脑血管狭窄时脑血管储备和侧枝循环形成的多模态影像学研究

Cerebrovascular reserve (CVR) is the major compensatory mechanism during hypoperfusion. Cerebral infarction and cognitive dysfunction often occur to patients with cerebral vascular stenosis. It includes the brain structure reserve (collateral circulation), the cerebral blood flow reserve, the brain function reserve (oxygen metabolism reserve) and the brain metabolism reserve. At present, CVR is evaluated by comparing perfusion parameters between the basic state and the excited state through CT perfusion. Perfusion parameters only can reflect the cerebral blood flow (CBF) but cannot reflect oxygen metabolism. And they can directly reflect the oxygen uptake of brain tissue. Therefore, we believe that OEF and cerebral oxygen metabolism rate can evaluate CVR better than cerebral perfusion parameters. In this study, the animal model of cerebral vascular stenosis was established and examined with CT perfusion and MRI, including multiphase pseudocontinuous arterial spin labeling, oxygen extraction fraction (OEF), vessel-encoded arterial spin labeling imaging. Cerebral metabolic rate of oxygen can be got by using OEF and cerebral brain flow. We study CVR by using cerebral blood flow, OEF and brain oxygen metabolism rate. Comparing collateral circulation displayed by multi-period CTA and the number of vascular displayed by immunohistochemical brain tissue, we determine whether it can accurately quantify collateral circulation. This study can more comprehensively reveal the change of CVR, and it is very important for the prevention and treatment of cerebral ischemia.

脑血管储备是脑血管狭窄时脑组织的主要代偿机制，当其达到最大值不能继续上升时会导致脑梗死和认知功能障碍。目前主要通过血管激发试验时进行脑灌注检查来评价脑血管储备。然而脑灌注检查只能得到脑血流量的变化，不能得到脑氧代谢情况，所以其不能全面反映脑血管储备。我们前期研究发现，脑氧摄取分数和大脑氧代谢率可以更好的反映脑血管狭窄时的脑组织氧摄取量和缺氧程度。据此，我们认为脑氧摄取分数和大脑氧代谢率能比脑灌注参数更好的评价脑血管储备。本研究拟用脑血管狭窄动物模型在血管激发前后分别进行多期CT血管成像和氧摄取分数、多相动脉自旋标记、血管编码动脉自旋标记成像等磁共振序列检查。用得到的脑血流量、脑氧摄取分数和大脑氧代谢率在血管激发前后的变化评价脑血管储备。并用多期CT血管图像与病理标本对照研究量化侧枝循环。本研究可更全面揭示脑血管储备变化规律，对脑缺血疾病的预防和治疗将有重要意义。

脑血管狭窄或闭塞时，脑血管储备成为脑组织的主要代偿机制。当其发挥到最大值不能继续上升时就会导致脑梗死或者认知功能障碍。目前主要通过血管激发试验时进行脑灌注检查来评价病人的脑血管储备。然而脑灌注检查只能得到脑血流量的变化，不能得到脑组织的氧代谢情况，所以其不能全面反映病人的脑血管储备。本研究中我们对颈动脉或大脑中动脉狭窄或闭塞新西兰大白兔动物模型在静脉注射乙酰唑胺前后分别进行氧摄取分数（Oxygen Extraction Fraction，OEF）成像、动脉自选标记成像、神经突起方向离散度与密度成像、磁共振扩散谱成像、T2mapping、T2*mapping和DWI 等MRI成像序列检查，然后对上述序列进行后处理得到各序列的参数图。在参数图上分别分析并得到 OEF值、大脑血流量（cerebral blood flow, CBF）、定量各向异性（quantitative anisotropy, QA）值、神经突内体积分数(neurite density index, NDI)值、神经突方向离散度(orientation dispersion index, ODI)值、T2值和T2*值。随之得到颈内动脉或大脑中动脉狭窄时静脉注射乙酰唑胺前后的脑缺血区域的各参数的变化情况，探讨脑血管狭窄时的脑血管储备情况。对新西兰大白兔动物颈内动脉或大脑中动脉狭窄模型进行多时间段MRI检查，探测脑缺血区域的侧枝循环重建和颅脑损伤状况。完成所有检查后处死新西兰大白兔，制作脑组织病理标本，并进行免疫组化染色，在光镜下对脑缺血区域的阳性血管进行计数。本研究发现单侧颈内动脉及大脑中动脉严重狭窄后，颅脑的部分神经传导纤维束破坏，并且其颅脑的小世界网络断裂。病侧大脑的QA值上升，NDI值下降，ODI值上升，CBF值下降，OEF值上升，T2值上升。大脑中动脉或颈内动脉单侧狭窄或闭塞新西兰大白兔模型在静脉注射乙酰唑胺后，狭窄侧的CBF上升，T2值增加。随着时间的延长，狭窄侧的CBF逐渐升高，T2及ODI值逐渐下降恢复正常，QA值仍然较对侧升高， NDI值较对侧下降。单侧脑血管狭窄后，虽然随着时间的延长，缺血区的侧枝循环可以重建，但造成的病侧的脑组织损伤仍然存在，不可恢复。所以，当脑血管狭窄后，病人应该进行积极的治疗以避免持续损伤。