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        多模態(tài)CT預(yù)測急性缺血性卒中患者預(yù)后研究

        2022-11-22 06:28:46戴瑤熊星宋子陽張妤
        放射學(xué)實(shí)踐 2022年6期

        戴瑤, 熊星, 宋子陽, 張妤

        急性缺血性卒中(acute ischemic stroke,AIS)患者的治療有靜脈內(nèi)溶栓、動脈內(nèi)機(jī)械取栓、橋接治療等多種方式。荷蘭一項(xiàng)多中心臨床試驗(yàn)1363名AIS患者接受了取栓治療,其中517(38%)人恢復(fù)了獨(dú)立生活能力,398(29%)人卻在卒中后90 d內(nèi)死亡[1]。因此,同種治療方案并不適用于所有人。如果能在治療前預(yù)測患者預(yù)后就可幫助臨床醫(yī)生為每個患者選擇最合適的治療方案,制定合理的恢復(fù)目標(biāo),提供更好的醫(yī)學(xué)支持。多模態(tài)CT通過直觀地顯示缺血區(qū)域的組織結(jié)構(gòu)、側(cè)支循環(huán)、血流灌注等情況,在預(yù)測卒中預(yù)后方面具有重要價值。本文將重點(diǎn)對能夠預(yù)測急性前循環(huán)缺血性卒中患者預(yù)后的CT影像指標(biāo)進(jìn)行探討。

        多種CT影像指標(biāo)預(yù)測AIS患者預(yù)后

        1.Alberta 卒中項(xiàng)目早期 CT 評分(Alberta stroke program early CT score,ASPECTS)

        AIS患者超早期由于缺血腦組織發(fā)生細(xì)胞毒性水腫或不可逆性損傷,頭顱CT平掃(noncontrast CT,NCCT)可出現(xiàn)早期缺血性改變(early ischemic change,EIC),包括腦實(shí)質(zhì)低密度區(qū)、局部腦組織腫脹、灰白質(zhì)分界不清等。ASPECT是一種評價AIS大腦中動脈供血區(qū)EIC的半定量評分方法,即在CT影像上選取大腦中動脈供血區(qū)2個層面(核團(tuán)層面和核團(tuán)以上層面)的10個區(qū)域,這10個區(qū)域權(quán)重相同,都為1分??偡譃?0分,存在一個EIC的區(qū)域即扣一分。

        早期研究發(fā)現(xiàn)ASPECTS是患者溶栓后功能預(yù)后和出血轉(zhuǎn)化的獨(dú)立預(yù)測指標(biāo),其中預(yù)測功能預(yù)后的敏感度和特異度分別為78%、96%,預(yù)測出血轉(zhuǎn)化的敏感度和特異度為90%、62%。當(dāng)ASPECTS≤7時,患者出現(xiàn)溶栓后出血轉(zhuǎn)化的風(fēng)險是ASPECTS>7的14倍[2]。對于取栓治療的患者,Liebeskind[3]認(rèn)為動態(tài)監(jiān)測基線至取栓24 h后的ASPECTS能有效預(yù)測患者的90 d預(yù)后。

        NCCT由于影像信息的欠缺,在AIS超早期常常難以顯示腦組織的缺血性改變,隨著時間的延長卒中不斷進(jìn)展,其改變才能被NCCT所識別。如Bal等[4]的研究NCCT ASPECTS的可靠性具有時間依賴性,在AIS發(fā)生的超早期(卒中發(fā)生90 min內(nèi)),NCCT ASPECTS的可靠性較低,閱片者之間的一致性也較差,組內(nèi)相關(guān)系數(shù)(intraclass correlation coefficient, ICC)僅為0.48。而CT血管成像源影像(CT angiography source image,CTA-SI)在探查EIC時則沒有時間依賴性,在卒中發(fā)生的超早期ICC便可達(dá)到0.96,可以早期幫助臨床醫(yī)生作出最合適的治療決斷。

        2.血栓特征

        血栓特征包括血栓的位置、血栓負(fù)荷評分(clot burden score,CBS)、血栓長度、距離頸內(nèi)動脈末端的距離(distance from the ICA terminus to the thrombus,DT)、血栓相對和絕對衰減值、血栓滲透性,這些特征都在NCCT和CT血管成像(CT angiography,CTA)薄層上進(jìn)行評估。血栓特征彼此之間是相互聯(lián)系的,Dutra[5]認(rèn)為血栓長度越短,一般越位于越末梢的位置,CBS和血栓滲透性越高,衰減值越低。

