程曉青 盧光明

盧光明 教授

分水嶺腦梗死(cerebral watershed infarction，CWI)也稱邊緣帶梗死，是指腦內(nèi)相鄰血管供血區(qū)之間的邊緣帶發(fā)生的一種特殊類型的腦梗死，占缺血性腦卒中的10.0%［1］。研究表明，CWI 的發(fā)生多伴有頭頸部動脈狹窄或閉塞，根據(jù)其側(cè)支循環(huán)代償能力，可引起不同程度腦血流動力學(xué)異常，當(dāng)側(cè)支代償不足以維持正常腦血流時，腦血流灌注嚴(yán)重受損將導(dǎo)致CWI的發(fā)生。此外，微栓塞可能是另一個主要因素。在多種因素的作用下，心源性栓子或來源于血管本身的動脈硬化斑塊形成微栓子隨血流流向遠(yuǎn)端動脈，在血液灌注不足的狀態(tài)下，血液清除微栓子的能力減弱，而腦分水嶺區(qū)是微栓子最易滯留的部位，從而會導(dǎo)致 CWI的發(fā)生。因此，CWI的發(fā)生是腦血流動力學(xué)損傷及微栓塞共同作用的結(jié)果［2-3］。

隨著神經(jīng)影像學(xué)技術(shù)迅速發(fā)展，CWI的研究取得了新的進(jìn)展，利用多種影像技術(shù)能為CWI的早期診斷、預(yù)測發(fā)生、嚴(yán)重程度及療效評估提供相應(yīng)的影像學(xué)依據(jù)。

1 早期診斷

常規(guī)CT/MR的臨床應(yīng)用廣泛，多用于CWI的診斷、定位和分型。頭顱CT平掃是急性卒中患者的緊急評價方法，具有廣泛的普及性和有效性，多用于急診中缺血性卒中與腦出血的鑒別。急性CWI發(fā)生于24 h內(nèi)，常規(guī)CT多無陽性發(fā)現(xiàn)或僅顯示模糊低密度影，而常規(guī)MR較CT更敏感，由于血管源性水腫，MR可表現(xiàn)為T1、T2弛豫時間延長，但是對于梗死＜6 h的患者，常規(guī)CT/MR通常都表現(xiàn)為正常。此外，常規(guī) CT/MR的軸位圖像常被用來作為CWI定位和分型:CWI分為皮質(zhì)型和皮質(zhì)下型，皮質(zhì)型CWI按累及大腦中動脈、大腦前動脈、大腦后動脈皮質(zhì)支而分為皮質(zhì)前型和皮質(zhì)后型，表現(xiàn)為扇形或三角型尖端朝向腦室、底朝向腦凸面的病灶;而皮質(zhì)下型CWI累及大腦中動脈的深穿支和髓支之間的地帶，病灶位于放射冠或半卵圓中心，沿側(cè)腦室或在稍高水平的白質(zhì)內(nèi)，可為單個病灶、“串珠狀”多個病灶甚至條帶狀大塊融合的病灶［4］。

對于梗死 ＜6 h或更早期的CWI，MR中的彌散加權(quán)成像(diffusion-weighted imaging，DWI)及 CT/MR灌注成像具有重要的診斷價值。DWI能夠檢測活體組織內(nèi)水分子的擴(kuò)散運(yùn)動，在已知擴(kuò)散敏感系數(shù)(b值)的情況下，可以計算組織的表觀擴(kuò)散系數(shù)(apparent diffusion coefficient，ADC)，用于協(xié)助診斷。急性CWI早期由于細(xì)胞毒性水腫，使水分子活動受限，DWI呈高信號，因此，DWI不僅能夠較常規(guī)CT/MR更敏感地診斷＜6 h的CWI，還能有效地區(qū)分陳舊性和急性CWI病灶，結(jié)合ADC圖評估急性CWI的動態(tài)演變過程。CT/MR灌注成像能夠得到單位體積腦組織內(nèi)腦血流量(cerebral blood flow，CBF)、腦血容量 (cerebral blood volume，CBV)、達(dá)峰時間(time to peak，TTP)和平均通過時間(mean transit time，MTT)等一系列參數(shù)進(jìn)行血流動力學(xué)評價［5］，其早期診斷的敏感性明顯高于常規(guī)CT/MR及DWI［6-7］，在腦缺血癥狀出現(xiàn) 30 min后即可發(fā)現(xiàn)灌注異常。通常梗死區(qū)域腦組織表現(xiàn)為CBF、CBV下降，TTP或MTT延長，而周圍缺血腦組織表現(xiàn)為CBF下降、TTP或MTT延長，但CBV正常或輕度升高，通過血流灌注的改變可以診斷超早期CWI，還能夠在一定程度上評估缺血半暗帶的存在，指導(dǎo)臨床治療。

