成人烟雾综合征脑灌注与组织微结构损伤的区域差异性研究

《Scientific Reports》：Regional disparities in cerebral perfusion and brain tissue microstructure damage in adult patients with Moyamoya syndrome

　　本研究针对成人烟雾综合征（MMS）患者脑灌注与组织微结构损伤的区域差异这一临床难题，通过联合CT灌注（CTP）和体素内不相干运动（IVIM）成像技术，首次系统比较了颞叶与基底节区在不同缺血等级下的血流动力学与微结构改变。研究发现颞叶区域相较于基底节区更易出现灌注损伤（rTTP、rMTT显著延迟）和微结构损害（ADC、D*、f值变化显著），且两者参数间相关性微弱，提示IVIM可提供超越传统灌注成像的独特微血管信息，为MMS的精准评估提供了新的影像学生物标志物。

　　

在大脑的精密血管网络中，烟雾综合征（Moyamoya Syndrome, MMS）是一种罕见的脑血管疾病，其特征是颅内大动脉的进行性狭窄或闭塞，尤其在颈内动脉末端和大脑前、中动脉的起始部，同时在大脑底部形成异常脆弱的侧支血管网，因其在血管造影上的形态似“烟雾”而得名。这种病变导致脑血流动力学严重受损，患者常常遭受缺血性卒中或短暂性脑缺血发作的困扰。更棘手的是，长期慢性缺血还会对脑组织微结构造成潜移默化的损害，这可能与患者认知功能下降密切相关。因此，准确评估MMS患者脑组织的血流灌注情况和微观结构变化，对于判断手术时机和预测预后至关重要。

然而，由于MMS患者脑血管狭窄和侧支循环的复杂性，大脑前循环不同脑区的血流动力学和微结构改变并不一致。例如，主要由大脑中动脉皮质支供血的颞叶，与主要由穿支动脉（如豆纹动脉）供血的基底节区，其血流灌注模式和缺血耐受能力可能存在显著差异。理解这种区域性差异，对于全面评估病情、制定个体化治疗策略具有重要意义。但目前，专门比较MMS患者不同脑区（特别是皮质区的颞叶和中央区的基底节） hemodynamics （血流动力学）和 microstructure （微结构）差异的研究尚显不足。

为了解决这一科学问题，由凌云高、王晓莉等研究人员组成团队在《Scientific Reports》上发表了他们的最新研究成果。他们创新性地联合应用了两种先进的影像学技术：CT灌注成像（CTP）和体素内不相干运动（IVIM）成像。CTP是一种成熟的无创评估脑血流灌注的技术，能够定量分析脑血流量（CBF）、脑血容量（CBV）、平均通过时间（MTT）和达峰时间（TTP）等参数。而IVIM是一种无需注射对比剂的磁共振扩散成像技术，它通过采集多个b值下的信号，利用双指数模型可以分离出反映纯粹水分子扩散的D值、与微血管灌注相关的假性扩散系数D*以及灌注分数f，从而同时评估组织微结构和微循环灌注情况。

本研究回顾性纳入了济宁医科大学附属医院确诊的22名成人MMS患者（共44个大脑半球），所有患者均接受了头颅CTP和IVIM检查。研究人员根据患者的临床症状和影像学表现，将所有大脑半球分为四个缺血等级：0级（正常型）、1级（无症状型）、2级（不典型症状型）和3级（典型缺血型）。他们在CTP和IVIM图像上分别于双侧颞叶、基底节区（豆状核）以及作为参考区的脑桥放置感兴趣区（ROI），测量了相对的CTP参数（rCBF, rCBV, rMTT, rTTP，即目标区域与脑桥参数的比值）和绝对的IVIM参数（ADC, D, D*, f）。随后，他们系统比较了不同缺血等级下颞叶和基底节区这些参数的差异，并分析了CTP与IVIM参数之间的相关性。

主要关键技术方法

本研究的关键技术包括：1） 使用CT灌注成像（CTP）定量评估脑血流动力学参数（CBF、CBV、MTT、TTP），并以脑桥为参考计算相对值；2） 应用基于多b值（0-2000 s/mm2）采集的体素内不相干运动（IVIM）磁共振成像，通过双指数模型分离提取扩散参数（D）和灌注相关参数（D*, f），同时计算表观扩散系数（ADC）；3） 基于临床症状和影像（DWI）对患者及大脑半球进行缺血等级分级（正常、无症状、不典型、典型缺血）；4） 所有影像学测量由两名经验丰富的神经放射科医师手动勾画ROI完成，并采用组内相关系数（ICC）评估观察者间一致性。研究队列为22名来自济宁医科大学附属医院的成人MMS患者。