        對于溶栓治療患者,目前已有大量研究證明血栓特征與患者的功能預(yù)后緊密相關(guān),即DT越大(血栓位置越遠(yuǎn))、血栓長度越短、CBS和滲透性越高,功能預(yù)后越好[6-9]。而對于取栓治療患者,血栓特征與預(yù)后的關(guān)系存在爭議。Dutra[5]和Borst[10]認(rèn)為DT越大、血栓長度越短、CBS和滲透性越高,功能預(yù)后越好。但是關(guān)于血栓衰減值和預(yù)后的關(guān)系,他們的研究結(jié)果卻有所不同,Dutra認(rèn)為血栓衰減值與預(yù)后無關(guān),Borst則認(rèn)為CTA上血栓的相對衰減值是患者功能預(yù)后的獨(dú)立預(yù)測指標(biāo)。此外,針對血栓長度與預(yù)后的關(guān)系也有學(xué)者持不同觀點(diǎn)。一般而言,較長的血栓會增加取栓的難度和時間,預(yù)后相對較差,但Seker[11]和Spiotta[12]的研究卻認(rèn)為血栓長度與患者預(yù)后沒有關(guān)聯(lián)。因此,在確定血栓衰減值、血栓長度和AIS患者取栓后的預(yù)后是否相關(guān)前,仍需要更多研究對其進(jìn)行探討。

        有時,AIS在NCCT上可有特征性表現(xiàn),即大腦中動脈致密征(hyperdense middle cerebral artery sign,HMCAS)。一項(xiàng)meta分析表明HMCAS常預(yù)示著AIS患者溶栓后90 d的不良預(yù)后[13]。而對于取栓治療患者,Kim[14]研究發(fā)現(xiàn)存在HMCAS組和不存在HMCAS組患者在再灌注成功率(P=0.829)、90 d mRS(P=0.096)、出血轉(zhuǎn)化(P=0.079)、90 d死亡率(P=0.175)上都未出現(xiàn)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義上的不同。因此,Kim認(rèn)為HMCAS并不能預(yù)測患者取栓后的預(yù)后。

        3.血流灌注

        當(dāng)顱內(nèi)動脈閉塞或栓塞時,其供血區(qū)域的腦組織缺血損傷。有的損傷是不可逆的,被稱為核心梗死區(qū),而有的損傷如果及時恢復(fù)血流灌注是可以挽救的,被稱為缺血半暗帶,拯救缺血半暗帶是搶救AIS患者的關(guān)鍵。CT灌注成像(CT perfusion,CTP)可以通過達(dá)峰時間(time to peak,TTP)和腦血流量(cerebral blood flow,CBF)幫助區(qū)分這兩種損傷。一般將TTP>6 s的區(qū)域作為缺血半暗帶,將CBF<30%的區(qū)域作為核心梗死區(qū)。Demeestere等[15]研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)CTP定義的核心梗死區(qū)體積<15 mL時,AIS患者出現(xiàn)良好功能預(yù)后的可能性較高,曲線下面積(area under curve,AUC)為0.62。缺血半暗帶與核心梗死區(qū)相減為灌注錯配體積,兩者相比為灌注錯配率,通過錯配可以更好地選擇適合取栓治療的患者,尤其是超出時間窗者。一項(xiàng)臨床試驗(yàn)證明患者在發(fā)病6~16 h內(nèi),如果CTP上有支持性的證據(jù),即核心梗死區(qū)體積<70 mL、灌注錯配率≥1.8,往往能從取栓治療中受益,獲得更好的預(yù)后[16]。

        除了灌注錯配,灌注參數(shù)在預(yù)測AIS患者預(yù)后中也發(fā)揮著重要作用。朱杰等[17]研究了患側(cè)/健側(cè)灌注參數(shù)比值,即相對腦血流量(relative CBF,rCBF)、相對腦血容量(relative cerebral blood volume,rCBV)、相對平均通過時間(relative mean transit time,rMTT)、相對達(dá)峰時間(relative TTP,rTTP)在單側(cè)大腦中動脈閉塞患者中的應(yīng)用價值,發(fā)現(xiàn)rCBF、rCBV、rMTT、rTTP均能預(yù)測AIS患者預(yù)后,其中rCBF的預(yù)測效能最好,AUC達(dá)0.930,rCBF>0.720提示患者預(yù)后良好的敏感度和特異度達(dá)100%、80.6%。

