雙低劑量聯合迭代重建技術在急性腦梗死容積CT全腦灌注成像中的可行性應用

王濤， 師毅冰， 華榮， 張青山， 徐凱

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·低kV低濃度對比劑專題·

雙低劑量聯合迭代重建技術在急性腦梗死容積CT全腦灌注成像中的可行性應用

王濤， 師毅冰， 華榮， 張青山， 徐凱

目的：探討低濃度對比劑、低管電壓聯合迭代重建技術在急性腦梗死患者全腦灌注成像(CTP)中的可行性應用。方法：選取2014年9月-2015年3月在徐州醫學院徐州臨床學院行全腦CTP檢查、臨床擬診為急性腦梗死患者59例，隨機分為A、B兩組，A組28例[管電壓100 kV，對比劑為碘海醇(350 mg I/mL)，濾波反投影重建法(FBP)重建]；B組31例[管電壓80 kV，對比劑為碘克沙醇(270 mg I/mL)，迭代重建算法(ART)重建]。測量并計算A、B兩組的大腦中動脈CT值、信噪比(SNR)、對比噪聲比(CNR)、劑量長度乘積(DLP)、有效輻射劑量(ED)及碘攝入量，并對兩組間上述指標進行統計學分析；2名醫師對兩組圖像質量評價的一致性采用kappa分析；兩組間圖像質量主觀評價差異采用χ2檢驗。結果:A、B兩組間的CT值、SNR、CNR、CTP及CTA的圖像主觀質量評價差異均無統計學意義(P均>0.05)；兩組間梗死灶的檢出率無統計學差異；而B組(雙低劑量組)的ED、碘攝入量較A組低。結論：聯合低管電壓和迭代重建技術時，使用低濃度對比劑(270 mg I/mL)進行全腦CTP檢查，在不降低圖像質量的同時，還能減少ED及碘攝入量，從而降低對比劑腎病(CIN)的風險。

腦梗死； 體層攝影技術，X線計算機； 輻射劑量； 對比劑; 迭代重建

腦血管病是危害人類健康的三大疾病之一，其中缺血性腦血管病占80%以上[1]。利用320排容積CT進行全腦CT灌注成像(CT perfusion imaging，CTP)可在急性腦梗死的超急性期(<6 h)及時做出明確診斷，評價缺血腦組織的血流灌注異常，并得到全腦CT動脈成像(CT angiography，CTA)及CT靜脈成像(CT venography，CTV)圖[2]，是臨床應用較廣的血流動力學評估方法[3]，對于指導臨床盡早治療，尤其是溶栓治療具有重要的意義。降低CT掃描輻射劑量一直是國際關注的熱點[4-5]。通過降低管電壓可以降低患者所受輻射劑量，同時可減少對比劑用量，使之更適于顱腦灌注成像檢查[6]。本研究旨在通過比較不同管電壓及對比劑濃度掃描方案下的急性腦梗死患者的全腦CTP圖像質量及輻射劑量，探討雙低劑量掃描方案應用于腦梗死全腦CTP中的可行性。

圖1 男，71歲，2h前無明顯誘因突發頭暈，伴有流涎。 患者大腦中動脈M1段橫軸面圖(管電壓100 kV，碘海醇350 mg I/mL，FBP重建)。ROI選取2 mm2，左側大腦中動脈M1段CT值為(498.9±30.8) HU，同層面腦實質的CT值為(49.3±14.4) HU。 圖2 男，59歲， 突發視物雙影，伴有頭暈、頭痛?；颊叽竽X中動脈M1段橫軸面圖(管電壓80 kV，碘克沙醇270 mg I/mL，ART重建)。ROI選取2mm2，左側大腦中動脈M1段CT值為(474.7±20.6) HU，同層面腦實質的CT值為(38.6±8.7) HU。

材料與方法

1.一般資料

搜集2014年9月-2015年3月在我院行320排全腦CTP，臨床擬診為急性腦梗死的59例患者(剔除有碘對比劑過敏史、腎功能不全及患甲狀腺疾病服用二甲雙胍者)，其中男35例、女24例，年齡39～86歲，平均年齡(60.0±14.6)歲。所有患者檢查前均測身高、體重，并計算身高體質指數(body mass index，BMI)。將59例患者隨機分成A、B兩組，兩組的一般情況見表1。本研究獲本院倫理委員會批準，所有患者均簽署知情同意書。

