陳立人　李潔　張朝典　曹非

【摘要】 本文闡述了側(cè)支循環(huán)的概念、意義以及目前臨床對于缺血性卒中患者側(cè)支循環(huán)開放評估的主要方法、優(yōu)劣點(diǎn)，同時(shí)對激光散斑成像技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀、臨床應(yīng)用、可能發(fā)展前景進(jìn)行了分析，從而為臨床判斷腦側(cè)支循環(huán)的建立的評估方法提供參考。

【關(guān)鍵詞】 腦側(cè)支循環(huán)評估; 激光散斑成像

【Abstract】 This paper expounds the concept of collateral circulation，significance and current clinical in ischemic stroke patients collateral circulation open main methods，advantages and disadvantages of the assessment points，at the same time of laser speckle imaging technology development present situation，analyzes the clinical application，development prospect of may，for the establishment of the clinical judgment cerebral collateral circulation of evaluation methods to provide the reference.

【Key words】 Collateral circulation assessment; Laser speckle imaging

First-authors address：Hubei Provincial Organ Hospital，Wuhan 430071，China

doi：10.3969/j.issn.1674-4985.2019.11.043

側(cè)支循環(huán)是指當(dāng)機(jī)體某一局部的主要血管功能發(fā)生障礙致使血流受阻后，該部原有吻合支的血管擴(kuò)張，形成了側(cè)支旁路，使血液通過側(cè)支及新形成的吻合支血管到達(dá)缺血區(qū)，為缺血組織實(shí)現(xiàn)不同程度的灌注，從而實(shí)現(xiàn)了循環(huán)代償。有效側(cè)支循環(huán)的開放和建立可以穩(wěn)定梗死區(qū)腦血流量、減少梗死灶容積、改善缺血后腦組織損傷、緩解再灌注損害、改善預(yù)后。對“腦側(cè)支循環(huán)”進(jìn)行有效評估，運(yùn)用監(jiān)測技術(shù)對血流速度及血管間吻合支的功能狀態(tài)適時(shí)評估是必要的，可以為缺血性卒中患者的臨床個體化治療及預(yù)后評估提供重要指導(dǎo)意義。

激光散斑成像技術(shù)可以在不依賴造影劑和機(jī)械掃描的情況下，長時(shí)間獲得實(shí)時(shí)的高時(shí)空分辨率血流分布圖像，從而實(shí)現(xiàn)高分辨率血流成像。由于其無接觸、無創(chuàng)、快速成像等特點(diǎn)，在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域引起了廣泛的關(guān)注。隨著這項(xiàng)技術(shù)對攻克自身局限的發(fā)展，在成像方法、分辨率、成像速率的提升、定量分析準(zhǔn)確以及裝置的小型化、集成化、多模態(tài)、多參數(shù)測量等方向的提升，為臨床實(shí)時(shí)掌握與評估腦側(cè)支循環(huán)建立的實(shí)現(xiàn)提供了可探索的前景與潛力。

1 腦卒中與腦側(cè)支循環(huán)有效建立

目前，缺血性腦卒中是全世界最常見的死因之一，也是致殘的首要原因。我國腦血管病是日本的3.5倍、歐美發(fā)達(dá)國家的4～5倍。目前，在我國腦卒中的年均發(fā)病率為120/10萬，其中缺血性腦血管病占卒中發(fā)病率70%以上[1]。能否及時(shí)有效恢復(fù)缺血組織灌注是決定治療預(yù)后的關(guān)鍵。文獻(xiàn)[2-4]研究表明，腦側(cè)支循環(huán)開放的程度與缺血性腦卒中的發(fā)生、發(fā)展、治療和預(yù)后都具有密切的關(guān)系，它決定著卒中后最終腦梗死體積以及缺血半暗帶的范圍。卒中后機(jī)體迅速實(shí)現(xiàn)缺血組織的有效側(cè)支循環(huán)是對于缺血組織的保護(hù)和缺血后神經(jīng)功能恢復(fù)的關(guān)鍵因素。

因此，能否實(shí)現(xiàn)對側(cè)支循環(huán)的三級開放及相應(yīng)灌注進(jìn)行適時(shí)準(zhǔn)確的評估，對卒中患者治療策略個體化評估和預(yù)后具有實(shí)際臨床意義。