        最近,一種基于CTP的血腦屏障滲透性圖像被推薦用于預(yù)測AIS患者出血轉(zhuǎn)化的發(fā)生率[18-20]。當(dāng)腦組織缺血受損時血腦屏障滲透性增加,對比劑從血管內(nèi)滲出進(jìn)入血管外間隙。通過定量計(jì)算單位體素內(nèi)對比劑流入和流出的差值,即可得到對比劑滲入到血管外間隙的量,從而在CTP的基礎(chǔ)上獲取全腦或感興趣區(qū)血腦屏障滲透性的圖像。Bivard等[21]對此進(jìn)行了更深入的研究,發(fā)現(xiàn)當(dāng)血腦屏障滲透性增加的臨界值取30%時,灌注缺損區(qū)域的滲透性圖預(yù)測出血轉(zhuǎn)化的效能最好,AUC為0.91。在此基礎(chǔ)上血腦屏障滲透性異常的體積每增加10 mL,出血結(jié)果的嚴(yán)重性就增加一個級別。

        4.側(cè)支循環(huán)

        當(dāng)顱內(nèi)動脈閉塞或栓塞時,缺血區(qū)域腦組織由側(cè)支循環(huán)代償供血,包括顱內(nèi)外動脈交通、willis環(huán)和更小的軟腦膜動脈之間的交通。不同的人由于年齡、基礎(chǔ)病等不同,側(cè)支循環(huán)水平各不相同。數(shù)字減影血管造影(digital subtraction angiography,DSA)是評估側(cè)支循環(huán)的“金標(biāo)準(zhǔn)”,但是CTA憑借簡便、無創(chuàng)的優(yōu)勢更常用于臨床。多時相CTA(multiphase CTA,mCTA)通過觀察動脈期、靜脈期、靜脈晚期的血管分布情況,對側(cè)支循環(huán)評估更為全面。Garcia-Tornel[22]通過比較單時相CTA(single-phase CTA,sCTA)和mCTA對預(yù)后的預(yù)測效能,發(fā)現(xiàn)mCTA側(cè)支評分是患者取栓后功能預(yù)后的獨(dú)立預(yù)測指標(biāo)(P<0.001),而sCTA側(cè)支評分卻不是(P=0.059)。

        新興的四維CTA(dynamic four-dimensional CTA,4D-CTA)技術(shù)從容積灌注成像(volume perfusion CT,VPCT)數(shù)據(jù)中重建,在傳統(tǒng)的sCTA基礎(chǔ)上增加了時間的維度,顯示全腦各時相的血流情況,并對血管進(jìn)行3D成像,可以更加直觀、準(zhǔn)確地評估側(cè)支循環(huán)的狀態(tài)。曹若瑤等[23]用4D-CTA對側(cè)支循環(huán)進(jìn)行評估,發(fā)現(xiàn)4D-CTA側(cè)支評分同樣是患者取栓后功能預(yù)后的獨(dú)立預(yù)測指標(biāo)(P<0.001),AUC達(dá)0.936。該研究sCTA側(cè)支評分仍然不能預(yù)測預(yù)后。綜上,mCTA和4D-CTA側(cè)支循環(huán)評分都具有很好的預(yù)后預(yù)測效能。

        盡管很多學(xué)者都認(rèn)為側(cè)支循環(huán)評分與AIS患者預(yù)后密切相關(guān)[22,24],Marks等[25]的研究結(jié)果卻顯示成功恢復(fù)再通的取栓患者獲得良好預(yù)后的機(jī)率與側(cè)支循環(huán)評分無關(guān)。因此,側(cè)支評分對預(yù)后的預(yù)測價值仍有待研究。Shi等[26]通過定量評估側(cè)支循環(huán)灌注發(fā)現(xiàn)了可以預(yù)測AIS預(yù)后的新指標(biāo)——大腦側(cè)裂中側(cè)支血管的最大腦血流速(maximum cerebral blood flow of collateral vessels,cCBFmax)。cCBFmax是AIS患者出血轉(zhuǎn)化和功能預(yù)后的獨(dú)立預(yù)測指標(biāo),cCBFmax>64.5 mL/100 g/min預(yù)測患者良好功能預(yù)后的敏感度和特異度可達(dá)79.2%、62.9%。Shi還將cCBFmax與傳統(tǒng)的區(qū)域性軟腦膜側(cè)支評分(regional leptomeningeal collateral,rLMC)進(jìn)行比較,發(fā)現(xiàn)cCBFmax(AUC=0.74)對預(yù)后的預(yù)測效能高于rLMC(AUC=0.63)。

