急性期脳梗塞の画像診断(MRIなど)まとめ

頭部MRI

 頭部MRIは急性期脳梗塞の診断に有用な検査です。拡散強調像(DWI)は細胞傷害性浮腫を反映し、灌流画像(PWI)は脳血流を反映します。DWI-PWIミスマッチは血栓溶解療法の予後判定に有用です。今回急性期脳梗塞の画像診断(MRI)をまとめました。

脳MRI

 従来のT1強調画像、T2強調画像、FLAIR、T2* gradient echo(GRE)シーケンスを含む標準的なMRIプロトコルと拡散強調画像(DWI)は、緊急時の急性虚血性脳卒中および急性出血性脳卒中の両方を確実に診断することができる。MRIの主な利点は、DWIが急性虚血性脳卒中の検出において非造影CT (NCCT)よりもはるかに高感度である。さらに、MRIは急性脳内出血の検出ではNCCTと同等であり、慢性出血の検出ではNCCTよりも優れている。したがって、脳MRIが利用できるセンターでは、緊急のCTを省略することができる。

 NCCTと比較したMRIの主な欠点は、コストが高いこと、利用可能性とアクセスが限られていること(特に緊急時)、患者の不耐性や不適合性、スキャン完了までの時間が長いことである。しかし、最新の超高速MRIプロトコールは、従来のMRIに必要な15~20分の撮影時間を5分以下に短縮することが可能であり、ある専門の脳卒中センターでは、急性虚血性脳卒中が疑われる患者の静脈内血栓溶解療法前のスクリーニングにMRIを日常的に使用することが実用的で安全であることがわかった。さらに、MRIは治療の過度の遅延や転帰の悪化につながることはなかった。

拡散強調画像法

 DWIは、水のランダムなブラウン運動または拡散を示すMRIの能力に基づいている。

 急性期脳梗塞では、エネルギー依存性Na-K-ATPaseポンプの障害により、間質から細胞内への水の移動に有利な浸透圧勾配が形成され、それにより細胞内と細胞外の体積分画の比率が増加する。細胞内水(細胞障害性浮腫)は細胞外水のように自由に拡散することができず、この拡散制限または拡散性の低下はDWIで容易に示される。DWIでは、従来のMRIやCT画像では正常に見えるはずの梗塞による異常を、発症から3~30分以内に検出することができる。

 拡散性の低下に加えて、血管性浮腫によるT2緩和の増加がDWI画像上で「透けて見える」ことがあり、血管性浮腫と細胞毒性浮腫の区別が困難である。しかし、この問題はDWIとADCマップ画像を比較することで克服することができる。ADCマップは、DWIに対する拡散性の低下の寄与を定量的に測定することができる。細胞性浮腫を伴う急性期脳梗塞では、梗塞組織内での水拡散の減少は、DWI上での信号の増加(高信号)を引き起こし、それに対応するADCマップ画像上での信号強度の減少をもたらす。対照的に、血管性浮腫では、T2シャインスルーによりDWI信号が増加することがあるが、水拡散が増加するため、ADCマップ画像上では対応する高信号も存在する。

 急性期脳梗塞で起こる水拡散の減少は一過性で、約1週間持続する。その後、擬似正常化の段階を経て反転し、亜急性期後期および慢性期には脳軟化やグリオーシスの発症に伴い水拡散が増加する。

 3テスラ(T)の高磁場を利用したMRIやDWIは、臨床現場でますます利用可能になってきている。しかし、3T MRIスキャナーを用いたDWIが1.5T MRIと比較して早期(6時間以内)や小梗塞の検出に優れているかどうかについては、限られた相反するエビデンスしかない。3T MRIはS/N比が改善されているため有利であるが、画像のアーチファクトや幾何学的な歪みも導入されており、特に頭蓋底部に近い脳の領域では初期の虚血性変化が不明瞭になる可能性がある。

DWIの臨床的有用性

 DWIは症状発症から12時間以内の患者における急性期脳梗塞の診断においてNCCTよりも優れている。この結論は、NCCT、DWI、FLAIRを比較した研究に基づいており、異常なDWIは症状発症から6時間以内の患者において脳梗塞の感度が高く特異的な指標であることが示されている。しかし、急性期脳梗塞の患者ではDWIが正常である場合もある。急性期脳梗塞患者565人のレトロスペクティブな報告では、518人(92%)でDWI上の関連病変が明らかであり、DWIだけでは8%の患者で急性期の脳卒中を見逃してしまう可能性があることを示唆している。これらの症例では、MRIまたはCTによる追跡検査で梗塞が確認されることがある。これらの患者の中には、小さな脳幹部ラクナ梗塞やDWIではまだ異常が認められなかった領域に灌流MRIで虚血が認められたものもあった。

 診察を受けるのが遅れている亜急性期脳梗塞患者においても、DWIは有用である。脳卒中または一過性脳虚血発作(TIA)が疑われ、症状発現から中央値で17日遅れた患者300人を対象としたプロスペクティブ観察研究では、108人(36%)の患者において、T2強調画像検査と比較してDWIにより診断の明確化や血管領域の追加的な臨床情報が得られた。これは42人(14%)の患者において管理の変更につながる可能性が高いと考えられた。

