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科研進(jìn)展|腦側(cè)支循環(huán)的MRI 研究進(jìn)展


——馬林 婁昕

腦側(cè)支循環(huán)是指在顱內(nèi)供血?jiǎng)用}狹窄或閉塞時(shí),不能滿足腦組織灌注需求所生成的旁路動(dòng)脈或動(dòng)脈吻合網(wǎng)絡(luò)。側(cè)支循環(huán)作為維持顱內(nèi)血流動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定的代償途徑,具有重要的臨床意義。研究表明,側(cè)支循環(huán)的優(yōu)良與腦血管事件結(jié)局的好壞有顯著相關(guān)性,好的側(cè)支循環(huán)可以提高血管再通治療的成功率,改善缺血區(qū)再灌注,減少梗死區(qū)體積,降低出血性轉(zhuǎn)化的風(fēng)險(xiǎn),有效改善臨床預(yù)后[1],并能降低慢性狹窄或閉塞患者遠(yuǎn)期卒中事件復(fù)發(fā)率[2]。側(cè)支循環(huán)分為三級(jí),一級(jí)為 Willis 環(huán),二級(jí)為經(jīng)眼動(dòng)脈逆流及軟腦膜動(dòng)脈吻合,三級(jí)為新生動(dòng)脈血管。當(dāng)顱內(nèi)供血?jiǎng)用}發(fā)生急性或慢性狹窄及閉塞時(shí),一級(jí)側(cè)支循環(huán)首先開(kāi)放,如果一級(jí)側(cè)支循環(huán)無(wú)法提供足夠的血流灌注,二級(jí)及三級(jí)側(cè)支血管將會(huì)建立[3-4]。


目前評(píng)價(jià)側(cè)支循環(huán)的方法主要是 DSA。其中,美國(guó)介入和治療神經(jīng)放射學(xué)學(xué)會(huì)/介入放射學(xué)學(xué)會(huì) (American Society of Interventional and Therapeutic Neuroradiology/ Society of Interventional Radiology,ASITN/SIR)提出的側(cè)支循環(huán)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)得到了廣泛認(rèn)可,該標(biāo)準(zhǔn)從時(shí)間和空間兩個(gè)層面來(lái)對(duì)側(cè)支循環(huán)情況進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),不僅可應(yīng)用于急性卒中患者,也可用于粥樣硬化性顱內(nèi)動(dòng)脈狹窄或閉塞患者[5-6]。但 DSA 有創(chuàng)、耗時(shí)、成本高,以 CT 及 MRI 為代表的無(wú)創(chuàng)側(cè)支循環(huán)成像方法也越來(lái)越多,正逐步應(yīng)用于臨床。 MRI 對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)成像具有其他影像方法無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì),側(cè)支循環(huán)成像方法更加多樣,而且近年來(lái)發(fā)展迅速[7]。筆者將側(cè)支循環(huán)的 MRI 按照技術(shù)類別進(jìn)行總結(jié)梳理,綜述如下。


MRA


1、相位對(duì)比法 MRA(phase contrast MRA,PC-MRA):

PC-MRA 采用不同的相位編碼方向標(biāo)記血流,當(dāng)血流方向與相位編碼方向相同則表現(xiàn)為白色(有血流信號(hào)),反之為黑色[8]。PC 法可用于評(píng)價(jià) Willis 環(huán),重點(diǎn)關(guān)注大腦前動(dòng)脈 A1 段和后交通動(dòng)脈,并根據(jù)大腦中動(dòng)脈和大腦后動(dòng)脈內(nèi)有無(wú)血液信號(hào),判斷 Willis 環(huán)的血流方向和基本流速,可以反映交通動(dòng)脈開(kāi)放及血流狀態(tài)等信息[9-10]。


2.三維時(shí)間飛躍法 MRA(3D time of flight MRA,TOF-MRA): 

3D TOF MRA 可以顯示前交通動(dòng)脈及后交通動(dòng)脈的解剖結(jié)構(gòu),但是限于空間分辨率及流速限制無(wú)法對(duì)細(xì)小的軟腦膜側(cè)支血管進(jìn)行直接成像;然而 TOF 法可以進(jìn)行顱內(nèi)動(dòng)脈流速測(cè)定,類似于經(jīng)顱多普勒超聲,被稱為量化MRA(quantitative MRA,QMRA),它可以利用各部位動(dòng)脈血管流速信息推測(cè)側(cè)支循環(huán)的建立[11]。



 MR 灌注成像


1、動(dòng)態(tài)磁敏感灌注加權(quán)成像(dynamic susceptibility contrast-enhanced perfusion-weighted imaging,DSC-PWI):

