脑部前循环动脉狭窄的影像学评估及研究进展

张鳆天,王 艳,于姝婷,赵玉璞,王汝良

(1.牡丹江医学院;2.牡丹江医学院附属红旗医院,黑龙江 牡丹江 157011)

脑动脉狭窄以多发狭窄为主,其分布与年龄和人种有关[1]。脑动脉狭窄发生的主要病理生理过程就是ICAD及血栓的形成。ICAD是导致缺血性脑卒中发生的主要病因之一[2]。研究发现,MCA和ICA狭窄、闭塞是引起ICAD的最重要因素。因此,准确评估前循环动脉的狭窄和闭塞程度对于临床制定诊疗方案及患者的预后有重要意义。本文对近年来不同影像学方法在前循环脑动脉狭窄评估及研究进展作以综述。

1 血管形态影像评估

1.1 数字减影血管造影数字剪影血管造影(Digital silhouette angiography,DSA)可以准确显示血管狭窄部位和程度,是评估ICAS的金标准。DSA在对斑块的检出率上明显不如MRA,但其具有更好的空间分辨率和时间分辨率,可以准确识别假闭塞和小溃疡[3]。4D DSA可以将2D DSA的时间信息与3D DSA的体积信息相结合,潜在地减少了手术时间和辐射,但还不能取代基于2D数字减影血管造影的单帧分析[4]。DSA能清晰地显示侧支血管的再通情况,但却无法显示脑血流动力学特征,无法评估血流灌注情况。该技术操作复杂、具有侵入性,会增加脑血管病的发生风险以及产生潜在的相关并发症,现更多的用于血管内介入治疗。

1.2 计算机断层扫描血管造影计算机断层扫描血管造影(Computed tomography angiography,CTA)是评价急慢性颅内动脉血管狭窄情况常用的方法。CTA检查可根据不同的重建方法从各个角度显示血管狭窄情况,同时还可对斑块的位置、大小、形态进行判断,分析斑块的性质并评估斑块破裂风险。

在缺血性卒中的最初几个小时内,良好的侧支循环(CPC)可以维持对动脉闭塞远端区域的血液灌注,从而缓解该区域缺血性损伤的严重程度。多时相CT血管成像(mCTA)增加了静脉期、静脉晚期2个时相。动脉期能完整显示软脑膜动脉的充盈情况,对评价侧支血流充盈延迟独具优势,有利于预测后续梗死体积和临床结果。

已经证实,脑侧支静脉会影响卒中结局[5]。现阶段于缺血性卒中静脉侧支功能的研究较少。Parthasarathy等[6]根据静脉的引流结构(皮质或皮质下)进行分组评分,建立了不同的静脉引流模式,并提出静脉引流可能与近端动脉闭塞卒中患者的动脉侧支和梗死体积有关。Faizy等[7]对动脉侧支、组织水平侧支和静脉回流的侧支进行了综合评价,并把三种不同水平的评价方法综合定义为脑侧支级联(CCC),证明急性卒中患者侧支血流级联反应的综合评估是血栓切除术治疗患者临床和放射学结局的有力预测指标。

总的来说,头颈CTA不仅能准确判定颅内动脉狭窄的程度,还对斑块的性质进行评估,进而预测梗死可能性。观察侧支动脉建立和静脉回流的程度可以预测卒中的结局,对临床治疗方案提供新思路。

1.3 磁共振血管成像磁共振血管成像(Magnetic resonance angiography,MRA)是一种无创性检查血管的手段,在临床中广泛用于诊断颅内动脉粥样硬化性狭窄。有两种具体执行方式,区别在于是否经静脉注射对比剂显示血管。非造影剂的可行性方法主要是2D/3D时间飞跃法(TOF-MRA),因其采集时间短,牺牲了图像质量,多适用于颅内疾病的初步检查方法。由于血管弯曲和动脉血流缓慢的影响,MRA往往会高估血管狭窄情况,出现假阳性狭窄或假性闭塞。最近有研究显示,通过深度学习算法能自动检测颅内动脉狭窄闭塞病变,敏感性和阳性预测值可达到64.2%和83.7%[8]。再灌注治疗前MCA卒中患者的FLAIR血管高信号范围与良好的侧支之间存在显著关联,为有可能从再灌注治疗中受益的患者提供了参考。

