预测颈内动脉支架植入术和内膜剥脱术后升高的脑血流

兰怡娜，吕晋浩，马笑笑，娄昕，马林

作者单位：

中国人民解放军总医院放射科，北京100853

颈内动脉狭窄是急性脑卒中的危险因素之一，并且会增加患者的死亡率[1]。颈内动脉支架植入术(carotid artery stenting，CAS)和颈内动脉内膜剥脱术(carotid endarterectomy，CEA)是颈内动脉常见的手术方式[2-3]，可有效预防患者脑梗死的发生。CEA通过切开皮肤、皮下组织以及肌肉，显露颈内动脉后纵行切开颈内动脉，剥离斑块并将斑块完整取出[3]；而CAS是一种微创性、低侵入性的治疗，此种手术方式主要是通过在股动脉做一个穿刺小孔，之后将保护装置透过导管送至颈部动脉，放置支架，将已呈现硬化、狭窄的颈动脉部位撑开[2]。但是CEA和CAS术后会发生灾难性的并发症，例如，高灌注综合征，高灌注综合征虽然少见但致死率极高[4-5]。高灌注综合征的发生主要是由于颈内动脉梗阻导致脑血管自身调节能力遭到破坏，从而无法调节急剧升高的脑血流量(cerebral blood flow，CBF)[6]。因此，术前预测影响CBF升高的因素具有十分重要的意义。颅内动脉粥样硬化性狭窄患者其CBF主要发生两个变化，即前向血流的减少以及侧支血流的形成。但是，到目前为止还没有一种无创的影像学方法定量地评估侧支血流以及前向血流对CAS和CEA术后升高CBF的影响。

三维准连续式动脉自旋标记灌注成像(three-dimensional pseudo-continuous arterial spin labeling，3D-pCASL)是一种改良的ASL技术，结合了脉冲式(pulsed arterial spin labeling，PASL)以及连续式(continuous arterial spin labeling，CASL)的优点，有高信噪比以及空间分辨率[7]。并且3D pCASL不需要钆对比剂，具有很好的组间以及组内的可重复性，这些优点都使其可以很好地应用于临床[8-9]。此外，Zaharchuk等[10]通过ASL技术观察到的延迟动脉内穿行伪影可以预测侧支循环。然而侧支血流和前向血流相比需要花费更长的时间到达目标区域[11]，所以单一的标记后延迟(postlabeling delays，PLD)时间已经不能满足复杂的血流动力学改变。最近的研究表明，3D-pCASL通常采用1.5 s PLD 和2.5 s PLD来评价前向血流以及侧支血流[12-14]。

此次研究的目的是使用3D-pCASL预测CAS和CEA术后升高的CBF，从而为CAS和CEA术后升高的CBF提供影像学预测指标，进而为术前患者手术方式的选择提供一定的参考。

1 材料与方法

1.1 研究对象

经医院伦理委员会审查批准，从2015年11月到2017年2月，本研究连续共纳入了18例[平均年龄(61.6±8.2)岁，15例男性]单侧颈内动脉重度狭窄患者，其中11例患者接受了CAS，7例患者接受了CEA，所有患者都签署了知情同意书。患者通过传统的血管造影诊断为单侧颈内动脉重度狭窄。患者手术方式的选择分别由1名有经验的神经内科医师、神经外科医师、影像科医师共同决定，同时我们咨询了患者的意愿，和患者达成了共识。出于对患者安全的考虑，在术后24～96 h根据患者的具体情况，由2名有经验的临床科医师对血压进行了控制，收缩压＜120 mm Hg，舒张压＜80 mm Hg。从而减少血压波动对患者术后CBF的影响。纳入标准：(1)有症状的重度单侧颈内动脉梗阻患者(70%～99%)；(2)除颈内动脉以外，其余动脉无明显异常；(3)颈内动脉梗阻由动脉粥样硬化所致。排除标准：(1)患者在DWI或者平扫CT上可见大于大脑中动脉供血区1/3的脑梗死；(2)患者在术后出现并发症；(3)术后因为提早出院及其他原因中断两次及两次以上检查；(4)患者影像图像差，例如：存在运动伪影，或者由于技术问题图像无法使用。

1.2 MR扫描以及图像处理

所有的操作都由同一名有经验的放射技术工作者在同一台GE DISCOVERY 750 3.0 T (GE Healthcare，Milwaukee，WI)上进行操作，使用32通道的头线圈。扫描序列包括三维快速扰相梯度回波结构像(3D T1-FSPGR)，3D-pCASL和一些常规序列。3D-pCASL：采用三维螺旋采集快速自旋回波序列，重复时间4590 ms (PLD=1.5s)、4844 ms (PLD=2.0 s)、5285 ms (PLD=2.5 s)，回波时间10.5 ms，FOV 24 cm×24 cm，空间分辨率3.64 mm，层厚4.0 mm，层数36，脉冲重复次数3，背景抑制技术。

