脑出血中的神经影像学Neuroimaging in Intracerebral Hemorrhage | IntechOpen

摘要

出血性卒中占所有卒中的15%，但导致了近三分之一的死亡。神经影像学是诊断的主要手段，已显著改善了治疗效果。神经影像学的任务包括管理、风险评估、预后判断和研究。这涉及快速识别不仅是为了指导治疗，还要发现潜在病因如血管畸形或肿瘤，监测出血的演变过程并快速识别并发症。虽然计算机断层扫描（CT）仍然是快速检测急性出血的首选影像学方法，但越来越多的证据表明，磁共振成像（MRI）在即时检测血液方面可与CT相媲美，并在亚急性和慢性阶段在这方面更为优越。在图像序列协议方面已取得多项进展，可检测不同时间点的出血并区分可能的病因。初始和连续影像用于识别可能从干预中受益的患者。该领域的进展如弥散张量成像和功能MRI正在研究其对理解损伤程度和可能的恢复机制的影响，可能为患者提供预后判断。

关键词

• 脑内出血
• 出血性卒中
• 神经影像学
• 计算机断层扫描
• 磁共振成像
• 血管畸形

1. 引言

出血性卒中占美国每年发生的卒中病例的15%，死亡率高达29%[1]。约三分之二的这类卒中是脑内出血(ICH)，三分之一是蛛网膜下腔出血(SAH)，神经影像学是诊断的主要手段；因为病史、临床症状和体征通常是非特异性的，但已显著改善了治疗效果。

2. 定义

颅内出血是指血液在颅骨内、脑实质和/或脑膜空间和/或其他相关潜在空间（硬膜外和硬膜下）的积聚。脑内出血一词指脑实质（白质或灰质）中的出血。蛛网膜下腔出血一词用于指在蛛网膜下腔（即软脑膜和蛛网膜脑膜层之间的空间）中积聚的血液。ICH传统上根据其原因分为原发性和继发性，原发性ICH（占ICH的80-85%）与高血压和淀粉样血管病有关，而继发性ICH则有多种病因，如药物、畸形、肿瘤、血管炎等[2]。这已被不同的分类系统所取代，如SMASH-U和脑叶vs.深部。

我们的章节旨在：

• 解释可用于检测ICH的各种成像方式，并简要描述其机制。
• 提供每种方法的优缺点。
• 提供ICH常见发现的图像描述及示例图像。
• 解释用于检测ICH病因和并发症的成像方式及图像特征。
• 列出当今实践中常用的一些序列。
• 阐述成像从管理到预后判断的扩展作用。

神经影像学的目标包括：

对疑似脑出血患者的神经影像学主要目标是找到具有完美敏感性和特异性的成像方式。快速准确地识别出血对规划治疗至关重要。

• 检测脑内出血(ICH)。
• 检测病因。
• 检测有风险的组织。
• 检测并发症，如血管痉挛、占位效应和脑疝。
• 检测缺血性梗死中的出血性并发症。
• 评估出血的风险因素。
• 检测消退情况—监测和管理。
• 预后判断恢复情况。
• 协助研究工作，推进ICH患者的知识和治疗。

3. 早期检测

3.1. 需要

ICH是一种医疗紧急情况，由于早期和快速的血肿扩大和临床恶化，快速诊断和管理至关重要。这使死亡率高达75%，尤其在院前神经功能下降的患者中，并导致长期预后恶化[3]。由于严重头痛、高血压、呕吐、意识丧失和快速进展等临床特征并不总是能可靠地作为出血性卒中的特异性表现，因此神经影像学是必需的。

3.2. 协议

建议使用非对比计算机断层扫描(NCCT)或磁共振成像(MRI)进行快速神经影像学检查，以区分缺血性卒中和ICH[3]。非对比CT(NCCT)、灌注CT和CT血管造影(CTA)通常用于超急性卒中环境中。ICH的影像表现与出血事件期间和之后发生的生理过程密切相关。