1.4 多普勒超声经颅多普勒超声(Transcranial Doppler ultrasound,TCD)是一种便捷灵敏的无创性检查,对ICA重度狭窄具有较高的诊断价值。连续TCD检查可能揭示脑循环的动态变化。TCD已被证明可以准确预测完全或任何再循环,关于再通TCD的总体准确率为91%,为临床溶栓剂的使用提供影像学证据[9]。TCD可以直接、实时地评估大脑侧支循环状态及类型,评估激活的通路,进而评估缺血性脑卒中的发生风险。由于颅骨不易穿透,易受操作者技术的影响,TCD无法充分评估斑块的组成成分。TCD在评估血管轻度或多部位狭窄时容易漏诊,且检查结果的准确性与操作人员的熟练程度有一定关系。

颈动脉超声检查能够诊断或推断ICA以及不可直接观察到的远端ICA、MCA和基底动脉(Basilar artery,BA)是否存在狭窄或闭塞。最近有研究提出了一项新的流动力学指标一次谐波比(FHR),通过建模方法模拟轻中度ICA狭窄患者的血流速度波形,模拟结果表明,ICAD的存在会导致FHR显著升高。研究表示FHR应用于普通检查时,可识别早期可能的ICAD患者,并且可以进一步应用脑CTA/MRA来定位狭窄,是早期诊断ICAD有希望的指标[10]。

2 血管壁改变影像评估

2.1 高分辨磁共振成像高分辨磁共振成像(High-resolution magnetic resonance imaging,HR-MRI)是唯一可以在活体内观察颅内外动脉血管壁的检查。动脉粥样硬化斑块起源于血管壁,由于动脉壁重塑和扩张,即使存在大斑块也可能不会引起可识别的狭窄。HR-MRI除了评估管腔狭窄外,还提供腔表面状况(斑块形态和溃疡)、斑块分布、斑块类型(脂肪、混合型和钙化型)、内出血、重塑模式以及斑块强化方式等信息,可为颅内动脉狭窄的临床评估和治疗方案的制定提供准确的影像学参考。

以DSA为标准,HR-MRI在检测狭窄>50%、狭窄>70%、溃疡和总闭塞方面具有高灵敏度[11]。最近一项研究对276个斑块进行分析,总结了MAC斑块分布规律并探寻了颅内动脉狭窄的病因及其分布特征[12]。研究表明MCA斑块高信号与缺血性卒中独立相关[13]。多因素分析显示斑块负荷是与复发相关的唯一独立危险因素[14],HR-MRI可以通过监测斑块负荷来评估复发风险。HM-MRI主要局限是扫描时间长,并且价格较昂贵,对危险因素及病因学诊断的研究还有待完善。

2.2 血管内成像技术血管内超声(Intravascular ultrasound,IVUS)与光学相关断层扫描技术(optical coherence tomography,OCT)是有创性的血管内成像技术。将安装在动脉中的微型超声换能器插入动脉,可以在IVUS成像中精确评估血管腔开口、血管壁形态以及其他相关的血液和血管特性[15]。IVUS对于估计最小腔径和斑块表征很有价值,有助于更好地了解斑块形态和确定最佳支架放置,但无法辨别和量化精确的组织学成分,因此不能准确评估斑块成分。

OCT可利用动脉导管中的红外光的反向散射进行血管壁3 D成像,可实现高达10 μm的超高分辨率。OTC还可以定性或定量评价腔内血栓、滋养血管及新生血管,术中内膜撕裂、以及术后随访斑块再生、血栓形成等[16]。OCT在动脉粥样硬化斑块结构表征、斑块破裂风险分层、支架置入术前和支架置入后评估以及颅外和颅内动脉粥样硬化狭窄的长期随访方面显示出广阔的潜力[17]。目前OTC在颅内动脉的应用还处于初步阶段,其安全性需继续验证。

3 血管狭窄后脑功能影像评估

3.1 CT灌注成像CT 灌注成像(ct perfusion imaging,CTP)是一项能够连续扫描,利用不同模型显示病变区脑组织的灌注参数变化的检查,可显示脑血流灌注异常的部位、程度及侧支循环开放状态等。CTP主要评估的血流动力学参数包括脑血流量(CBF)、脑血容量 (CBV)、平均通过时间(MTT)、排空时间(TTD)等。这些参数可以量化分析脑组织的灌注状态,能够快速且十分精确地显示代谢改变的区域,提供所有必要的信息,以便为临床决策提供参考。