2 現(xiàn)有腦側(cè)支循環(huán)臨床評估手段及不足

由于腦組織在顱骨內(nèi)的特殊解剖結(jié)構(gòu)，致使對腦血管的評估檢查存在很大困難。為盡可能對患者進(jìn)行全面而準(zhǔn)確的評估，目前各類檢查評估技術(shù)主要是將軟腦膜動脈的評估作為評價(jià)側(cè)支開放程度的部位。

2.1 數(shù)字減影血管造影（digital subtraction angiography，DSA） 由于DSA可清晰顯示側(cè)支循環(huán)的解剖結(jié)構(gòu)和代償供血的范圍，同時(shí)能為血管再通進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化分級。目前被認(rèn)為是評估側(cè)支循環(huán)的金標(biāo)準(zhǔn)[5]，具有其他檢查方法無法比擬的空間及時(shí)間分辨率，但這一技術(shù)存在診斷性操作的有創(chuàng)性風(fēng)險(xiǎn)以及存在對接近骨質(zhì)的小的穿支血管難以獲得足夠清晰的細(xì)微解剖圖像等問題[6-7]。

2.2 CT血管成像（computed tomography angiography，CTA）、磁共振血管成像（magnetic resonance angiography，MRA） 傳統(tǒng)CTA、MRA雖具有無創(chuàng)特點(diǎn)，也可從不同角度顯示W(wǎng)ills環(huán)各組成血管及頸內(nèi)動脈血管狹窄和閉塞狀況。但均不具備時(shí)間分辨率的缺陷。盡管通過時(shí)間融合的4D技術(shù)應(yīng)用能夠得到彌補(bǔ)，但仍分別存在對比劑使用風(fēng)險(xiǎn)、偽影、價(jià)格昂貴、部分患者檢查禁忌的問題。

2.3 經(jīng)顱超聲多普勒（TCD） TCD對腦血流的重新分布、大腦半球間及前后循環(huán)間側(cè)支代償方面有一定的評估意義，具有無創(chuàng)傷、簡單方便、價(jià)格低廉、重復(fù)性高等優(yōu)勢，但也存在部分受檢者經(jīng)顳窗超聲束傳導(dǎo)不充分、操作者主觀認(rèn)識不一等影響檢查結(jié)果的問題，致使其用于腦側(cè)支循環(huán)判斷有一定的局限性。

以上臨床應(yīng)用廣泛的評估手段能反映一級側(cè)支循環(huán)及部分二級側(cè)支循環(huán)開放的情況，不能更進(jìn)一步提供腦微循環(huán)血流方向以及在動態(tài)中可調(diào)節(jié)的腦灌注等信息。

3 腦血流灌注

灌注成像技術(shù)是目前研究腦局部組織血流灌注的主要手段。腦血流灌注是一個動態(tài)的、可調(diào)節(jié)的過程。

3.1 正電子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層顯像/X線計(jì)算機(jī)體層成像（positron emission tomography/computed tomography，PET/CT）、單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層成像術(shù)/X線計(jì)算機(jī)體層成像（single-photon emission computed tomography/computed tomography，SPECT/CT） 采用PET/CT、SPECT/CT等腦功能顯像技術(shù)能夠通過對組織血流量、物質(zhì)代謝等生理代謝情況評估，反映腦結(jié)構(gòu)和功能，對評估灌注具有無創(chuàng)、準(zhǔn)確、參數(shù)全面的優(yōu)點(diǎn)[8-9]。而且PET是目前腦血流灌注顯像的“金標(biāo)準(zhǔn)”，但同樣也存在昂貴的檢查費(fèi)用和復(fù)雜的管理操作的問題。SPECT/CT雖兼具了解剖和功能顯像功能，主要是對腦組織血流灌注情況進(jìn)行評價(jià)[10]，但對臨床急性缺血性腦卒中進(jìn)行的側(cè)支循環(huán)評估的實(shí)際意義不大。近年來，越來越多的研究試圖采用不同CT或MRI成像技術(shù)通過圖像后處理測量局部組織腦血流量的參數(shù)變化來了解其血液動力學(xué)及功能變化，能間接反映二、三級側(cè)支循環(huán)代償情況，為臨床診斷及個體化治療提供了重要的參考信息[11]。

