耿海洋， 李松柏， 关丽明， 梁银强



·中枢神经影像学·

一站式CT灌注成像评估单侧颈内动脉重度狭窄或闭塞患者颅内血流动力学改变及Willis环侧支循环情况

耿海洋， 李松柏， 关丽明， 梁银强

目的：通过对单侧颈内动脉重度狭窄或闭塞患者行脑CT灌注成像联合CTA一站式扫描，对其脑血流动力学改变及Willis环侧支循环代偿作用进行评价，为临床血管再通治疗提供血流动力学依据。方法：对40例经颈部血管超声或头颈CTA检查确定为单侧颈内动脉重度狭窄或闭塞患者(狭窄率>70%)行320排CTPI检查，重建灌注参数图及4D-CTA图。在基底节层面选取大脑前动脉供血区、大脑中动脉供血区及前、后分水岭区作为感兴趣区行灌注参数测量，包括脑血容量(CBV)、脑血流量(CBF)、平均通过时间(MTT)和达峰时间(TTP)，对患侧与健侧的各项灌注参数进行对比分析。根据CTA图将Willis环分为开放组及未开放组，对两组的dTTP(患侧TTP-健侧TTP)、dMTT、rCBF(患侧CBF/健侧CBF)及rCBV进行比较，采用χ2检验对比分析两组间各个兴趣区的缺血程度(rCBF<80%为重度，>80%为轻度)，评价Willis的代偿能力。结果：与健侧比较，患侧脑区MTT、TTP延长，CBV增大，CBF略下降，其中在大脑中动脉供血区和前、后分水岭区CBV、MTT、TTP差异有统计学意义(P<0.05)，大脑前动脉供血区MTT、TTP差异有统计学意义(P<0.05)。Willis环未开放组各兴趣区dTTP、dMTT、rCBV和rCBF均高于开放组。仅前分水岭区的脑缺血程度与Willis环是否开放有相关关系(P=0.001)。结论：单侧颈内动脉重度狭窄及闭塞患者的患侧脑组织MTT、TTP延长，部分脑区CBF下降，处于低灌注状态；Willis环对患侧有一定的代偿作用，在前分水岭区代偿作用明显；CTPI可以为颈内动脉重度狭窄或闭塞患者提供血管再通依据。

颈内动脉； 血管病变； 灌注成像； CT血管成像； Willis环； 侧支循环

颈内动脉狭窄是发生缺血性脑卒中的危险因素，随着狭窄程度的加重，卒中发病率增高。颈内动脉狭窄患者预后存在明显差异，主要原因可能是受侧支循环影响[1]。Nicolaides等[2]对慢性颈内动脉狭窄患者的研究显示，动脉狭窄程度与同侧缺血性脑梗死呈线性相关。因此颈内动脉重度狭窄或闭塞后，血管再通手术治疗显得尤为重要。目前临床上主要根据颈内动脉的狭窄程度、斑块的性质及临床症状等决定是否需行手术治疗，而对颈内动脉狭窄或闭塞后颅内血流动力学改变未做明确要求。本研究拟通过颅脑320排一站式灌注成像(computed tomography perfusion imaging，CTPI)检查，对单侧颈内动脉重度狭窄或闭塞患者的颅内血流动力学改变进行评价，旨在为血管再通治疗提供颅内灌注压下降、血供不足的血流动力学证据，并对Willis环侧支循环的代偿作用进行评价。

材料与方法

1.研究对象

病例纳入标准：①单侧颈内动脉重度狭窄或闭塞(狭窄率>70%)，对侧颈内动脉系统无血管狭窄或仅存在轻度狭窄(狭窄率<30%)，血管狭窄程度均经颈部血管超声或头颈CTA检查确定；②头CT扫描患侧脑组织未见大面积梗塞，对侧脑组织未见梗塞灶；③患者无严重的心脏疾病及肝肾疾病、无甲状腺功能亢进或减低，碘过敏试验阴性。符合条件的患者共40例，男35例，女5例，年龄23～79岁，平均56岁。其中单侧颈内动脉闭塞21例，重度狭窄19例。患者症状以短暂性脑缺血发作、一侧肢体感觉运动异常、一过性视觉异常、头痛和头晕等为主。所有患者均为临床医生根据临床需求而进行CTPI检查，非实验性目的。

