林景興綜述，梁立華審校

(廣東醫(yī)學(xué)院附屬深圳市第四人民醫(yī)院放射科，廣東深圳 518000)

·綜述·

腦CT灌注成像研究進(jìn)展

林景興綜述，梁立華審校

(廣東醫(yī)學(xué)院附屬深圳市第四人民醫(yī)院放射科，廣東深圳 518000)

CT灌注成像(CTPI)是一種能顯示器官功能的影像技術(shù)，作為一項(xiàng)新的檢查技術(shù)，CT灌注成像前景廣闊。隨著多排螺旋CT技術(shù)不斷進(jìn)步，CTP檢查的數(shù)學(xué)方法及操作流程變得相對(duì)簡(jiǎn)單，輻射劑量也較前明顯減少，CTPI在腦缺血性疾病及腦腫瘤等方面研究及臨床應(yīng)用都取得重大成果。本文綜述腦CTPI成像原理、輻射劑量、臨床應(yīng)用等方面的研究進(jìn)展。

腦；CT灌注成像；研究進(jìn)展

CT灌注成像(Computed tomography perfusion imaging，CTPI)作為一種顯示器官功能的影像技術(shù)，由普通CT增強(qiáng)掃描發(fā)展而來(lái)，保留了CT檢查微創(chuàng)、快速的優(yōu)點(diǎn)，不但可以顯示器官組織的形態(tài)圖像，還能顯示器官組織的功能圖像，具有廣闊的應(yīng)用前景。據(jù)世界衛(wèi)生組織統(tǒng)計(jì)，全世界每6個(gè)人中就有1人可能患卒中；每6 s就有1人死于卒中；每6 s就有1人因?yàn)樽渲卸谰弥職?。而CTP在腦卒中患者腦功能診斷方面很有優(yōu)勢(shì)，能夠指導(dǎo)臨床治療并預(yù)測(cè)預(yù)后情況等。

1 成像原理

1983年Axel[1-2]首先獲得了腦的CBV和CBF定量數(shù)值，直到1991，由Miles[3]最先提出CT灌注成像概念，進(jìn)行動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，并初步探討了其臨床應(yīng)用。CTP檢查時(shí)，選擇肘靜脈注射對(duì)比劑，對(duì)感興趣層面進(jìn)行連續(xù)的同層掃描，得到該層面每一個(gè)像素的時(shí)間——密度(Time-density curve，TDC)曲線。TDC曲線的意義是反映了器官組織內(nèi)對(duì)比劑的濃度變化情況，間接反映組織血流灌注的變化。電腦根據(jù)TDC曲線等可以計(jì)算出血流量(Blood flow，BF)、血容量(blood volume，BV)、對(duì)比劑峰值時(shí)間(Transit time to the peak，TTP)、對(duì)比劑平均通過(guò)時(shí)間(Mean transit time，MTT)、毛細(xì)血管通透性(Permeability Surface product area，PS)、微血管密度(Microvessel density，MVD)等參數(shù)，再經(jīng)過(guò)軟件處理即可得到以上參數(shù)圖像。

CTP借用了核醫(yī)學(xué)灌注成像的放射性示蹤劑稀釋原理和中心容積定律(Central volume principle)：BF=BV/MTT。CTP所使用的數(shù)學(xué)方法主要有兩種：非去卷積法和去卷積法。非卷積法概念簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是容易低估BF，要求對(duì)比劑注射流率較大，操作難度大并且危險(xiǎn)性較高。而去卷積法誤差小，對(duì)比劑注射速度要求不高(一般4～5 ml/s)[4]，該方法前景更好。