4. ICH在CT上的表现

4.1. NCCT

出血进入脑实质导致血肿形成，包含蛋白质、血清、血小板、白细胞和红细胞（含血红蛋白），后者的浓度（相对于血浆）决定了X射线束衰减的程度。血肿的各种成分使其呈现异质性外观。正常血细胞比容（45%）的血液衰减远高于灰质（37-41 HU）和白质（30-24 HU），导致"更亮"或"更白"的区域（56 Hounsfield单位—HU）[4]（表1，图1）。

表1. 脑内出血的CT影像

图1.

使用NCCT即时检测出血：第一张图像中黄色箭头指向基底池中代表蛛网膜下腔出血的高密度区域。第二张图像中黄色箭头指向深部ICH（A）和脑叶ICH（B）周围的病灶周围水肿。第三张图像显示脑室内出血（IVH）（黄色箭头），通常与或继发于脑实质内出血（红色箭头）相关。

在出血的即刻开始（超急性期），血液的衰减与皮层相似，难以区分。然而，血块形成（血小板聚集和蛋白质消耗）几分钟后，衰减程度增加，并随着血块收缩和血清挤出而在几小时内继续增加，在血肿中心尤为明显。

几小时内，血肿被血管源性水肿包围，可能持续长达2周。血管源性水肿是由于血脑屏障完整性丧失导致液体和蛋白质渗入细胞外空间，因此在CT扫描图像上呈现低衰减或"更暗"的外观，包围血肿。

在大出血中，影像上可能在出血后几小时内看到液平，因为细胞碎片聚集在更依赖重力的部分，使该区域具有更高的衰减。

自然清道夫如巨噬细胞对血块的分解持续数天，导致衰减从边缘开始向中心逐渐降低，通常在4-9天后具有与皮层灰质相同的衰减，最终在2-3周后具有与白质相似的衰减。

这解释了在亚急性出血中使用CT扫描检测的困难，因为与脑实质外观相似（等衰减），且通常难以区分占位效应和水肿，幸运的是，MRI的使用消除了这一问题。

血肿最终分解为小的或裂隙状的充满液体的空腔，在CT扫描上可能或可能不可见。最终，出血的唯一证据可能是病变部位的脑软化（低信号或"更暗"外观）。

通常在非紧急情况下为其他原因而非初始检测而进行的CT扫描使用对比剂，通常不会显示强化，尽管可能在血肿消退后数周或数月在边缘出现强化，这可能使其难以与肿瘤或脓肿区分[5]。

4.2. CT血管造影(CTA)

血肿内对比剂外渗用于识别有血肿扩大风险的患者，通常称为"点征"，用作不良神经预后的预测因子。这可用于实施促凝血治疗如因子VII和增加监测以避免不良预后。事件发生后96小时内进行的CTA在识别血管畸形方面的敏感性和特异性均>95%。然而，这必须与严重的对比剂相关并发症（如过敏和肾病）以及对血脑屏障的可能影响相平衡。

4.3. 量化

NCCT用于量化血肿体积并监测其演变。ICH体积使用ABC/2方法计算。A = 最大出血直径，B = 与A成90°的直径，C = 出现出血的CT切片近似数量乘以切片厚度。然而，该方法已被证明误差很大，特别是对于形状不规则的出血（与手动平面测量法相比，误差大7.33 cm³）[6]。

5. ICH在MRI上的表现

ICH的MRI表现基于血肿随时间的演变（如上文CT所述）和相应的信号特征。MR信号特征主要取决于血红蛋白中铁分子的化学状态以及红细胞膜的状态（表2，图2）。

表2. 脑内出血的MR影像

• CSF = 脑脊液。

图2.