2.检查方法

使用Toshiba Aquilion One 320排容积CT扫描仪。扫描参数：80 kV，100～300 mA，0.35 s/r， 层厚0.5 mm，覆盖范围16 cm，矩阵512×512。经肘静脉注射对比剂碘帕醇(370 mg I/mL)50 mL，对比剂注射完成后立即注射生理盐水30 mL，注射流率5.0 mL/s。注射对比剂后开始动态容积扫描，延迟11～35 s行动脉期间隔扫描，间隔时间为2 s，获得13个容积重建数据；延迟35～60 s行静脉期间隔扫描，间隔时间为5 s，获得5个容积重建数据。总扫描时间约60 s，确保能监测到对比剂通过颅内血管床的全过程。动态容积扫描共获得19个容积数据共6080帧图像，辐射剂量为4.4 mSv。

3.图像后处理

将容积数据导入Vitrea fx专用软件包进行后处理。可同时得到平扫头CT图像、血管图像及灌注图像。血管图像可以选择容积再现、最大密度投影及血管剪影模式进行图像重组，并可多方位、多时相观察。灌注成像的后处理方法：手动选择输入动脉和输出静脉，选择健侧大脑前动脉或大脑中动脉为输入动脉，上矢状窦为输出静脉，由分析软件自动获得兴趣区的时间-密度曲线(time-density curve，TDC)，利用奇异值分解(singular value decomposition，SVD)去卷积算法生成脑血容量(cerebral blood volume，CBV)、脑血流量(cerebral blood flow，CBF)、平均通过时间(mean transit time，MTT)、达峰时间(time to peak，TTP)等灌注参数图像，并可在横轴面、矢状面及冠状面进行多方位定量测量。

4.数据测量及分析

感兴趣区的选择：①选择颈内动脉系统供血区，主要包括大脑前中动脉供血的皮层区域及前、后分水岭区域。前分水岭区为侧脑室前脚至额叶皮层的额顶楔形区或靠近顶部皮层的窄条形区域，后分水岭区为自侧脑室后角至顶枕叶皮层的顶颞枕叶楔形区。②在基底节、半卵圆中心层面及两者之间的中间层面分别选取患侧和健侧大脑前动脉、中动脉供血区及前、后分水岭区进行测量，求3个层面的平均值作为相应感兴趣区的灌注参数值。测量时手动选择感兴趣区，尽可能避开血管、钙化和坏死组织。

通过CTA图像对Willis环进行定性评价。①Willis环血管开放情况的判断：Willis环各组成血管的边缘光滑清楚、起止点及走行显示清楚、显影连续的认为血管存在；未见显示者认为血管缺如。②Willis环前、后交通动脉开放血管的直径阈值分别定为0.4和0.6 mm，大脑前动脉A1段发育良好的标准为患侧的血管直径>对侧直径的1/2[3]。根据Willis环能否对患侧大脑前动脉及大脑中动脉供血区进行代偿供血，分为Willis环开放组及未开放组。③对Willis环代偿能力的评价：对Willis环开放组及未开放组间各感兴趣区的dTTP(患侧TTP-健侧TTP)、dMTT(患侧MTT-健侧MTT)、rCBF(患侧CBF/健侧CBF)及rCBV(患侧CBV/健侧CBV)进行计算；以患侧CBF较健侧下降20%作为感兴趣区代偿储备的分界线，分为轻度缺血及重度缺血，下降大于20%认为重度缺血、代偿不良，并对Willis环开放与未开放两组间各感兴趣区缺血程度进行分析和比较(χ2检验)。全组病例由2位高年资影像诊断医师采用双盲法进行评估，意见不一致时经商讨后做出最终诊断并记录。

