1.沈陽軍區(qū)總醫(yī)院放射科(遼寧 沈陽 110016)

2.遼寧醫(yī)學(xué)院研究生院(遼寧 錦州 121001)

徐 猛1,2 李延鋒1,2 楊本強(qiáng)1 段 陽1

血腦屏障幾乎阻礙所有大于500Da分子量的分子從血液進(jìn)入腦組織，使許多神經(jīng)系統(tǒng)有效的藥物不能被傳遞到需要的區(qū)域發(fā)揮其治療的作用[1]。在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證實(shí)，許多方法可以開放血腦屏障，并在病理切片和免疫組化得到證實(shí)。但是目前影像學(xué)灌注成像技術(shù)的進(jìn)步已經(jīng)為無創(chuàng)的血腦屏障影像學(xué)評(píng)估奠定基礎(chǔ)，并且其應(yīng)用具有重要臨床的意義，需要進(jìn)行進(jìn)一步研究。

1 血腦屏障的功能和結(jié)構(gòu)

血腦屏障(BBB blood brain barrier)是存在于血液與腦組織之間的一種有選擇性的動(dòng)態(tài)透過系統(tǒng)，它由毛細(xì)血管上連接緊密的內(nèi)皮細(xì)胞、基底膜與星形膠質(zhì)系統(tǒng)組成的[2、3]。生理情況下，血腦屏障允許氣體與分子量在400～500Da之間的小分子物質(zhì)通過[2]。血腦屏障之所以能夠維持腦組織的內(nèi)環(huán)境，主要具有以下的特點(diǎn)：有學(xué)者認(rèn)為腦毛細(xì)血管在正常情況下與其他毛細(xì)血管在結(jié)構(gòu)上有所不同，它缺少毛細(xì)血管孔或有很小的孔；毛細(xì)血管的內(nèi)皮細(xì)胞緊密結(jié)合在一起，并且是含有脂溶性的類脂成分的兩層結(jié)構(gòu)；基底膜包繞于毛細(xì)血管外，加之星形膠質(zhì)細(xì)胞足突形成了能夠使氣體及脂溶性小分子物質(zhì)通過并且阻止病原體和大分子物質(zhì)由毛細(xì)血管進(jìn)入腦組織。然而，也有些例外，某些分子如葡萄糖和氨基酸它們?cè)诜e極的通過血管進(jìn)入腦組織，同時(shí)顯示，淋巴細(xì)胞通過短暫打開緊密連接的內(nèi)皮細(xì)胞穿越血腦屏障，并且已被證實(shí)星形膠質(zhì)細(xì)胞的神經(jīng)元起到了機(jī)械的效應(yīng)[3、4、5]。

2 血腦屏障的開放

血腦屏障雖然是具有復(fù)雜緊密的結(jié)構(gòu)，但血腦屏障并非不可逾越。目前，研究者探索出有十多種開放血腦屏屏障的方法，可根據(jù)其對(duì)腦組織有無損傷將其分為有創(chuàng)和無創(chuàng)；根據(jù)其開放的機(jī)制不同，可將其歸納為通過改變內(nèi)源性結(jié)構(gòu)和外源性轉(zhuǎn)運(yùn)方式以及物理方法開放血腦屏障[6]。本文就其開放的途徑分為藥物方法和物理方法兩種。

2.1 藥物開放血腦屏障的方法 藥物開放血腦屏障有改變內(nèi)源性結(jié)構(gòu)方法和藥物載體的發(fā)放；以形成血腦屏障的細(xì)胞膜上轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白[7]為突破口，內(nèi)皮細(xì)胞緊密連接的主要由蛋白claudin-5構(gòu)成，同時(shí)也是構(gòu)成血腦屏障的主要跨膜蛋白。有研究發(fā)現(xiàn)通過調(diào)控緊密連接蛋白claudin-5的表達(dá)，便可以使緊密連接的內(nèi)皮細(xì)胞的開放[8-9]。(a)緩激肽可以開放缺血性的腦組織，但對(duì)無缺血性疾病的血腦屏障沒有影響[10]；(b)甘露醇通過改變血管通透性的方式，可以暫時(shí)的滲透性的開放血腦屏障，并已經(jīng)通過動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證實(shí)，但是，動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表示：甘露醇開放血腦屏障后會(huì)出現(xiàn)短暫的腦水腫和顱內(nèi)壓增高的情況，且從頸內(nèi)動(dòng)脈注射的方法，使得甘露醇并非無創(chuàng)的血腦屏障的方式有待于提高。通過藥物載體的方式開放血腦屏障：毛細(xì)血管內(nèi)皮上有多種載體能夠?qū)⒋蠓肿拥乃幬锱c其結(jié)合，將藥物輸送到腦組織中，這種方法已經(jīng)發(fā)現(xiàn)多種載體，納米粒子是10～1000nm之間的微粒，藥物通過吸附、包埋、分散的方式送入微粒中，根據(jù)不同的疾病可以選擇加載不同功能的藥物形成多種納米粒子，納米粒子通過血腦屏障，可以靶向的將藥物運(yùn)送到受損腦組織，達(dá)到治療疾病的效果[11]。

