磁共振PWI技术对重型颅脑外伤高压氧干预时脑血流状态评价的临床应用价值研究

蔡俊，陈勃*，王彩红，方伟，沈均康

脑外伤是危害人类的常见外伤之一。目前我国颅脑外伤发生率约为240人/10万人，主要以交通意外为主，脑外伤发生突然、表现复杂，而且重型颅脑外伤的致残、致死率极高，如果治疗不及时，往往可能留下非常严重的后遗症，对于如何判断重型颅脑外伤后损伤部位的血流动力学变化，对于判断患者的预后具有重要的意义。但以往临床与常规影像学都很难准确地显示及评估这些血流动力学变化。我院脑外科主要以治疗脑外伤病人为主，每年医治脑外伤病人约达700例。为了研究重型颅脑外伤后常规治疗与辅以高压氧治疗后脑血流状态如何通过影像学来显示，本研究尝试适合在常规磁共振设备下能够开展的检查，比较辅以高压氧治疗和无高压氧治疗的各时间段的脑磁共振灌注成像(perfusion weighted imaging，PWI)图像差异，取得相关数据，评价脑磁共振PWI技术在重型脑外伤高压氧干预时脑血流状态的临床应用价值。

1 材料与方法

1.1 一般临床资料与研究标准

选择我院2012年2月至2013年4月期间常规CT扫描显示为重型颅脑外伤的患者28例，所有患者脑组织CT图像有明显挫伤、出血等征象，且Glasgow昏迷评分(Glasgow coma scale，GCS)评分≤8分，年龄25～59岁之间，平均年龄45岁。纳入标准：(1)符合重型颅脑损伤诊断；(2)有PWI检查。剔除标准：(1)非重型颅脑损伤患者；(2)无PWI检查；(3)无法配合完成检查者及语言沟通障碍。共有20例纳入本研究，按住院期间是否行高压氧治疗组(hyperbaric oxygen，HBO)治疗分为HBO治疗组和对照组。对照组10例：开展常规脑外伤治疗，有手术指征者积极行血肿清除或开颅减压术手术，所有患者入院后予脱水、止血、抗感染、营养支持以及后期康复治疗。治疗组10例：在常规治疗的基础上待患者病情稳定、排除禁忌证后辅以HBO治疗。治疗组在每个疗程结束后作一次磁共振PWI检查；对照组病人在相应时间段同样行一次磁共振PWI检查(注：因该项检查的时间间隔较长，所以该项检查均经医院伦理委员会同意及患者本人同意)，取得相关数据进行对比。由2名经验丰富的副主任医师对所获的研究组及对照组治疗前后脑血流量(cerebral blood flow，CBF)和脑血容量(cerebral blood volume，CBV)图像及数据进行对比分析。所有统计学分析均使用SPSS 20.0完成，用以评估高压氧治疗效果。对两组定量资料分析采用独立样本t检验，描述性内容使用均值±标准差形式输出。

1.2 检查设备及治疗方法

CT检查：采用使用西门子Somatom Sensation 64层螺旋CT机，扫描参数：120 kV，370 mAs，层厚5 mm，FOV 23 cm×23 cm。MR常规平扫及PWI：采用Siemens Avanto 1.5 T MR系统，使用头部线圈，仰卧位于扫描，常规T2WI、T1WI及T2WI-FS扫描，层厚5 mm，层间距1 mm。采用对T2敏感的EPI序列连续扫描50次，在第4次扫描结束后经肘静脉快速团注 0.2 ml/kg 的Gd-DTPA，随后注入20 ml生理盐水，每个扫描层面有50幅连续的图像，用于脑血流灌注分析。PWI扫描参数为TR 1480 ms，TE 30 ms，FOV 23 cm×23 cm，矩阵128×128，激励次数1次，共50次，扫描时间1 min 21 s。高压氧舱治疗：采用国产医用加压氧舱，型号GY3200，工作压力0.2 MPa。外伤后待患者病情稳定、排除各项禁忌证后作HBO治疗。将患者置于高压氧舱内，吸纯氧30 min两次，其间吸舱内空气10 min，每日1次，每10次为1个疗程。一般第一阶段先连续治疗2个疗程，然后视病情休息3～5 d后，再进行第二阶段2个疗程治疗，我院的常规治疗计划通常是给病人作4个疗程高压氧治疗。