表2 Willis环是否开放与各感兴趣区灌注参数的关系

5.统计分析

使用SPSS 19.0统计软件。受试者患侧与健侧各兴趣区灌注参数值的对比分析采用配对t检验，对Willis环是否开放与各感兴趣区缺血程度的关系的分析采用卡方检验。P<0.05为差异有统计学意义。

结 果

1.患侧与健侧灌注参数的比较

配对t检验结果显示，与健侧比较，患侧各感兴趣区的MTT、TTP延长，CBV增大，CBF略下降(表1)。其中，双侧大脑中动脉供血区及前、后分水岭区CBV、MTT、TTP的差异有统计学意义(P<0.05)，CBF的差异无统计学意义(P>0.05)；大脑前动脉供血区MTT、TTP的差异有统计学意义(P<0.05)，而CBF、CBV的差异无统计学意义(P>0.05)。

表1 患侧与健侧各感兴趣区灌注参数的比较

注：*P<0.05，差异有统计学意义。

2.Willis环开放与脑缺血程度的关系

根据CTA图像将Willis环分为开放及未开放两组，其中开放组13例，未开放组27例。Willis环开放组及未开放组间各感兴趣区的dTTP、dMTT、rCBF及rCBV计算结果见表2。未开放组各感兴趣区的dTTP、dMTT、rCBV和rCBF值均大于开放组。各供血区缺血情况与Willis环是否开放的关系见表3～5。后分水岭区因为同时受大脑后动脉等供血动脉的影响较大，所以未做统计分析；余感兴趣区中仅前分水岭区CBF下降所提示的轻、重度缺血在Willis环开放组与未开放组间差异有统计学意义(P<0.05)。

表3 大脑前动脉供血区Willis环开放与脑缺血的关系 (例)

注：χ2=0.798，P=0.372>0.05。

表4 大脑中动脉供血区Willis环开放与脑缺血的关系 (例)

注：χ2=0.342，P=0.559>0.05。

表5 前分水岭区Willis环是否开放与缺血关系 (例)

注：χ2=10.978，P=0.001<0.05。

讨 论

常用的脑灌注成像参数的意义：脑血容量(CBV)指单位体积脑组织的血管床容积(包括毛细血管和大血管在内)，单位为mL/100g；脑血流量(CBF)指单位时间内流经一定脑组织血管结构(包括动脉、毛细血管、静脉和静脉窦)的血流量，单位为mL/(100g·min)；平均通过时间(MTT)指血液流经感兴趣区血管结构的时间，如动脉、毛细血管和静脉窦时，通过的血管路径不同，时间也不同，所以用平均通过时间表示，单位为s；达峰时间(TTP)是指感兴趣区从开始注射对比剂至浓度达到峰值的时间，单位为s。

有学者认为，MTT和TTP的延长与血流灌注路径延长和血流缓慢有关，并可提示区域内有侧枝血流[4-7]。Grandin等[8]认为MTT能客观反映脑局部微循环的血流时间，为脑灌注压的指标，MTT延长能够较敏感地反映脑微循环灌注不良。本研究中单侧颈内动脉重度狭窄或闭塞患者的患侧TTP、MTT较健侧延迟，且各感兴趣区的双侧差异均有统计学意义，而仅在部分感兴趣区可见双侧CBV的差异有统计学意义，而各感兴趣区双侧CBF的差异均无统计学意义。上述结果表明，MTT和TTP在反映脑灌注异常方面较其它指标更敏感。本研究结果与以往一些研究结果基本一致[9-10]。

图1 男，46岁，右侧颈内动脉闭塞，因双眼一过性黑朦入院。a) CT平扫未见明显异常； b) CBV伪彩图未见明显异常； c) CBF伪彩图未见明显异常； d) CTA示前循环开放(箭)； e) MTT伪彩图未见明显异常； f) TTP伪彩图示右侧后分水岭区TTP略增高(箭)。

以往的一些临床研究中发现，相同程度颈内动脉狭窄患者的脑缺血情况有明显差异，一些影像学检查提示颈内动脉严重狭窄或闭塞的患者，其脑组织低灌注及梗死程度却并不严重。造成脑缺血程度不一致的原因非常复杂，但侧支循环代偿是其中的重要因素之一，良好的侧支循环可以保护脑组织，减轻脑缺血损害或防止卒中发生。

