PWI在脑缺血性疾病中临床应用

人脑正常的神经生理和高级神经活动要求以一定的血流灌注为基础，灌注是指血流通过毛细血管网，将携带的氧和营养物质输送给组织细胞的重要功能，一般等同于血流过程，是以流动效应为基础的，存在于正常组织和疾病状态，毛细血管中的血液流动使灌注成像成为可能。lPWI是一种反映组织微血管分布和血流灌注情况的MR功能成像技术。l1988年Villringer等首先报道了MR血流灌注成像在脑部的应用。l具有时间分辨率（小于2s即可包括全脑）和空间分辨率高，操作简单，无放射性，可以在短时间内重复进行，具有良好的临床应用前景。l与CT灌注不同的是T2WI效应可导致信号强度的减弱因而无法提供定量数据。lT2*加权磁敏感动态增强磁共振成像（dynamic susceptibility weighted contrast enhanced，DSCDSC）lT1加权动态增强磁共振成像（dynamic contrast enhancement，DCEDCE)l动脉自旋标记增强磁共振成像（arterial spin labeling，ASLASL）l前两种技术（DSC、DCE）系通过静脉团注对比剂使局部毛细血管内磁敏感性增加致局部磁场不均匀，质子自旋去相位，引起T2、T2*或T1值的明显缩短，获得一系列动态影像，通过定量指标反映局部灌注情况。l因为需要注射外源性对比剂，DSC、DCE对于不能配合的病人或难以静脉注射的患者有一定的局限性。lASL则无需注射外源性对比剂，而是以动脉血内氢质子为内源性示踪剂并对其进行标记的无创性灌注成像方法。l由于不需注射对比剂，安全无创，更适应于儿童及不能配合的受试者。因而有着较强的临床应用潜力。lASL仅可准确量化CBF，并具有良好的重复性。lDSC和ASL主要应用于脑部灌注。l而体部器官灌注成像则以DCE和ASL为主。l脑组织信号下降幅度与血管内造影剂浓度成正比,反应脑组织的血液动力学状态l正常脑组织由于BBB的存在，Gd-DTPA不能通过毛细血管网进入脑组织间隙，不影响组织的T1时间，因此不产生T1增强效应。l静脉团注对比剂后，当对比剂第一次通过受检组织之前、之中和之后，采用快速扫描序列（EPI）进行连续的多层面多次成像，从而获得一系列动态的扫描图像。l对比剂第一次通过期间，主要存在于血管内，血管外极少，血管内外浓度梯度最大，信号的变化受弥散因素影响小，故能反应组织的血液灌注情况。根据造影剂第一次通过局部脑组织引起的信号强度变化和时间的关系，可以绘制信号强度时间曲线，根据信号强度时间曲线可获得部分的血流动力学参数的相对值，并可通过工作站制成各种血流动指标图像。l脑血容量（血容量（CBV）l脑血流量（血流量（CBF）l平均通平均通过时间（MTT）l达峰达峰时间（TTP）l核医学的放射性示踪剂稀释原理和中心容积定律（central volume principle)MTT=CBV/CBFDSC主要参数CBV计算 tCv()d -CBV=Ca()d -MTT计算 CBV MTT CBFCBF计算：t Cv(t)=FCa()R(t)d 0 Cv(t)体素对比剂浓度 FCBF Ca()动脉流入函数脑血容量（cerebral blood volume,CBV)指单位时间内一定脑组织的血容量，根据时间信号曲线下方封闭的面积计算得出。CBV=KR2*（t）dt。正常为4060ml/（100gmin）。一般来说，rCBV 仅包括微脉管(直径小于0.3mm 的微血管)系统，如小动脉、毛细血管和小静脉。脑血流量（cerebral blood flow,CBF)指在单位时间内流经一定量脑组织血管结构的血流量，CBF越小，意味着脑组织的血流量越低。