1.3 图像后处理

PWI原始图像传至西门子工作站，由经验丰富的影像技师对PWI原始图像运用perfusion (MR)软件进行处理，根据造影剂造成磁化敏感的每个像素信号下降的程度，计算出时间-信号强度曲线，所有研究对象在脑损伤脑组织内，避开软化灶及正常脑组织为感兴趣区(region of interest，ROI)，并保持圆形ROI面积恒为30 mm×30 mm。ROI、CBV、CBF值均可通过划定ROI的方式在相对应的图像上获得。由2名经验丰富的副主任医师对所获得局部CBV，局部CBF图像进行分析。

2 结果

图1 左侧颞枕部脑组织外伤后急性缺血呈T1WI低信号改变(箭) 图2～4 病灶在T2WI及DWI呈高信号改变(箭) 图5，6 对照组治疗前后的CBF图像，治疗前右侧颞枕部局部脑血流量较对侧明显降低(图5箭)，治疗后患侧血供虽然有所恢复，但与同层面健侧比较，局部脑血流量有明显差距(图6箭) 图7，8 研究组高压氧治疗前后的CBF图像，治疗前右侧颞枕部局部脑血流量较对侧明显降低(图7箭)，治疗后患侧局部脑血流量较前明显增多，与健侧比较，两侧CBF图脑血流量基本接近一致(图8箭) 图9，10 对照组治疗前后的CBV图像，治疗前右侧颞枕部局部脑血容量较对侧明显降低(图9箭)，治疗后患侧脑血容量有所恢复(图10箭) 图11，12 研究组高压氧治疗前后的CBV图像，治疗前右侧颞枕部局部脑血容量较对侧明显降低(图11箭)，治疗后两侧脑血容量基本恢复一致(图12箭)Fig. 1 The left temporal occipital brain tissue after acute ischemia in T1WI shows low signal (arrow). Fig. 2—4 T2WI and DWI images. High signal intensity (arrow). Fig. 5, 6 The CBF images of control group before and after the treatment, the local cerebral blood flow on the right temporal occipital brain shows signi ficantly lower than the contralateral before the treatment ( fig.5 arrow), the trouble side blood supply recovered after the treatment, but had a gap compared with the contralateral ( fig.6 arrow). Fig. 7, 8 The CBF images of research group before and after hyperbaric oxygen therapy, the local cerebral blood flow on the right temporal occipital brain shows signi ficantly lower than the contralateral before the treatment ( fig.7 arrow), the CBF figure shows almost the same on both sides after the treatment ( fig.8 arrow). Fig. 9, 10 The CBV images of control group before and after the treatment, the CBV on the right temporal occipital brain shows signi ficantly lower than the contralateral before the treatment ( fig.9 arrows), the trouble side blood volume recovered after the treatment ( fig.10 arrows). Fig. 11, 12 The CBV images of research group before and after hyperbaric oxygen therapy, the CBV on the right temporal occipital brain shows signi ficantly lower than the contralateral before the treatment ( fig.11 arrow), CBV shows almost the same on both sides after the treatment ( fig.12 arrow).

TBI后脑组织急性缺血图像见图1～12，在T1WI呈低信号改变(图1)，T2WI呈高信号改变(图2) DWI图像上呈高信号改变(图3，4)。治疗组及对照组在治疗前均做了PWI检查，显示患侧CBF(图5，7)及CBV (图9，11)均较对侧低。治疗组待病情稳定后辅以高压氧治疗，每10次为一个疗程。连续四个疗程高压氧治疗。在每各疗程结束后做磁共振PWI检查，同时对照组也在相同时间段作同样检查，得到治疗后CBF (图6，8)和CBV(图10，12)图像及相关数据。经统计分析，得出治疗组疗效好于常规组，且随时间进展，对照组均值变化不大，研究组均值明显增加，疗效显著。两组CBF、CBV具有明显统计学意义，差异具有显著性(P＜0.05；表1，2)。

表1 各疗程CBF测量值比较Tab. 1 Comparison of CBF measurements at different period of treatment

3 讨论

3.1 脑组织创伤病理生理机制

脑外伤后脑组织的损伤，可能与血流灌注、血管自我调节及水分子扩散障碍异常有关[1-4]。目前比较认可的学说是氧自由基学说，氧自由基在整个脑组织损伤过程中起着重要作用，它可以使氧化巯基致使酶失活、G＜H交联及细胞膜膜脂质过氧化，导致脑组织的损害。在高压氧治疗脑外伤上目前目前比较公认的学说是：HBO下氧自由基的产生会随着氧分压的升高而增高；而另一方面，HBO治疗同时使机体清除自由基的能力增强，从而使自由基的产生与清除保持动态平衡，发挥高压氧对脑外伤的康复治疗作用。实验研究和临床实践证实：在常用的高压氧治疗压力下(0.25 MPa左右)不会诱发和增强氧自由基对机体的危害[5]。

