急性脑缺血半暗带的影像学研究进展

急性脑缺血半暗带的影像学研究进展第1页/共34页2023/4/72缺血半暗带(ischemicpenumbra)的概念70年代中期,英国科学家提出缺血后组织丧失电活动,但能维持电位和跨膜离子电位的脑组织区缺血半暗带是指能量代谢保存而血供受抑制的区域临床干预治疗方面将缺血半暗带定义为“基本上可逆”的缺血组织第2页/共34页2023/4/73作为急性脑中风治疗目标的有脑梗死的危险，但仍可挽救的脑组织第3页/共34页2023/4/74一、缺血半暗带的分子及细胞生物学基础缺血半暗带发生在正常灌注组织和坏死核心之间坏死核心由于能量的迅速耗竭导致神经细胞坏死。坏死的细胞释放细胞毒素如谷氨酸盐、钾离子对周围邻近细胞产生二次损害半暗带内细胞在缺血后存活数天，以凋亡形式，对周围组织不会出现二次损害据研究细胞内一定的ATP水平影响细胞的由坏死向凋亡的转化，对抑制脑细胞坏死范围的扩大起到关键作用随着缺血半暗带内部分凋亡细胞被小胶质细胞吞噬，最终导致由缺血而产生的应激反应终止第4页/共34页2023/4/75研究发现在脑缺血发生后半暗带内存在一种丝氨酸/苏氨酸激酶对减少梗死的面积及阻止细胞凋亡起到作用半暗带内因血流减少导致某些基因的表达和蛋白质合成的特异性变化有助于神经元存活,如cfos基因的表达和HSP70的合成一些蛋白如微管相关蛋白、血影蛋白等的合成被认为是半暗带发生不可逆损伤的标志第5页/共34页2023/4/76第6页/共34页2023/4/77二、缺血半暗带的影像学动物实验模型研究脑氧代谢率(CMRO2)与氧摄取分数（OEF）研究发现,猴梗死区CMRO2<45%(与对侧相比),而在半暗带区OEF>125%,CMRO2≥45%,而且两区之间分界明显脑血流量（CBF）和OEF是随时间而改变的,不能用来区分梗死区与半暗带。而CMRO2则比较稳定,在整个再灌注期间,可以作为半暗带与梗死区的鉴别指标

第7页/共34页2023/4/78磁共振波谱（MRS）对大白鼠大脑中动脉线栓模型的连续观察发现活体1HMRS能检测到缺血区代谢物的变化,有潜在识别缺血中心区和周围区的能力在缺血中心区1HMRS除了出现Lac升高,还出现NAA的下降及Cho、Cr不同程度减少等缺血半暗带多只表现Lac升高,而NAA下降不明显第8页/共34页2023/4/79三、缺血半暗带的影像学临床研究缺血半暗带CBF低于20ml/100g.min坏死核心区不可逆损伤的组织其CBF更低,可低于6-10ml/100g.min血流量减少区(oligaemia)CBF低于正常组织而高于半暗带的阈值,它没有神经元功能的衰竭,也无梗死的危险从形态学上来看,从中心到外周为缺血中心区、包绕缺血中心区的半暗带及其外侧的血流减少区第9页/共34页2023/4/710CT灌注技术

利用CBF的相对值(缺血侧CBF与健侧CBF数值的比（CBF)。Klotz等将0.20定为半暗带rCBF的低限CT灌注技术还可根据脑血流容积(CBV)区分梗死和半暗带组织脑组织具有一系列复杂的自动调节血流的机制,当CBF下降后可以通过扩张小动脉等阻力血管使CBV维持在相对正常的范围内具有活性的半暗带组织能发挥这种自动调节机制,表现为CBF下降而CBV正常或轻度增加梗死组织已丧失这种自动调节机制,因此表现为CBF和CBV同时下降

第10页/共34页2023/4/711对DWI与PWI不匹配区的再认识早期大量文献认为DWI上所见的异常信号区为所谓的缺血核心区（core），即不可挽救的完全梗死的脑组织。而PWI上异常信号的容积一般大于DWI所见的范围，两者的差异即为可挽救组织近年的研究对这一概念提出异议部分超早期病例DWI正常DWI异常信号的逆转是否表明缺血组织的可恢复性初次ADC正常区（半暗带内）组织可否挽救

第11页/共34页2023/4/712第12页/共34页2023/4/713第13页/共34页2023/4/714第14页/共34页2023/4/715第15页/共34页2023/4/716第16页/共34页2023/4/717

区分半暗带和良性性血流减少区（病人血流未发生再通）PWI异常，DWI正常，最终出现梗死，所测得ADC值范围及PWI阈值代表半代暗带PWI异常，DWI正常，最终未发生梗死，所测得ADC值范围及PWI阈值代表良性血流减少区第17页/共34页2023/4/718目前研究认为大多数超急性和急性脑梗死患者,PWI和DWI病灶大小比较有以下六种情况DWI所显示异常区域明显小于PWI上rCBV、rCBF图像上信号减低区,即DWI<PWI，临床上55%～70%的上述患者在发病后数小时内表现为此型，多为较大血管及其分支的阻塞。该情况提示DWI显示的异常减低区可能代表梗死核心和一小部分半暗带,而PWI所显示的范围可能代表了梗死核心区和半暗带，积极治疗可能最终减少梗死的区域，其中部分患者即使发病时间超过6h,溶栓治疗仍有效果第18页/共34页2023/4/719第19页/共34页2023/4/720PWI≈DWI,见于大面积的梗死灶,且缺乏侧支循环。提示病灶在发病早期已全属梗死核心，即发生不可逆性损伤，几乎不存在半暗带，这种情况可能意味着缺血组织已发展到不能维持能量的阶段，即使积极治疗，最终梗死区难以缩小。这种情况不宜溶栓治疗，否则易发生出血性梗死