ICH的MR表现：（顶部）MRI显示左顶叶旁矢状切面出血，在T2*GRE（图像C）上呈低信号强度（黄色箭头），T1和T2（A & B）显示由于高铁血红蛋白（血液降解产物）导致的明亮高信号（红色箭头），表明为亚急性出血。（底部）显示亚急性血肿伴有弥散受限。

在完整的红细胞膜内的铁导致T2弛豫时间缩短，称为磁敏感效应（当膜降解且血红蛋白/铁不再被隔离在细胞内时，此效应消失）。顺磁性铁对T1弛豫时间有更大的缩短效应。抗磁性铁是外层轨道中没有未配对电子的铁分子，没有夸张的T1或磁敏感效应。

5.1. 超急性期

在超急性期即刻（出血进入脑实质时），铁仍被氧饱和（抗磁性），细胞膜完整。因此，血肿在T1加权图像上产生轻微低信号（"更暗"）或等信号（"相同"），在T2加权图像上呈等信号或轻微高信号（"更亮"）。这使得在最初始阶段难以区分血肿；然而，随着血红蛋白迅速在病灶边缘脱氧，它在边缘产生T2低信号（暗环），有助于在超急性期检测。

5.2. 急性期

出血事件后几小时内，血红蛋白在完整的细胞膜内从病灶边缘向中心脱氧，呈顺磁性。这导致磁敏感效应，在T2上呈低信号（"更暗"）。然而，这种血红蛋白结构对T1图像没有影响，在T1上显示难以区分的等信号（"相同"）或轻微低信号（"更暗"）病灶。有时，由于血红蛋白早期氧化为高铁血红蛋白，周围有一圈T1高信号。

5.3. 亚急性期

此阶段在出血后数天开始，伴随着血红蛋白降解。由于细胞内能量缺乏，铁被氧化为三价状态，产生高铁血红蛋白。这种铁原子结构导致T1弛豫时间减少，在T1加权图像上表现为明显的高信号（"更亮"）。由于红细胞膜完整，磁敏感效应存在，在T2加权图像上呈低信号（"更暗"）外观。

在亚急性期后期（数天至数周），红细胞膜降解；因此磁敏感效应消失。这导致T2延长，在T2加权图像上表现为高信号（"更亮"）。

5.4. 慢性期

在数周至数月的过程中，消退过程导致蛋白质（高铁血红蛋白）分解，减少T1和T2加权图像上的信号高信号。此过程中释放的铁原子被巨噬细胞摄取并转化为铁蛋白以在其他地方再利用。然而，巨噬细胞的清除能力常常不堪重负，特别是在较大的血肿中，导致铁蛋白分子通常在周围局部沉积。含铁血黄素中铁的结构仅产生磁敏感效应，在T2加权图像上表现为低信号（"更暗"）边缘。血肿中心可能消退为空腔，通常充满脑脊液，具有相应的信号特征（T1加权成像上"更暗"，T2加权成像上"更亮"），或者可能塌陷并显示为窄裂。

虽然病理过程通常遵循具有相应顺序影像变化的序列，但这些过程也高度可变，取决于大量因素，如大小、再出血存在、氧张力、其他并发状况等。因此，血肿的几个阶段可能同时出现在影像上，增加了确定出血时间的复杂性。

MR也是神经影像学中区分原发性出血和出血性转化的工具，因为出血区域通常小于梗死区域，MR可同时提供两者的影像。形状（更圆）和出血周围更大的水肿是另一个指向原发性ICH的指征。血肿不遵循血管区域，但梗死确实如此，且闭塞通常在MR血管造影上可见。

MR也是出血继发原因（如血管异常、肿瘤和脑静脉血栓形成）的最佳诊断工具之一（可与常规血管造影相媲美），是海绵状血管瘤的首选成像方式。对于病因的诊断率很高，特别是在有脑叶出血的年轻非高血压患者中。