目前高压氧治疗已经广泛应用于临床各科，有研究报道证明，TBI应用高压氧治疗越早疗效越好[6-8]，而早期康复干预对于颅脑损伤患者各种功能的恢复亦具有肯定的效果[9-10]。但是对TBI高压氧治疗后的疗效评价目前还是停留在以临床评估方法即Glasgow昏迷评分为主上，关于磁共振PWI功能成像对其疗效评价的报道极少。目前临床评估方法虽然能较好地评估TBI病人的临床状态，但是不能直接反映TBI的脑组织病理变化，具有一定的局限性，临床评价的指标通常采用临床标准评价表，包括生理、心理、环境、社会关系等4个大项24个小项，评分结果从最低26至最高130分。疗效可以分为良好、中等残疾、重度残疾、植物人状态等级别。

表2 各疗程CBV测量值比较Tab. 2 Comparison of CBV measurements at different period of treatment

3.2 磁共振对脑组织创伤的评估

外伤后脑组织体积的增大或脑内血肿压迫血管常引起局部脑组织缺血，而缺血早期CT不敏感，磁共振的PWI成像优势明显，磁共振常规检查无法对脑组织细微的脑血流变化状态作出明确的评价。但是，随着磁共振的功能成像技术PWI越来越广泛地应用于临床诊断，尤其是目前主流MR设备的功能及图像质量的大幅提高，弥散、灌注、磁敏感等一系列成像序列在全身的广泛应用，相应软件不断完善及改进，而且可以得到相关的数据进行量化分析，因此影像学作为评估脑外伤后脑血流灌注及分子扩散异常的一种新的方法已成为可能[11-16]。本研究利用目前医院临床使用的主流影像设备来测得TBI在有无高压氧干预情况下不同时期脑血流状态的变化。通过磁共振PWI技术获得CBF及CBV图像及相应数据，直观地反映脑外伤不同时期的脑血流状态，临床可操作性强，为TBI高压氧治疗后的疗效评价提供一种更直观也更客观的评价方法。

重型颅脑损伤后，脑组织可以发生各种病理性改变，包括有轴索损伤、脑挫裂伤、缺氧、继发脑缺血、水肿、酸中毒、炎症介质释放、血管内皮损害等等，所有这些病理改变都与脑组织的血流灌注状态有关。而磁共振PWI技术恰好能够对脑组织血流灌注状态有非常好的显示。TBI后脑组织的缺血缺氧是一个需要非常重视的问题，如果不及时纠正，将会造成脑组织的不可逆的损害，使患者致残致死。通常脑组织的耗氧量可以达到人体总需求量的20%以上， HBO治疗能迅速使机体的血氧含量升高，提高血氧在身体内的弥散程度及扩大弥散范围，有效地增加脑组织的有氧代谢，从而改善脑的微循环障碍及缺氧状态，阻断或延缓脑组织损害的发展。能够减轻炎性反应及继发脑损伤的程度，纠正酸中毒，减轻血管内皮损伤，对脑组织起到明显的保护作用；HBO治疗能够减轻脑水肿，同时降低颅内压。因此，HBO治疗已经成为颅脑损伤公认的有效辅助治疗手段之一。

本组病例通过磁共振PWI功能成像，反映出了TBI后脑组织的CBF和CBV在有无高压氧干预情况下的差别。在外伤后高压氧治疗第一个疗程后治疗组和对照组的 CVF和CBV的差别并不是很大，但在第2～4疗程结束后，研究组和对照组的差别就非常明显，研究组的CVF和CBV值均明显高于对照组。在影像学层面上反映出脑外伤后脑组织血流灌注状态及病理生理状态。

重型颅脑损伤经高压氧干预治疗后，研究组PWI图像的CBF及CBV值明显优于对照组，差异具有显著性(P＜0.05)，通过测得的CBF及CBV值，用来反映TBI高压氧治疗后脑血流变化情况。磁共振PWI技术的发展为TBI后脑组织血供变化监测提供了新的有效手段，这为HBO对脑外伤的疗效评估提供了一个新的评估方法，预测TBI预后，包括对外伤后恢复程度、致残可能性、认知及其他功能障碍的预测。所以我们认为磁共振PWI技术能够明确地反映出了TBI后脑组织的CBF和CBV在有无高压氧干预情况下的差别，PWI技术对TBI高压氧干预时脑血流状态的评价是可行的，综上所述，我们认为磁共振PWI技术对重型脑外伤高压氧干预时脑血流状态的评价具有非常高的临床应用价值。