神经外科

急性脑梗死患者影像学缺血半暗带的临床评价策略

作者:佚名 来源:MedSci梅斯 日期:2021-07-13
导读

         缺血半暗带是组织学定义,其金标准最早源于正电子发射体层摄影,但其在急诊状态下可操作性欠佳。影像学是目前显示缺血半暗带最直观有效的方法。临床治疗前的影像学评估可将梗死核心脑组织和缺血半暗带分离,计算二者的体积和比例,从而利用组织窗筛选能够从再灌注治疗中获益的患者,并预估其风险和预后。 1.缺血半暗带影像学评估模式的提出与发展 缺血半暗带的大小由缺血时间和梗死速度决定,但传统的时间窗仅关注缺血时间,

关键字:  急性脑梗死 

        缺血半暗带是组织学定义,其金标准最早源于正电子发射体层摄影,但其在急诊状态下可操作性欠佳。影像学是目前显示缺血半暗带最直观有效的方法。临床治疗前的影像学评估可将梗死核心脑组织和缺血半暗带分离,计算二者的体积和比例,从而利用组织窗筛选能够从再灌注治疗中获益的患者,并预估其风险和预后。

1.缺血半暗带影像学评估模式的提出与发展

        缺血半暗带的大小由缺血时间和梗死速度决定,但传统的时间窗仅关注缺血时间,而梗死速度的个体差异性极大,很难对其个体化进行精确评价。组织窗通过影像学和临床症状评价患者是否有足够的缺血半暗带,绕开了评价梗死速度的困难,直接关注可能由于缺血时间和梗死速度导致的最终结果,对患者进行个体化评估和诊治,更加符合梗死后脑组织病理生理的演变过程。对于缺血半暗带评价的方法学研究在不断成熟和完善,评估结果越来越接近真实的病理生理学状态。

        CT和MR的快速发展和普及,使经典的缺血半暗带评估逐渐被“不匹配”所替代。虽然基于CT或MR成像上的“不匹配”与正电子发射体层摄影定义的金标准组织学缺血半暗带并不完全等同,但影像学技术的进步已使二者的吻合度越来越高。CT和MR检查简单易行,且普及率高,因此,临床工作中已基本采用影像学上的“不匹配”或临床症状与影像学的“不匹配”来取代组织学的缺血半暗带,以及通过计算半暗带组织与梗死核心体积的比值,进行再灌注治疗前的风险评估和临床预后的预测。

        “不匹配”是一个差值,基于影像学上的“不匹配”,需要定义梗死核心区和低灌注缺血区的范围;基于临床症状与影像学的“不匹配”,其前提也需确定梗死核心区的大小。头部CT和MR的多模式、多参数成像,使梗死核心有了多种判定方法,后处理软件和人工智能后处理系统的不断完善对梗死核心区和缺血半暗带区的评估从定性逐渐发展为精准定量模式。

2.基于影像学“不匹配”的评价方法

 

        2.1CT模式

        CT对组织密度的分辨率最高,对脑血管疾病的病灶较敏感。多排螺旋CT扫描速度成倍增加,显著提高了对比剂的强化效果,促进了头部CT灌注成像技术的发展。CT灌注成像利用了对比剂团注和动态扫描技术,能准确反映脑组织血管化程度和血流灌注情况,评价血流动力学改变,可同时提供多个脑灌注参数图,包括脑血流量、脑血容量、平均通过时间(meantransittime,MTT)、达峰时间、残余功能达峰时间(timetomaximumoftheresidualfunction,Tmax)等。

        脑缺血致神经病理生理学改变发生几小时后,即可通过头部CT平扫显示的脑组织密度改变得到反映,溶栓和取栓治疗策略的发展使超急性期脑梗死患者早期影像学征象越来越受到关注。CT平扫显示早期缺血改变提示不可逆的梗死核心,包括豆状核模糊征、岛带征、脑实质低密度征等,这些征象依赖于细胞内外水分的增加所致的脑组织密度改变,而组织含水量的增加具有时间依赖性,因此,这些早期脑缺血改变程度较轻。

