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1、CT灌注成像在颅脑的临床应用研究CT扫描是最常用的颅脑影像学检查方法，长期以来，人们一直在探索应用CT扫描进行脑组织血液循环动力学的研究1,2。随着设备的不断进步，以观察脑组织血流灌注状况为目的的脑CT灌注（CT perfusion）成像研究日益增多。在影像医学的历史上，使用放射性核素作为示踪剂的核医学一直是观察器官代谢的主要影像方法。核医学研究组织灌注的机理在于自静脉团注示踪剂后，示踪剂自左心室射出，随血流到达所观察组织，其浓度不断升高，最终达到峰值。因此，组织血流量(organ blood flow,OBF)与心输出量(cardiac output,CO)的关系是3：OBF/CO= gkA
2、a/gaD式中gk为组织时间-密度曲线的最大斜率；ga为动脉时间-密度曲线的最大峰值；为除外组织对示踪剂的再循环的影响，使用变量校正时间-密度曲线，A是组织时间-密度曲线与动脉时间-密度曲线的相交点，D为注射的药物剂量；a 为cm/s与伯克勒尔射线的校正系数。Hamberg等4认为，使用等渗性对比剂的动态CT增强扫描基本能满足使用示踪剂观察组织灌注的5个重要的前提条件：(1)扫描设备的空间分辨率必须足够高，以区分感兴趣的解剖结构及与周围组织的关系；(2)检测系统的时间分辨率必须足够高，以计算所研究生理过程中奔?变量变化关系；(3)所测量的信号变化与组织强化的对应关系必须是唯一确定的；(4)示踪
3、剂所反映的生理过程不受所注入的示踪剂影响；(5)所研究的生理过程在测量计算期间保持稳态。Miles等5，6也认为由于放射学对比剂与放射性核素的药代动力学非常相似，因此，上述原理也可适用于对比剂。且由于A的单位是HU时间单位，对比剂剂量也可使用HUml表示（1g碘相当于25 HUml），因此，就可不需要校正系数。可通过以下公式计算得出灌流量：灌流量（ml/minml）=组织增强最大比值（HU/min）/动脉增强的峰值（HU）因此，动态增强CT 可以进行组织的灌注研究。自90年代初，Miles等5-7相继进行了肝脏、胰腺等脏器CT灌注成像研究。1992年，日本东芝公司的Terada等8首先报道了脑
4、肿瘤的CT灌注成像。由于目前的脑CT灌注成像计算模型的前提条件是血脑屏障保持完整，对比剂完全在血管内被稀释，无血管外渗漏4,9-11。故脑CT 灌注成像现多应用于观察急性脑缺血时脑组织血液灌注状况。 一、脑CT灌注图像在急性脑缺血早期诊断中的应用（一）研究背景急性脑缺血是临床常见的脑血管疾病，近年提出的缺血半暗带理论（ischemic penumbra）认为，在正常区与严重缺血区之间存在中间区，即边缘带，这部分组织是功能性电活动可恢复区，但这种恢复具有一定的时间限制。实验及临床研究证明，中风发病34小时后，缺血半暗带将发展成为不可逆的梗死灶，尽可能地保存、挽救缺血半暗带内有活力的组织是近年来的
5、治疗重点。所以目前急性缺血性脑卒中成像的关键在于寻找一种特征性判定可恢复性脑组织区域及梗死灶范围的成像方法，以利于确定适当的治疗方案（包括选择溶栓的时机)12。常规急性发病的卒中病人均行急诊CT扫描，平扫CT图像首先除外是否有颅内出血。由于急性脑缺血时，主要变化是水含量以及电解质含量的变化，一般认为，脑缺血早期，尤其是在最初2小时内，CT值的变化范围非常小，约在2.65 HU之间。因此，平扫CT图像一般仅能观察到脑沟消失、脑室受压、中线移位、脑组织肿胀等征象13。反映脑组织血液循环动力学的指标有：rCBV（局部脑血容积）、rCBF（局部脑血流速度）、MTT（平均通过时间）；其关系是：rCBV