达峰时间(time to peak，TTP）指在时间信号曲线上从对比剂开始出现到对比剂浓度达到峰值的时间。TTP值越大，意味着最大对比剂团峰到达脑组织的时间越晚。l平均通过时间（mean transit time,MTT)指血液流经血管结构时,包括动脉、毛细血管、静脉，所经过的路径不同，其通过时间也不同，因此用平均通过时间表示，主要反映的是对比剂通过毛细血管的时间（血液由动脉流入至静脉流出的时间）。该值大，说明微循环不畅。l它通常以秒为单位或以 rCBV 与 rCBF 之比的形式给出，即MTT=rCBV/rCBF。l血流动力学参数由信号-时间曲线转换成相对的对比剂浓度-时间曲线而获得，故其为局部组织灌注的相对值,实际工作中多采用相对相对CBVCBV(relative CBV，rCBV)、相对相对CBFCBF(relative CBF，rCBF)；lCBV、CBF容易受到MR扫描仪、团注对比剂量和速率、成像序列和参数、受检者的血容量和心排血量等因素影响，因此不同个体间的血流动力学参数不能直接比较。PWI操作经静脉快速注入对比剂后进行动态扫描 在图像工作站作图像后处理，对动态CT或MR图像进行分析并计算脑血流动力学的有关参数图根据色阶分别形成4种参数的彩图MR约90-100秒完成扫描磁共振灌注参数图与对应的时间-信号曲线 CBF脑血流量 CBV脑血容量 MTT平均通过时间DWIA：DWI示急性左侧额叶半卵圆中心脑梗死，图中红色圆圈为在病灶边缘和对侧相同位置放置的感兴趣区；B：CBF图；C：CBV图；D：MTT图；E：MRA图；F：PWI曲线图，图中黄色曲线为该层面内平均灌注曲线图，粉色曲线为左侧额叶半卵圆中心病灶旁感兴趣区内的灌注曲线，白色曲线为对侧相同位置感兴趣区内的灌注曲线CBV图-皮层基底节 白 质-高信号代表CBV增加，低信号CBV降低MTT图白质基底节皮层高信号MTT延长，低信号MTT较短或MTT消失lPWI在脑缺血性疾病，尤其是缺血半暗带的确定上的应用价值已得到公认。l而在脑肿瘤诊断中的应用也逐渐得到认可l对TIA的诊断l对缺血半暗带的诊断l对急性卒中的诊断l2002年定义（美国TIA工作组）：由于局灶性脑或视网膜缺血造成的短暂的神经功能缺损的发作，临床症状典型的持续小于1h，无任何脑梗死证据。然而，即使在症状持续时间1h的TIA患者中，仍有33.6%DWI显示异常信号。l2009年定义（美国卒中协会）：“脑、脊髓或视网膜局灶性缺血所致的、不伴急性梗死的短暂性神经功能障碍”。这一定义以有无梗死为鉴别诊断TIA与脑梗死的唯一依据，而不考虑症状持续时间。l从CBF变化过程看，脑血流的下降到急性脑梗死的发生经历了3个时期：l由于脑灌注压下降引起的脑局部血流动力学异常改变；l脑循环储备力失代偿性低灌注所造成的神经元功能改变；l最后，由于CBF下降超过脑代谢储备力才发生不可逆转的神经元形态学改变，即脑梗死。l前2个时期称为脑梗死前期，脑梗死前期，TIA 属此期。脑血管病常有较长的潜伏期，而TIA以及临床出现的异常征象是一个十分明显的预警信号。约50%TIA患者在发病12h内的PWI上存在异常灌注区，主要为：TTP延长：主要原因是血流速度慢和侧支循环供血。MTT延长：提示脑灌注压降低，脑灌注储备受损；若CBV、CBF明显减少，提示组织灌注不足；CBV增加或接近正常，提示侧支循环形成。参考DWI和PWI在短暂性脑缺血诊断中的应用冯晓源所研究的41名TIA患者分为三类一组一组 PWIPWI（+），），DWIDWI（-）二组二组 PWIPWI（+），），DWIDWI（+），随访（），随访（-）三组三组 PWIPWI（+），），DWIDWI（+）一二组预后良好；三组实际是临床表现为TIA的小灶脑梗死参考DWI和PWI在短暂性脑缺血诊断中的应用冯晓源DWIADCMTTCBV女性，74岁，突发头晕，言语不利，小时回复右侧肢体活动不利近1小时恢复lTIA后1月内发生梗死者占4-8%，有10-30%的TIA患者在90天内发展为卒中（特别是指48小时内）。