        为准确评价早期脑梗死征象,Barber等提出的Alberta卒中项目早期CT评分(AlbertastrokeprogramearlyCTscore,ASPECTS)是一种基于CT平扫早期脑梗死征象的量化方法,有助于临床医师制定治疗方案,合理预测功能转归。

        具体评分方法为在CT平扫图像上选取大脑中动脉供血区的10个区域:(1)基底节核团及以下层面,分为皮质区M1、M2、M3、岛叶和豆状核、尾状核及内囊后肢共7个区域;(2)基底节核团以上层面,包括皮质区M4、M5、M6。每个区域为1分,共10分。评分时从10分中减去存在早期缺血征象的区域数目。

        Barber等认为,ASPECTS10分表示大脑中动脉供血区无缺血征象,患者发生血管闭塞的可能性较小,神经功能缺损很可能会自然恢复,没有必要进行再灌注治疗;ASPECTS7~9分者,发生血管闭塞的可能性很大,且再灌注治疗后出血的风险较小,是再灌注治疗的最佳对象;ASPECTS<7分者,由于缺血累及的范围较大,再灌注治疗导致颅内出血的可能性很大;ASPECTS0分表示大脑中动脉供血区广泛缺血。ASPECTS广泛应用于筛选急性缺血性卒中再灌注治疗患者,而在部分国际性卒中指南推荐中将ASPECTS作为筛选血栓清除手术的指征。

        ASPECTS易受CT扫描质量、评分者经验以及患者自身的影响,其一致性和准确性一直受到质疑。Farzin等研究显示,对同一患者同一例CT图像评分时,评分者内部的一致性较高;当15名评分者对30例患者的CT图像评分时,评分者间及评分者内的一致性均较低。若将ASPECTS分为2级(0~5分与6~10分)时,评分者间的一致性则提高。因此,将ASPECTS按照0~5、6~10分分为2个区段,或0~4、5~7、8~10分分为3个区段进行等级评分,不仅有助于判断预后,还能够提高评分者间的一致性。

        由于ASPECTS的可靠性具有时间依赖性,CT平扫对超早期缺血性病变程度显示较轻,因此,ASPECTS的准确判读应由经过多次培训、经验丰富的医师完成,并建议使用较窄的窗宽及合适的窗位进行双侧对比观察,以提高早期缺血的检出率。CT灌注成像作为评价脑血流动力学改变的影像学手段,已成为卒中多模式CT检查方案的重要组成部分。评估缺血半暗带多基于CT灌注成像的参数图,并采用主观评价梗死核心区与异常灌注区之间的不匹配,以及计算半暗带组织与梗死核心比值的方法,或设定阈值进行定量计算,进行再灌注治疗前的风险评估和临床预后的预测。

        CT平扫显示的早期脑缺血改变依赖于时间和缺血程度,容易受评估者经验的影响。而CT灌注成像中,脑血容量降低区也提示梗死核心,但并非依赖组织含水量的增加。随访研究证实,CT灌注成像中脑血容量参数图显示的低灌注区与最终梗死灶的体积较为一致,无论再灌注状态如何,CT平扫上大面积低密度区或脑血容量的广泛低灌注均与不良预后相关。

        以脑血容量明显降低的区域作为梗死核心,将脑血容量正常或轻度降低且脑血流量降低的区域作为缺血半暗带,即脑血流量与脑血容量不匹配,则认为存在缺血半暗带;而当脑血流量和脑血容量降低的范围一致时,则认为不存在缺血半暗带。目前,脑血流量与脑血容量不匹配是急诊状态下快速评价缺血半暗带最简单、实用的方法。但脑血流量与脑血容量不匹配区域内也存在部分“良性血流减少区”,即使缺乏再灌注也不会发生脑梗死,该区域一般存在于伴有慢性血管狭窄的患者。

        目前,尚无更有效的方法对良性血流减少区与半暗带进行区分,最终的临床预后与脑血容量上核心病灶的大小有很大关联。现有的几种CT灌注成像后处理软件均增加了Tmax参数,其作为检测低灌注区与梗死核心的敏感时间参数,已越来越多地被应用于急性缺血性卒中组织窗的评估。多项研究报道,定量评价将Tmax>6s或相对MTT(relativeMTT,rMTT)>145%作为缺血半暗带的外界阈值,相对脑血流量(relativecerebralbloodflow,rCBF)<30%为梗死核心,并证实rCBF<30%是最终梗死体积和患者预后的较强预测因素。