3.2 CT灌注成像（computed tomography perfusion，CTP） 目前是一種參照時(shí)間（S）-密度（Hu值）曲線，通過圖像處理技術(shù)得到腦血流量（cerebral blood flow，CBF）、腦血容量（cerebral blood volume，CBV）、平均通過時(shí)間（meantransit time，MTT）、達(dá)峰時(shí)間（transit time to the peak，TTP），并通過以上參數(shù)反映缺血性核心、缺血半暗帶灌注情況的技術(shù)、能夠提供與梗塞核、半暗帶一樣的側(cè)支循環(huán)信息。表現(xiàn)出具有在急診室快速檢查并能夠聯(lián)合非增強(qiáng)CT和CTA采集數(shù)據(jù)的優(yōu)點(diǎn)，特別是能夠準(zhǔn)確評估急性血管性卒中患者血栓位置、梗塞核、可搶救組織核側(cè)支循環(huán)情況，具有很高的敏感性、特異性[12-15]。但是目前對作為一種較新的技術(shù)，對于側(cè)支循環(huán)的CTP評估在對區(qū)分哪些患者對動脈血管再通治療獲益方面還缺乏有效的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[16-18]。

3.3 動態(tài)敏感性對比增強(qiáng)灌注加權(quán)成像（dynamic susceptibility contrast-enhanced perfusion weighted imaging，DSC-PWI） 灌注-擴(kuò)散成像與3D自旋標(biāo)記（3D-arterial spin labeling，3D-ASL）是目前MR實(shí)現(xiàn)灌注評估的主要技術(shù)手段。灌注加權(quán)成像（PWI）常采用動態(tài)磁敏感對比增強(qiáng)（DSC）成像技術(shù)，通過對比劑團(tuán)注追蹤技術(shù)進(jìn)行動態(tài)增強(qiáng)掃描，其優(yōu)勢是能夠進(jìn)行多層面成像，且能獲得參數(shù)全面，通過后處理技術(shù)可以直觀看到側(cè)支循環(huán)情況的優(yōu)勢，但缺點(diǎn)是需使用含釓對比劑。

3.4 磁共振動脈自旋標(biāo)記灌注成像技術(shù)（magnetic resonance arterial spin labeling perfusion imaging technology，ASL-MRI） ASL技術(shù)將反轉(zhuǎn)脈沖標(biāo)記的動脈血質(zhì)子作為內(nèi)源性示蹤劑動態(tài)反映各級腦血管的腦血流（CBF）具有非侵襲性優(yōu)勢。隨著該技術(shù)的發(fā)展，尤其是3D-ASL，使其成為一種評估缺血性卒中復(fù)發(fā)及不同級別腦側(cè)支循環(huán)血流狀態(tài)以及血流方向的有效技術(shù)手段[19-21]。

以上評估手段盡管可以全面反映腦血流及側(cè)支開放情況，但均存在檢查價(jià)格昂貴、有創(chuàng)性、放射性風(fēng)險(xiǎn)、偽影、檢查禁忌等各種問題，臨床目前應(yīng)用仍有一定的局限性?！凹す馍叱上瘛奔夹g(shù)的發(fā)展應(yīng)用，對側(cè)支循環(huán)的監(jiān)測評估提供了可能，因此引起了廣泛關(guān)注。

4 激光散斑成像（laser speckle imaging，LSI）在側(cè)支循環(huán)中的應(yīng)用

4.1 激光散斑襯比成像原理 當(dāng)激光照射在足夠粗糙的組織表面時(shí)，組織表面的散射粒子會使入射光發(fā)生背向散射，由于不同散射光到達(dá)相機(jī)成像面的光程差不同，不同散射光之間會在像面上，形成隨機(jī)干涉現(xiàn)象，在空間分布上表現(xiàn)為明暗變化即散斑。通過分析記錄到的散斑空間特性來獲得成像的技術(shù)叫激光散斑成像。