表1 A和B組患者的一般情況及比較

2.檢查方法

采用日本東芝公司Toshiba Aquilion 320容積CT進行全腦CTP掃描。A組:管電壓100 kV，對比劑為碘海醇(350 mg I/mL)。B組：管電壓80 kV，對比劑為碘克沙醇(270 mg I/mL)。兩組其他掃描參數相同：容積掃描方式，層厚0.5 mm，管電流150～310 mA。兩組對比劑注射總量(50 mL)和流率(4 mL/s)相同。采用全腦灌注掃描方案，注射對比劑后7s開始第1次曝光，隨后曝光時間間隔為動脈期2 s，靜脈期4～6 s，掃描總時間62 s。共進行19次曝光，分別于注射對比劑后7、11、13、15、19、21、23、25、27、29、32、34、36、38、42、47、52、57和62 s曝光(表2)。

表2 A和B組掃描方案

3.重建方法

A組采用常規濾波反投影重建法(filtered back projection，FBP)重建，B組采用迭代重建算法(algebraic reconstruction technique，ART)重建。

4.圖像后處理

將掃描后得到的19組共6080幅圖像導入Toshiba工作站進入4D perfusion軟件進行分析。在大腦中動脈M1段選擇興趣區(region of interest，ROI)測量CT值，并由軟件自動生成局部腦血流量(regional cerebral flow，rCBF)、局部腦血容積(regional cerebral volum，rCBV)、平均通過時間(mean transit time，MTT)和峰值時間(transit time to the peak，TTP)等灌注參數，并生成相應的灌注參數偽彩圖，繼而獲得全腦橫軸面、冠狀面及矢狀面CTP圖。將所有容積數據導入Toshiba Vital Version6.5.3工作站，通過工作站數字剪影技術，可獲得全腦CTA及CTV圖像。

5.圖像質量評價

客觀評價：測量A、B組圖像峰值大腦中動脈M1段CT值，利用公式(1)、(2)分別計算信噪比(signal-to-noise ratio，SNR)和對比噪聲比(contrast-to-noise ratio，CNR)。

(1)

圖像噪聲為ROI范圍CT測量值的標準差(standard deviation，SD)，ROI的選取應盡量避開鈣化，其面積>1/2管腔面積(圖1～2)。

主觀評價：由2名有經驗的放射醫師在不知分組的情況下，獨立完成圖像質量評級，采用3級評分法：3分為圖像質量好，假彩色差明顯，容易辨認異常灌注區域,診斷明確；2分為圖像質量較好，假彩色差較明顯，在調節對比度情況下可辨別出異常灌注區域；1分為圖像質量差，假彩色差模糊，對比度調整后仍不能辨認出異常灌注區域或圖像出現錯層，甚至無法生成CTP圖，不能達到診斷需求。

根據全腦CTP及CTA圖，結合患者臨床癥狀，評價圖像顯示異常區域與患者癥狀吻合程度，吻合程度采用0～2級評分法：2分為責任病灶出現CTP低灌注區域(CBV、CBF降低，MTT、TTP延長)，且對應動脈出現狹窄，甚至閉塞；1分為責任病灶出現CTP低灌注區域(CBV、CBF降低，MTT、TTP延長)，但對應動脈未出現明顯狹窄、閉塞；或出現責任動脈狹窄，但未顯示出CTP低灌注區域；0分為患者病狀明顯，但是CTP及CTA均為陰性。

表3 A和B兩組大腦中動脈M1段CT值、SNR和CNR的比較

6.有效輻射劑量(effective dose，ED)及碘攝入量

記錄所有患者劑量長度乘積(dose length product，DLP)，根據公式(3)計算兩組患者的ED值。

ED=DLP×k

(3)

k為轉換系數，本研究取k=0.0021 mSv/(mGy·cm)。利用公式(4)計算兩組患者碘攝入量。

碘攝入量=碘濃度×對比劑劑量

(4)