2 輻射劑量

CT檢查有較高的輻射劑量，我們必須重視輻射劑量。320排CT是目前速度最快的CT之一，軸位方向的解剖覆蓋范圍可以達(dá)到160 mm，128排CT為100 mm，64排CT為40 mm，320排CT旋轉(zhuǎn)一周就可以覆蓋整個(gè)腦部，是目前最有利于腦CTP研究的掃描儀。向永華等[5]和潘宇寧等[6]采用東芝320排動(dòng)態(tài)容積CT行腦灌注掃描，輻射劑量分別為4.4 mSv和4.7 mSv。孫鋼等[7]采用東芝320層容積CT全腦灌注成像總劑量為4.6 mSv，單圈旋轉(zhuǎn)時(shí)間為0.75 s，在管電壓、管電流相同的前提下，以單圈旋轉(zhuǎn)時(shí)間為1 s的速度掃描，假設(shè)覆蓋范圍為16 cm，東芝64層螺旋CT的總劑量為5.6 mSv，可見(jiàn)320排CT做灌注掃描輻射更低，更有利。

降低CT輻射劑量，主要依靠調(diào)整CT掃描技術(shù)參數(shù)：(1)降低管電壓，掃描電壓由120 kV變?yōu)?00 kV，輻射量減少約47.1%[8]。(2)減少管電流，輻射劑量與mAs呈正相關(guān)，當(dāng)其他參數(shù)固定時(shí)，有研究[9]證實(shí)，管電流由260 mAs降到50 mAs，輻射劑量降低約81%。(3)減少掃描時(shí)間，可以通過(guò)加大螺距來(lái)縮短掃描時(shí)間，從而降低輻射量。研究表明使用東芝320排CT掃描胸腹主動(dòng)脈夾層，其他參數(shù)保持不變，螺距由53增大為95，輻射劑量減少約一半，而不影響圖像質(zhì)量[10]。還有研究[11]表明，顱腦CTP掃描時(shí)，時(shí)間分辨率可以減少到1幀/3 s，而不影響圖像質(zhì)量。即使為1幀/4 s，所有梗死區(qū)域依然可被發(fā)現(xiàn)。這樣就大量減少了患者所受輻射劑量。馬春等[12]采用西門子Sensation 64 CT，先行頭顱CT平掃，接著進(jìn)行CTP掃描，以半卵圓中心為中心層面，采樣時(shí)間分辨力由1 s降低到2 s時(shí)，腦梗死前期仍然能準(zhǔn)確診斷，推測(cè)劑量降到原來(lái)的一半，即1.44 mSv。

3 臨床應(yīng)用

3.1 腦缺血性病變腦CTP檢查可了解大腦生理功能及能量代謝的情況，對(duì)于腦缺血的診斷及治療均有重要意義。腦缺血灶通常由梗死區(qū)和半暗帶區(qū)構(gòu)成，梗死區(qū)位于中央，半暗帶區(qū)位于周圍，存在側(cè)支循環(huán)供血。孫鋼等[7]研究發(fā)現(xiàn)，患者行腦CTP檢查，如果CBF與CBV都降低，同時(shí)MTT延長(zhǎng)，即考慮沒(méi)有半暗帶存在，側(cè)枝循環(huán)差，即使治療也沒(méi)有好效果；如果患者CBF降低，而CBV增高，MTT延長(zhǎng)，則考慮有半暗帶存在，應(yīng)該積極治療，保護(hù)側(cè)支循環(huán)，預(yù)防半暗帶演化為梗死。腦梗死的形成一共經(jīng)歷了3個(gè)時(shí)期：第一，腦灌注壓降低，促使腦局部血液動(dòng)力學(xué)出現(xiàn)異常；第二，腦灌注壓進(jìn)一步降低，局部腦組織循環(huán)儲(chǔ)備力發(fā)生失代償，神經(jīng)元功能出現(xiàn)異常；第三，腦血流量降低超過(guò)腦代謝儲(chǔ)備力，神經(jīng)元發(fā)生不可逆的形態(tài)學(xué)改變，即形成腦梗死。高培毅等[13-15]把前兩期定義為腦梗死前期，并進(jìn)一步分為兩期4個(gè)亞型，并以CT灌注表現(xiàn)作為分期依據(jù)；Ⅰ1期：MTT、CBF及CBV都是正常的，僅TTP延長(zhǎng)；Ⅰ2期：CBF輕度下降，CBV升高，而TTP和MTT延長(zhǎng)；Ⅱ1期：CBF下降，CBV基本正?；蜉p度下降，TTP及MTT延長(zhǎng)；Ⅱ2期：CBF及CBV下降，TTP及MTT延長(zhǎng)；如果CBF、CBV均明顯下降則提示進(jìn)入腦梗死階段。按照上述腦梗死前期的分期標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)缺血半暗帶區(qū)各灌注參數(shù)變化，向永華等[5]對(duì)缺血半暗帶進(jìn)行了分期。研究發(fā)現(xiàn)，在CTP圖像上梗死灶表現(xiàn)為CBF與CBV均明顯的降低，CBF聯(lián)合CBV是診斷梗死灶最可靠、最敏感的指標(biāo)[16-17]。128排CT能夠三維重建灌注血容量(Perfusion blood volume，PBV)，PBV讓腦表面的異常灌注區(qū)域更加直觀，更有利于定位缺血灶，PBV對(duì)評(píng)價(jià)腦灌注有更高價(jià)值[18-19]。