在顱內(nèi)動(dòng)脈狹窄或閉塞的患者中,側(cè)支循環(huán)建立良好表現(xiàn)為平均通過(guò)時(shí)間及達(dá)峰時(shí)間延長(zhǎng),腦血容量(cerebral blood volume,CBV)增加,腦血流量(cerebral blood flow,CBF)維持穩(wěn)定。相反,側(cè)支代償不足或者無(wú)側(cè)支代償則表現(xiàn)為 CBV 及 CBF 明顯下降[12]。Hermier 等[13] 對(duì)急性期大腦中動(dòng)脈和(或)同側(cè)頸內(nèi)動(dòng)脈狹窄或閉塞患者延遲灌注區(qū)(delayed perfusion,DP)和達(dá)峰時(shí)間上顯示的異常灌注區(qū)(global perfusion,GP)進(jìn)行研究,DP/GP 比值越高,患者預(yù)后越好,揭示了側(cè)支循環(huán)延遲灌注的特點(diǎn)。Nicoli 等[14]對(duì) 64 例大腦中動(dòng)脈 M1 段閉塞的靜脈溶栓患者進(jìn)行了前瞻性研究,并提出了一個(gè)基于 PWI 的側(cè)支循環(huán)缺陷分?jǐn)?shù)(normalized collateral circulation deficit, nCCD)指標(biāo),研究結(jié)果顯示 nCCD 與患者入院時(shí)美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院卒中評(píng)分(National Institute of Health Stroke Scale,NIHSS)、梗死容積及 3 個(gè)月功能預(yù)后均具有顯著相關(guān)性。同時(shí),在 3 h 的溶栓時(shí)間窗內(nèi),nCCD 與研究樣本中患者 M1 段再通呈顯著負(fù)相關(guān)。PWI 原始圖經(jīng)過(guò)后處理重建后可以模擬血管造影時(shí)間、空間的動(dòng)態(tài)變化。Kim 等[15]對(duì)頸內(nèi)動(dòng)脈或大腦中動(dòng)脈閉塞患者的 PWI 原始圖像按照時(shí)間排序生成了連續(xù)動(dòng)態(tài)的側(cè)支血流圖(collateral flow map),在 ASITN/SIR 側(cè)支循環(huán)分級(jí)的基礎(chǔ)上,建立了側(cè)支血流圖分級(jí)。結(jié)果顯示側(cè)支血流圖評(píng)級(jí)與 DSA 評(píng)分具有良好的一致性(Kappa=0.7)。


DSC-PWI 一個(gè)重要內(nèi)容是顯示缺血半暗帶,研究表明缺血半暗帶與側(cè)支循環(huán)供血具有直接相關(guān)性,側(cè)支循環(huán)可以明顯改善缺血半暗帶的轉(zhuǎn)歸,對(duì)缺血半暗帶的評(píng)價(jià)可以間接反映局部側(cè)支循環(huán)形成的情況[16]。


2、動(dòng)脈自旋標(biāo)記(arterial spin labeling,ASL)灌注成像技術(shù):

ASL 是利用射頻脈沖將血液中水分子進(jìn)行 180°反轉(zhuǎn),經(jīng)過(guò)循環(huán)到達(dá)目標(biāo)層面進(jìn)行信號(hào)采集,再對(duì)未施加反轉(zhuǎn)脈沖時(shí)同一層面進(jìn)行信號(hào)采集,2 次采集圖像進(jìn)行剪影,便得到腦血流圖。它反映了某一時(shí)刻腦血流量的大小及分布。ASL 受到標(biāo)記效率、衰減時(shí)間及標(biāo)記延遲時(shí)間的影響。ASL分類多樣,經(jīng)過(guò)多年的完善,成像質(zhì)量大幅提高,目前已可進(jìn)行在體腦血流量的測(cè)算,并具有良好的可重復(fù)性[17]。