隨著高場強(qiáng)MR應(yīng)用，MR新技術(shù)及數(shù)據(jù)分析方法的研發(fā)，近幾年磁敏感加權(quán)成像(susceptibility weighted imaging，SWI)或磁敏感加權(quán)血管成像(susceptibility weighted angiography，SWAN)、擴(kuò)散峰度成像(diffusion kurtosis imaging，DKI)、酰胺質(zhì)子轉(zhuǎn)移(APT)這些新的技術(shù)逐漸應(yīng)用于缺血性卒中的實(shí)驗(yàn)及臨床研究中，為CWI的早期診斷提供新的影像學(xué)評估模式。SWI或SWAN對含鐵血黃素、去氧血紅蛋白等順磁性成分敏感，在顯示靜脈、微出血、鐵沉積等有優(yōu)勢，運(yùn)用SWI相位成像可繪制腦氧攝取分?jǐn)?shù)(OEF)變化圖，可用于評價缺血性卒中包括CWI引起的腦氧代謝的變化［8-9］。DKI可定量分析高斯分布下的水分子擴(kuò)散偏差，對于早期腦梗死，DKI相對于DWI圖較早的出現(xiàn)下降，表明早期梗死組織軸突內(nèi)擴(kuò)散存在較大改變，運(yùn)用DKI將得到超早期CWI患者梗死腦組織的更多信息［10］。APT是用來檢測酰胺質(zhì)子的一種對特定化學(xué)物質(zhì)交換飽和成像技術(shù)，動物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)APT可檢測急性腦梗死區(qū)域的pH變化，但是目前尚未經(jīng)過臨床研究證實(shí)［11］，期待將來 APT 能夠用于評估CWI患者梗死腦組織的pH改變。

2 預(yù)測發(fā)生

由于CWI的發(fā)生是腦血流動力學(xué)損傷及微栓塞共同作用的結(jié)果，因此，預(yù)測CWI的發(fā)生主要利用多種影像技術(shù)評估頭頸部血管情況，評價血管病變造成血流動力學(xué)損傷程度，以及預(yù)測不穩(wěn)定斑塊的存在。

CWI的發(fā)生不僅與頭頸部血管狹窄程度及側(cè)支代償相關(guān)，還與Willis環(huán)發(fā)育完整性相關(guān)，Willis環(huán)前、后交通動脈的缺失不利于側(cè)支代償?shù)慕?，此類患者較易發(fā)生CWI［4］。因此，利用無創(chuàng)性血管成像方法，如經(jīng)顱多普勒超聲(transcranialdopple，TCD)及 CT/MR 血管成像準(zhǔn)確定位頭頸部血管狹窄的部位，評估狹窄程度，顯示W(wǎng)illis環(huán)的發(fā)育情況，評價側(cè)支代償能力，對預(yù)測CWI的發(fā)生及治療方案的選擇具有重要意義。TCD是檢測頸動脈顱外段狹窄閉塞性疾病的常用方法，具有經(jīng)濟(jì)、簡便、可反復(fù)的優(yōu)點(diǎn)，能夠?qū)ρ塥M窄部位進(jìn)行初步定位和判斷［4］，但是由于TCD與操作者的經(jīng)驗(yàn)密切相關(guān)，并且在顯示顱內(nèi)血管方面具有一定的局限性。因此，可利用CT/MR血管成像作為進(jìn)一步檢查手段，通過“一站式”掃描不僅能夠得到頸動脈、椎-基底動脈及顱內(nèi)血管情況，準(zhǔn)確定位責(zé)任血管，評估Willis環(huán)發(fā)育情況，而且能夠結(jié)合灌注成像進(jìn)一步評估血流動力學(xué)受損狀況。