 急性期脳梗塞やTIAの評価では、ベースラインMRI上に複数の拡散性低下病巣が認められると、再発リスクの増加と関連している。さらに、ADC値によって決定される時間の異なる複数のDWI病変の存在は、将来の虚血性イベントの独立した予測因子である。

DWI-FLAIRのミスマッチ

 DWI-FLAIRのミスマッチとは、急性期脳梗塞と一致するDWI上の高信号病変があるが、FLAIR画像上では対応する信号異常は認められないことを意味する。このミスマッチは、血管性浮腫の徴候であるFLAIRでの高信号の発現に十分な時間が経過していないため、脳卒中が比較的急性(すなわち、4.5時間以内)であることを示している。DWI-FLAIRのミスマッチは、脳卒中発症が目撃されていない場合や不明な場合に、静脈内血栓溶解療法を行う患者を選択するために臨床試験で使用されている。

灌流強調画像法

 灌流強調画像法(PWI)は脳の虚血領域を示すことができる。対照的に、DWIは梗塞による細胞毒性浮腫を明らかにする。

方法

 PWIではMRI技術を用いて、静脈内投与されたガドリニウムベースの造影剤が灌流された脳組織を通過する際の磁化率効果を定量化する。CT灌流(CTP)イメージングと同様に、脳組織を通過する造影剤の特性を分析することで、脳灌流マップを得ることができる。これらのマップは、脳血流、脳血流量、平均通過時間、造影増強の時間-ピーク、残留物の時間-ピークを含む脳灌流の異なる特性を表示することができる。

 PWIとは別に、脳灌流を評価するMRIのもう一つの方法として、動脈スピンラベル法(ASL)がある。血管内造影剤を使用する代わりに、ASLは脳に入る血液を磁気的に標識する。脳卒中症状発症から24時間以内のASLイメージングでは、灌流の欠損や拡散と灌流のミスマッチを描出することができる。さらに、ASL上の灌流の非対称性は脳卒中の重症度や転帰と相関しているようである。

PWI/DWIミスマッチ

 PWI/DWIミスマッチは、DWI上の不可逆的な虚血性傷害の小さい領域(梗塞の中心部)に対するPWI上の虚血の比較的大きな領域(灌流が決定的に低いペナンブラ)の存在を指す。このPWI/DWIのミスマッチは、救命可能な脳組織を持っているため、再灌流療法の恩恵を受ける可能性が高い患者を選択するための画像マーカーとして使用されている。DEFUSE 3試験では、後期(最終未発症時刻から6~16時間後)の急性虚血性脳卒中患者を研究し、機械的血栓回収術の対象となる患者を選択するためにCTまたはMRの灌流イメージングが使用された。この研究では、患者選択にCTまたはMRIを使用したかどうかにかかわらず、血管内血栓回収術の有益性が示されたが、有益性はCTPと比較してPWIを使用して選択された患者の方が大きかった。

DWI-PWIミスマッチ

古典的なパターンのミスマッチを持つ代表的なケース

  • A)DWI(Diffusion Weighted-image)。
  • B)DWI異常病変(赤で表示)と低灌流病変(緑で表示)をDWIに重ね合わせた。
  • C)脳画像(DWI)を除去したDWI異常病変と低灌流病変。

磁化率強調MRIシーケンス

 MCAまたは内頸動脈(ICA)を含む急性血栓症および閉塞の早期発見のための磁化率強調MRI画像(例:T2*強調GRE)の有用性を支持するエビデンスが増加している。急性血栓性閉塞は、MCAまたはICA内の局所的な低信号として現れることがあり、多くの場合、局所的または曲線的な形状をしている。低信号の直径は、対側の影響を受けていない血管の直径よりも大きい。この所見は “感受性サイン “と呼ばれ、NCCTで説明されている “hyperdense MCA sign “に類似している。

 脳卒中発症から95~360分後にMRIを受けたMCA領域の脳卒中患者42人のレトロスペクティブな報告では、30人(71%)に「感受性サイン」が認められ、その特異度は100%であった。全体的な感度はMRAと比較して83%であったが、閉塞部位によって大きく異なり、MCA分岐部に近い閉塞では38%、MCA本幹に近い閉塞では97%であった。

 磁化率強調MRIシーケンスは、急性実質内出血の検出にも有用であり、特に動脈内治療後に懸念される場合には、NCCT上では造影剤の滞留が血液と容易に区別できない状況である。

MRアンギオグラフィ

動脈の狭窄や閉塞を検出するためのMRAは、急性期脳梗塞のMRIプロトコルの一部として多くの施設で行われている。コントラスト強調MRAは,より確立されたtime-of-flight法と比較して,頭蓋内大血管の画像化が改善されることが期待されている。頭蓋内血管の狭窄と閉塞の検出については、様々な研究における造影MRAは、デジタルサブトラクション血管造影と比較して、感度86~97%、特異度62~91%であった。