3.2 腫瘤分級(jí)與鑒別新生毛細(xì)血管是腫瘤本來(lái)就具有的特性，而且這些新生血管通透性較高，這使得腫瘤血容量明顯增高。毛細(xì)血管通透性PS的增高提示腫瘤侵襲性生物學(xué)特性增高[4]，并且腫瘤表面血管通透性與腫瘤有絲分裂活性之間具有相關(guān)性，根據(jù)CTP測(cè)量的腫瘤PS和CBV，能夠?qū)δ[瘤進(jìn)行病理分級(jí)[4,20]。在對(duì)22例腦轉(zhuǎn)移瘤或膠質(zhì)瘤患者的CTP檢查中，Di Nallo等[21]發(fā)現(xiàn)，CBV、CBF、TTP和PS等均明顯升高，但是鑒別正常組織和惡性組織差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的參數(shù)則只有PS及TTP。而且PS增高只見(jiàn)于腫瘤表面，正常腦組織PS值不增高[20,22]。微血管密度(MVD)是臨床與分子病理學(xué)評(píng)估腦腫瘤生物學(xué)行為及預(yù)后的重要指標(biāo)，因?yàn)槠洳坏梢钥陀^反映腫瘤血管生成，而且還能反映癌細(xì)胞增殖能力和惡性程度等[23]。黃勁柏等[24]發(fā)現(xiàn)，低級(jí)別膠質(zhì)瘤的MVD相對(duì)較低，平均為(40.12±8.52)，而高級(jí)別膠質(zhì)瘤的MVD則較高，平均(68.87±10.35)，高、低級(jí)別膠質(zhì)瘤間有顯著性差異，意昧著MVD水平越高，膠質(zhì)瘤級(jí)別越高。鑒別腦原發(fā)淋巴瘤與多形膠質(zhì)母細(xì)胞瘤很有必要，因?yàn)樵l(fā)淋巴瘤的治療依靠聯(lián)合大劑量化療和放療而非手術(shù)，不同多形膠質(zhì)母細(xì)胞瘤。但是，對(duì)于常規(guī)影像方法來(lái)說(shuō)，鑒別兩種腫瘤有時(shí)很困難。有學(xué)者[25]認(rèn)為應(yīng)用CTP測(cè)定CBV和PS可以對(duì)高級(jí)別神經(jīng)膠質(zhì)瘤和原發(fā)性中樞神經(jīng)系統(tǒng)淋巴瘤進(jìn)行鑒別，與正常腦實(shí)質(zhì)相比較，淋巴瘤的CBV、CBF差異并無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，而平均滲透率值明顯增高(P=0.007 8 KTrans)，而且明顯高于高級(jí)神經(jīng)膠質(zhì)瘤，而高級(jí)神經(jīng)膠質(zhì)瘤的CBV值明顯高于淋巴瘤。

