CT灌注成像基本原理與腦部臨床應(yīng)用

1、關(guān)于CT灌注成像的基本原理及腦部的臨床應(yīng)用第1頁，共23頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)59分，星期四灌注（Perfusion） 血流通過毛細(xì)血管網(wǎng)，將攜帶的氧和營養(yǎng)物質(zhì)輸送給組織細(xì)胞的重要功能。 CT灌注（CTperfusion）技術(shù)最早由Miles于1991年提出，并先后對肝、脾、胰、腎等腹部實(shí)質(zhì)性臟器進(jìn)行了CT灌注成像的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)和臨床應(yīng)用的初步探討。 第2頁，共23頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)59分，星期四灌注成像兩個(gè)方面的內(nèi)容一是采用對水分子微量運(yùn)動(dòng)敏感的序列來觀察人體微循環(huán)的灌注狀況二是通過造影劑增強(qiáng)方法來動(dòng)態(tài)的研究器官，組織或病灶區(qū)微血管灌注情況。腫瘤的灌注研究可以評價(jià)腫瘤

2、的血管分布，了解腫瘤的性質(zhì)和觀察腫瘤對于放射治療和/或化療后的反應(yīng)。第3頁，共23頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)59分，星期四CT灌注成像 在靜脈注射對比劑同時(shí)，對選定層面通過連續(xù)多次同層掃描，以獲得該層面每一像素的時(shí)間密度（time-density curve，TDC）曲線，其曲線反映的是對比劑在該器官中映了組濃度的變化，間接反織器官灌注量的變化。 第4頁，共23頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)59分，星期四CT灌注成像的理論基礎(chǔ) 核醫(yī)學(xué)的放射性示蹤劑稀釋原理和中心容積定律(central volume principle)： BF= BV/MTT 增強(qiáng)CT所用的碘對比劑基本符合非彌散

3、型示蹤劑的要求，所以可以借用核醫(yī)學(xué)灌注成像的原理。 第5頁，共23頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)59分，星期四參數(shù)根據(jù)TDC利用不同的數(shù)學(xué)模型計(jì)算：血容量(blood volume, BV)指存在于一定量組織血管結(jié)構(gòu)內(nèi)的血容量(ml/g) 對比劑平均通過時(shí)間(mean transit time, MTT）指血液流經(jīng)血管結(jié)構(gòu)時(shí),包括動(dòng)脈、毛細(xì)血管、靜脈竇、靜脈，所經(jīng)過的路徑不同，其通過時(shí)間也不同，因此用平均通過時(shí)間表示，主要反映的是對比劑通過毛細(xì)血管的時(shí)間(S) 第6頁，共23頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)59分，星期四對比劑峰值時(shí)間（Transit time to the peak，T

4、TP）TDC上從對比劑開始出現(xiàn)到對比劑達(dá)峰值的時(shí)間(S) 血流量(blood flow, BF)單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)一定量組織血管結(jié)構(gòu)的血流量(ml/min/ml)；毛細(xì)血管通透性/表面通透性對以上參數(shù)進(jìn)行圖像重建和偽彩染色處理得到上述各參數(shù)圖。 第7頁，共23頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)59分，星期四CT灌注成像使用的數(shù)學(xué)方法非去卷積法 忽略對比劑的靜脈流出，假定在沒有對比劑外滲和消除對比劑再循環(huán)的情況下，即對比劑首過現(xiàn)象（對比劑由動(dòng)脈進(jìn)入毛細(xì)血管到達(dá)靜脈之前一段時(shí)間內(nèi)，沒有對比劑進(jìn)入靜脈再次循環(huán)的現(xiàn)象）去計(jì)算BF、BV、MTT等參數(shù)。 第8頁，共23頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)59分

5、，星期四去卷積數(shù)學(xué)模型 主要反映的是注射對比劑后組織器官中存留的對比劑隨時(shí)間的變化量，其并不用對組織器官的血流動(dòng)力學(xué)狀況預(yù)先做一些人為的假設(shè)，而是根據(jù)實(shí)際情況綜合考慮了流入動(dòng)脈和流出靜脈進(jìn)行數(shù)學(xué)計(jì)算處理，因此更真實(shí)反映組織器官的內(nèi)部情況。第9頁，共23頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)59分，星期四 總之，非卷積數(shù)學(xué)方法概念相對簡單，便于理解，但易低估BF，注射對比劑進(jìn)要求注射流率大，增加了操作難度和危險(xiǎn)性。而去卷積數(shù)學(xué)方法計(jì)算偏差小，注射速度要求不高（一般45ml/s），預(yù)計(jì)去卷積法將會被廣泛應(yīng)用。第10頁，共23頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)59分，星期四灌注成像的臨床應(yīng)用 （一）顱腦