研究顯示，腺苷受體(AR)能夠調(diào)節(jié)體內(nèi)血腦屏障通透性,近來選擇性A2a腺苷受體促效藥瑞加德松(Regadenoson)，它主要應(yīng)用于放射性核素心肌灌注顯像期間的藥物應(yīng)激。但在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中顯示,它可以改變血腦屏障的通透性,可以短暫、可逆開放血腦屏障,但相關(guān)的的機(jī)制及臨床應(yīng)用尚需要進(jìn)一步研究[12]。

2.2 聚焦超聲聯(lián)合微泡開放血腦屏障的方法 目前，研究者在研究開放血腦屏障方法的同時(shí)，更注重的是如何能夠做到無創(chuàng)、短暫及靶向的方式，聚焦超聲聯(lián)合微泡開放血腦屏障是目前認(rèn)為開放血腦屏障的無創(chuàng)的方法。超聲技術(shù)在20世紀(jì)初普遍應(yīng)用于疾病的診斷中，超聲波是頻率20000Hz以上的振動(dòng)波，臨床應(yīng)用的超聲頻率一般都在2～5MHz之間，具有高頻率、低強(qiáng)度的特點(diǎn)，利用人體在組織間的反射和衍射作用，廣泛應(yīng)用于腹部臟器、心臟和盆腔等部位診斷，它快速、經(jīng)濟(jì)且無放射污染等優(yōu)點(diǎn)是許多輔助診斷技術(shù)所不及的。同時(shí)利用超聲治療疾病應(yīng)用迅速的發(fā)展，并且在某些領(lǐng)域起到了不可替代的作用。例如：震波碎石、癌癥治療以及造瘺等技術(shù)。它們都是利用超聲不同的頻率起到不同的效果，1990年P(guān)atrick經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)高強(qiáng)度的超聲開放血腦屏障，但造成腦組織出血或水腫等有創(chuàng)損傷[13]。1995年Uykhodtseva等發(fā)現(xiàn)短脈沖高能聚集超聲輻射能局部開放血腦屏障，開放了無創(chuàng)超聲輻照開放BBB的研究先河。2001年Hynynen等利用聚焦超聲引入微泡方式開放實(shí)驗(yàn)家兔血屏障[11]。在大型動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中，Xie等將微泡與伊文思藍(lán)染料通過靜脈注射到豬的體內(nèi)在超聲照射下，伊文思藍(lán)染料明顯溢出，且證實(shí)對(duì)腦組織無腦實(shí)質(zhì)損害和出血[14]。

聚焦超聲(Focused Ultrasound FUS)不單單是在幾個(gè)不同組織的界面成像產(chǎn)生的回波采集和顯示，F(xiàn)US采用凹形的換能器通常有一個(gè)單一的幾何焦點(diǎn)，或使用相控陣電子，以超聲誘導(dǎo)的機(jī)械效應(yīng)、熱效應(yīng)或兩者的共同的效應(yīng)，傳遞了大部分的功率[15-16]，利用低頻率高強(qiáng)度的超聲靶向照射局部組織，同時(shí)引入大分子藥物或基因結(jié)合的微泡造影劑，微泡是表面由油類、脂質(zhì)體、蛋白質(zhì)等物質(zhì)包繞大分子氣體形成的球形體，當(dāng)微泡被壓縮膨脹后發(fā)生內(nèi)爆炸，產(chǎn)生聲孔效應(yīng)。將緊密連接的細(xì)胞膜開放微泡造影劑能夠增強(qiáng)空化作用[17]，微泡攜帶的大分子藥物和基因釋放并進(jìn)入腦組織，使藥物通過血腦屏障靶向作用腦組織，美國(guó)食品與藥品管理局(FDA)批準(zhǔn)微泡造影劑可以用于血腦屏障開放的超聲心動(dòng)圖供人類使用，例如心肌梗死的檢測(cè)，大部分對(duì)于微泡的生物效應(yīng)的研究在體內(nèi)的都集中在心臟[18]，微泡的大小及濃度對(duì)血腦屏障的開放的影響還沒有一個(gè)明確的標(biāo)準(zhǔn)，尚需進(jìn)一步研究。