3.3 評(píng)價(jià)治療效應(yīng)腫瘤治療前后的評(píng)價(jià)是影像科的重要工作。CTP能夠顯示腫瘤進(jìn)程和腫瘤血管，鑒別腫瘤復(fù)發(fā)和治療性壞死。Jain等[26]使用CTP成像rCBV和PS兩種方法來(lái)鑒別腫瘤進(jìn)展和放射性壞死，rCBV＞1.5聯(lián)合PS＞2.5，總的敏感性和特異性分別為100%和89%。Debnam等[27]研究表明CT灌注成像PS圖除了能夠術(shù)前提示腫瘤的分級(jí)，還能夠在腫瘤后續(xù)放療評(píng)價(jià)及鑒別腫瘤復(fù)發(fā)。CTP還能夠定量評(píng)價(jià)抗血管生成藥物對(duì)腫瘤的療效。錢鷹等[28]研究發(fā)現(xiàn)VX2兔腫瘤區(qū)的BF值與PS值比正常組織明顯增高，經(jīng)兩周抗血管生成治療后BF值、BV值、PS值均有較明顯的降低，說(shuō)明了腫瘤新生血管的形成受到了明顯的抑制。

3.4 腦外腫瘤當(dāng)腦內(nèi)腫瘤侵犯硬腦膜或腦外腫瘤侵犯腦實(shí)質(zhì)時(shí)，以常規(guī)影像定位診斷就相當(dāng)困難。腦內(nèi)腫瘤通常有一定的血-腦屏障，但血-腦屏障的破壞程度不同，而腦外腫瘤即完全缺乏這種血-腦屏障，利用灌注參數(shù)PS將有助于腦內(nèi)、外腫瘤的鑒別診斷[29]。腦外腫瘤的PS平均值為22.30 ml/(min·100 g)，而腦內(nèi)腫瘤的PS平均值為9.83 ml/(min·100 g)。腦外腫瘤PS均顯著增加，按照PS值由高到低依次為：垂體瘤＞腦膜瘤＞＞膠質(zhì)瘤≈轉(zhuǎn)移瘤。所以，依據(jù)PS值參數(shù)上的差異能夠進(jìn)行鑒別診斷腦內(nèi)外腫瘤。PS圖能夠評(píng)價(jià)腫瘤局部血腦屏障破壞程度，精確顯示腫瘤的邊界，成為目前研究的熱點(diǎn)[30-31]。

4 總結(jié)

CTPI具有經(jīng)濟(jì)實(shí)用、掃描設(shè)備簡(jiǎn)單、成像時(shí)間短、時(shí)間分辨力高、圖像空間豐富、無(wú)需使用放射性同位素、影響因素少等特點(diǎn)，因而成為目前組織器官血液動(dòng)力學(xué)研究最實(shí)用、方便和有效的方法。磁共振成像以及核醫(yī)學(xué)檢查，如單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)體層攝影(SPECT)及正電子發(fā)射斷層顯像(PET)均可應(yīng)用于腦梗死及缺血半暗帶的評(píng)價(jià),但該兩項(xiàng)技術(shù)操作復(fù)雜、檢查時(shí)間長(zhǎng)，而且，磁共振成像還要避免金屬干擾等。PET雖然在功能成像方面很有優(yōu)勢(shì)，但其檢查相當(dāng)昂貴，不能作為常規(guī)檢查。Xe-CT也是很好的灌注成像手段，但此方法操作繁瑣，結(jié)果易受呼吸節(jié)律等因素影響，且氙氣有潛在的麻醉等不良反應(yīng)，不利于意識(shí)不清的急性中風(fēng)患者。64層螺旋CT灌注成像的覆蓋范圍為4 cm，128排CT為100 mm，而320排CT覆蓋范圍達(dá)到16 cm，可覆蓋全腦，且輻射量明顯較低，隨著CT技術(shù)的不斷進(jìn)步，相信CTPI技術(shù)會(huì)得到廣泛應(yīng)用。

[1]Axel L.Tissue mean transit time from dynamic computed tomography by a simple deconvolution technique[J].Invest Radiol,1983, 18(1):94-99.