第20页/共34页2023/4/721PWI<DWI,可能是由部分或完全的自发性再通所致，最终病灶不至变大，临床不需溶栓治疗DWI正常，PWI显示灌注缺损，提示为一过性脑缺血，而没有脑梗死DWI正常而PWI不能显示异常灌注缺损区，甚至显示灌注过度区，为一种很少见的情况，其最终梗死区域与DWI显示相仿，可能在PWI成像时导致脑梗死的病因已解除，如自发性溶栓等，而病因解除前形成的梗死区显示为DWI高信号，可以灌注正常或灌注过渡，即反应性充血所致不到10%的患者在出现急性脑缺血症状后早期的PWI和DWI都正常,这可能与超早期自发性再通(TIA)或梗死病灶非常小,超过DWI、PWI分辨率有关第21页/共34页2023/4/722CBF是预测半暗带组织存活的最佳PWI指标有研究认为皮质与白质平均CBF为50mL/100g.min,缺血核心与半暗带CBF分别为20ml/100g.min及31ml/100g.min。CBF为10～20ml/100g.min时缺血区细胞仍可存活一段时间，如血供未能及时恢复，局部神经细胞逐渐死亡第22页/共34页2023/4/723

聚类分析组织特性图Carano等认为单纯依靠DWI/PWI不匹配容积来判断组织的存活性缺乏准确性,因而将T2WI、DWI、PWI图像的多种参数经校准后并运用聚类分析法(KM、FCM、GLM)综合形成组织特性图,能不依赖缺血时间来预测组织发生梗死的危险性,其准确率明显高于单纯的DWI或PWI,对于半暗带的预测准确率达70.3%第23页/共34页2023/4/724

1HMRS对半暗带的研究1HMRS能检测与急性脑梗死有关的乳酸盐(Lac)改变在超急性期和急性期能检测到Lac和N－乙酰天门冬氨酸（NAA）的改变。在超急性脑梗死时，1HMRS就能发现Lac波，这时常规MRI尚未出现异常表现1HMRS发现Lac波表示脑梗死存在，但不能了解神经元存活的情况，即并不意味一定是不可恢复性的脑梗死缺血脑组织Lac出现的水平并不一致，缺血严重的区域和对缺血较敏感的脑区Lac水平常更高，侧支循环出现情况不同Lac水平也不同。梗死区中央的Lac峰值明显高于周边部分，提示周边部分可能是存在缺血但尚未梗死的可逆组织,即缺血半暗带存在第24页/共34页2023/4/725

脑梗死中NAA的变化NAA峰改变的出现经常不及Lac出现的早，可能为神经细胞尚未死亡或NAA变化较慢，脑梗死所致NAA下降，随时间部位不同而各异Lac水平最高的部位，常是NAA降低最严重的部位。在全脑或局灶性脑缺血时，NAA均可下降。梗死区NAA并非均匀减少,中心区NAA减少比病灶周边更明显,提示NAA在病灶内可能还有存活的神经元，即所谓“缺血半暗带”第25页/共34页2023/4/726弥散张量成像（DTI）对半暗带的研究在超急性期、急性期脑梗死病灶的中心区与边缘区，DCavg、FA等值存在明显统计学显著性差异。说明中心区与边缘弥散受限的程度不同，细胞细微结构的破坏不同，即缺血的程度明显不同，在边缘区存在半暗带病程发展到亚急性早期、亚急性晚期中心区与边缘区DCavg、FA等值无明显差异，提示病灶边缘区缺血性损伤进一步加重，可能存在的半暗带组织已逐渐发展为与中心区一样不可逆缺血坏死组织。因此，通过DTI也有助于确定缺血半暗带及治疗时间窗第26页/共34页2023/4/727PET对半暗带的研究PET通过测量CBV、CBF、CMRO2、OEF可用于鉴别可逆和不可逆性损伤缺血组织随着血液动力的改变,可以观察到4种异常的PET表现CBV增加以维持CBF(自身调节)CBF的减少伴随OEF的升高以维持CMRO2(血流减少)CBF和CMRO2的减少伴随OEF的升高(缺血)很低水平的CBF和CMRO2(被假定为不可逆的损伤)。模式3可代表可逆的损伤组织,即缺血半暗带第27页/共34页2023/4/728Marchal等对起病7～17h内的8个卒中病人进行PET研究,在13～14天复查PET和CT,以确定最终梗死体积。结果7个病人具有半暗带性的缺血组织。其半暗带的范围与临床改善显著相关这些研究提示,在卒中24h内,许多病人存在可逆的缺血半暗带;PET能确认是否存在半暗带第28页/共34页2023/4/729四、急性脑缺血半暗带个体化差异根据各种不同因素，病人之间半暗带存在的持续时间也有很大差异这些因素包括血栓的部位、侧支循环供血的程度、低灌注组织内在的对缺血的敏感度程度（如灰质同白质相比）、病人本身的特殊因素（体温和全身性代谢障碍如葡萄糖代谢、酸中毒等）第29页/共34页2023/4/730五、急性脑缺血半暗带对临床治疗的指导意义目前认为,某些经选择的病人,联合应用溶栓和神经保护疗法或神经保护和抗凋亡疗法,证明比单一疗法更有效,但这些疗法的选择都涉及到治疗时间窗问题美国国立卫生研究院的RTPA临床试验将时间窗定在3h内,在其它溶栓和神经保护的临床试验中,时间窗定为6h内,这些规定可能是不全面的。事实上许多未入选的病人仍可能存在缺血半暗带目前有学者主张将缺血程度较轻者，溶栓治疗时间窗延长为起病至24小时，以致72小时第30页/共34页