lDWI和PWI联合能进一步发现短暂性神经功能障碍的患者的脑缺血或灌注异常，MTT图像能发现TIA患者中32%的在常规MRI或DWI图像上没有发现的病灶，对于TIA患者的治疗及预后的评价都起了重要的作用。急性缺血性脑梗死l脑缺血由中央的梗死核心区、缺血半暗带（ischemic penumbra，IP）、血流减少区构成。l梗死核心区：不可逆损伤组织。lIP：神经元电生理活动停止，侧支供血仅能维持细胞膜稳定，长期低灌注终将导致梗死，溶栓治疗的主要目的是恢复IP的血供。1981年，英科学家Astrup等提出“缺血半暗带”概念，将急性缺血脑组织分三个区域：核心坏死区、环绕其周边有缺血坏死危险区（即经典半暗带）、外周低灌注区。认为急性缺血卒，IP是治疗靶点，这部分濒临死亡的脑组织如及时救治，恢复血液灌注即可康复；若较长时间得不到血液灌注就会进展形成脑梗死。要挽救这部分组织，应在一定时间内进行，即治疗时间窗。半暗带半暗带梗死梗死良性灌注不足良性灌注不足理论上的理论上的IP概念概念 1999-2008年随着MRI技术而出现：扩散与灌注成像不匹配模型。MR模式-PWI和DWI匹配。近年研究发现，传统不匹配模型（即PWI与DWI均异常为梗死核心，其不匹配区为IP）并不能准确评价IP范围。原因是：DWI异常既有不可逆损伤，还有部分可逆损伤易高估梗死核心PWI异常区包括良性血流减少区会导致高估IP。DWI异常PWI异常半暗带MR模型模型2003年，国外学者提出新的脑缺血演变模式，分4个区：中心梗死区、扩散异常区、灌注异常区和最外层良性血供减少区。基于新模型，卒中神经影像学半暗带模式已被更新为包括扩散与灌注不匹配的区域，减去良性血流减少区域，加上最初扩散异常的部分区域。新新mismatch模型模型北京协和医院李舜伟教授指出，脑梗死灶周围一般会形成一个“缺血半暗带”，其中有大量处于休眠状态或半休眠状态的脑细胞，这些细胞仅能维持自身形态完整，由于缺少能量供应,无法行使原正常功能。一般认为，“半暗带”自缺血后1h会出现，通常可持续6-24h左右,有很少一部分者在数天之后仍可检测到半暗带存在，医学上就提出了“时间窗”的概念。在该时间内经有效治疗，可使原栓塞的脑动脉重新通畅或建立新侧枝循环，使原处于缺血状态的脑细胞恢复血流,并 逐渐恢复正常神经功能。但尽管缺血半暗带诊断新技术不断涌现，但如何更准确界定半暗带范围仍需要进一步研究。近期文献认为，PWI/DWI异常表现主要有以下几种：1、PWIDWI发生率49%-70%，提示大血管及分支阻塞，以往通常认为PWI/DWI不匹 配适合溶栓治疗，近年有学者建议扩大为效果更好。2、PWI=DWI，此型患者无IP，不适合溶栓。3、PWI DWI提示缺血区血管部分或完全再通，不需进行溶栓。4、DWI异常，而PWI正常：DWI示有小梗塞灶，而PWI无明显低灌注区，这是由单支小 动脉分支闭塞或者亚临床小梗死灶。5、PWI异常，而DWI正常：仅表现灌注异常，为一过性脑缺血，血管再通治疗预后好。6、PWI和DWI均正常，见于TIA。7、PWI或DWI异常100ml,为恶性脑缺血，预后差，若溶栓则100%发生再灌注出血。（王佩佩等，中华老年心脑血管病杂志）MRI：PWI与 DWI 的匹配关系与“缺血半暗带”对缺血半暗带的诊断对缺血半暗带的诊断l弥散与灌注错配的区域被考虑为缺血半暗带的MRI的表现，并且为医生提供了有关梗死灶进展的预测信息。在检测缺血半暗带时，PWI和DWI之间的区别可提供值得信赖的信息。