5.5. ICH中的MRI序列

卒中中的MR方案包括T1、T2、T2*或GRE、液体衰减反转恢复（FLAIR）、对比增强、弥散加权和灌注加权图像，以及MR血管造影。由于血肿的放射学表现取决于血肿和MR信号特征，后者可以变化以允许更容易地识别出血。这很关键，因为MRI在ICH的超急性和早期急性阶段显示出微小且难以察觉的变化。通过增加磁场，磁敏感效应增强，允许更轻松、更快速的诊断。临床上常用序列包括快速自旋回波（FSE），由于磁场较弱，对磁敏感效应的敏感性较低（负责大部分病灶影像），因此在ICH检测初期效果不佳。使用梯度回波（GRE）和回波平面成像（EPI）等序列可提高对磁敏感效应的敏感性。

5.6. GRE

梯度回波序列（或T2*加权序列）增加了急性和慢性阶段的血肿检测。强烈的磁敏感效应导致影像上出血区域极度低信号（图3）。

图3.

梯度回波。T2* GRE MRI序列在检测脑微出血方面具有高敏感性，表现为双侧大脑皮层白质、基底节、丘脑、小脑以及脑干中广泛分布的小点状（点状）低信号病灶，在组织学上以含铁血黄素沉积伴组织损伤为特征。

GRE的一个优点是它可以专门识别来自旧的和无症状出血的含铁血黄素沉积，通常称为微出血。大量微出血指向淀粉样血管病或复发性高血压血管病等病因。由于80%的含铁血黄素沉积物在一生中持续存在，它提供了患者一生中出血的快照。这些微出血被用作未来ICH的预测因子，尤其是基底节区域小血管疾病的标志。此序列的缺点是偶尔病灶大小不准确，由于边界处的伪影导致信号丢失。颅骨中的窦增强此信号丢失，可能不允许准确识别其后的出血性病灶[5]。

6. ICH中的导管血管造影

某些临床和影像学发现需要常规导管血管造影，如非典型配置或位置、过度水肿、肿块证据或无明显出血原因；所有这些都需要确定继发原因。常规血管造影的诊断率很高，特别是在无高血压的年轻患者中。很多时候，血管异常随着时间的推移（随着消退）而显现，因此即使先前检查未发现异常，也建议进行后续血管造影。然而，常规血管造影的显著缺点包括极高的辐射（比CTA高5倍）、成本、侵入性、患者配合度、临床稳定性以及暂时性和永久性神经功能缺损，限制了其广泛使用，使CT和MR血管造影成为首选，但对于动脉瘤和动静脉畸形，常规血管造影仍是金标准。

7. 检测ICH的病因

ICH患者管理中的重要一步是确定病因并采取措施纠正和预防进一步和未来的ICH发作。虽然病史和人口统计学可能有助于确定ICH的原因，但神经影像学在这一领域发挥着重要作用。

神经影像学可以根据出血的位置和影像特征提供ICH病因的线索。

每个脑区都与一系列可能的病因相关。脑叶出血（主要出血到皮层通过皮层下交界处）主要是表浅的，而深部ICH是指主要在丘脑、壳核和尾状核头部等深层结构中出血。脑叶出血通常与高血压无关，而是由脑淀粉样血管病（包括高血压患者）引起的，存在于大脑白质中，很少见于小脑。大多数深部或非脑叶ICH通常由高血压引起，通常根据出血位置诊断。高血压破裂通常影响较小的血管，如豆纹动脉和基底动脉的穿通支，导致ICH的特征性部位。这种基于脑叶vs.深部结构的诊断在45岁以下患者中不成立，因为继发原因如血管畸形、潜在肿瘤、交感神经药物的血管收缩是常见原因[7]。

脑干（通常是脑桥）出血通常与高血压、血管畸形（动静脉和海绵状）相关。

小脑出血与高血压、动静脉畸形和华法林等抗凝剂的使用相关，淀粉样血管病极为罕见。

脑室内出血（主要脑室内而不涉及脑实质）与高血压、前交通动脉动脉瘤、血管畸形、凝血功能障碍和脑室内肿瘤相关。

多部位出血通常表明凝血障碍、血管炎、高血压、肿瘤和梗死。

囊状动脉瘤破裂可能涉及脑实质和蛛网膜下腔，这是由于血液破裂时的压力及其位置（由于前 cerebral 或交通动脉瘤导致的内侧额叶）。颅底附近蛛网膜下腔附近的ICH应促使进行血管影像学检查以排除囊状动脉瘤。

