动脉硬化性狭窄程度的脑灌注异常改变分析-基于CT灌注和DSA成像

宁清灵，段 阳，杨本强，梁国标，裴禹淞，邢登祥，尤红蕊，齐 妙，苗延巍

颈内动脉(internal carotid artery,ICA)和椎基底动脉(vertebrobasilar artery,VBA)是脑部的核心供血动脉，是颅脑动脉粥样硬化最常见的部位，其发生动脉粥样硬化性血管狭窄是缺血性脑梗死(ischemic cerebral stroke,ICS)的主要病因之一[1,2]，脑部血流灌注可反映脑部微循环变化，脑部血流灌注存在着复杂且周密的自我调节系统并受多种因素影响，如供血动脉狭窄程度、侧支循环、灌注压、自身调节等，其中血管的狭窄程度是影响脑血流动力学的主要因素[3]。本研究通过DSA和CTP对比研究动脉狭窄与脑血流灌注的关系，建立和完善脑内血流动力学改变对ICS患者进行个体化治疗的指导，为进一步相关研究奠定基础。

1 材料与方法

1.1 临床资料 分析2016年6月-2018年9月ICS住院患者的影像及临床资料。纳入标准：(1)症状性ICS患者，有不同程度神经功能受损表现；(2)所有患者均为慢性起病，由于病情加重来院就诊；(3)单侧ICA或VBA硬化狭窄率≥70%，余血管未见异常或狭窄程度<30%；(4)完善CTP检查。排除标准：(1)3个月内有颅内出血；(2)伴有动脉瘤；(3)2 w内心肌梗死或严重脑梗死患者；(4)血管严重迂曲、变异或非动脉粥样硬化性狭窄；(5)合并脑肿瘤。实验分组：(1)根据血管狭窄程度分为重度狭窄组和闭塞组；(2)根据血管部位分为单侧ICA狭窄组和VBA狭窄组；单侧ICA狭窄组共有67例患者纳入研究，其中男性58例，年龄46岁～87岁，平均(64.55±7.84)岁；VBA狭窄组共53例患者纳入研究，男性41例,年龄32岁～83岁，平均年龄(61.47±9.41)岁；(3)灌注情况分为低灌注组和正常灌注组；(4)根据是否有侧支循环形成分为有侧支循环组和无侧支循环组。

1.2 方法

1.2.1 CTP影像检查方法 CTP检查设备为GE 64排螺旋CT(GE Discovery CT750 HD，通用电气公司，美国)，以听眦线为基线进行全脑灌注扫描。首先进行CT平扫，排除脑出血后进行全脑灌注扫描。灌注扫描使用高压注射器以5 ml/s经肘静脉注入碘海醇(Omnlpaque，350 mg/L)40 ml及生理盐水20 ml。扫描参数如下：管电压120 kV，管电流250 mA，矩阵512×512，管球旋转时间≤l s，延迟5 s扫描，动态扫描50 s，获得420幅图像，重建层厚为10 mm，获得14层全脑灌注图像。

1.2.2 CTP图像后处理与图像分析方法 CTP的原始数据传入专用后处理工作站，应用NeroPerfusion软件包(Aquarius i Ntuition Edition Ver.4.4.6，泰锐影像公司，美国)进行后处理，由软件自动计算达峰时间(time to peak,TTP)、平均通过时间(mean transit time,MTT)、脑血流量(cerebral blood flow,CBF)、以及脑血容量(cerebral blood volume,CBV)的全脑灌注图。两名经验丰富的神经放射医生对图像进行处理，以双侧脑灌注参数比值小于95%为灌注存在差异，于血管狭窄侧选取感兴趣区(region of interest,ROI)，ROI内避免包含主要动脉、脑沟及直径>2 cm的梗死区，软件自动产生镜像对称的CBF、CBV、MTT、TTP，最后根据脑CTP灌注参量图像对脑灌注状态进行分析评估。根据双侧大脑半球灌注参数比值小于95%定义为灌注有差异，分为低灌注组和正常灌注组；Ⅰ期低灌注：TTP和(或)MTT延长、CBF正常或轻度降低、CBV无异常或轻度升高；Ⅱ期低灌注：TTP和MTT延长、CBF降低、CBV无异常或降低[4]。