CTP成像利用参数变化反映了脑代谢储备能力,根据CBV、CBF的变化将脑细胞从缺血到死亡的过程分为三个时期[18]。动脉狭窄后,对比剂流动速度减慢,MTT、TTP、TTD会明显延迟。血管狭窄程度严重,脑血容量反会上升[19]。MCA不同程度狭窄或完全闭塞后,侧支循环逐级开放,采用IMR算法的CTP可以提供反映脑灌注状态的功能性成像数据,提供比常规CTA更好的侧支血流显示。此外,重建的CTP数据集可以为临床医生提供多阶段时间分辨图像,因此可以更细致地评估缺血脑组织侧支填充情况[20]。

缺血性脑卒中的临床进展和结局与脑血管区域有关。血管区域图(VTM)是一种使用CTP的新方法,可以识别血管闭塞患者的侧支血流的来源和程度,有助于了解卒中病理生理学和潜在的临床预后[21]。

3.2 磁共振灌注成像磁共振灌注成像(Magnetic resonance perfusion imaging,PWI)是量化半球间脑灌注差异,描绘微血管水平的大脑血流动力学状况的新方法,主要通过CBF、CBV、MTT、峰值时间(TTP),反映狭窄远端的颅内血流动力学改变,为临床的治疗提供出可靠的血流动力学方面的信息。PWI可以通过反映大脑中的血流动力学信号来有效评估急性脑梗死患者的侧支循环和短期预后。与CTP相比,PWI无辐射,更适用于随访检查。

前循环大血管闭塞的急性缺血性卒中患者可单独使用PWI准确识别,能准确推断大血管闭塞位置[22]。PWI评估大脑风险区域的参数时间大于6 s,而PWI 衍生的达峰时间T(max) ≥8 s 和 TTP ≥6 s体积在预测短期患者结局方面可能优于狭窄程度和目视评估的TTP图[23]。

3.3 动脉自旋标记动脉自旋标记(Arterial spin labeling,ASL)是不使用外源性造影剂评价脑血流动力学的一种方法。在血液通过动脉进入大脑之前标记血液,从未进行标记的图像中减去这些标记图像,得到脑灌注图。速度选择性动脉自旋标记(Velocity-selective arterial spin labeling,VSASL)基于动脉血流速而非空间定位的替代标记方法为减少或消除动脉通过时间相关的信号损失和不确定性提供了机会。VSASL对传输延迟效应不敏感,这与空间选择性脉冲和(伪)连续ASL方法相反。VSASL与传统方法相比具有独特的优势,因此有可能成为主要的ASL方法[24]。ASL可以帮助评估急性和慢性脑血管疾病患者的血流动力学损害程度,并定制药物和手术治疗。ASL不需额外对比剂、安全无创,适用于短时间内多次检查,但不能提供多参数反映局部脑组织的真实灌注情况[25]。

4 小结与展望

在血管形态评估中,DSA作为金标准可以清晰地显示血管狭窄情况,但是对斑块检出及性质的判定较差,也不能提供血流灌注情况,不适用于筛查。CTA急慢性卒中中均可使用,损伤小,空间分辨率高,不仅能准确判定颅内动脉狭窄的程度,还能清晰显示动脉侧支建立及静脉回流情况,对临床治疗和预后提供思路。MRA在判断血管狭窄方面并不优于DSA和CTA,且对于远端血管分支的显示较差,易夸大狭窄程度。US能揭示脑循环的动态变化,对于前循环检测的敏感性和特异性明显优于后循环,但其受操作人员熟练度的影响大,且不能评估斑块组成成分,新的血流动力学指标有利于早期诊断ICAD。在血管壁改变评估中,HR-MRI有着独特优势,不仅能评估管腔狭窄,还能提供斑块多种信息,现已逐渐对狭窄的病因进行探寻,但其扫描时间长,价格高,不能适用于急诊检查。OTC在识别前循环管腔狭窄程度上有一定局限性。IVUS更适于管径较大的颅外动脉病变。在血管狭窄后的脑功能成像中,CTP可超早期显示脑缺血的部位、范围及评估侧支循环等,根据参数变化评估脑灌注状态,有助于了解卒中病理生理学和潜在的临床预后。PWI评估时间较长,不能准确评估患者真实灌注状态,但PWI无辐射,更适用于随访。ASL可以帮助评估急性和慢性脑血管疾病患者的血流动力学损害程度,并定制药物和手术治疗。

每种影像学检查方法,都有其独特的优势,应该从临床实际需要出发,选择最恰当的影像学评估方法,联合应用已成为必要趋势。