6、病變1腦缺血性病變 灌注成像分析腦血液動(dòng)力學(xué)改變，通過評價(jià)腦血流（cerebral blood flow，CBF）、腦血容量(cerebral blood volume，CBV)及平均通過時(shí)間(mean transition time，MTT)來描述早期缺血性腦卒中患者腦血流低灌注區(qū)、梗塞區(qū)及缺血半暗帶區(qū)，由此獲得較完整的早期卒中的診斷信息。第11頁，共23頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)59分，星期四 通過綜合分析灌注參數(shù)可以掌握組織血液供給的具體情況：灌注不足：MTT明顯延長，rCBV減少，rCBF明顯減少側(cè)支循環(huán)信息：MTT延長，rCBV增加或尚可血流再灌注信息：MTT縮短或正常，rC

7、BV增加，rCBF正常或輕度增加第12頁，共23頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)59分，星期四過度灌注信息：rCBV與rCBF均顯著增加。急性腦缺血期病灶中心血流灌注嚴(yán)重減少，rCBV的減少是最直觀的指標(biāo)，它反映單位質(zhì)量內(nèi)血容量減少。當(dāng)腦局部灌注壓下降時(shí)，腦組織可以通過一定的自我調(diào)節(jié)機(jī)制使局部血管床擴(kuò)張以增加血容量來代償。研究表明急性腦缺血發(fā)作后，過度灌注和持續(xù)的灌注不足可同時(shí)存在，且是造成腦組織損傷的原因。灌注成像可通過rCBF和MTT來了解局部組織的灌注情況，有望幫助臨床及時(shí)判斷病變進(jìn)展。第13頁，共23頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)59分，星期四2顱內(nèi)占位性病變 評價(jià)顱內(nèi)腫塊性病變

8、時(shí)CBV是最有用的參數(shù)。測量CBV作為輔助指標(biāo)有助于評判腦腫瘤的新生血管程度、分級和惡性度，鑒別腫瘤樣病變，監(jiān)測治療效果等。血管形態(tài)和新生程度是區(qū)分顱內(nèi)腫瘤類型、確定其生物學(xué)侵襲程度的重要依據(jù)。反映腫瘤血管化程度的活體CBV圖，可用以間接評判腫瘤新生血管。研究表明，灌注成像測量的rCBV與常規(guī)血管造影的腫瘤血管染色及組織病理新生血管的測量相關(guān)性好。第14頁，共23頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)59分，星期四原發(fā)膠質(zhì)瘤 膠質(zhì)瘤的血管增生程度是決定病理學(xué)分級的重要參數(shù)之一，目前臨床上采用微血管密度計(jì)數(shù)作為評價(jià)膠質(zhì)瘤血管生成的金標(biāo)準(zhǔn)，隨著膠質(zhì)瘤惡性程度的提高，其微血管密度也在提高。而從總體上看，

9、腫瘤惡性程度越高rCBV值越大，即多形膠母間變性星形細(xì)胞瘤低級別膠質(zhì)瘤，灌注成像能夠在活體上快速而幾乎無創(chuàng)地量化反映組織的血管生成及分布情況，從而達(dá)到對膠質(zhì)瘤分級的目的。第15頁，共23頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)59分，星期四立體定向引導(dǎo)活檢 活檢是確定腫瘤類型和級別的最后方法，但只有從腫瘤惡性度最高處采樣才能準(zhǔn)確分級。常規(guī)增強(qiáng)CT或MRI所顯示的增強(qiáng)區(qū)域只代表血腦屏障破壞而并不一定是腫瘤最惡性部分。CBV圖能顯示血管分布增多區(qū)，對于常規(guī)檢查不增強(qiáng)的腫瘤，更是一個(gè)有效的補(bǔ)充。 第16頁，共23頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)59分，星期四評價(jià)治療效應(yīng) 抗血管生成藥物的進(jìn)展使其能夠主動(dòng)