7.梗死病灶顯示率

記錄2組患者發現急性腦梗死灶的數量，比較2組梗死灶顯示率。

8.對比劑不良反應

于掃描后15～20 min內，詢問患者舒適度，同時記錄掃描后20 min內及隨訪3 d內各種不良反應。

8.統計學處理

結 果

59例患者一般資料和比較見表1。A、B兩組患者年齡、性別、BMI差異均無明顯統計學意義(P均>0.05)。

A組和B組的大腦中動脈M1段的峰值CT值、SNR和CNR的比較見表3。A、B兩組間CT值、SNR和CNR差異均無統計學意義(P均>0.05)。

2名醫師對A、B兩組圖像質量一致性均較好(A組kappa值為0.651，P<0.001；B組kappa值為0.760，P<0.001)； A、B兩組圖像質量差異均無統計學意義(醫師1，χ2=3.345，P>0.05；醫師2，χ2=1.272，P>0.05，表4)。圖像顯示與癥狀吻合程度評價在A、B兩組間差異無統計學意義(P>0.05，表5，圖3、4)。

表4 2名醫師對A和B組CTP圖像質量評分及比較

注：A組，kappa值=0.651，P<0.001；B組：kappa值=0.760，P<0.001。

表5 A和B兩組圖像顯示與癥狀吻合程度評分及比較

注：χ2值=0.816，P=0.665。

A、B兩組的DLP、ED、對比劑劑量及碘攝入量見表6。B組較A組ED降低5.48 mSv，下降45%。碘攝入量減少4000 mg，下降23%。

表6 A和B兩組各指標的比較

A組28例患者中，8例未檢出急性梗死灶，15例檢出1處梗死灶，5例檢出2處梗死灶；B組31例患者中，9例未檢出急性梗死灶，18例檢出1處梗死灶，其中3例檢出2處梗死灶，1例檢出3處梗死灶。結果顯示A、B兩組間梗死灶檢出率無統計學意義(χ2=1.683，P>0.05)。

表7 A、B兩組急性梗死灶檢出率的比較

注：χ2=1.683，P值=0.641。

59例患者在掃描過程中均未發生對比劑外滲。掃描結束后15～20 min均內無明顯過敏反應。隨訪3 d中，共4例出現中度過敏反應[A組2例(2/28，7.1%)，B組2例(2/31，6.5%)],其中2例表現為面部皮疹和腫脹(A、B組各1例)，1例表現腹部蕁麻疹(A組)，1例出現嘔吐(B組)。

圖3 男，55歲，言語不清伴右側肢體無力3h。 A組掃描方案(100 kV，碘海醇350 mg I/mL，FBP重建)。2名醫師主觀圖像質量評分均為3分；患者臨床癥狀陽性，CTP及CTA均與臨床癥狀吻合，臨床癥狀與影像診斷吻合率評分2分。a) CBV圖示兩側額顳頂葉CBV基本對稱； b) CBF圖示兩側額顳頂葉CBF基本對稱； c) MTT圖示左側額顳葉MTT延長(左側額顳葉與對側相比出現大片紅色時間延長區域，時間短至長偽彩顏色變化：藍→綠→黃→紅)； d) TTP圖示左側額顳葉TTP延長(左側額顳葉出現大片紅黃相間時間延長區域)； e) CTA圖示左側大腦中動脈M1段以遠閉塞(箭)。 圖4 女，70歲。2.5h前突發左側肢體無力。B組掃描方案(80 kV，碘克沙醇270 mg I/mL，ART重建)。2名醫師主觀圖像質量評分均為3分；患者臨床癥狀陽性，CTP陽性，CTA陽性，臨床癥狀與影像診斷吻合率評分2分。a) CBV圖示兩側額顳頂葉CBV基本對稱； b) CBF圖示右側額顳頂葉及基底節區CBF較左側稍延長； c) MTT圖像示右側額顳頂葉及基底節區較左側MTT明顯延長(右側額顳頂葉及基底節區出現大片紅黃相間時間延長區域)； d) TTP圖示右側額顳頂葉及基底節區TTP較左側明顯延長(右側額顳頂葉及基底節區出現大片紅色及黃色時間延長區域)； e) CTA圖示右側頸內動脈及大腦中動脈、前動脈閉塞(箭)。

討 論

320排全腦CTP是對超急性期腦梗死的“一站式”CT檢查：包括常規CTP、CTA、CTV的聯合應用，有些學者將其稱為多模式CT檢查[7]。然而，由于灌注成像需要多遍連續曝光，因此受檢者所受輻射劑量較高。近年來，降低輻射劑量一直是國際上研究的熱點[8-10]。最新研究[11-13]顯示低kV掃描，可使X線光子平均能量更接近碘的k緣、康普頓散射降低，從而使CT值增加，而輻射劑量降低。