        定量评价中,以Tmax>6s与rCBF<30%不匹配应用更多。临床实践证明,对于时间窗外或不明时间窗患者,经过临床和影像学的筛选,仍能够从取栓治疗中获益,严格的筛选标准使时间窗对预后的影响减弱。

        2.2MR模式

        MRI对软组织的对比度好、分辨率高、成像参数多、信息量大,且无电离辐射,现已成熟地应用于临床。虽然MRI扫描时间长于CT扫描,且存在患者本身禁忌证(如心脏起搏器、金属置入物或幽闭恐惧症等)的局限性,但仍是头部检查的最佳选择。按照是否需要引入外源性对比剂,MR灌注成像分为血管内注入对比剂的灌注加权成像(perfusion-weightedimaging,PWI)和无需引入对比剂的动脉自旋标记(arterialspinlabeling,ASL)。

        缺血性卒中患者的MR平扫应常规进行扩散加权成像(DWI)检查,其反映了脑组织内水分子的扩散速度,通常应用表观扩散系数值对DWI进行量化。急性和超急性期脑梗死引起的细胞毒性水肿可使梗死区水分子扩散运动减慢,脑缺血30min时,DWI即可显示异常高信号,在表观扩散系数图上呈低信号。DWI主要用于准确显示脑梗死范围和程度,也可预测病情严重程度与动态评价疗效,在临床已广泛应用,尤其在识别急性小梗死灶及后循环急性缺血灶方面明显优于CT。

        液体衰减反转恢复(FLAIR)序列成像能将常规T2加权成像图像上的高信号脑脊液抑制为低信号,有利于清楚显示邻近脑脊液的脑表面皮质、侧脑室旁的梗死灶。FLAIR序列成像对早期脑梗死的诊断效果显著优于T2加权成像,且前者可反映脑梗死的病程。在缺血性卒中超急性期,MRI各序列敏感度由高至低的顺序为DWI、FLAIR序列成像、T2加权成像。

        PWI和ASL均可反映血流动力学状态,均可通过对组织窗的评估指导再灌注治疗。PWI与CT灌注成像的作用类似,在血管内注入含钆对比剂进行连续扫描,也可同时提供脑血流量、脑血容量、MTT、达峰时间等多个灌注参数图;ASL则以动脉血中的水作为内源性示踪剂,具有安全无创、操作简便、可重复性强的特点。MR模式由于具有多参数、多序列成像的特点,显示缺血半暗带的方式有多种,能高效、准确完成评估的主要评估方法有PWI与DWI不匹配以及FLAIR与DWI不匹配。

        PWI与DWI对半暗带的定性评价与CT灌注模式中脑血流量和脑血容量类似,但在梗死核心的确定中,与脑血容量图的低灌注区相比,DWI高信号结合表观扩散系数图的低信号范围与最终梗死灶的一致性更高。因此,在MR模式中以DWI高信号作为梗死核心,使用脑血流量与DWI不匹配以评估缺血半暗带。但有研究表明,DWI上的部分高信号会恢复正常,属于真正意义的半暗带,而脑血流量图的低灌注区同样也包含了部分“良性血流减少区”,MR模式上显示脑缺血的范围实际上由“梗死核心+可逆的扩散异常+灌注异常+良性血流减少区”组成,而真正的缺血半暗带则为“脑血流量与DWI不匹配区-良性血流减少区+可逆的扩散异常区”。

        但是,目前对良性血流减少区和可逆的扩散异常区尚无法准确评估。因此,急诊状态下,仍以脑血流量与DWI不匹配作为最快速、简单的判断方法。MRI上缺血半暗带的定量评价方法与CT模式类似,以Tmax>6s或rMTT>145%作为缺血半暗带的外界阈值,以rCBF<30%为梗死核心。