10、選擇性分離破壞腫瘤血管，可附加于腦腫瘤化療方案中。膠質(zhì)瘤手術(shù)、放療、化療后均需要影像檢查評價(jià)腫瘤活性，但常規(guī)CT或MRI增強(qiáng)并不能準(zhǔn)確顯示腫瘤進(jìn)程及腫瘤血管。在一組附加了抗血管生成藥物化療患者的治療過程中，系列rCBV的測量與增強(qiáng)MRI相比能更好地反映患者臨床狀況的變化。第17頁，共23頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)59分，星期四鑒別膠質(zhì)瘤腫瘤復(fù)發(fā)和治療性壞死 鑒別腫瘤復(fù)發(fā)和放射性壞死對治療方案選擇很重要，常規(guī)影像和臨床檢查常常很難鑒別遲發(fā)放射性壞死和腫瘤復(fù)發(fā)。在病理上兩者表現(xiàn)迥異，放射性壞死為廣泛血管損傷和組織缺氧，而腫瘤復(fù)發(fā)為血管新生。在所有影像學(xué)方法中，PET對鑒別較有幫助；但設(shè)備昂

11、貴，不能作為常規(guī)診斷手段。灌注成像的CBV圖能夠反映腫瘤復(fù)發(fā)和放射性壞死在血管分布上的病理差異。第18頁，共23頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)59分，星期四腦膠質(zhì)瘤病 腦膠質(zhì)瘤病是一種罕見腫瘤，病理特征是中度多形的膠質(zhì)細(xì)胞沿正常結(jié)構(gòu)內(nèi)浸潤而不破壞它，病變區(qū)細(xì)胞數(shù)量增多但無腦實(shí)質(zhì)破壞和新生血管。灌注成像顯示病變區(qū)缺乏血管增生，rCBV甚至低于正常、未受累的腦白質(zhì)。第19頁，共23頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)59分，星期四腦轉(zhuǎn)移瘤 腦轉(zhuǎn)移瘤多為血行轉(zhuǎn)移，在其生長中產(chǎn)生無屏障的新生血管網(wǎng)；瘤周常伴不同程度水腫，但其內(nèi)的毛細(xì)血管床正常；腫瘤邊緣以外無腫瘤細(xì)胞浸潤。孤立、實(shí)性轉(zhuǎn)移常需與原發(fā)腫瘤

12、鑒別。兩者病灶區(qū)rCBV表現(xiàn)相近，灶周水腫區(qū)差異顯著；原發(fā)腫瘤的rCBV 明顯高于轉(zhuǎn)移瘤，這可能就是轉(zhuǎn)移瘤周圍僅僅是單純水腫而原發(fā)腫瘤除水腫外還有瘤細(xì)胞浸潤的本質(zhì)差異的反映。第20頁，共23頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)59分，星期四腦原發(fā)淋巴瘤 腦原發(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)。在診斷上,常規(guī)影像有時(shí)很難鑒別腦原發(fā)淋巴瘤與多形膠質(zhì)母細(xì)胞瘤。灌注成像顯示腫瘤新生血管特征的能力有助于鑒別兩者。腦原發(fā)淋巴瘤組織病理上的一個(gè)顯著特征就是以血管為中心生長、形成多層環(huán)形結(jié)節(jié)并使血管周圍間隙擴(kuò)大。雖然腫瘤細(xì)胞可侵犯血管內(nèi)皮甚至侵入血管腔內(nèi)，但新生血管卻不明顯。因此腦原發(fā)淋巴瘤的rCBV明顯低于多形膠母的rCBV值。腦原發(fā)淋巴瘤有可能出現(xiàn)常規(guī)T1WI增強(qiáng)明顯強(qiáng)化而rCBV較低。有時(shí)與腫塊性脫髓鞘斑塊鑒別困難,兩者比較總體上腦原發(fā)淋巴瘤的rCBV較高。第21頁，共23頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)59分，星期四腦外腫瘤 顱內(nèi)腦外腫瘤是指起源于顱內(nèi)非腦實(shí)質(zhì)組織如腦膜、硬膜、顱骨、腦室、脈絡(luò)膜叢、松果體、垂體的腫瘤，以腦膜瘤最常見。它們常有豐富的血管而又無血腦屏障，所以增強(qiáng)顯