图3 男，67岁，左侧颈内动脉重度狭窄，因反复头晕、右侧肢体无力，感觉异常入院。a) CT平扫未见明显异常； b) CBV伪彩图示双侧颈内动脉供血区CBV无明显差异； c) CBF伪彩图示左侧颈内动脉供血区CBF轻度减少(箭)； d) CTA示Willis环未见开放 ； e) MTT伪彩图示左侧颈内动脉供血区MTT延长(箭)； f) TTP伪彩图示左侧颈内动脉供血区TTP明显延长(箭)。

颈内动脉重度狭窄或闭塞后颅内常见的侧支循环途径包括Willis环的前交通动脉、后交通动脉、眼动脉及软脑膜吻合枝、新生血管等，这些代偿途径中以Willis环最为重要[11-12]。通常认为在脑缺血患者中，Willis环会较早地发挥代偿作用，并起到主要的代偿作用；只有当Willis环的功能不良时，次级侧支循环才会代偿开放[11]，这些及时有效的侧支血供是维持脑组织正常血供的关键。Willis环的形态存在较多变异[13]，本研究结果显示，CTA图像可以清晰显示Willis环的形态并能准确分型，而且获得的4D-CTA图像除显示常规CTA图像所提供的信息之外，还可动态观察脑血流的灌注情况，准确显示两侧脑血流充盈的快慢，并且可以多时相观察，从而可选择血管充盈最佳时进行血管直径的测量，避免因颈内动脉病变、颅内血流动力学改变，导致常规CTA扫描时相不准确引起血管充盈欠佳、测量不准确的问题。

单侧颈内动脉重度狭窄或闭塞后患者不同侧支循环开放，使患侧脑组织的灌注参数变化较大，Willis环类型不同，患者的灌注参数亦明显不同。本组患者中Willis环未开放组各感兴趣区的dTTP及dMTT均大于开放组。这一结果在一定程度上说明了Willis环的代偿作用。rCBF在Willis环开放组较未开放组略小，可能是其它侧支循环代偿的结果。此外，患侧与健侧CBF的差异无统计学意义，可能是成像技术及个体性差异所致。

本研究对各感兴趣区缺血程度及Willis环是否开放行卡方检验，结果显示在Willis环开放与未开放组间，仅前分水岭区脑缺血程度的差异有统计学意义(P<0.05)，也在一定程度上说明Willis环对脑缺血有一定的代偿作用；而在大脑前、中动脉供血区，CBF下降与Willis环开放间无明显相关关系(P>0.05)。笔者分析出现上述结果的原因，可能是前分水岭区是大脑前动脉及大脑中动脉供血的远端，即颈内动脉系统供血的末梢，对缺血较为敏感[14]，因此如要保障充足的血供，对侧支循环的要求更高；而大脑前、中动脉供血区除受Willis环侧支代偿影响外，大脑前动脉供血区还可经对侧大脑前动脉代偿供血；而大脑中动脉、后分水岭区还可经椎基底动脉系统及软脑膜侧支循环等进行代偿。

CTPI扫描辐射剂量的问题一直广受关注，本研究采用320排CT进行容积扫描，一次扫描即可得到CTPI、CTA和平扫图像，辐射剂量仅为4.4 mSv，相对于单独进行头CT及CTA、CTP检查，辐射剂量明显下降，而且扫描过程中采用动态变化的毫安值，可进一步降低扫描剂量，通过迭代重建得到薄层图像。Shankar等[15]对320排CT动态扫描的数据采用不同扫描间隔进行重建，对比分析所测量的灌注参数值的差异，发现各组数据具有良好的相关性，因此认为可通过改变扫描间隔来进一步降低扫描的辐射剂量。此外，320排CT一站式扫描尚可对动静脉畸形、烟雾病、静脉畸形等血管疾病进行诊断及血流动力学的评价[16-18]，能够提高血管疾病的检出率。在本组患者中发现1例右侧小脑半球静脉畸形患者。

