: Measurement of the rCBF values in the infarct and contralateral areas.

图2　梗死侧与对侧静脉相位差Δφ（单位：spin）的比较。Figure 2.　Comparison of the phase differencesΔφ(Unit:spin) of the veins in the infarct and contralateral areas.

图3DWI、PWI、SWI显示右侧脑室旁急性梗死灶。图3a：DWI显示高信号的梗死灶；图3b，3c：分别为rCBF、rCBV图显示梗死灶灌注减低；图3d，3e：分别为SWIMinIP、FPI图显示较健侧相比，梗死灶周围引流静脉增粗，信号减低（箭头所示）。

Figure 3.DWI、PWI and SWI shows acute infarction in right periventricular area.Figure 3a:DWI shows high signal infarction;Figure 3b,3c:rCBF and rCBV images illustrate low perfusion of infarct area;Figure 3d,3e:SWIMinIPand FPI images illustrate the thickening and lower signal intensity of the the draining veins in the peri-infarct areas compared with the contralateral side.

梗死区静脉相位差Δφ病灶与NIHSS评分呈显著正相关（r=0.933，P＜0.001），梗死区静脉相位差Δφ病灶与rrCBF呈显著正相关 （r=0.681，P=0.001），rrCBF 与NIHSS评分呈正相关（r=0.645，P=0.002）（图4）。

图4　梗死区静脉相位差Δφ病灶、NIHSS评分、rrCBF之间的相关性分析Figure 4.　Correlation amongΔφlesion,NIHSS scores and rrCBF.

3　讨论

目前使用磁共振测量OEF主要有两种方法，一种是基于T2*或T2’值直接测量OEF值[9]，另一种是测量静脉与周围组织的相位差来反应OEF[6]。T2*或T2’值不仅受脱氧血红蛋白的影响，而且受其它一些引起自旋去相位的参数影响，所以会影响OEF值的准确性。而基于静脉相位差的测量方法仅利用脱氧血红蛋白的含量测量OEF，所以较前者更为敏感[6]。

静脉血中含有的脱氧血红蛋白可以导致磁场不均匀，造成T2*时间缩短，引起静脉血管和周围组织的相位差[7]。本研究发现较健侧相比，梗死灶引流静脉相位差增大，且与rrCBF呈正相关，这与脑“血流-代谢耦联”[10]机制相符。脑组织通过“血流-代谢耦联”机制保持CBF和脑代谢的相互匹配，即当脑组织灌注压持续降低时，脑血管的自动调节功能不足以满足组织的氧需求，为维持脑组织的氧代谢和正常的生理功能，脑实质对单位体积内氧的摄取增加，即OEF升高，导致血液内脱氧血红蛋白的比例升高[11-12]，当患者脑灌注持续下降时，OEF的增高不足以代偿脑灌注的降低从而引起脑梗死。脱氧血红蛋白为顺磁性物质，会增加局部磁场的不均匀性，引起磁敏感加权图像上静脉的信号减低，并使静脉与周围组织的相位值差增加，所以较健侧相比，梗死灶周围引流静脉的相位差Δφ病灶增大且信号减低。

本研究发现与健侧相比，梗死灶周围引流静脉相位差与 NIHSS评分呈显著正相关 （r=0.993）。NIHSS是一项临床常用的评价脑卒中患者神经功能障碍程度的量表，NIHSS与脑卒中病灶的大小、临床严重程度以及预后有关[13]。虽然本研究发现磁共振灌注成像rrCBF值亦与NIHSS评分呈正相关 （r= 0.645），但反映梗死区脑组织OEF的引流静脉相位差[6-7，11]与NIHSS评分的相关程度更高。孟亮亮等[14]研究发现，与CBF不同，静息状态下的OEF在40岁以上中老年人群中的变异程度很小，且不同脑组织之间的差别也很小，鉴于脑梗死多发于40岁以上的中老年人群，所以反映梗死区OEF的静脉相位差可能是评价脑梗死严重程度的更可靠的指标；Derdeyn等[15]研究发现随着灌注压的持续下降，脑血管扩张作为脑组织自动调节的方式已达极限时，CBF开始下降而OEF增高，脑代谢储备机制开始起作用，当代谢储备机制也失代偿时将会发生卒中事件，所以单纯的CBF下降并不一定意味着脑梗死事件的发生，只有当OEF不足以代偿CBF的下降时才会出现卒中，因此，SWI对OEF的定量测量，对脑血管病的早期诊断具有更大的价值。另外，DSCPWI需要静脉注射造影剂，为有创性检查，所以较磁共振灌注成像相比，SWI对评价脑梗死损伤程度更具有优势。本研究也有一定的局限性，研究对象中缺乏青年组（年龄＜40岁）患者，样本例数相对较少，且缺乏治疗前后的动态评估，还有待后续研究。

综上所述，脑梗死区引流静脉相位差反映的氧代谢异常与CBF的相关性符合脑血流-代谢耦联机制；相位差有望成为评价急性梗死病情程度的一个可靠指标。

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A clinical study on the cerebral oxygen metabolism of ischemic cerebral infarction with susceptibility weighted phase imaging

NIMing-fei,LI Xue-song,TAO Ding-bo,WEIQiang,SONG Qing-wei,XU Bin,MIAO Yan-wei (The First Affiliated Hospital of Dalian Medical University,Dalian Liaoning 116011,China)

Objective:To explore the possible causes and clinical values of the signal and phase variation of the draining veins in patients with acute cerebral infarction,by measuring the phase differences of the draining veins combined with the local hemodynamic changes.Methods:Twenty patients(aged 47～82 years,mean age 61 years;time of onset 7～48 hours,mean time 28 hours)with acute ischemic cerebral infarction were analyzed retrospectively.The scanning sequences included susceptibility weighted imaging(SWI)and dynamic susceptibility contrast-enhanced perfusion-weighted imaging(DSC-PWI).The phase differences of the veins in the infarct and contralateral areas(respectively denoted byΔφlesionandΔφnormal)were measured.The rCBF values,rrCBF values and rCBV values in the infarct and contralateral areas were measured.NIHSS scores were recorded.Results:①The phase difference of affected sideΔφlesionvalue=547.0±155.7(spin),the contralateral phase differenceΔφnormalvalue=282.65±96.67(spin),Δφlesionwas significantly greater thanΔφnormal(t=5.861,P＜0.001);②rCBF values in the infarct area were significantly lower than that of the contralateral area(t=-8.978,P＜0.001),and rCBV values in the infarct area were also lower than that of the contralateral area(P=0.008);③There was significant positive correlation between theΔφlesionvalues and NIHSS scores(r=0.933,P＜0.001),and there was significant positive correlation between theΔφlesionvalues and rrCBF values(r= 0.681,P=0.001),rrCBF values had positive correlation with NIHSS scores(r=0.645,P=0.002).Conclusion:The correlation between the phase differences in the infarct area that reflected the oxygen metabolic abnormalities and CBF were consistent with the cerebral flow-metabolism coupling mechanism.The phase differences of the veins in the infarct area could be used as a reliable indicator to evaluate the clinical severity of the patients with acute infarction.

Brain infarction;Magnetic resonance imaging

R743.33；R445.2

A

1008-1062（2016）05-0314-04

2015-09-10；

2015-11-19

倪鸣飞（1982-），男，山东威海人，主治医师。E-mail：nimingfei2008@163.com

苗延巍，大连医科大学附属第一医院放射科，116011。E-mail：ywmiao716@163.com

国家自然基金项目（81171321）。