ICH的常见原因具有独特的影像特征，指向其诊断。不同年龄的多个脑叶微出血的存在，通常不累及基底节，是老年人脑淀粉样血管病的强烈且特异性指标，已用于临床诊断标准。淀粉样血管病中的ICH通常破裂到蛛网膜下腔，但较少进入脑室。

动静脉畸形通常可以通过常规MRI和CT（T2和MR和CT血管造影）序列检测到畸形前后的扩张血管，有时有斑片状强化，但通常难以检测或无症状。T2加权图像上"爆米花"样病灶提示同一病灶中不同时间点发生的多次小出血，如海绵状畸形。GRE序列上存在多个微出血或较大出血也提示血管异常作为病因。这些畸形的诊断通常需要常规血管造影确认。

梗死的出血性转化由周围细胞毒性水肿提示，该水肿遵循动脉边界，除非出血严重且足够早，以至于模糊了梗死可视化（图4）。

图4.

出血性转化。MRI上可见缺血性梗死的出血性转化。A：T2 GRE显示对应于出血的低信号区域（黄色箭头）。B：FLAIR序列显示与出血相关的水肿（红色箭头）。

大脑中的几种肿瘤已知有出血倾向，如多形性胶质母细胞瘤和黑色素瘤、肺癌、肾细胞癌等的转移。由于存在通常多个不同时间点的出血以及并发坏死和囊肿，影像特征各异。由于肿瘤中氧分压低，MR信号变化通常延迟。位置可能对其他常见原因不典型。肿瘤周围的血管源性水肿通常范围更广，持续时间比原发性ICH长。给予对比剂几乎总是显示明显强化。大出血可能掩盖潜在病变，可能在血肿消退后的重复影像上可见[5]。

8. 检测ICH的并发症

ICH的并发症包括血肿扩大、病灶周围水肿导致颅内压升高、脑室出血导致脑积水、癫痫、静脉血栓形成、高血糖、自主波动和感染。需要密切监测以预防这些并发症和/或早期检测和管理，以减少不良结果，最紧急的是导致脑疝的占位效应（图5）。

图5.

检测并发症。左侧额叶出血显示病灶周围水肿（黄色箭头）、占位效应（绿色箭头）和中线移位（绿色箭头）。

由于SAH（以及ICH伴脑室延伸中不常见）中的血管痉挛是从第3天到第12天的已知风险因素，经颅多普勒用于其预防性筛查，与常规血管造影相比结果不一[8]。CTA也用于此目的，对严重痉挛和近端血管具有高敏感性和特异性，但对远端血管和轻度痉挛的准确性降低[9]。无论血管痉挛如何，可以使用CT或MR灌注研究或弥散加权MRI进行缺血的神经影像学检查。CT灌注研究显示与常规血管造影相比对血管痉挛有很好的预测能力[10]，目前正在研究使用CTP指导未来治疗的血脑屏障通透性研究[11]。

在CT和MR上测量的脑室大小各不相同，不能准确诊断脑积水，尽管同一患者大小的连续变化对检测更相关。经室管膜流看到的脑室周围水肿是脑积水的标志，在MR上比CT上更明显[12]。

9. 实践中的序列

9.1. 预后判断

通过神经影像学上各种方法评估的初始血肿体积，通常为ABC/2方法，脑室内血液的存在，以及由"点征"指示的血肿扩大，是临床结果和死亡率的独立标志物[2,13,14]（表3，图6）。

表3. CT和MRI在ICH影像中的优缺点

*GRE = 梯度回波，CTA = 计算机断层扫描血管造影，DWI = 弥散加权成像，PWI = 灌注加权成像。

图6.