        Purushotham等研究显示,以表观扩散系数<6.20×10-4mm2/s对梗死核心进行定义有较高的敏感度和特异度,该阈值能够在人工智能分析软件中实现对梗死核心的自动分割。与常规PWI相比,ASL是一种无需使用钆剂的脑灌注成像技术,但ASL仅能提供脑血流量单一参数,在急性期评估梗死核心的准确性不如脑血容量和DWI。

        Mirasol等研究表明,在对急性缺血性卒中患者的评估中,ASL显示脑血流量图低灌注区与PWI、CT灌注成像图低灌注区域有较好的一致性。一项定量研究结果显示,ASL上脑血流量<对侧40%与DWI不匹配相当于PWI上Tmax>6s与DWI不匹配,具有良好的灵敏度和特异度,但该阈值有待大样本研究进一步证实。

        FLAIR与DWI不匹配模型是指DWI呈现高信号,而在FLAIR相应区域的信号改变不明显。FLAIR与DWI不匹配可能并不能绝对地用于缺血半暗带的评价,但目前多项研究利用FLAIR与DWI不匹配以预测卒中的发病时间,并指导醒后卒中和不明发病时间患者进行再灌注治疗。

        Aoki等通过多中心研究证实,FLAIR与DWI不匹配模型可以有效识别发病4.5h内的缺血性卒中患者,其阳性预测率达83%。Thomalla等使用FLAIR与DWI不匹配模型筛选醒后卒中患者,对其行溶栓治疗,结果显示,再灌注治疗安全有效。

 

3.基于临床症状与影像学“不匹配”的评价方法

        不具备多模式影像学评估条件时,可以通过常规CT和(或)MR影像学上的梗死核心与临床症状不匹配来间接反映缺血半暗带的体积,但是阈值的界定仍需进一步验证。急性缺血性卒中患者临床症状的严重程度常用美国国立卫生研究院卒中量表(NIHSS)评分进行评估,常规CT和(或)MR影像学上梗死核心的大小可以用ASPECTS或DWI来判定。当患者存在严重神经功能缺损(NIHSS评分较高),但影像学检查提示较小的梗死核心区,则提示存在较大范围的缺血半暗带。

        Nogueira等的一项DWI或CT灌注成像联合临床不匹配治疗醒后卒中和晚就诊卒中患者用Trevo装置行神经介入治疗(DWIorCTPassessmentwithclinicalmismatchinthetriageofwakeupandlatepresentingstrokesundergoingneurointerventionwithTrevo,DAWN)研究,即以“年龄+临床症状(NIHSS评分)+多模式影像学评估核心梗死体积”共同限定发病6~24h拟进行血管内治疗的入组患者,其重要依据即为临床症状与影像学的不匹配,研究以影像学上rCBF<30%为梗死核心,以年龄≥80岁,NIHSS评分≥10分+梗死核心体积<21ml;或年龄<80岁,NIHSS评分≥10分+梗死核心体积<31ml;或年龄<80岁,NIHSS评分≥20分+31ml<梗死核心体积<51ml作为入组标准。研究结果显示,发病6~24h且临床神经功能缺损与梗死体积不匹配的急性前循环大血管闭塞患者,血管内治疗联合药物治疗的90d良好预后优于单纯药物治疗患者。

 

4.人工智能的应用

        人工智能辅助分析软件可协助临床医师快速阅读头部CT,并精准识别急性大脑中动脉闭塞。有研究以DWI为评价缺血范围的金标准,比较了人工智能、住院医师和影像学专家评估ASPECTS,结果显示,人工智能评估的准确性与专家评估的差异无统计学意义,结果提示人工智能可协助低年资医师精准评价CT平扫上的早期脑缺血改变的范围。