デジタルサブトラクション画像法

 デジタルサブトラクションアンギオグラフィ(DSA)は、頸部の大動脈(すなわち頸動脈と椎骨動脈)と頭部(頭蓋内動脈)に設置したカテーテルを通して造影剤を選択的に注入することにより、脳血管系を可視化する方法である。DSAは、動脈狭窄の重症度、血管障害や血管奇形の有無を判定するための金字塔であり続けている。さらに、側副路および灌流に関する情報も提供する。

 DSAは主に2つの理由から、急性期脳梗塞の設定で患者のトリアージを行うことはほとんどない。第一に、CTAやMRAと比較して、その有用性が低いことである。第二に、リスクが低いとはいえ、脳卒中発症とDSAが関連していることである。脳卒中のリスクは0.14~1%と推定され、一過性脳虚血発作のリスクは0.4~3%と推定されている。

 DSAは、頭蓋内動脈閉塞に続発する急性期脳梗塞患者に対する血管内治療(機械的血栓回収術など)に不可欠なものである。DSAの使用が増加したのは、脳卒中発症後6時間までの血管内治療の有用性を示した5つの主要試験が発表された2015年からであり、2018年には、最初の6時間という時間枠を超えて機械的血栓回収術の有用性を示した2つの画期的な試験が発表されたことで、さらに増加している。

超音波検査

 頸動脈デュプレックス超音波(CDUS)と経頭蓋ドップラー(TCD)超音波は、それぞれ頭蓋外血管と頭蓋内血管の神経血管評価のための非侵襲的な方法である。頸動脈および椎骨デュプレックスおよびTCDは、一過性脳虚血発作(TIA)および大動脈由来の可能性のある脳梗塞を有する患者を評価するために、従来は主に選択的、非急性期の方法で単独で使用されてきた。

頸動脈および椎骨動脈デュプレックス超音波

 カラーフローガイド頸動脈超音波は、頭蓋外の動脈硬化性疾患を評価するための非侵襲的検査として確立されている。

経頭蓋ドップラー

 TCD超音波は、低周波(2MHz)のパルス音を使用して骨を貫通させ、ウィリス動脈輪の頭蓋内血管を照射する。その使用は、頭蓋内血管の開存性を評価するための非侵襲的な手段として受け入れられている。急性期脳卒中患者において、TCDは頭蓋内狭窄の検出、側副経路の特定、リアルタイムでの塞栓の検出、血栓溶解後の再灌流のモニタリングが可能である。主な欠点としては、操作者への依存性、音響窓の貧弱さ(すなわち、15%の症例でフローを検出できないこと)、椎骨脳底動脈のフローに対する感度の低さが挙げられる。

頸動脈超音波とTCDの併用

 緊急頸動脈超音波とTCDの併用は、いくつかの小規模な研究で報告されている。一例として、150人の患者を対象とした研究では、頸動脈超音波とTCDの組み合わせは、介入的治療が可能な動脈病変の検出に効果的に使用できることが示されている。このアプローチの大きな制限は、経験豊富な超音波検査技師が不足しているために、多くの施設ではこれらの検査を緊急に行うことができないことである。

まとめ

  • 急性期脳梗塞が疑われる患者に対して、初期の神経画像診断の目標は、出血の除外、脳卒中擬態の除外、初期梗塞の徴候の検出、梗塞中心部(コア)と虚血性ペナンブラの描出、頚動脈と頭蓋内動脈の状態を明らかにすることである。
  • 頭部の非造影CT(Noncontrast Computed Tomography: NCCT)は、脳卒中の早期急性期評価に好まれる画像検査であり、普及していること、スキャン時間が短いこと、頭蓋内出血に対する感度が高いことから、ほとんどの施設で実施されている。拡散強調画像(DWI)を用いたMRI(は、急性期脳梗塞の検出および脳卒中の擬態の除外において、NCCTよりも優れている。さらに、MRIは急性頭蓋内出血を確実に検出することができるが、ほとんどの施設では容易に利用できず、患者の禁忌や不耐症のために制限されている。
  • 機械的血栓回収術の候補となる患者において、動脈閉塞の存在を確認するためには、神経血管画像検査(血管造影検査)が不可欠である。また、脳梗塞における塞栓症や低血流の原因となりうるものを評価するためにも重要である。非侵襲的な方法(CTAまたはMRA)は広く利用可能であり、一般的なスクリーニングに使用されている。デジタルサブトラクション血管造影(DSA)は、脳動脈の閉塞に続発した急性期脳梗塞患者に対する血管内治療(すなわち、機械的血栓回収術)の重要な一部である。
  • DWIと灌流強調MRI(PWI)またはCT灌流画像法(CTP)による梗塞中心部と虚血性ペナンブラの評価は、所見が治療の決定に影響を与える可能性がある場合、後期(すなわち、最終未発症時刻から6時間以上)で機械的血栓回収術などの治療の決定に影響を与える可能性がある場合に行うべきである。