序列协议。经Anvekar B博士（印度索拉普SP神经科学研究所神经放射科）许可转载自Neuroradiologycases.com。

缺血性病变后出血的风险，尤其是TPA给药后，可以通过增加的弥散加权成像（DWI）病变体积、较低的表观弥散系数以及使用灌注加权成像估计的脑血容量减少来预测，后两者与DWI的结合允许识别具有俗称"恶性特征"的梗死，用于溶栓后出血。然而，由于TPA给药的时间限制可能不允许使用上述工具，正在研究CT灌注成像，以基于血脑屏障通透性预测溶栓后类似的出血风险[15]。

使用神经影像学将风险因素与可测量的组织状态相关联，可以更精确地进行风险评估。这可用于使用PET和弥散张量成像（DTI）预测脑淀粉样血管病（CAA）患者的ICH发生[15]。

虽然CT和MR提供了ICH后变化的结构证据，但功能脑成像可获得的大脑功能方面（如代谢和吸收）可能提供研究损伤程度和修复/恢复所需的更详细信息，并可能为检测有出血风险的组织提供新途径。

DTI可用于检测白质束的完整性和纤维计数的干扰，ICH中经常受损。降低的分数各向异性或纤维计数可能表明预后更差[15]。DTI可用于预测运动恢复，因为在病灶时DTI上保留的传导束的患者比传导束受损的患者显示出更大的恢复[16]，使用分数各向异性的类似研究正在进行。一个重要的发现是分数各向异性比率与出血大小无关，但与恢复相关[17]，这可能成为预测ICH后恢复的重要工具。当在亚急性期（2周）而非急性期（3天）进行研究时，这些研究的预测价值显示更高，这可能归因于急性损伤和炎症的消退以及修复和代偿的开始[18]。

功能MRI（fMRI）正在被评估为一种基于功能连接而非仅结构基础评估ICH后损伤程度和功能缺陷的方法，fMRI可能评估物理和功能连接之间的活动。研究表明，当皮层运动传导束受损时，功能连接重新分布起源于皮层下[19]。这扩大了创建精确模型以预测ICH后恢复的可能性。

10. 新的成像技术

几种新的成像技术，如CT和MR灌注、正电子发射断层扫描（PET）、单光子发射计算机断层扫描（SPECT）用于研究血肿周围组织损伤，如灌注缺损。使用PET的研究表明，这种低灌注不会导致缺氧和缺血，因此不是明显缺血性的，而可能是由于继发性代谢衰竭[20]。弥散张量成像（DTI）用于可视化白质束，正在用于并通过评估皮质脊髓束等主要运动通路的完整性来研究运动恢复的预后[16,21]。CT中的新技术进步包括动态血管造影（4维CT血管造影），使用320排设置允许对颅内和颅外血管和灌注进行详细全面的可视化[22]。磁感应断层扫描正在研究中，用于无创测量组织导电性，允许识别病理变化和识别极小的血量[23]。正在进行进一步探索，以扩展神经影像学的任务，允许在特定时间点进行影像引导治疗，使用影像生物标志物评估水肿、炎症和兴奋毒性。

11. 结论

神经影像学是一个不断发展的领域，旨在优化脑内出血后的管理和预后判断，并推进研究工作。对于ICH患者，有多种神经影像学选择，熟悉每种方法的技术、适应症和缺点有助于制定合理的影像学计划。在图像序列协议方面已取得多项进展，以优化检测、诊断和选择适合干预和其他治疗的候选者。该领域的进展如弥散张量成像和功能MRI正在研究其对理解损伤程度和可能的恢复机制的影响，可能为患者提供精确的预后判断。神经影像学的任务不断扩大，最终目标是发现保持敏感性、特异性、安全性、快速性和广泛可用性的工具，从而为患者提供最佳可能的预后、预防和管理。

【全文结束】