利用此原理，將入射光輻照在微血管中的血紅細(xì)胞時(shí)會發(fā)生方向各異的背向散射。散射粒子（血紅細(xì)胞）的運(yùn)動造成像面散斑強(qiáng)度的波動，通過探測并分析這個波動可以得到散射粒子運(yùn)動的速度的相關(guān)信息。因?yàn)樯邚?qiáng)度改變引起的波動導(dǎo)致散斑模糊，使局部的散斑襯比度下降，所以可用散斑襯比度的改變來表征散射粒子的速度變化，這種利用攝像機(jī)記錄曝光后的散斑圖像，并通過分析記錄到的散斑空間統(tǒng)計(jì)特性來獲得成像區(qū)域血流速度的信息的技術(shù)即激光散斑血流成像技術(shù)（laser speckle flow graphy，LSFG）[22]。

該技術(shù)在不依賴造影劑、不需要結(jié)合機(jī)械掃描的情況下具有長時(shí)間實(shí)時(shí)獲得高時(shí)空分辨率血流分布圖像，從而真正實(shí)現(xiàn)高分辨血流成像的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)又具有非接觸，無創(chuàng)傷性，在體成像快等優(yōu)點(diǎn)，受到了生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。

4.2 激光散斑血流成像技術(shù)（LSFG）的基礎(chǔ)性研究 自20世紀(jì)80年代Briers等最早將激光散斑成像用于視網(wǎng)膜血管血流成像后[23]，逐步將此技術(shù)應(yīng)用于皮膚等監(jiān)測。Dunn等[24]進(jìn)一步利用該技術(shù)在腦局部缺血和皮層擴(kuò)展性抑制（CSD）模型中成功地檢測了大鼠腦皮層的血流動態(tài)變化。此后，該技術(shù)開始用于實(shí)驗(yàn)動物模型的腦皮層血流監(jiān)測。Paul等[25]研究發(fā)現(xiàn)，激光散斑成像不僅能監(jiān)測缺血中心內(nèi)、外腦血流量（cerebral blood flow，CBF）的變化，同時(shí)也能實(shí)時(shí)顯示缺血中心的變化情況。但由于被檢測對象本身存在心率、呼吸等自身生理因素的復(fù)雜性，很難獲得血流速度的準(zhǔn)確絕對值而只有相對值，而且，因?yàn)樯呤枪鈱W(xué)信號成像不具有深度方向的分辨能力[26]。但隨著對于此技術(shù)基礎(chǔ)理論研究的不斷深入和系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面研究進(jìn)展，將激光散斑襯比值與內(nèi)源性吸收信號測量相結(jié)合，不僅具有較高的空間分辨及動態(tài)成像能力，還可獲取血流速度、氧合血紅蛋白等參數(shù)。華中科技大學(xué)Liu等[27]提出引入圖形化處理單元（graphc processing uint，GPU）以進(jìn)行并行高速運(yùn)算，解決了散斑圖像對比計(jì)算大量數(shù)據(jù)處理耗時(shí)的問題，實(shí)現(xiàn)了視頻速度的血流成像。提高了LSFG的應(yīng)用性，這使得其在腦部血管病變以及生理活動動態(tài)監(jiān)測方面的應(yīng)用潛力較大。

上海交通大學(xué)Tang等[28]開發(fā)了可以固定在研究動物上的便攜式LSFG設(shè)備。閔喆等[29]通過激光散斑成像技術(shù)觀察到大鼠大腦中動脈栓塞（MCAO）模型，成功地監(jiān)測到了造模大鼠患側(cè)大腦中動脈供血區(qū)側(cè)支開放血流的變化。文獻(xiàn)[30]利用LSFG在鼠科模型中實(shí)現(xiàn)了對側(cè)支循環(huán)網(wǎng)進(jìn)行大規(guī)模觀察。以上多個方面證明以該技術(shù)來觀察腦血管具有時(shí)間空間分辨率高、成像結(jié)果直觀的特點(diǎn)。