        5.水?dāng)z取率

        AIS發(fā)生后腦組織因血流顯著減少而發(fā)生水?dāng)z取,灰度值逐漸下降。Broocks等[27]研究發(fā)現(xiàn)通過定量計(jì)算梗死區(qū)域早期的水?dāng)z取率(net water uptake,NWU)能可靠地預(yù)測惡性腦水腫的發(fā)生,NWU>12.7%時,患者發(fā)生惡性腦水腫的可能性很高。惡性腦水腫作為AIS的不良轉(zhuǎn)歸事件一旦發(fā)生患者的預(yù)后極差,須立即采取去骨瓣減壓術(shù),否則將很快導(dǎo)致死亡。因此,早期預(yù)測惡性腦水腫的發(fā)生可幫助臨床醫(yī)生及時采取相關(guān)治療措施,降低患者致死率。NWU具體的測量方法:利用CTP確定缺血區(qū)域,然后分別在NCCT圖像缺血區(qū)域和對側(cè)大腦半球勾畫ROI,測量其密度為D缺血、D正常。

        需要注意的是早期梗死體積和NWU共同預(yù)測著惡性腦水腫的發(fā)生,NWU的預(yù)測效能是建立在患者早期梗死體積相似的基礎(chǔ)上的[27]。

        人工智能自動評估在預(yù)測AIS患者預(yù)后中的進(jìn)展

        盡管ASPECTS、側(cè)支循環(huán)評分等CT影像指標(biāo)能夠有效預(yù)測AIS患者預(yù)后,但在臨床應(yīng)用中往往面臨耗時長、專業(yè)性強(qiáng)的問題。隨著人工智能的發(fā)展,實(shí)現(xiàn)了上述CT影像指標(biāo)的自動化評估,這一問題迎刃而解。比如e-ASPECTS軟件,一款評價NCCT早期缺血性改變的全自動評分工具,評價效能可達(dá)專家水平[28]。Pfaff等[29]研究發(fā)現(xiàn)e-ASPECTS每減少1分,AIS患者取栓后預(yù)后不良的風(fēng)險就增加20%。Neuberger等[33]認(rèn)為不同層厚NCCT所得到的e-ASPECTS對預(yù)后的預(yù)測效能之間也是存在差異的,只有NCCT層厚≤6 mm時,所得e-ASPECTS才能有意義地預(yù)測患者預(yù)后,而層厚取1 mm時,預(yù)測效能最好。

        人工智能還廣泛用于側(cè)支循環(huán)的評估。Tong等[30]在CTP源圖像的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一款自動評估側(cè)支循環(huán)的軟件,發(fā)現(xiàn)對于溶栓后成功再灌注患者,軟件評估的側(cè)支評分可以有意義地預(yù)測患者功能預(yù)后,但是對于未能成功再灌注患者,側(cè)支評分對預(yù)后沒有預(yù)測價值。除此之外,另一款A(yù)CCESS (automatic collateral circulation evaluation in iSchemic stroke)軟件將人工智能與4D-CTA結(jié)合,對側(cè)支循環(huán)進(jìn)行快速評估,總體準(zhǔn)確度達(dá)84.78%[31]。

        此外,機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)還能整合AIS患者臨床特征和CT影像特征,綜合預(yù)測患者功能預(yù)后,AUC和準(zhǔn)確度分別可達(dá)0.856、80.4%,預(yù)測效能優(yōu)于傳統(tǒng)的回歸模型(AUC=0.790,準(zhǔn)確度為77.6%)[32]。

        總結(jié)與展望

        多模態(tài)CT通過直觀顯示血栓圖像特征及腦組織早期缺血性改變、血流灌注、血腦屏障滲透性、側(cè)支循環(huán)、水?dāng)z取等情況,在判斷急性缺血性卒中患者腦組織損傷程度和預(yù)測患者預(yù)后方面有著重要價值,可以幫助臨床醫(yī)生設(shè)立合適的恢復(fù)目標(biāo)、制定最佳的治療方案,并做好患者及家屬的心理疏導(dǎo)工作。隨著人工智能的發(fā)展,多模態(tài)CT對AIS患者預(yù)后的預(yù)測價值將得到進(jìn)一步拓展。

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