動(dòng)脈內(nèi)穿行偽影(arterial transit artifact, ATA)是 ASL 上存在的特殊現(xiàn)象,它是由于動(dòng)脈內(nèi)血流速度減慢,被標(biāo)記的血液滯留于血管內(nèi),采集后出現(xiàn)的腦表面匍匐走行、線狀高信號(hào)。ATA 一般出現(xiàn)于病理狀態(tài)所致的腦動(dòng)脈流速減慢,有時(shí)也可以出現(xiàn)在健康人的分水嶺區(qū)域。2000 年,Chalela等[18]對(duì) ATA 最先進(jìn)行了報(bào)道,他們研究了 15 例急性期腦梗死患者,7 例患者出現(xiàn)了 ATA 偽影,根據(jù)隨訪結(jié)果他們發(fā)現(xiàn) ATA 的存在與良好的預(yù)后相關(guān),他們推斷 ATA 的出現(xiàn)可能與軟腦膜動(dòng)脈吻合形成的側(cè)支循環(huán)有關(guān)。之后,Zaharchuk等[19] 對(duì) ATA 進(jìn)行了系統(tǒng)的研究,并在 Moyamoya 病中根據(jù)ATA 出現(xiàn)的強(qiáng)度對(duì)側(cè)支血管進(jìn)行了分級(jí)評(píng)價(jià),與 DSA 金標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的一致性檢驗(yàn)結(jié)果顯示在判斷側(cè)支循環(huán)的有無(wú)及程度上,兩者具有中等一致性(Kappa=0.58),根據(jù) ATA 診斷側(cè)支循環(huán)有無(wú)的敏感度及特異度分達(dá) 0.83 和 0.82,且基于ATA 的評(píng)價(jià)者間一致性更好。Lyu 等[20]利用側(cè)支循環(huán)到達(dá)時(shí)間延遲的特點(diǎn)采用 2 個(gè)標(biāo)記延遲時(shí)間(post labeling delay,PLD)的 ASL 對(duì)單側(cè)大腦中動(dòng)脈中至重度狹窄患者前向血流及側(cè)支血流進(jìn)行區(qū)分,并計(jì)算了病變側(cè)大腦中動(dòng)脈供血區(qū)側(cè)支血流所占比,提出了采用 2 個(gè)甚至多個(gè) PLD 的 ASL 量化側(cè)支血流的可能性。


供血區(qū)動(dòng)脈自選標(biāo)記(territorial arterial spin labeling, TASL),也稱血管標(biāo)記動(dòng)脈自旋標(biāo)記(vessel-encoded arterial spin labeling,VE-ASL),是以 ASL 原理為基礎(chǔ),只對(duì)單根靶血管(如單根頸內(nèi)動(dòng)脈或椎動(dòng)脈)進(jìn)行標(biāo)記,進(jìn)而得到靶血管供血區(qū)域及其內(nèi)腦血流量。這種方法可以直接觀察每根供血?jiǎng)用}的供血范圍,對(duì)交通動(dòng)脈的開(kāi)通以及二級(jí)側(cè)支循環(huán)是否建立一目了然[21]。Chng 等[22]對(duì) 18 例顱內(nèi)或顱外動(dòng)脈狹窄或閉塞患者進(jìn)行了 TASL 和 DSA 檢查來(lái)評(píng)估側(cè)支循環(huán),同樣證明了 TASL 是一種行之有效的側(cè)支循環(huán)評(píng)價(jià)檢查方法。Okell 等[23]還報(bào)道了使用血管標(biāo)記 ASL 進(jìn)行量化側(cè)支循環(huán)的方法。


3、動(dòng)態(tài)對(duì)比增強(qiáng) MRI(dynamic contrast enhancement MRI,DCE MRI):

屬于 MRI 灌注成像的一種,與 DSC 不同的是它是基于 T1 的灌注,是 MR 定量研究的一個(gè)重要方法,廣泛應(yīng)用于多系統(tǒng)的各種疾病中。Chen 等[24]利用 DCE 滲透性技術(shù)對(duì)側(cè)支循環(huán)成像進(jìn)行了前瞻性研究。其理論基礎(chǔ)是在顱內(nèi)動(dòng)脈狹窄患者中,軟腦膜吻合動(dòng)脈建立,但新生的側(cè)支小血管并不成熟,管壁通透性增高,從而推斷容積轉(zhuǎn)運(yùn)常數(shù)(Ktrans)值會(huì)升高。作者收集了 7 例顱內(nèi)動(dòng)脈狹窄患者,根據(jù)滲透性的增高程度對(duì)側(cè)支循環(huán)進(jìn)行評(píng)分,與 DSA 側(cè)支評(píng)價(jià)等級(jí)進(jìn)行了一致性檢驗(yàn),顯示兩者具有良好的一致性(Kappa=0.766)。



