CT灌注成像的基本原理及腦部的臨床應用

關于CT灌注成像的基本原理及腦部的臨床應用第一頁，共二十三頁，2022年，8月28日灌注（Perfusion）

血流通過毛細血管網(wǎng)，將攜帶的氧和營養(yǎng)物質輸送給組織細胞的重要功能。

CT灌注（CT

perfusion）技術最早由Miles于1991年提出，并先后對肝、脾、胰、腎等腹部實質性臟器進行了CT灌注成像的動物實驗和臨床應用的初步探討。第二頁，共二十三頁，2022年，8月28日灌注成像兩個方面的內容一是采用對水分子微量運動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方法來動態(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腫瘤的血管分布，了解腫瘤的性質和觀察腫瘤對于放射治療和/或化療后的反應。第三頁，共二十三頁，2022年，8月28日CT灌注成像

在靜脈注射對比劑同時，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間－密度（time-densitycurve，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。第四頁，共二十三頁，2022年，8月28日CT灌注成像的理論基礎

核醫(yī)學的放射性示蹤劑稀釋原理和中心容積定律(centralvolumeprinciple)：

BF=BV/MTT

增強CT所用的碘對比劑基本符合非彌散型示蹤劑的要求，所以可以借用核醫(yī)學灌注成像的原理。第五頁，共二十三頁，2022年，8月28日參數(shù)根據(jù)TDC利用不同的數(shù)學模型計算：血容量(bloodvolume,BV)指存在于一定量組織血管結構內的血容量(ml/g)對比劑平均通過時間(meantransittime,MTT）指血液流經(jīng)血管結構時,包括動脈、毛細血管、靜脈竇、靜脈，所經(jīng)過的路徑不同，其通過時間也不同，因此用平均通過時間表示，主要反映的是對比劑通過毛細血管的時間(S)第六頁，共二十三頁，2022年，8月28日對比劑峰值時間（Transittimetothepeak，TTP）TDC上從對比劑開始出現(xiàn)到對比劑達峰值的時間(S)血流量(bloodflow,BF)單位時間內流經(jīng)一定量組織血管結構的血流量(ml/min/ml)；毛細血管通透性/表面通透性對以上參數(shù)進行圖像重建和偽彩染色處理得到上述各參數(shù)圖。第七頁，共二十三頁，2022年，8月28日CT灌注成像使用的數(shù)學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（對比劑由動脈進入毛細血管到達靜脈之前一段時間內，沒有對比劑進入靜脈再次循環(huán)的現(xiàn)象）去計算BF、BV、MTT等參數(shù)。第八頁，共二十三頁，2022年，8月28日去卷積數(shù)學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間的變化量，其并不用對組織器官的血流動力學狀況預先做一些人為的假設，而是根據(jù)實際情況綜合考慮了流入動脈和流出靜脈進行數(shù)學計算處理，因此更真實反映組織器官的內部情況。第九頁，共二十三頁，2022年，8月28日

總之，非卷積數(shù)學方法概念相對簡單，便于理解，但易低估BF，注射對比劑進要求注射流率大，增加了操作難度和危險性。而去卷積數(shù)學方法計算偏差小，注射速度要求不高（一般4～5ml/s），預計去卷積法將會被廣泛應用。第十頁，共二十三頁，2022年，8月28日灌注成像的臨床應用（一）顱腦病變1．腦缺血性病變灌注成像分析腦血液動力學改變，通過評價腦血流（cerebralbloodflow，CBF）、腦血容量(cerebralbloodvolume，CBV)及平均通過時間(meantransitiontime，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。第十一頁，共二十三頁，2022年，8月28日

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：①灌注不足：MTT明顯延長，rCBV減少，rCBF明顯減少②側支循環(huán)信息：MTT延長，rCBV增加或尚可③血流再灌注信息：MTT縮短或正常，rCBV增加，rCBF正常或輕度增加第十二頁，共二十三頁，2022年，8月28日④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重減少，rCBV的減少是最直觀的指標，它反映單位質量內血容量減少。當腦局部灌注壓下降時，腦組織可以通過一定的自我調節(jié)機制使局部血管床擴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，有望幫助臨床及時判斷病變進展。第十三頁，共二十三頁，2022年，8月28日2．顱內占位性病變評價顱內腫塊性病變時CBV是最有用的參數(shù)。測量CBV作為輔助指標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)分顱內腫瘤類型、確定其生物學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性好。第十四頁，共二十三頁，2022年，8月28日原發(fā)膠質瘤膠質瘤的血管增生程度是決定病理學分級的重要參數(shù)之一，目前臨床上采用微血管密度計數(shù)作為評價膠質瘤血管生成的金標準，隨著膠質瘤惡性程度的提高，其微血管密度也在提高。而從總體上看，腫瘤惡性程度越高rCBV值越大，即多形膠母>間變性星形細胞瘤>低級別膠質瘤，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，從而達到對膠質瘤分級的目的。第十五頁，共二十三頁，2022年，8月28日立體定向引導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確分級。常規(guī)增強CT或MRI所顯示的增強區(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)檢查不增強的腫瘤，更是一個有效的補充。第十六頁，共二十三頁，2022年，8月28日評價治療效應抗血管生成藥物的進展使其能夠主動選擇性分離破壞腫瘤血管，可附加于腦腫瘤化療方案中。膠質瘤手術、放療、化療后均需要影像檢查評價腫瘤活性，但常規(guī)CT或MRI增強并不能準確顯示腫瘤進程及腫瘤血管。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MRI相比能更好地反映患者臨床狀況的變化。第十七頁，共二十三頁，2022年，8月28日鑒別膠質瘤腫瘤復發(fā)和治療性壞死鑒別腫瘤復發(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，而腫瘤復發(fā)為血管新生。在所有影像學方法中，PET對鑒別較有幫助；但設備昂貴，不能作為常規(guī)診斷手段。灌注成像的CBV圖能夠反映腫瘤復發(fā)和放射性壞死在血管分布上的病理差異。第十八頁，共二十三頁，2022年，8月28日腦膠質瘤病腦膠質瘤病是一種罕見腫瘤，病理特征是中度多形的膠質細胞沿正常結構內浸潤而不破壞它，病變區(qū)細胞數(shù)量增多但無腦實質破壞和新生血管。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。第十九頁，共二十三頁，2022年，8月28日腦轉移瘤腦轉移瘤多為血行轉移，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，但其內的毛細血管床正常；腫瘤邊緣以外無腫瘤細胞浸潤。孤立、實性轉移常需與原發(fā)腫瘤鑒別。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明顯高于轉移瘤，這可能就是轉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胞浸潤的本質差異的反映。第二十頁，共二十三頁，2022年，8月28日腦原發(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。在診斷上,常規(guī)影像有時很難鑒別腦原發(fā)淋巴瘤與多形膠質母細胞瘤。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顯著特征就是以血管為中心生長、形成多層環(huán)形結節(jié)并使血管周圍間隙擴大。雖然腫瘤細胞可侵犯血管內皮甚至侵入血管腔內，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增強明顯強化而rCBV較低。有時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。第二十一頁，共二十三頁，2022年，8月28日腦外腫瘤顱內腦外腫瘤是指起源于顱內非腦實質組織如腦膜、硬膜、顱骨、腦室、脈絡膜叢、松果體、垂體的腫瘤，以腦膜瘤最常見。它