4.3 激光散斑成像的臨床應(yīng)用探索 隨著LSFG技術(shù)在微循環(huán)成像領(lǐng)域的發(fā)展，受到越來越多臨床醫(yī)學(xué)的關(guān)注，并已在燒傷深度評估、傷口愈合、眼科、心臟活動分析、皮層活動的刺激的反應(yīng)、牙科整形領(lǐng)域的研究均有所應(yīng)用[31-32]。Parthasarathy等[33]在神經(jīng)外科手術(shù)中，運(yùn)用實(shí)時(shí)激光散斑襯比成像（LSFG）全程記錄了腦血流（CBF），證明了LSFG可以在不干擾手術(shù)進(jìn)程的同時(shí)，實(shí)時(shí)獲得腦皮層血管血流定量信號的術(shù)中監(jiān)測可行性。2012年，Richards等[34]對10例正在進(jìn)行腦腫瘤切除的患者使用LSI監(jiān)測，獲得了病灶區(qū)域在手術(shù)過程中的重要血流改變信息。Hecht等[35]則在手術(shù)中繼續(xù)使用LSI實(shí)時(shí)監(jiān)測了腦局部缺血和預(yù)測最終會梗死的腦組織范圍。文獻(xiàn)[36-37]對運(yùn)用激光散斑襯比成像（laser speckle contrast imaging，LSCI）對10例患者進(jìn)行術(shù)中腦微血管血流監(jiān)測，證明回顧性運(yùn)動矯正技術(shù)可以顯著提高隨時(shí)間定量監(jiān)測相對血流的準(zhǔn)確性。這對于神經(jīng)外科手術(shù)使用顯微集成的LSCI系統(tǒng)，作為非侵入性監(jiān)測工具在手術(shù)過程中進(jìn)行高時(shí)空分辨率的放大成像為持續(xù)監(jiān)測和腦灌注可視化的有效性和可行性非常重要。同時(shí)應(yīng)用LSCI擴(kuò)展方法采用多次曝光散斑成像（multi-exposure speckle imaging，MSCI）有效克服了LSCI的定量精度和靈敏度有限，高度依賴于曝光時(shí)間等限制的問題，并通過對腦腫瘤切除患者的腫瘤周圍微血管進(jìn)行了術(shù)中評估應(yīng)用，進(jìn)一步提高了對腦血流監(jiān)測的定量準(zhǔn)確性和敏感性。這些研究結(jié)果表明，僅將獲得了LSFG作為一種輔助技術(shù)應(yīng)用于神經(jīng)外科手術(shù)領(lǐng)域的可行性，能夠?yàn)闇?zhǔn)確地實(shí)時(shí)獲得腦部側(cè)支循環(huán)的建立信息評估側(cè)支循環(huán)開放開拓了便捷、安全的前景。

5 LSI的前景展望

如何有效評估二級及三級側(cè)支循環(huán)是目前研究熱點(diǎn)，這對于促進(jìn)缺血性卒中患者的神經(jīng)功能恢復(fù)有著重大意義。有效便捷的側(cè)支循環(huán)建立的評估，可以為缺血性卒中患者的臨床個體化治療及預(yù)后評估提供指導(dǎo)意義。

雖然LSFG目前只能提供二維的在體高分辨成像，不具有深度方向的分辨能力，導(dǎo)致穿透腦皮層的能力受限（大約幾十微米）[38]，無法獲得深部腦組織的血管血流分布（如丘腦、杏仁核），且對大腦皮質(zhì)淺表血管進(jìn)行成像分析亦只能提供血流速度的相對值，使之臨床應(yīng)用仍有局限性，目前主要用于實(shí)驗(yàn)室相關(guān)研究。但因其具有不依賴造影劑的情況下、且不需要結(jié)合機(jī)械掃描就可長時(shí)間實(shí)時(shí)獲得二維高分辨率血流分布圖像，從而真正實(shí)現(xiàn)高分辨血流成像。隨著這項(xiàng)技術(shù)對攻克自身局限的發(fā)展，在成像方法、分辨率、成像速率的提升、定量分析準(zhǔn)確以及裝置的小型化、集成化、多模態(tài)、多參數(shù)測量等方向的提升，為臨床實(shí)時(shí)掌握與評估腦側(cè)支循環(huán)建立的實(shí)現(xiàn)給定了深刻有效的潛力。從而為研究腦血流重建的機(jī)制、為腦卒中的預(yù)防、卒中后的治療策略與預(yù)后評估提供了安全可靠的臨床價(jià)值依據(jù)而成為腦側(cè)支循環(huán)評估監(jiān)測技術(shù)的優(yōu)先選項(xiàng)。

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（收稿日期：2018-09-19） （本文編輯：張爽）