  液體衰減反轉(zhuǎn)恢復(fù)(fluid attenuated inversion recovery,F(xiàn)LAIR)序列


FLAIR 序 列 血 管 高 信 號(hào) 征(FLAIR  vascular hyperintensity,F(xiàn)VH)是指在橫斷面 FLAIR T2WI 圖像上,腦表面線狀的高信號(hào),最常發(fā)生在外側(cè)裂,可以在急性卒中患者或者慢性顱內(nèi)動(dòng)脈狹窄或閉塞患者中觀察到。研究顯示這種血管內(nèi)高信號(hào)來(lái)自側(cè)支循環(huán)的逆向血流,在側(cè)支循環(huán)建立的患者中大多可以觀察到 FVH 征象[25]。Sanossian 等[26]對(duì) 74 例急性卒中患者進(jìn)行了回顧性對(duì)比分析,53 例患者可觀察到 FVH 征象,F(xiàn)VH 與 DSA 上顯示豐富的軟腦膜側(cè)支動(dòng)脈相關(guān),作者提出 FVH 可能是來(lái)自側(cè)支循環(huán)的緩慢血流所致。Lee 等[27]對(duì)大腦中動(dòng)脈狹窄患者供血區(qū) FVH 的出現(xiàn)進(jìn)行了研究,發(fā)現(xiàn) FVH 是由于血管閉塞后側(cè)支血流建立所致,根據(jù) FVH 明顯程度進(jìn)行的分級(jí)與患者卒中嚴(yán)重程度負(fù)相關(guān),與缺血半暗帶面積正相關(guān),這項(xiàng)研究進(jìn)一步證實(shí)了 FVH是側(cè)支循環(huán)建立的標(biāo)志。雖然 FVH 主要出現(xiàn)在前循環(huán)供血范圍內(nèi),但是后循環(huán)也可以出現(xiàn)。F?rster 等[28]發(fā)現(xiàn)在 10 例后循環(huán)基底動(dòng)脈閉塞患者中,8 例出現(xiàn) FVH 征象,29 例大腦后動(dòng)脈閉塞患者中有 18 例出現(xiàn) FVH 征象,雖然 FVH 預(yù)測(cè)患者預(yù)后價(jià)值有限,但與 4D MRA 側(cè)支成像聯(lián)合使用可以改進(jìn)側(cè)支循環(huán)評(píng)價(jià)的有效性,且與預(yù)后存在潛在相關(guān)性。



磁敏感加權(quán)成像(susceptibility weighted imaging,SWI)


SWI 在腦血管病中有諸多應(yīng)用,它可以利用對(duì)靜脈的顯示來(lái)評(píng)價(jià)側(cè)支循環(huán)。顯著的皮層靜脈(prominent cortical veins,PCV)是指在灌注減低的區(qū)域內(nèi)明顯的皮層靜脈血管,它是由于靜脈內(nèi)氧攝取指數(shù)(oxygen extraction fraction,OEF)增加所致,即靜脈及毛細(xì)血管內(nèi)去氧血紅蛋白與含氧血紅蛋白的比值增高,PCV 可以反映出組織的缺血狀態(tài)和程度。Verma 等[29]進(jìn)行了 PCV 與軟腦膜側(cè)支循環(huán)的相關(guān)性的研究,他們納入了 33 例大腦中動(dòng)脈 M1 段閉塞的急性卒中患者,對(duì) PCV 與 DSA 軟腦膜側(cè)支血管評(píng)級(jí)進(jìn)行相關(guān)性分析,發(fā)現(xiàn)軟腦膜側(cè)支循環(huán)分級(jí)與 PCV 的程度顯著負(fù)相關(guān)。軟腦膜側(cè)支血管豐富,PCV 出現(xiàn)較少。


不同成像方法間的比較


雖然 MR 側(cè)支循環(huán)成像方法很多,評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)多樣,但是目前廣泛應(yīng)用于臨床的主要集中在灌注成像。灌注成像中 ASL 作為一種無(wú)創(chuàng)、簡(jiǎn)易可行的 MR 檢查方法,在側(cè)支循環(huán)評(píng)價(jià)中也獨(dú)具特色,是目前側(cè)支循環(huán)領(lǐng)域研究的一個(gè)熱點(diǎn)。TASL 能夠全面描述側(cè)支血流的來(lái)源和所占比例,同時(shí)能夠進(jìn)行定量評(píng)估,具有很大的臨床應(yīng)用價(jià)值。側(cè)支血管的滲透性成像為側(cè)支血管,尤其是三級(jí)側(cè)支循環(huán)評(píng)價(jià)提供了新的視角。MR 側(cè)支循環(huán)成像方法間同樣也存在問(wèn)題,首先是由于側(cè)支循環(huán)評(píng)價(jià)目前尚缺乏金標(biāo)準(zhǔn),許多僅僅是進(jìn)行了方法學(xué)之間一致性分析,缺乏與臨床預(yù)后相關(guān)的后續(xù)研究;其次是成像的多樣性帶來(lái)了評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的不統(tǒng)一,各個(gè)方法間倚重點(diǎn)的差異導(dǎo)致方法學(xué)的不一致性[30]。


綜上所述,側(cè)支循環(huán)在指導(dǎo)缺血性腦血管病治療策略的選擇中具有重要的作用,已成為缺血性腦血管病多模態(tài)影像評(píng)估中的重要內(nèi)容。側(cè)支循環(huán) MR 成像方法多樣,評(píng)價(jià)手段豐富,而且不乏完全無(wú)創(chuàng)的、可重復(fù)檢查的方法,優(yōu)勢(shì)突出,是側(cè)支循環(huán)評(píng)價(jià)的一個(gè)重要發(fā)展方向。


參考文獻(xiàn)略

  

全軍放射專業(yè)委員會(huì)推廣課程


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