1.2.3 DSA检查和分析方法 采用改良的Seldmger’s法在局部麻醉下行股动脉穿刺成功后置入5F动脉鞘，用5F猪尾巴造影导管、单弯或猎人头造影导管行全脑血管造影。对造影图像分别进行动态及静态全面分析，对动脉粥样硬化性血管狭窄的测定按北美NASCET标准计算[5]。动脉硬化狭窄程度分级：轻度狭窄(0%～49%)；中度狭窄(50%～69%)；重度狭窄(70%～99%)；闭塞(>99%)。根据Jansen等[6～8]的方法对侧支循环建立情况进行评估，包括前后交通动脉开放、眼动脉和软脑膜动脉代偿以及新生血管网。

2 结 果

单因素分析发现单侧ICA狭窄程度、VBA狭窄程度与脑灌注低度正相关关系(r=0.249，P=0.042，P=0.025；r=0.381，P=0.005，P=0.007)，单侧ICA狭窄时侧支循环建立情况与脑灌注定性分析差异均具有统计学意义(P<0.05)，VBA狭窄时侧支循环的建立和脑卒中影响因素之间差异不均有统计学意义(P>0.05)(见表1～表6)(见图1、图2)。

表1 单侧ICA硬化狭窄低灌注组与正常灌注组血管狭窄程度及侧支循环比较

表2 单侧ICA硬化狭窄低灌注组与正常灌注组一般临床资料比较

表3 ICA硬化狭窄程度与脑灌注分期等级相关性比较

表4 VBA硬化狭窄低灌注组和正常灌注组血管狭窄程度及侧支循环比较

表5 VBA硬化狭窄低灌注组和正常灌注组一般临床资料

表6 VBA硬化狭窄程度与脑灌注分期等级相关性比较

图1 单侧颈内动脉重度狭窄对应脑灌注异常典型图例

图2 VBA重度狭窄对应脑灌注异常典型图例

3 讨 论

CT灌注成像(CT perfusion,CTP)技术的应用为脑缺血病变的部位、范围及血流动力学变化的评估提供了技术支持[9]，颅脑血管狭窄患者脑内血流灌注情况可通过CTP进行判定[10,11]。

本研究聚焦单侧ICA硬化狭窄程度对脑血流灌注状态影响，二者呈低度正相关关系，另外侧支循环的建立在一定程度上可抵消ICA狭窄带来的影响。LEE等[3]研究表明脑灌注的主要影响因素为供血动脉狭窄程度、侧支循环的建立、灌注压以及脑血流的自身调节。单侧ICA硬化狭窄组排除了合并其他血管狭窄病例，便于控制变量而单一分析单侧ICA硬化狭窄患者对大脑灌注的影响。ICA作为脑内供血量最大的动脉[12～14]，当其发生动脉粥样硬化性狭窄时，血流随之改变，其供血区域脑组织血流灌注量减少而处于缺血状态[15,16]。流行病学研究显示ICS的最主要病因为颅内动脉粥样硬化性狭窄，而最易发生动脉粥样硬化的颅内动脉为ICA[14]。ICA硬化狭窄程度对脑灌注异常分期有影响，二者存在等级正相关，与国内卢孟莲[17]研究结果相一致。脑组织血流动力学存在Bayliss效应：通过Bayliss效应来维持脑血流正常稳定的能力称为脑循环储备力。Powers和Raichle描述血液动力学衰竭3个阶段[18]：第一阶段，脑血流自动调节能够使血管扩张和侧支募集，导致CBV增加以维持CBF和脑氧代谢率，从而抵消MTT和TTP的延长；第二阶段，脑循环储备力耗竭，通过脑代谢储备力维持脑氧气代谢率，CBF逐渐减少和侧支建立开始失败；第三阶段，氧气摄取率代偿能力耗竭，脑氧代谢下降，导致细胞死亡和不可逆的梗死，即此时MTT、TTP延长,CBF、CBV均降低，随着血液动力学衰竭，脑血流储备力逐渐下降。脑血流动力学损伤的程度随着血流量减少而逐渐加重，随着血管狭窄程度的增加，脑组织缺血程度不断增加，所需代偿的CBF也随之增加，脑血流动力学负担越重。研究结果表明随着ICA或VBA狭窄程度增加低脑灌注比例也随着增加。