本研究尚存在一些不足之处：①患者数量较少及存在个体差异性，有待进一步增加样本量；②仅考虑了一侧颈内动脉重度狭窄或闭塞的情况，而在实际临床应用中患者的血管病变情况远较此复杂多变，脑血管病 的代偿机制亦较复杂，未来尚需进一步研究。

总之，本研究结果显示单侧颈内动脉重度狭窄或闭塞患者的患侧脑组织处于低灌注状态，并且Willis环侧支循环对脑缺血组织有一定的代偿作用；320排CTPI一站式扫描在评价颈内动脉重度狭窄或闭塞患者脑血流动力学改变及侧支循环建立情况上是切实可行、可靠且有效的方法。CTPI可以为颈内动脉重度狭窄或闭塞患者提供血管再通术 的依据，具有重要的临床价值。

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The application of brain CT perfusion combined with CT angiography in the evaluation of intracranial hemodynamic change and collateral ability of Willis circle in patients with severe stenosis or occlusion of unilateral internal carotid artery

GENG Hai-yang,LI Song-bai,GUAN Li-ming,et al.

Department of Radiology,the First Hospital of China Medical University,Shen-yang 110001,P.R.China

Objective：To evaluate the hemodynamic change and collateral compensatory effect of Willis circle by applying brain CT perfusion combined with CT angiography in patients with severe stenosis or occlusion of unilateral internal carotid artery,this is to provide hemodynamic basis for vascular recanalization treatment.Methods：40 patients underwent whole brain 320-slice dynamic volume CT scan,and perfusion parameters maps and 4D-CTA images were calculated.Perfusion parameters were recorded and compared,including cerebral blood volume (CBV),cerebral blood flow (CBF),mean transit time (MTT) and time of peak time (TTP).In the basal ganglia level,anterior cerebral artery,middle cerebral artery,anterior and posterior watershed area were selected as areas of interest.Paired t test was used to analyze the means of the affected brain tissue and the contralateral corresponding parts of the brain tissue.According to the CTA images,Willis's circle was divided into open group and closed group.In this two groups,dTTP (TTP with affected side-the contralateral side),dMTT (MTT with affected side-the contralateral side),rCBF (CBF on affected side/contralateral CBF) and rCBV (CBV on affected side/contralateral CBV) were compared.Ischemic level of the two groups were measured and compared by using χ2-test,in order to evaluate compensatory ability of Willis's circle.Results：Compared with the control group,MTT and TTP delayed,CBV increased,CBF slightly decreased.Compared with the control group,in middle cerebral artery,anterior and anterior watershed areas,CBV,MTT and TTP showed significant difference (P<0.05);In anterior cerebral artery area,MTT,TTP showed significant difference (P<0.05).Compared with Willis circle open group and closed group,dTTP and dMTT increased,rCBV and rCBF slightly lowered.Only in anterior watershed area,there was statistically significant diffe-rence in the ischemic level between the two groups.Conclusion：Ipsilateral brain tissue of patients with severe stenosis or occlusion of unilateral internal carotid artery had prolonged MTT and TTP,decreased CBF as well as hypo-perfusion state;Willis circle has certain compensatory effect on the affected side,especially in the anterior watershed area.CTP can provide basis of vascular recanalization for patients with severe stenosis or occlusion of unilateral internal carotid artery.

Internal carotid artery； Blood vessel diseases； Perfusion weighted imaging； Computed tomography angiography； Willis circle； Collateral circulation

110001 沈阳，中国医科大学附属第一医院放射科(耿海洋、李松柏、关丽明)；221004 江苏，徐州医学院附属医院放射科(梁银强)

耿海洋(1989-)，女，山东临沂人，博士研究生，主要从事中枢神经系统疾病的CT和MRI诊断和研究工作。

李松柏，E-mail：songbaili001@163.com

辽宁省科学技术计划基金资助项目(2012225021)

R445.2； R543.4

A

1000-0313(2015)08-0811-06

10.13609/j.cnki.1000-0313.2015.08.003

2015-03-26

2015-05-29)