[2]Axel L,Dean PB,Moss AA,et al.Functional imaging of the liver. New information from dynamic CT[J].Invest Radiol,1984,19(1): 23-29.

[3]Miles KA.Measurement of tissue perfusion by dynamic computed tomography[J].Br J Radiol,1991,64(761):409-412.

[4]Cenic A,Nabavi DG,Craen RA,et al.A CT method to measure hemodynamics in brain tumors:validation and application of cerebral blood flow maps[J].AJNRAm J Neuroradiol,2000,21(3):462-470.

[5]向永華,王波,金科,等.320排動(dòng)態(tài)容積CT全腦灌注成像在腦梗死缺血半暗帶分期中的應(yīng)用[J].中國(guó)醫(yī)學(xué)影像學(xué)雜志,2012, 20(5):331-334.

[6]潘宇寧,黃求理,葉賢旺,等.320排全腦動(dòng)態(tài)容積CT血管造影及灌注成像在煙霧病中的應(yīng)用[J].中國(guó)醫(yī)學(xué)影像學(xué)雜志,2011,22 (12):840-843.

[7]孫鋼,李理,李勝輝,等.320層容積CT全腦灌注成像技術(shù)在缺血性腦血管病中的初步應(yīng)用[J].醫(yī)學(xué)影像學(xué)雜志,2009,19(7): 789-792.

[8]晏子旭,張兆琪,徐磊,等.雙源CT低管電壓降低冠狀動(dòng)脈CTA輻射劑量[J].中國(guó)醫(yī)學(xué)影像技術(shù),2009,25(9):1614-1617.

[9]Kim BS,Hwang IK,Choi YW,et al.Low-dose and standard-dose unenhanced helical computed tomography for the assessment of acute renal colic:prospective comparative study[J].Acta Radiol, 2005,46(7):756-763.

[10]劉一,晏子旭,吳曉峰,等.螺距的選擇對(duì)胸腹主動(dòng)脈夾層320層CT成像質(zhì)量的影響[J].放射學(xué)實(shí)踐,2011,26(3):350-353.

[11]Wiesmann M,Berg S,Bohner G,et al.Dose reduction in dynamic perfusion CT of the brain:effects of the scan frequency on measurements of cerebral blood flow,cerebral blood volume,and mean transit time[J].Eur Radiol,2008,18(12):2967-2974.

[12]馬春,明兵,王周璇,等.優(yōu)化時(shí)間分辨力CT灌注成像在腦梗死前期的應(yīng)用探討[J].川北醫(yī)學(xué)院學(xué)報(bào),2012,27(2):126-129.

[13]高培毅,梁晨陽(yáng),林燕,等.腦梗死前期腦局部微循環(huán)障礙CT灌注成像的實(shí)驗(yàn)研究[J].中華放射學(xué)雜志,2003,37(8):701-706.

[14]高培毅.重視和加強(qiáng)深層次急性缺血性腦血管病的影像學(xué)研究[J].中華放射學(xué)雜志,2003,37(10):869-870.

[15]高培毅,林燕.腦梗死前期腦局部低灌注的CT灌注成像表現(xiàn)及分期[J].中華放射學(xué)雜志,2003,37(10):882-886.

[16]Murphy BD,Fox AJ,Lee DH,et al.Identification of penumbra and infarct in acute ischemic stroke using computed tomography perfusion-derived blood flow and blood volume measurements[J]. Stroke,2006,37(7):1771-1777.