腦血流動力學(xué)受損是導(dǎo)致CWI發(fā)生的主要原因，當(dāng)頭頸部動脈發(fā)生狹窄閉塞后，由于腦血管自身調(diào)節(jié)能力，機(jī)體可以通過小動脈和毛細(xì)血管平滑肌的代償性擴(kuò)張或收縮來維持腦血流相對動態(tài)穩(wěn)定，不會立即導(dǎo)致CWI的發(fā)生，按腦血管自身調(diào)節(jié)能力的改變可分為3個階段:(1)通過小血管反射性擴(kuò)張及側(cè)支代償，相對增加狹窄側(cè)的腦血容量而維持正常的血流，灌注成像可見CBF正常，CBV正?；蜉p度升高，TTP或MTT延長;(2)當(dāng)血管自身調(diào)節(jié)能力發(fā)生可逆性的損傷時，小血管擴(kuò)張達(dá)到極限不能夠維持局部血流量的穩(wěn)定，此時，CBF開始發(fā)生下降，而 CBV升高，TTP或MTT明顯延長;(3)當(dāng)損傷到一定程度時，腦血管儲備能力耗竭，“惡性灌注損傷”狀態(tài)發(fā)生，此時，CBF與CBV均明顯下降，TTP或MTT進(jìn)一步延長，腦組織發(fā)生急性梗死。因此，當(dāng)患者血流灌注表現(xiàn)為CBF下降，而CBV升高或下降，TTP及MTT明顯延長，甚至TTP延長超過3.5 ～4.0 s時［12］，代表患者血流動力學(xué)受損嚴(yán)重，需要進(jìn)行積極治療預(yù)防CWI的發(fā)生。

此外，頸動脈不穩(wěn)定斑塊導(dǎo)致微栓子的形成也是導(dǎo)致CWI發(fā)生的另一主要原因，利用多種影像技術(shù)對頸動脈斑塊進(jìn)行分析，預(yù)測不穩(wěn)定斑塊存在，對篩選CWI的高?；颊咄瑯泳哂兄匾饬x。超聲造影能夠顯示頸動脈粥樣硬化斑塊內(nèi)的新生血管及外膜部位增生的滋養(yǎng)血管，對斑塊易損性進(jìn)行評估，而超聲的彈性成像技術(shù)能夠評估頸動脈斑塊的軟硬程度，間接反映斑塊的穩(wěn)定性，從而協(xié)助篩選出CWI的高危人群［13］。CT斑塊分析有助于判定頸動脈斑塊存在，評價斑塊的形態(tài)、組成成分，并根據(jù)表面情況及CT值分為鈣化性斑塊、非鈣化性斑塊和混合斑塊。通常認(rèn)為CT值越低，斑塊表面越不光整，潰瘍的發(fā)生率越高，斑塊就越不穩(wěn)定，而鈣化性斑塊多為穩(wěn)定斑塊。但是CT對斑塊內(nèi)脂質(zhì)壞死核、纖維成分和出血的顯示能力有限，不能準(zhǔn)確判斷纖維帽的厚度及潰瘍形成情況［14］。而高分辨MR配合特定的頸動脈表面線圈的應(yīng)用，不僅可以顯示斑塊內(nèi)的脂質(zhì)含量和膠原組織，對斑塊纖維帽和脂質(zhì)進(jìn)行定量測量，而且對脂質(zhì)壞死核心及斑塊內(nèi)出血敏感，可以區(qū)分斑塊內(nèi)新鮮出血、亞急性出血以及陳舊性出血，對評判斑塊的穩(wěn)定性具有獨(dú)特價值［15］。

3 嚴(yán)重程度評估

根據(jù)發(fā)生機(jī)制的不同(低血壓、微栓塞、血流動力學(xué)損傷)，CWI患者的灌注成像分為3種不同的表現(xiàn)模式，其代表的嚴(yán)重程度及預(yù)后不同［4，16］:(1)正常的灌注表現(xiàn)，此類CWI患者多由于全身低血壓導(dǎo)致的一過性的血流灌注不良引起，不存在微栓塞及頭頸部血管狹窄閉塞導(dǎo)致血流動力學(xué)損傷，此類預(yù)后最好，可以通過補(bǔ)充血容量，維持血壓穩(wěn)定，糾正低灌注狀態(tài)進(jìn)行治療;(2)局部灌注異常表現(xiàn)，此類CWI患者多為心臟或不穩(wěn)定斑塊形成的微栓塞阻塞相應(yīng)供血血管引起，這類灌注異常與DWI顯示彌散異常的范圍相匹配，部分患者在隨訪中可發(fā)生缺血再灌注，通常這種灌注模式的預(yù)后較好，對于此類患者使用小劑量溶栓藥物及抗血小板聚集藥物能夠穩(wěn)定斑塊，保護(hù)血管內(nèi)膜，清除微栓子并預(yù)防微栓子進(jìn)一步形成;(3)廣泛的灌注異常，多涉及1個或多個血管供血區(qū)的大范圍灌注異常，此類灌注異常范圍大于DWI顯示的異常范圍，CWI的患者多合并頭頸部動脈狹窄或閉塞，存在側(cè)支代償不良，導(dǎo)致血流動力學(xué)嚴(yán)重?fù)p傷。這種灌注模式通常預(yù)后不良，此類患者應(yīng)積極進(jìn)行頸動脈內(nèi)膜剝脫術(shù)或頭頸部血管支架成形術(shù)治療，改善腦血流灌注，防止進(jìn)一步大面積腦梗死的發(fā)生。