3D T1-FSPGR：FOV 24 cm×24 cm，层厚1 mm，层数156，重复时间8.2 ms，回波时间3.2 ms，带宽31.2 kHz，反转时间450 ms，矩阵256×256，脉冲重复次数1。

3D-pCASL CBF图由同一名放射技术工作者使用AW 4.5 工作站的后处理软件：Function Tool(GE Healthcare，Milwaukee，WI)，计算得出CBF图。之后将CBF图和3D FSPGR传入个人电脑后处理工作站，量化颈内动脉供血区CBF。首先，以Montreal Neurological Institute标准空间为模板对3D FSPGR进行空间标准化，所用软件为基于Matlab (R2013b; Math Works，Natick，MA) 环境运行的SPM8 (Statistical Parametric Mapping，University College of London，available at www. fil.ion.ucl.ac.uk/spm/software/Spm8) 软件。将参数图与标准化后的3D FSPGR进行配准，配准完成后，使用6-mm (FWHM) Gaussian kernel进行空间平滑。之后用颈内动脉供血区模板提取出颈内动脉供血区的CBF[15-16](图1)。

1.3 CBF计算

图1 感兴趣区的提取。各个层面的颈内动脉供血区，通过颈内动脉供血区测量同侧以及对侧的CBF量Fig. 1 Volume of interest (VOI). VOI involving all the ICA territory。Mean CBF value of ipsilateral and contralateral side was measured by using VOI.

表1 CAS患者和CEA患者的基线资料及CBF值Tab. 1 Demographic data and CBF values

图2 CAS患者的前向血流以及侧支血流对术后升高CBF的影响。可见前向血流和CAS术后升高的CBF无相关性(r=-0.317，P=0.342)(A)；侧支血流和CAS术后升高的CBF呈显著的正相关性(r=0.877，P=0.000)(B) 图3 CEA患者的前向血流以及侧支血流对术后升高CBF的影响。可见前向血流和术后升高的CBF有显著的相关性(r=-0.905，P=0.005)(A)，侧支血流和术后升高的CBF无显著的相关性(r=-0.099，P=0.833)(B)Fig. 2 Leptomenigeal collateral and antegrade flow effecting on the elevated CBF after CAS. Antegrade flow had no correlation with elevated CBF after CEA (r=-0.317, P=0.342)(A)， but collateral flow showed a significant positive correlation with elevated CBF (r=0.877, P=0.000) after CAS (B).Fig. 3 Leptomenigeal collateral and antegrade flow effecting on the elevated CBF after CEA. Antegrade flow showed a significant negative correlation with elevated CBF (r=-0.905, P=0.005) after CEA (A)， while leptomenigeal collateral had no correlation with elevated CBF after CAS (r=-0.099, P=0.833)(B).

图4 所有患者术前降低的前向血流对术前侧支血流的影响。可见降低的前向血流和侧支血流有显著的相关性(r=0.858，P=0.000)Fig. 4 Decreased antegrade blood flow effecting on leptomenigeal collateral flow. A significant correlation was observed between collateral flow and decreased antegrade blood flow caused by stenosis (r=0.858,P=0.000).

Akiyama等[13]通过DSA证明在1.5 s PLD获得的CBF反映了早期前向血流，在2.5 s PLD得到的CBF代表缓慢的前向血流和逆行的侧支血流。同时，Lyu等[12]证明了早期到达血流和晚期到达逆向血流百分比和前向血流以及侧支血流评分有较好的相关性，并定义，前向血流=患侧1.5 s；晚期前向血流=健侧(CBF 2.5 s－CBF 1.5 s)；侧支循环脑血流=患侧(CBF 2.5 s－CBF 1.5 s)－健侧(CBF 2.5 s－CBF 1.5 s)。同时将因梗阻降低的前向血流定义为：健侧CBF 1.5 s－患侧CBF 1.5 s。Wang等[17]认为CBF 2.0 s与动态磁敏感加权对比增强灌注成像(dynamic susceptibility contrast perfusion MR，DSC)的CBF有高度的一致性，并且白皮书中推荐了脑卒中患者的PLD为2.0 s PLD[18]。所以，笔者将术后升高的CBF定义为：术后24～96 h最高CBF 2.0 s－术前CBF 2.0 s。