[17]Schaefer PW,Roccatagliata L,Ledezma C,et al.First-pass quantitative CT perfusion identifies thresholds for salvageable penumbra in acute stroke patients treated with intra-arterial therapy[J].AJNR Am J Neuroradiol,2006,27(1):20-25.

[18]張苗,盧潔,隋昕,等.三維CT全腦灌注血容量成像在超急性期腦梗死的初步應(yīng)用[J].中國(guó)醫(yī)學(xué)影像技術(shù),2009,25(4):529-531.

[19]何文娟,沈加林,許建榮,等.128排CT灌注成像診斷腦血管疾病[J].中國(guó)醫(yī)學(xué)影像技術(shù),2011,27(1):41-44.

[20]Roberts HC,Roberts TP,Lee TY,et al.Dynamic contrast-enhanced computed tomography(CT)for quantitative estimation of microvascular permeability in human brain tumors[J].Acad Radiol,2002,9: 364-367.

[21]Di Nallo AM,Vidiri A,Marzi S,et al.Quantitative analysis of CT-perfusion parameters in the evaluation of brain gliomas and metastases[J].J Exp Clin Cancer Res,2009,28(1):38.

[22]Roberts HC,Roberts PL,Lee TY,et al.Dynamic,contrast-enhanced ct of human brain tumors:quantitative assessment of blood volume, blood flow,and microvascular permeability:report of two cases[J]. AJNR,2002,23:828-832.

[23]Onguru O,Gamsizkan M,Ulutin C,et al.Cyclooxygenase-2(Cox-2) expression and angiogenesis in glioblastoma[J].Neuropathology, 2008,28(1):29-34.

[24]黃勁柏,任伯緒,雷紅衛(wèi),等.膠質(zhì)瘤的CT灌注成像與微血管密度的相關(guān)性[J].腫瘤防治研究,2011,38(1):77-79.

[25]Schramm P,Xyda A,Klotz E,et al.Dynamic CT perfusion imaging of intra-axial brain tumours:differentiation of high-grade gliomas from primary CNS lymphomas[J].Eur Radiol,2010,20(10): 2482-2490.

[26]Jain R,Narang J,Schultz L,et al.Permeability estimates in histopathology-proved treatment-induced necrosis using perfusion CT:can these add to other perfusion parameters in differentiating from recurrent/progressive tumors?[J].AJNR Am J Neuroradiol,2011,32: 658-663.

[27]Debnam JM,Ketonen L,Hamberg LM,et al.Current technques used for the radiologic assessment of intracranial neoplasms[J]. Arch Pathol Lab Med,2007,131(2):252-260.

[28]錢鷹,李婷婷,王健.CT灌注成像在定量監(jiān)測(cè)腫瘤微血管系對(duì)抗血管生成治療反應(yīng)中的應(yīng)用[J].第三軍醫(yī)大學(xué)學(xué)報(bào),2010,32 (12):1329-1331.

[29]李智勇,韓曉雨,劉偉,等.表面通透性值對(duì)腦內(nèi)、外腫瘤的鑒別[J].生物醫(yī)學(xué)工程與臨床,2011,15(1):48-50.

[30]Jain R,Ellika SK,Scarpace L,et al.Quantitative estimation of permeability surface-area product in astroglial brain tumors using perfusion CT and correlation with histopathologic grade[J].AJNR, 2008,29(4):694-700.

[31]Ding B,Ling HW,Chen KM,et al.Comparison of cerebral blood volume and ermeability in preoperative grading of intracranial glioma using CT perfusion imaging[J].Neuroradiology,2006,48(6): 773-781.

R445

A

1003—6350（2014）03—0390—03

2013-06-10)

10.3969/j.issn.1003-6350.2014.03.0148

林景興。E-mail：724372943@qq.com