4 療效評估

對于需要接受外科手術(shù)或介入治療的 CWI患者，術(shù)后復(fù)查 CT/MR灌注成像可以觀察腦血流動力學(xué)改善情況，評估療效并預(yù)測術(shù)后過度灌注綜合征的發(fā)生。頸動脈內(nèi)膜剝脫術(shù)或支架成形術(shù)后，狹窄血管管徑增大，血流速度增加，腦組織灌注壓較術(shù)前降低，相應(yīng)的側(cè)支循環(huán)就會關(guān)閉或流量減低，使術(shù)后的血流動力學(xué)發(fā)生相應(yīng)的改變［17］。研究報道頸動脈支架術(shù)后，手術(shù)側(cè)與對側(cè)腦血流灌注相比，CBV與MTT、TTP值均有明顯下降;與術(shù)前相比，術(shù)后3 d，75%的患者血流灌注恢復(fù)正常，術(shù)后6月，僅有6%的患者還存在輕度灌注不良［18］。因此，CT/MR灌注成像不僅能夠在術(shù)后短期內(nèi)進(jìn)行療效評估，還適用于遠(yuǎn)期隨訪觀察。

此外，由于嚴(yán)重頸動脈狹窄促使顱內(nèi)動脈長期最大限度地擴(kuò)張，以適應(yīng)較低的血流量，而血管重建術(shù)后，血管床不能立即適應(yīng)增加的灌注壓，而發(fā)生過度灌注綜合征這一嚴(yán)重并發(fā)癥，出現(xiàn)腦腫脹及腦出血。臨床主要根據(jù)頭痛、嘔吐、癲禶發(fā)作等癥狀進(jìn)行判斷，而通過術(shù)后復(fù)查腦血流動力學(xué)情況能夠早期預(yù)測過度灌注綜合征的發(fā)生。單光子發(fā)射計算機(jī)斷層掃描術(shù)(SPECT)掃描發(fā)現(xiàn)，術(shù)后過度灌注的發(fā)生與術(shù)前CBF嚴(yán)重下降顯著相關(guān)，認(rèn)為術(shù)前血流動力學(xué)評估可發(fā)現(xiàn)腦動脈血流與腦血管反應(yīng)性的異常，對術(shù)后發(fā)生過度灌注綜合征的危險性作出評估。有研究利用MR灌注成像對頸動脈血運(yùn)重建術(shù)后患者進(jìn)行評估，術(shù)后15例患者存在CBF較術(shù)前升高＞100%而被診斷為過度灌注綜合征，其中有7例患者存在術(shù)前CBV升高的征象，因此認(rèn)為，術(shù)前CBV升高是術(shù)后發(fā)生過度灌注綜合征的危險征象［19］。

綜上所述，隨著醫(yī)學(xué)影像檢查技術(shù)的不斷發(fā)展，神經(jīng)成像技術(shù)為CWI的早期診斷、高危患者篩查、嚴(yán)重程度及療效評估等提供了大量的影像學(xué)依據(jù)，但每一種技術(shù)各有優(yōu)點(diǎn)和不足，臨床實(shí)踐中需按照患者自身的情況選擇合適的影像學(xué)手段，必要時可聯(lián)合應(yīng)用多模態(tài)的神經(jīng)成像技術(shù)。現(xiàn)有技術(shù)在診斷評估中尚存在一些挑戰(zhàn)，如準(zhǔn)確區(qū)分梗死與缺血。新技術(shù)如DKI、APT的研發(fā)應(yīng)用對解決這些問題可能有一定價值。未來研究重點(diǎn)將把預(yù)防CWI的發(fā)生放在首位，利用多模態(tài)神經(jīng)影像技術(shù)對CWI高危人群的病因及發(fā)病機(jī)制進(jìn)行研究，爭取實(shí)現(xiàn)在尚未出現(xiàn)CWI前給予干預(yù)。

［1］Renard D，Thouvenot E，Ratiu D，et al.Middle cerebral and anterior choroidalartery watershed infarction［J］.Acta Neurol Belg，2014，114(1):67-68.