        由美国斯坦福大学开发的RAPID软件、澳大利亚皇家墨尔本大学开发的MIstar软件、英国牛津大学开发的e-StrokeSuite软件等,均是兼容CT和(或)MR自动图像后处理系统,能够在CT灌注成像或PWI完成的5~7min内自动生成定量数据,准确计算梗死核心和缺血半暗带体积,与传统的脑血流量与脑血容量不匹配、脑血流量与DWI不匹配的判断模式比较,人工智能软件的优势在于快速、全自动化、定量测量,弥补了主观判断的缺陷,已被广泛应用于延长急性神经功能缺损至动脉内溶栓时间的临床试验(extendingthetimeforthrombolysisinemergencyneurologicaldeficits-intra-arterial,EXTEND-IA)、DAWN和缺血性卒中影像学评估后血管内治疗3(endovasculartherapyfollowingimagingevaluationforischemicstroke3,DEFUSE-3)等研究中。

        EXTEND-IA研究在时间窗的基础上,经过多模影像学评估,将不匹配比值>1.2或不匹配体积>10ml及梗死核心体积<70ml的患者纳入研究,机械取栓治疗组患者3个月后良好预后比例为71%。

        DEFUSE-3研究是DAWN研究的扩展,旨在通过灌注和DWI识别组织学不匹配区,从而对超治疗时间窗(起病时间6~16h)缺血性卒中患者进行血管内治疗有效性及安全性评估的研究。该研究将血管内治疗入选标准定为低灌注体积与梗死核心体积的比值>1.8,且梗死核心体积≤70ml、半暗带体积≥15ml,结果显示,机械取栓组预后良好比例为45%,对照组为17%。但是,上述人工智能辅助分析软件在国内卒中中心并未得到广泛普及,目前多数单位尚未实现快速、全自动化的定量评估。

5.影像学分层评价策略

        5.1发病4.5h内拟行静脉溶栓的急性缺血性卒中患者

        对发病4.5h内拟行静脉溶栓的急性缺血性卒中患者,应尽快进行CT平扫以排除脑出血,不推荐进行多模影像学检查,以免延误静脉溶栓时间。如果既有静脉溶栓治疗指征,又怀疑患者为颅内大血管闭塞需进行CT血管成像检查,应在血管检查前即开始静脉溶栓治疗。

        5.2发病6h内且考虑有前循环大血管闭塞患者

        对发病6h内且考虑有前循环大血管闭塞患者,应根据CT平扫和CT血管成像结果进行机械取栓。对于不具备条件者,可直接通过CT平扫进行ASPECTS,采用临床症状与梗死核心不匹配方法评估治疗风险与获益。当NIHSS评分≥6分、ASPECTS≥6分时,可考虑机械取栓,无需进一步行灌注成像等其他影像学评估。但是各卒中中心可根据具体情况,若因各种原因不能及时行介入治疗或患者病史复杂,介入治疗风险较大时,可酌情增加灌注检查,为制定后续治疗策略提供更全面的客观依据,以增加治疗获益,降低出血风险。

        5.36h<发病时间<24h或发病时间不明且考虑大血管闭塞拟行机械取栓患者

        对6h<发病时间<24h或发病时间不明且考虑大血管闭塞拟行机械取栓患者,应通过多模式影像学检查对再灌注治疗进行评估。推荐采用CT模式评价缺血半暗带,定性评价以CT灌注成像上脑血容量明显降低区域作为梗死核心;以脑血容量正常或轻度降低,而脑血流量降低区域作为缺血半暗带,即脑血流量与脑血容量不匹配。

        有条件的卒中中心可参照DWAN或DEFUSE-3研究的筛选标准,以Tmax>6s作为缺血半暗带的外界阈值,以rCBF<30%为梗死核心进行定量评价,可采用临床症状严重程度与梗死核心不匹配,或低灌注体积与梗死核心体积比值>1.8,且梗死核心体积≤70ml、半暗带体积≥15ml作为入组标准。

        5.4其他

        对于临床特征不明确或与卒中样发作(如癫痫发作或低血糖)无法鉴别的卒中患者,仅有轻微症状或在治疗时症状改善无法判断是否有灌注不足,或高度可疑后循环缺血等情况,在不延误治疗的前提下,可考虑多模MR影像学策略,MR平扫应包含FLAIR序列和DWI序列,灌注成像评价方法与CT模式类似。

        来源:张苗,卢洁.急性脑梗死患者影像学缺血半暗带的临床评价策略[J].中国脑血管病杂志,2021,18(04):217-222.

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