隨著對比劑的應用日益廣泛，對比劑腎病(contrast induced nephropathy，CIN)發病率明顯升高。目前研究認為，除了滲透壓因素外，對比劑的粘滯度亦是決定CIN發病率的關鍵因素[14]。故等滲對比劑碘克沙醇如何在保證等滲特征的同時，降低黏度，更接近生理特點，從而具備優越的顯影特性值得探討。根據等碘效應，270 mg I/mL碘克沙醇要達到350 mg I/mL碘海醇的顯影效果，必須增加對比劑劑量，而后者的增加會導致CIN風險的增高[15]。本研究通過2組不同kV掃描方案的比較，得出低kV方案(B組)X線的輸出能量更接近33 keV的碘k緣，導致顱內動脈CT值沒有降低。

隨著計算機的進展，ART越來越多地應用到CT重建方案中，最新的ART重建，可有效降低圖像噪聲，提高圖像的SNR和CNR，從而保持甚至提高圖像質量；可彌補由于低kV造成的噪聲增加和圖像質量下降，從而降低ED[16]。

本研究結果顯示碘克沙醇(270 mg I/mL)及80 kV的掃描方案聯合ART重建組(B組)和碘海醇(350 mg I/mL)及100 kV的掃描方案聯合FBP重建組(A組)間的CT值、SNR、CNR、CTP及CTA的圖像主觀質量評價差異均無統計學意義(P>0.05)，均能滿足臨床診斷需求；2組在發現急性梗死灶能力方面無統計學差異；而B組(雙低劑量組)的ED、碘攝入量較A組低。因此采用雙低劑量聯合迭代重建技術在滿足臨床診斷需要的同時，可減少患者所受ED及碘的攝入量，把可能發生的副作用降至最少。

本研究局限性：①部分大腦中動脈管腔偏細，ROI選擇易由于部分容積效應產生偽影；②樣本量較小，需積累病例進一步證實；③評價患者顱內動脈狹窄，未與金標準(DSA)對照，無法評價其診斷狹窄的準確性。

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Application feasibility of double-low dose combined with iterative reconstruction technique in the whole brain perfusion imaging

WANG Tao，SHI Yi-bing，HUA Rong，et al.

Department of Medicial Imaging，Xuzhou Institute of Clinical，Xuzhou Medical College，Jiangsu 221009，P.R.China

【Absract】 Objective：To evaluate the influence of low tube voltage and low iodine-concentration contrast material on the image quality,the degree of blood vessels enhancement and radiation dose in the whole brain perfusion imaging (CTP).Methods：From September 2014 to March 2015,59 patients with clinical suspicion of acute cerebral infarction were enrolled in our center.They were randomly divided into two groups,and they all underwent CTP.Twenty-eight patients (group A) underwent examination with 100kV,350mg I/mL contrast medium and filter back-projection (FBP) reconstruction.Thirty-one patients (group B) underwent examination with 80 kV，270mg I/mL contrast medium and algebraic reconstruction technique (ART).The middle cerebral artery CT value was measured.The CT value，signal-to-noise ratio (SNR)，contrast-to-noise ratio (CNR)，dose length product (DLP)，effective radiation dose (ED)，and iodine intake of the two groups were compared and analyzed.Results：There was no significant difference in the CT value，subjective image quality score，SNR and CNR between the 2 groups.The ED and total iodine intake in group B were lower than that in group A.Conclusion：Low tube voltage,low concentration of contrast agent (270mg I/mL) combined with ART in the CTP do not reduce the quality of image.They can reduce the ED and the the risk of contrast induced nephropathy (CIN).

Cerebral infarction; Tomography，X-ray computed; Radiation dose; Contrast medium； Iterative reconstruction

221009 江蘇，徐州醫學院徐州臨床學院影像科(王濤、師毅冰、華榮)，神經內科(張青山)；221000 江蘇，徐州醫學院附屬醫院影像科(徐凱)

王濤(1981-)，男，江蘇徐州人，主治醫師，主要從事腦血管疾病的影像診斷工作。

徐凱，E-mail：xukaixz@163.com

徐州市科技局科技項目(XM13B076)

R814.42； R743.33

A

1000-0313(2015)10-0980-05

10.13609/j.cnki.1000-0313.2015.10.002

2015-08-05

2015-08-31)