［2］Momjian-Mayor I，Baron JC.The pathophysiology of watershed infarction in internal carotid artery disease:review of cerebral perfusion studies［J］.Stroke，2005，36(3):567-577.

［3］Moustafa RR，Izquierdo-Garcia D，Jones PS，et al.Watershed infarcts in transient ischemic attack/minor stroke with＞or=50%carotid stenosis: hemodynamic orembolic?［J］.Stroke，2010，41(7):1410-1416.

［4］Mangla R，Kolar B，Almast J，et al.Border zone infarcts:pathophysiologic and imaging characteristics［J］.Radiographics，2011，31(5):1201-1214.

［5］Murphy BD，F(xiàn)ox 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.

［6］Latchaw RE，Yonas H，Hunter GJ，et al.Guidelines and recommendations for perfusion imaging in cerebral ischemia a scientific statement for healthcare professionals by the writing group on perfusion imaging，from the Council on Cardiovascular Radiology of the American Heart Association［J］.Stroke，2003，34(4):1084-1104.

［7］Kim SJ，Lee CW，Kim HJ，et al.Acute-stage evolution of watershed infarction assessed on diffusionweighted MR imaging［J］.CerebrovascDis， 2006， 21(5/6):357-362.

［8］Martín A，MacéE，Boisgard R，et al.Imaging of perfusion，angiogenesis，and tissue elasticity after stroke［J］.J Cereb Blood Flow Metab，2012，32(8):1496-1507.

［9］Zaitsu Y，Kudo K，Terae S，et al.Mapping of cerebral oxygen extraction fraction changes with susceptibility-weighted phase imaging［J］.Radiology，2011，261(3):930-936.

［10］Grinberg F，Ciobanu L，F(xiàn)arrher E，et al.Diffusion kurtosis imaging and log-normal distribution function imaging enhance the visualisation of lesions in animal stroke models［J］.NMR Biomed， 2012， 25(11):1295-1304.

［11］Sun PZ，Murata Y，Lu J，et al.Relaxation-compensated fast multislice amide proton transfer(APT)imaging of acute ischemic stroke［J］.Magn Reson Med，2008，59(5):1175-1182.

［12］Kajimoto K，Moriwaki H，Yamada N，et al.Cerebral hemodynamic evaluation using perfusion-weighted magnetic resonance imaging:comparison with positron emission tomography values in chronic occlusive carotid disease［J］.Stroke，2003，34(7):1662-1666.

［13］Feinstein SB. Contrastultrasound imaging of the carotid artery vasa vasorum and atherosclerotic plaque neovascularization［J］.J Am Coll Cardiol，2006，48(2):236-243.

［14］Vukadinovic D，Rozie S，van Gils M，et al.Automated versus manual segmentation of atherosclerotic carotid plaque volume and components in CTA:associations with cardiovascular risk factors［J］.Int J Cardiovasc Imaging，2012，28(4):877-887.

［15］Narumi S，Sasaki M，Ohba H，et al.Prediction of carotid plaque characteristics using non-gated MR imaging:correlation with endarterectomy specimens［J］.AJNR Am J Neuroradiol，2013，34(1):191-197.

［16］Chaves CJ，Silver B，Schlaug G，et al.Diffusion-and perfusion-weighted MRI patterns in borderzone infarcts［J］. Stroke，2000， 31(5):1090-1096.

［17］Ko NU，Achrol AS，Martin AJ，et al.Magnetic resonance perfusion tracks 133Xecerebralblood flow changes after carotid stenting［J］.Stroke，2005，36(3):676-678.

［18］Trojanowska A，Drop A，Jargiello T，et al.Changes in cerebral hemodynamics after carotid stenting:evaluation with CT perfusion studies［J］.J Neuroradiol，2006，33(3):169-174.

［19］Fukuda T，Ogasawara K，Kobayashi M，et al.Prediction of cerebral hyperperfusion after carotid endarterectomy using cerebral blood volume measured by perfusion-weighted MR imaging compared with single-photon emission CT［J］.AJNR Am J Neuroradiol，2007，28(4):737-742.