Differences in CTP parameters among different ischemia grades

研究结果显示，在脑灌注方面，颞叶区域对缺血更为敏感。随着缺血等级的升高，颞叶的相对平均通过时间（rMTT）和相对达峰时间（rTTP）均显著延长（总体p值分别为0.018和0.002）。事后检验表明，对于rTTP，缺血等级1、2、3均较等级0出现显著延迟。相比之下，颞叶的相对脑血容量（rCBV）虽有增加趋势，相对脑血流量（rCBF）有下降趋势，但未达到统计学显著性。与此形成鲜明对比的是，在基底节区，CTP参数的变化相对温和。仅有rTTP随着缺血等级升高表现出显著的总体性延迟（总体p=0.011），而rCBV、rCBF和rMTT均无显著差异。这表明颞叶的灌注损伤，特别是血流速度的延迟，远比基底节区更为严重。

Differences in IVIM parameters among different ischemia grades

在脑组织微结构评估方面，IVIM参数同样揭示了区域差异性。在颞叶，表观扩散系数（ADC）值随着缺血等级升高而显著增加（总体p=0.011），特别是在典型缺血型（3级）中ADC值显著高于其他等级。此外，假性扩散系数D和灌注分数f也表现出显著的总体差异（总体p值分别为0.041和0.043）。D值呈现波浪式下降趋势，而f值则呈现波浪式上升趋势。然而，在基底节区，所有IVIM参数（ADC、D、D、f）在不同缺血等级间均未显示出显著差异。这提示IVIM参数，特别是ADC、D和f，能够敏感地检测到颞叶区域的微结构损伤和微循环改变，而基底节区则表现出一定的“耐受性”或“保留现象”。

Correlation analysis between the parameters of IVIM and CTP

为了探究CTP与IVIM参数之间的关系，研究人员进行了相关性分析。结果发现，两者之间的相关性普遍较弱。在颞叶区域，仅D值和D*值与rTTP存在弱相关（r=0.36, p=0.016； r=-0.34, p=0.025）。在基底节区，仅ADC值和f值与rMTT存在弱相关（r=-0.31, p=0.037； r=0.37, p=0.014）。其他参数之间均未发现显著的统计学相关性。这一结果表明，IVIM所获取的微血管和组织微结构信息，与传统CTP所反映的血流动力学信息具有互补性，而非简单重复。

讨论与结论

本研究主要有三大发现。首先，它明确揭示了MMS患者脑灌注和微结构损伤存在明显的区域差异性：与基底节区相比，颞叶更容易且更早地出现血流动力学障碍和组织微结构损害，并且损伤程度随缺血等级加重而加剧。其次，在IVIM多个参数中，ADC、D*和f是检测微结构损伤的敏感指标。最后，IVIM参数与CTP参数之间微弱的相关性提示，IVIM作为一种无创、无辐射的磁共振技术，能够提供关于组织微血管架构和血流特征的独特信息，这是传统灌注成像所无法捕获的。CTP主要反映的是由于大动脉狭窄导致的净血流流入受损，而IVIM则对适应性的微血管网络本身的特性更为敏感。

本研究的意义在于，它首次系统比较了MMS患者颞叶与基底节这两个关键脑区的多模态影像学特征，证实了“基底节保留”现象的存在。这为理解MMS的病理生理机制提供了新的视角，即基底节区可能通过豆纹动脉等穿支血管的代偿性扩张和增生，在一定程度上维持了相对稳定的灌注和微结构。此外，研究结果凸显了IVIM成像在MMS评估中的潜在价值，它不仅能够评估微结构完整性，还能提供独特的、与CTP互补的微循环信息，特别适用于需要避免对比剂或辐射暴露的脆弱人群及长期随访。

当然，本研究也存在一些局限性，如样本量相对较小、回顾性设计可能引入选择偏倚、使用脑桥作为参考区域存在固有风险、缺血分级依赖于临床症状存在主观性等。未来的研究需要更大样本量的前瞻性设计，并结合更客观的定量生物标志物和详细的侧支循环评估，以进一步验证和深化这些发现。

总之，这项研究有力地证明，在应对MMS导致的缺血时，基底节区的脑灌注和微结构改变远不如颞叶明显。研究结果表明，IVIM衍生参数能够提供超越传统血流动力学灌注成像范畴的、关于组织微血管状态的互补且独特的信息，有望增强对MMS缺血病理生理学的全面评估能力，为临床精准诊疗提供新的影像学依据。