6、= rCBFMTT。rCBF反映的是组织内血流量；MTT指的是对比剂通过感兴趣区的平均时间，主要是对比剂通过毛细血管的时间；rCBV计算的是感兴趣区内包括毛细血管和大血管在内的血管床容积。对比剂到达正常灌注区域造成组织强化时，CBF 与CBV成比例关系，并相互依赖；而急性脑缺血病人由于侧支循环代偿水平以及局部脑组织生化代谢等方面的不同，这3个参数的变化也不完全一致14。动态增强CT扫描是利用血管内的造影剂所引起的感兴趣区组织的强化，根据不同的数学模型, 计算这些参数。这种脑组织动态密度变化（HU）表示的是位于体素内血管结构的信号变化10。因此，血脑屏障保持完整，对比剂无外渗的前提是非常重要的。
7、由于CT 灌注成像时，血流灌注参数的计算取决于血管内对比剂所引起的动态强化，因此Nambu9与Hamberg12等提出了灌注血流“CBP（cerebral blood perfusion ）” 及灌注血液容积“PBV”（perfused blood volume）”等参数。（二）脑CT灌注成像主要研究方法1德国西门子公司的脑CT 灌注成像研究方法15,16的理论基础是Miles等3 等提出的灌流量计算公式。首先进行普通CT扫描，选定某一层面为重点观察层面；然后静脉内快速（团注法，78ml/s）注入50ml碘必乐后，对选定层面进行单层连续扫描，约3040秒（层厚10mm，120kV，165210
8、mA，扫描速度为1层/秒）；获得感兴趣区动态时间-密度曲线后，通过计算机处理，并使用256彩色显示每个像素的血流灌注状态。2.日本东芝公司Nambu等9脑CT 灌注研究的临床扫描方法与西门子公司基本相似，其理论依据是动态CT扫描后得到的感兴趣区（ROI）与动脉的时间-密度曲线之间是传递调制函数（modification transfer,MTF）关系，因此可以通过1个包含2个参数的“箱式-MTF”计算模型（“BOX-MTF model”）以计算CBP与MTT：MTF(t)=hCBP(0tMTT)式中h为红细胞压积校准常数，以校正毛细血管与大血管之间的造影剂密度差别。h=(1-Ht)(1-bHt
9、)，Ht是大血管内的红细胞压积值，bHt是组织内红细胞压积值，b为0.69。根据CBV=MTTCBP，可得到CBV、MTT、CBP等血流灌注参数。3由于上述2种方法均得到单层的灌注图像。因此美国的Hamberg等4,10-12 以3ml/s的速度注射100ml非离子型对比剂，通过螺旋扫描，得到每个体素内的HU值（CT值变化），计算绝对PBV值（灌注血液容积，ml/100 g of tissue）PBV=(HU brain/HU blood) VvoxelNVvoxel 是体素体积；N表示每100g脑组织所含的体素数；脑组织密度参考值为1.05g/ml；采用0.85作为大-小血管间红细胞压积校正
10、参数。同时，使用螺旋扫描的体积数据可以重建得到CT血管造影(CTA)图像。此种方法最终可得到多层面的PBV图像以及CTA图像。这种设计的优点在于可得到多层面的信息；并且可结合PBV功能图与直观的CTA图像综合评价组织的灌注状况。（三）脑CT 灌注成像的质量控制这3种脑研究方法均可获得灌注图像，但图像质量受扫描条件、对比剂注射总量及注射速度、原始图像重建条件等多种因素影响，其中最主要的是HU/噪声比。由于个体差异，主要是心输出量的不同，为获得最佳增强效果，尤其是对于合并房颤等疾病的病人，从团注对比剂至开始动态扫描的延迟时间也应根据具体情况而改变。Hunter等11认为应使用图像配准技术以减少病人
11、运动伪迹。此外，量子噪声的测试是使用多聚乙烯模型，动态连续7次扫描，测量10个像素大小的感兴趣区，误差应在3 HU范围内。 Miles3认为，在临床实际应用中，应尽量选择不小于50个像素的感兴趣区进行观察和计算，以避免量子噪声及部分容积效应的影响。（四）临床应用及影像学比较Koenig和Gillard等15，16在使用脑CT灌注成像进行急性脑缺血早期诊断的临床应用研究中，可观察到病变区灌注功能参数的异常变化，所计算得到的脑灰、白质的灌注值与正电子发射计算机断层成像(PET)法基本符合。Nambu等9-11 均报道使用CT灌注成像可以早期显示急性脑缺血病灶，半定量分析脑组织血流灌流状态除应用于缺