3 影像醫(yī)學(xué)血腦屏障開放評(píng)價(jià)及監(jiān)測(cè)

藥物和物理方法開放的血腦屏障評(píng)價(jià)一般經(jīng)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證實(shí)，采用伊文思藍(lán)EB染色法、熒光分光度法，均利用組織切片在電鏡中觀察，只能應(yīng)用于動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中，不能應(yīng)用于臨床，而近年來，影像技術(shù)的發(fā)展，使影像技術(shù)能夠從分子水平評(píng)估血腦屏障的開放，臨床上普遍使用影像學(xué)方法，包括CT/MRI增強(qiáng)掃描與灌注成像方法，能夠顯示平掃和常規(guī)增強(qiáng)影像所不能發(fā)現(xiàn)的病理學(xué)改變。檢測(cè)血腦屏障是能夠清楚顯示腦組織的某個(gè)部位與其他部位造影劑灌注系數(shù)的改變。

常規(guī)腦CT或MRI影像增強(qiáng)方法顯示顱內(nèi)病變(像腫瘤)呈現(xiàn)為強(qiáng)化改變，是造影劑通過不完整的“血腦屏障”漏到病灶內(nèi)的結(jié)果。原因是：1)腫瘤組織的新生血管失去了正常的解剖和生理特性，以這樣的血管為基礎(chǔ)形成的血腦屏障是不完整的；2)病變(腫瘤)細(xì)胞還可能分泌出一種彌散性物質(zhì)，使局部血管容易滲漏。

新的技術(shù)灌注成像與傳統(tǒng)的增強(qiáng)不同，不僅反映常規(guī)區(qū)域變化，還能顯示影像上呈現(xiàn)“表面正常的區(qū)域”的異常影像學(xué)改變。

灌注成像(PWI perfusion imaging)是一種活體、個(gè)性化、快速評(píng)價(jià)組織內(nèi)微血管分布及微血流灌注情況的影像功能成像方法，隨著灌注成像的問世和臨床應(yīng)用，使CT和MRI由原來觀察解剖結(jié)構(gòu)發(fā)展為既能反應(yīng)組織形態(tài)結(jié)構(gòu)又能反映功能和微觀組織情況的新技術(shù)，它是從分子運(yùn)動(dòng)的角度，在流動(dòng)血流的基礎(chǔ)上的成像，主要測(cè)量的是灌注成像的rCBV、rMSD、MTT和PS值等參數(shù)值。CT灌注成像是當(dāng)靜脈注射有機(jī)碘造影劑后，在不同的時(shí)間段，掃描組織的同一層面。獲得表示造影劑隨時(shí)間而改變的每一個(gè)像素的時(shí)間-密度曲線(TDC)，同時(shí)也反映了組織時(shí)間變化對(duì)比價(jià)密度隨之變化的情況，根據(jù)該曲線計(jì)算出血流量(BF)、血容量(BV)、對(duì)比劑平均通過時(shí)間(MTT)、對(duì)比劑峰值時(shí)間(TTP)、毛細(xì)血管通透性(PS)等參數(shù)，通過以上的參數(shù)，得到腦組織中對(duì)比劑的情況，判斷血腦屏障的開放程度及時(shí)間窗。研究顱內(nèi)腫瘤破壞血腦屏障時(shí)，CBF、CBV和PS值均明顯升高于正常組織。研究表明顱內(nèi)腫瘤有大量不成熟的新生血管，它的基底膜不完整，內(nèi)皮之間的緊密連接松弛，與血腦屏障開放時(shí)機(jī)制相似，使毛細(xì)血管通透性改變，通過測(cè)量灌注值，可以量化血腦屏障微循環(huán)灌注狀態(tài)與未開放的區(qū)域作對(duì)比。PS值即毛細(xì)血管通透性是于血腦屏障受損密切相關(guān)的指標(biāo)。顱內(nèi)腫瘤破壞血腦屏障或血腦屏障開放時(shí)PS值明顯升高，周圍正常腦組織PS值并不增高。因此可以用PS值表示血腦屏障開放與否。全腦三維灌注圖可以真實(shí)全面的反應(yīng)腦組織血流灌注信息，PS圖能清晰的勾勒出血腦屏障開放范圍，與周圍腦組織分開[19-21]。