1.4 统计分析

采用的是SPSS统计软件(version20.0，SPSS，Chicago，IL)。用Pearson相关性分析的方法，分别计算CEA患者和CAS患者升高的CBF与侧支脑血流以及前向脑血流的相关性；同时计算减少的前向血流与侧支血流的相关性。CEA和CAS患者前向血流，侧支血流，血压，年龄和梗阻程度的比较采用两独立样本t检验。此外CEA和CAS患者性别，高血压，高血脂，糖尿病，肥胖，吸烟以及术后出现新发的DWI高信号人数的比较采用Fisher精确检验。P＜0.05认为差异有统计学意义。

2 结果

所有结果数据采用均数±标准差或者百分数的形式表示。在表1中列出了CEA患者和CAS患者的临床基本信息。两组的性别、年龄、血压、梗阻程度以及血管危险因素无显著不同(P＞0.05)。但是CAS术后在皮层以及临近白质产生DWI高信号的患者人数明显高于CEA的患者人数(P＜0.05)。侧支血流和CAS术后升高CBF呈显著的正相关性(r=0.877，P=0.000)，但与CEA术后升高的CBF无相关性(r=-0.099，P=0.833)，尽管CEA术前有更高的侧支血流(P＜0.05)(图2)；在两者前向血流基本相同的前提下(P＞0.05)，前向血流和CEA术后升高的CBF呈显著的负相关(r=-0.905，P=0.005)，但和CAS术后升高的CBF无相关性(r=-0.317，P=0.342)(图3)。同时降低的前向血流与侧支血流有显著的相关性(r=0.858，P=0.000)(图4)。

3 讨论

本研究结果表明，侧支血流和CAS术后升高的CBF呈显著的正相关性，而前向血流和CEA术后升高的CBF呈显著的负相关性。这似乎暗示了CAS和CEA术后血流动力学的方式不同。CAS和CEA是两种不同的手术方式，CEA是基于对动脉粥样硬化斑块的清除，而CAS则是将硬化狭窄的动脉撑开。之前也有研究表明CAS和CEA术后的血流动力学情况不同；例如，Ko等[19]发现CAS术后CBF的升高程度和梗阻程度无关，但是和已形成的侧支路径相关。同时，Gordon等[20]发现CEA术后增加的CBF和梗阻程度相关；Nielsen等[21]认为术前灌注压力低的患者，在CEA术后CBF升高会更明显，但当患者有好的侧支时对血流动力学的影响却很小；Ances等[22]发现术前前循环的基线CBF值和CEA术后的CBF改变呈显著的负相关。以上的结果和本组结论相符，也说明了CAS患者术后升高的CBF受侧支的影响较大，而CEA患者术后升高的CBF受前向血流的影响较大。同时还发现CAS和CEA相比术后会在皮层和临近白质产生许多由微小血栓导致DWI高信号，这和之前的研究结果相一致[23]。并且，CEA和CAS术后的血流速度也明显不同[24]。因此我们推测，CAS术后在皮层和临近白质产生的微小血栓或许和CEA和CAS术后不同的血流动力学方式有关，但还需要进一步的研究。

此外，我们还发现因梗阻减少的前向血流和软脑膜侧支血流呈正相关。说明减少的前向血流越多，机体会充分发挥自己的代偿机制，弥补减少的前向血流。脑侧支循环是指当大脑的供血动脉严重狭窄或闭塞时，血流通过侧支或者新生的血管到达缺血区，从而最大程度地挽救缺血组织[25]。脑侧支循环依据代偿层次主要分为三级侧支循环：一级侧支主要指Willis环；二级侧支指眼动脉以及软脑膜侧支吻合血管，而三级侧支主要指新生的血管[26-27]。脑组织发生缺血后，一级侧支首先开放，当一级侧支不能满足机体需要时二级、三级侧支才逐渐形成[28]。并且同时有一级以及二级侧支形成的患者比只有一级侧支循环形成的患者血流动力学受损更严重[28-30]。而笔者发现减少的前向血流越多，侧支血流越丰富。这似乎暗示了当患者的前向血流减少越多时，随着时间的延长患者的血流动力学受损会越严重。所以当患者的前向血流严重减少时，也许应该及早治疗。

在本研究中存在以下几点不足。首先，样本量较小；其次，此研究纳入的患者都没有发生高灌注综合征所以并没有找到使患者发生高灌注综合征的侧支血流以及前向血流的临界值，对此还需要进一步研究。

软脑膜侧支血流和前向血流在CAS和CEA术后对升高CBF的影响不同，这或许能为患者手术方式的选择提供一定的参考；同时术前有较低的前向血流的患者或许应该接受及时的治疗减少软脑膜侧支血流的形成，从而减少潜在的血流动力学损害。

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