l当2个区域信号匹配时，则没有缺血半暗带。l当DWI高信号区域大于MRP高信号区域时，存在缺血半暗带区域，可能从再灌注治疗中获益弥散/灌注的有效性被许多研究所支持，也表明了有弥散与灌注错配区域的患者更易发生脑梗死的进展，这些患者也更容易从静脉溶栓或血管内治疗中获益。DWI与PWI的不匹配模型DWIMTTCBVDWI与PWI无无不匹配，无无半暗带左侧肢体无力一天发病小时rtPA溶栓治疗后24hDWIT2WIDWIT2WIMR-PWI前一例病人溶栓治疗前后对照prepost病人治疗前一侧轻瘫，感觉障碍，血管造影发现右侧颈内动脉闭塞。治疗前DWI与PWI明显不匹配区，而DWI仅见小的病灶，PWI右侧半球灌注异常（TTP延长）。经动脉内溶栓治疗，血管再通。PWI见灌注异常消失，而DWI小病灶依然没变化。DWI序列上显示一个右侧大脑中动脉供血区的广泛的扩散受限基底节同时受累灌注成像病变范围与DWI一致，说明病变属于坏死组织，溶栓治疗是不需要的DWI=PWI无无缺血半暗带病人DWI与ACD图，下面为灌注成像图灌注显示病变范围与DWI完全不匹配几乎左侧大脑半球都出现灌注异常，也即处于坏死风险中这是一个理想的溶栓治疗对象PWIDWIl PWI能发现早期脑缺血区及其血液动力学改变，能在脑缺血后30min即清楚显示缺血区。故目前主要应用于急性脑缺血病人（发病6小时以内）或超级性脑缺血病人（发病3小时以内）的早期诊断。lPWI能直观的反映脑组织中血流量的相对多少。lCBV图：异常低灌注区多代表梗死核心，即最终梗死区；lCBF图：异常灌注区代表缺血组织，可提供CBV图不能反映的血流动力学改变。lMTT和TTP图对组织低灌注最敏感，可最大范围的显示低灌注区。l急性缺血PWI参数图异常范围大小顺序：MTTCBFCBVl灌注不足：MTT明显延长，CBV减少，CBF明显减少。l侧支循环信息：MTT延长，CBV增加或尚可。l血流再灌注信息：MTT缩短或正常，CBV增加，CBF正常或轻度增加。l过度灌注信息：CBV与CBF均显著增加。有研究对PWI不同参数对诊断卒中的敏感度、特异度进行比较，发现CBV敏感度、特异度分别为74%、100%，而CBF、MTT敏感度和特异度相同，分别为84%、96%，CBV对梗死病灶的判断更为准确。MTTTTP对组织低灌注最敏感，可最大范围的显示低灌注区CBV图：异常低灌注区多代表梗死核心，即最终梗死区；CBF图：异常灌注区代表缺血组织，可提供CBV图不能反映的血流动力学改变。中国脑血管病影像应用指南（中华神经科杂志,2016,49(03):164-181.）推荐意见：推荐意见：l(1)识别低灌注区域优于CTP，有助于扩大时间窗溶栓患者的选择(级推荐，B级证据)；l(2)可帮助诊断TIA(级推荐，B级证据)；l(3)基线PWI病变体积有助于预测临床卒中的严重程度(级推荐，C级证据)。美国卒中学会（ASA）在 2009 年的新指南中也提出了“急性缺血性脑血管综合征（acute ischemic cerebrovascular syndrome，AICS）”这一概念，其共同的病理生理学特征为脑缺血，分为确诊（defnite）、疑似（probable）、可疑（possible）和排除（not）4 级，这一分级以先进的影像学和实验室检查为基础，同时综合了临床表现和缺血机制，有助于急性缺血性率中的治疗和二级预防。由于 AICS 涵盖了 TIA，因此有理由认为废弃 TIA 只是时间早晚的问题。l脑血管侧支循环水平不同l脑血管循环储备能力（Bayliss效应）不同l脑组织代谢储备能力不同(本课件制作中，参考北京天坛医院高培毅教授及华山医院冯晓源教授部分资料，在此致谢！)谢谢观赏！2020/11/559