MRI灌注成像主要有兩種方法：一是通過注射造影劑的方法動(dòng)態(tài)研究組織的灌注情況；二是通過對(duì)游離水分子和結(jié)合水分子的敏感的序列來觀察組織的灌注情況。第一種方法與CT增強(qiáng)掃描方法相似，靜脈注射造影劑MRI增強(qiáng)掃描與CT增強(qiáng)的原理相似，靜脈注射順磁性物質(zhì)的造影劑GDDTPA時(shí)，是磁場(chǎng)的均勻性減低從而組織中質(zhì)子弛豫時(shí)間縮短，即使用T2加權(quán)序列敏感性檢測(cè)，組織的信號(hào)縮??；使用T1加權(quán)序列檢測(cè)，組織的信號(hào)增強(qiáng)[22,23]。因其對(duì)比劑的濃度與時(shí)間變化不成線性關(guān)系，所以不能像CT灌注成像時(shí)時(shí)測(cè)量具體的數(shù)值，正常生理情況下，這種造影劑不能通過血腦屏障，所以當(dāng)檢測(cè)不同方法開放血腦屏障時(shí)，造影劑通過腦毛細(xì)血管進(jìn)入被開放的腦組織中，使信號(hào)改變，并且當(dāng)組織中有水腫或缺血是均能夠準(zhǔn)確、直觀的顯示評(píng)價(jià)血腦屏障的開放。第二種方法是將目標(biāo)區(qū)域沒有自旋和自旋標(biāo)價(jià)后的兩次不同的T1弛豫時(shí)間的不同，通過公示測(cè)定出目標(biāo)去內(nèi)的血流灌注情況，評(píng)價(jià)血腦屏障的開放情況。動(dòng)態(tài)磁敏感對(duì)比法[24]是MR常規(guī)獲得的成像技術(shù)中最常用的缺血性中風(fēng)患者或腦腫瘤患者，在腦腫瘤患者應(yīng)用動(dòng)態(tài)磁敏感對(duì)比法評(píng)價(jià)組織內(nèi)微血管的分布情況及分析血腦屏障的開放，多用于確定腫瘤的分級(jí)[25]，一般腫瘤級(jí)別越高，血腦屏障破壞程度就越大。在低級(jí)別中CBV信號(hào)分布較均勻，接近或略高于正常腦白質(zhì)病變；高級(jí)別膠質(zhì)瘤的CBV信號(hào)分布明顯不均勻，CBV不同程度的升高；CBV、CBF值越大表示血腦屏障的開放的程度越大。

通過以上參數(shù)可以無創(chuàng)的顯示腦組織中血腦屏障的開放的時(shí)間和程度。為臨床工作中，提供了一種有效的評(píng)價(jià)和監(jiān)測(cè)方法。

以上研究說明永久和不完全血腦屏障開放在CT或MR灌注成像參數(shù)均能有所改變，但是在無創(chuàng)、短暫、可逆血腦屏障的開放在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)均證實(shí)，但是未見無創(chuàng)傷的影像學(xué)評(píng)估方法，需要我們進(jìn)行探討和研究。經(jīng)文獻(xiàn)查詢很少有采用灌注成像研究無創(chuàng)、短暫、可逆血腦屏障開放研究報(bào)道，因?yàn)橐酝挠跋癯上窦夹g(shù)和后處理等因素的限制。目前由于CT和MR灌注成像的技術(shù)成熟和相關(guān)后處理提升，已經(jīng)具有可能，具有研究的一定基礎(chǔ)和潛能。

應(yīng)用該灌注成像能的方法評(píng)估血腦屏障開放程度和時(shí)間窗，有利于進(jìn)一步研究血腦屏障及其短暫開放機(jī)制，為臨床的進(jìn)一步診斷、治療和評(píng)估提供一種方法。

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