基于CT 容積掃描的時間域最大強(qiáng)度投影評估干細(xì)胞移植治療前后嚴(yán)重下肢缺血患者的小腿血供

何思琦 方 圓 朱亞新 孫佳琦 劉駿楨 董智慧 林 江

（1上海市影像醫(yī)學(xué)研究所 上海 200032；2復(fù)旦大學(xué)附屬中山醫(yī)院放射科，3血管外科 上海 200032；4佳能醫(yī)療系統(tǒng)（中國）有限公司 北京 100015）

下肢嚴(yán)重缺血是外周動脈疾病最嚴(yán)重的形式，主要表現(xiàn)為下肢的靜息性疼痛和不愈性潰瘍［1］。對于肢體遠(yuǎn)端流出道不佳或早期血運(yùn)重建效果不好的下肢嚴(yán)重缺血患者，自體干細(xì)胞移植提供了一種新的、有效且安全的下肢血流恢復(fù)方法［2］。踝肱指數(shù)（ankle-branchial index，ABI）可用于評價下肢局部血流狀態(tài)，但其受檢查部位及血管鈣化等多種因素的限制［3］。影像解剖學(xué)成像，如單時相CT 血管成像（single-phase computed tomographic angiography，sCTA）、磁共振血管造影（magnetic resonance angiography，MRA）和超聲等，只能提供大血管的解剖學(xué)信息而無法反映遠(yuǎn)端細(xì)小側(cè)支及缺血部位的血流動力學(xué)［4］。CT 灌注（CT perfusion，CTP）因其快速的圖像采集速度及功能評估的優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于評估顱腦、心臟等組織器官的血流狀態(tài)［5-6］。但因?yàn)橄轮趋兰D像強(qiáng)化不足，傳統(tǒng)灌注參數(shù)在下肢骨骼肌應(yīng)用受限［4］。時間域最大強(qiáng)度投影（time maximum intensity projection，t-MIP）是一種新的圖像后處理技術(shù)，有別于傳統(tǒng)的MIP 投影，t-MIP 算法能夠?qū)⑾轮嘧⒌?5 期圖像重建為一個新的容積圖像包，融合了MIP 及CTA 的特點(diǎn)，具有更多圖像信息。已有研究將t-MIP 應(yīng)用于腦缺血性疾病［7-8］，結(jié)果顯示其極大地提高了CT 圖像上血管顯示的質(zhì)量。本研究比較了下肢缺血患者的t-MIP圖像與sCTA 圖像上顯示的下肢血管質(zhì)量，并在t-MIP 圖像的基礎(chǔ)上，將流經(jīng)下肢的血液流量按血管顯影進(jìn)行了容積量化，計(jì)算了干細(xì)胞移植治療前后的小腿血管容積，旨在尋找一種新的檢查方法來評估下肢缺血性疾病。

資料和方法

臨床資料和試驗(yàn)方案本研究經(jīng)復(fù)旦大學(xué)附屬中山醫(yī)院倫理委員會審核并批準(zhǔn)（倫理編號：2009-016），所有參加研究的對象均簽署知情同意書。本前瞻性研究連續(xù)性入組了2019 年1—9 月間因下肢嚴(yán)重缺血就診于復(fù)旦大學(xué)附屬中山醫(yī)院血管外科的患者16 例。入組標(biāo)準(zhǔn)：（1）年齡21~80 歲，男女不限；（2）盧瑟福缺血分級4~5 級；（3）不適合開放性或介入手術(shù)治療者及開放性或介入手術(shù)治療無效者；（4）經(jīng)過常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)治療3 個月后缺血癥狀無緩解者；（5）合并肢體潰瘍壞疽，經(jīng)4 周以上創(chuàng)面護(hù)理不愈合者。排除標(biāo)準(zhǔn)：（1）3 個月內(nèi)新發(fā)心肌梗死者；（2）粒細(xì)胞集落刺激因子應(yīng)用禁忌證；（3）下肢動靜脈畸形或獲得性下肢動靜脈瘺患者。