椎基底动脉系统(vertebrobasilar artery system,VBAS)血流动力学的改变即脑灌注受多种因素影响，本研究发现VBA硬化狭窄程度对脑灌注具有相关性，随着狭窄程度增加所对应脑灌注异常越严重。症状性VBA硬化狭窄患者根本的解决方法是恢复正常血流灌注。虽然后循环脑梗死发病率较前循环低[19]，VBA作为后循环主要供血动脉，具有结构复杂、形态多变、症状重及预后差等特点[20,21]。VBA狭窄直接影响后循环的脑血流供应，对应区域脑组织呈现低灌注状态，如图2所示。Nakagawa等[22]报道VBA硬化狭窄与椎基底动脉供血不足程度具有高度相关性。VBA供血不足所致血流动力学改变可在CTP上表现为脑灌注改变，在本研究中以CTP来评估因VBA狭窄所致脑血流动力学改变。从流体力学上理解，动脉发生狭窄时其所对应的脑组织会发生一定程度的血流动力学改变，但是由于动脉狭窄程度、侧支循环及脑储备力等因素的影响，并非所有血管狭窄者都会出现低灌注[3]。本研究结果显示VBA硬化狭窄程度影响后循环脑灌注，呈低度等级正相关，VBA狭窄程度越大出现脑灌注低下的几率越大。当脑内血流动力学发生改变时，脑内动静脉均会积极代偿以减少脑组织损伤，但是随着血流动力学受损程度及时间的延长而没有及时再灌注，会造成脑组织慢性、不可逆损伤，甚至梗死[23]。本研究VBA狭窄程度与所对应的脑灌注分期和上述研究结果相一致。

唐健等[24]研究表明，ICA硬化狭窄程度≥70%时，脑血管将失去代偿能力，此时脑血流供应代偿主要依靠侧支循环，当出现急性或慢性闭塞的情况下，良好的侧支循环可通过分流和逆流为受损区提供足够的血流量。但是在没有有效再灌注的情况下临时建立的侧支循环将失去有效性[25]，因此需要及时的临床干预。本研究中有22例ICA重度狭窄患者脑灌注未见异常，虽然ICA存在重度狭窄，但是脑血流灌注未见损伤，表明脑内血流动力学存在良好的代偿能力，良好的代偿能力包括侧支循环的建立以及局部脑血管良好的自我调节能力，Bisschops[26]等研究表明原发性侧支循环通路的存在可以减少脑缺血的发生。本研究数据显示侧支循环的建立为脑缺血区域补充血流，使其维持生理血流状态，然而，本研究中低灌注组中也有侧支循环建立者，但是比例较正常灌注组低，统计分析有统计学意义(P<0.05),侧支循环的建立与脑血流灌注存在相关性。但是VBA狭窄组侧支循环建立与脑灌注状态没有相关性，与Bisschops[27]等的研究结果不一致，他们研究认为良好的侧支循环可以改善后循环血流状态，防治脑梗死复发起积极作用；存在的原因是本研究未对颅外或临时侧支循环建立纳入研究中，可能引起误差，研究样本量较小需要进一步增大样本量研究纳入。

本研究是单中心、小样本量回顾性研究，没有正常人对照组比较研究。无CTP的定量分析；无脑灌注异常时各个阶段所对应ICA狭窄率的临界值分析。本研究没有纳入多血管狭窄的样本，造成病例选择困难和偏移，尚需要进行大样本量和多因素分析研究。本研究发现年龄、吸烟史、饮酒史、高血压病史、糖尿病史、冠心病及高脂血症两组之间差异均无统计学意义。考虑有以下因素存在：(1)研究患者具有个体血管的差异和病理状态后脑部侧支循环建立问题，可产生偏倚;(2)通过侧支循环的建立来间接影响脑灌注状态;(3)不能除外研究样本量较小以及样本选择带来的偏倚。

总之，单侧ICA及VBA硬化性狭窄程度可以影响脑灌注，呈低度正相关关系。ICA狭窄组侧支循环的建立与脑灌注具有相关性，侧支循环的建立在一定程度上可影响脑血流状态。