12、血性卒中超急性期诊断，CT灌注成像还可应用于观察其他缺血性疾病脑组织的血流灌注变化。尽管目前氙CT，PET，单光子发射计算机断层成像（single photon emission computed tomography, SPECT）以及MR灌注成像（MR perfusion）等方法可提供脑血流量等组织灌注信息，但Na等17认为， PET与SPECT需使用核素，且同氙CT一样都需要特殊的成像设备，以及具有图像采集时间长等缺点，限制了其临床应用。MR弥散成像(MR diffusion)可以观察早期缺血变化，MR灌注成像可评价组织血流灌注，但这2种技术都只能在具有平面回波成像（echo plana
13、r imaging, EPI）能力的MRI机器上使用，尚不能广泛应用于临床。与其他影像方法相比，脑CT 灌注成像的优点在于其可以观察脑组织灌注状态；图像的空间分辨率和时间分辨率高；CT扫描是颅脑疾病尤其是急性卒中病人最常用的影像学检查手段，具有可推广性；通过计算血流量，协助诊断早期脑缺血，判断缺血范围并推测半暗带区域，评价侧支循环；随访观察病变发展变化，以及进行临床治疗效果评估。由于目前脑缺血超早期溶栓时机多根据起病时间来决定，不够准确和客观，与常规CT扫描等临床检查方法相结合，脑CT灌注成像为合理选择溶栓等治疗方法提供了可半定量分析的手段。其缺点主要是：需要注射对比剂，对碘剂过敏的病人不能使
14、用；需要快速团注对比剂，并非全部病人都可耐受；只能做单层或几个层面的观察，所能提供的灌注信息有限；病人受到X线辐射。 二、脑CT灌注成像在颅内肿瘤等方面的应用研究众所周知，颅内肿瘤注射造影剂后增强的原理是血脑屏障破坏或无血脑屏障。因此，如果使用上述3种研究急性脑缺血的脑CT 灌注成像计算方法观察肿瘤组织的灌注，则会造成误差，但可使用上述方法观察瘤周组织的灌注状况。1992年，Terada等8通过对脑肿瘤的动态时间-密度曲线的分析，计算得到CBV及局部细胞外液容积等多个功能参数，并绘制了相应的功能图，从而可观察颅内肿瘤血管渗透性。但与急性脑缺血研究模型相比，脑肿瘤的组织学特性更为复杂，灌注值计算
15、更为困难，现尚属于初步研究阶段4,8。综上所述，目前CT 灌注成像实质上观察的是脑组织在毛细血管期的血液灌注状况。现在这项技术主要应用于与DSA等其他影像学检查相结合，进行急性脑缺血的早期诊断，随访观察病变发展及溶栓等临床治疗方法的疗效。随着CT扫描设备的发展（如快速电子束CT9 以及多层CT的应用18），及脑CT灌注计算方法的完善19，可逐步用于观察皮层功能区灌注变化和脑肿瘤等病变的灌注状况等。因此，这项技术是一种临床适用范围广泛的非常有发展前途的成像技术。参考文献1Penn RD, Walser R, Ackerman L. Cerebral blood volume in men computer analysis of a computerized brain scan. JAMA, 1975,234:1154-1155.2Dobben GD, Valvassori GE, Mafee MF, et al. Evaluation of brain circulation by rapid rotational computed tomography. Radiology,1979,133:105-111.3Miles KA. Measurement of tissue perfusion by dynamic co