所有患者均于干細(xì)胞移植術(shù)前1~2 周內(nèi)行常規(guī)下肢sCTA、下肢CTP、ABI 及Wong-Baker FACES疼痛評分（Wong-Baker FACES pain score，WPS）。sCTA 與CTP 檢查間隔為4~5 天。術(shù)后1 個月患者隨訪時再次行CTP、ABI 及WPS，所有患者在前后兩次CTP 檢查期間均未接受其他任何血管內(nèi)治療。

CT 容積掃描方法檢查采用佳能Aquilion one VISION 320 排容積CT，z 軸覆蓋范圍為160 mm。CT 掃描過程中用特制的模具固定患者雙下肢，使雙側(cè)小腿位于同一水平線，防止掃描過程中的肢體移動，并保證雙腿以CT 輻射場中心對稱放置。CTP 掃描分為測試值掃描和正式掃描兩部分。測試值掃描得出的腘平面造影劑達(dá)峰時間，被用作正式掃描的延遲時間參考。正式掃描范圍自腓骨頭平面向足側(cè)160 mm。掃描參數(shù)：管電壓100 kV；管電流200 mA；準(zhǔn)直器寬度320 mm×0.5 mm；轉(zhuǎn)速0.5 s；掃描時間間隔1 s。以5 mL/s 速率經(jīng)肘正中靜脈注射50 mL 非離子對比劑碘帕醇（370 mgI/mL，拜爾醫(yī)藥）和50 mL 生理鹽水（沖洗）。整個掃描過程耗時49.5 s，每個患者掃描一次總共獲得25 期小腿段容積圖像。

干細(xì)胞治療和臨床評估患肢自體干細(xì)胞移植術(shù)詳見文獻(xiàn)所述［2］。ABI 測量方法參照心血管病和介入放射治療協(xié)會2002 年標(biāo)準(zhǔn)［9］。WPS 詳見文獻(xiàn)所述［10］。

圖像分析所有CTP 圖像均傳輸至佳能后處理工作站。25 期動態(tài)CTP 圖像由工作站軟件V7.0合成t-MIP 圖像。選取CTA 圖像上相同節(jié)段與t-MIP 圖像進(jìn)行對比分析。分析前先對所有圖像進(jìn)行質(zhì)量評價。主觀評價采用0~3 分評分。3 分：動脈充盈，管腔內(nèi)密度均勻，輪廓清晰、管壁銳利；2分：動脈充盈，管腔內(nèi)密度均勻，輪廓較清晰、管壁略微模糊；1 分：動脈充盈，管腔內(nèi)密度欠均勻，輪廓較模糊；0 分：動脈顯示欠佳或動脈未見明顯顯示。根據(jù)Graziani 等［11］的下肢動脈分段法，將動脈分為腘動脈段、脛前動脈段、脛后動脈和腓動脈段，分別記錄分值。

客觀評價在CTA 和t-MIP 軸向圖像上小腿段動脈和肌肉組織的CT 值及其標(biāo)準(zhǔn)差（SD）。信噪比（signal noise ratio，SNR）=血管CT 值/血管SD；噪聲比（contrast to noise ratio，CNR）=血管CT 值-肌肉組織CT 值/肌肉SD。動脈選取CTA 圖像上顯影最優(yōu)的動脈，在其近、中、遠(yuǎn)端層面各測量1 次，分別記錄其CT 值及SD 值；匹配t-MIP 圖像上相同的血管，測量方法同CTA。側(cè)支評分參考顱腦側(cè)支評分［6］：0 分為無或未顯示新生側(cè)支血管；1 分為少許新生側(cè)支（1~5 個分支）；2 分為豐富的新生側(cè)支（≥5 個分支）。最后將t-MIP 圖像與同次灌注的第1 期未增強(qiáng)圖像相減，所得圖像用于測量小腿的血管容積，反映掃描范圍內(nèi)小腿組織內(nèi)的動脈血流量。血管容積測量采用手動連續(xù)層面繪制的感興趣區(qū)域（region of interest，ROI），ROI 包括層面內(nèi)所有的動脈血管結(jié)構(gòu)，盡量避開了皮下軟組織、皮下淺表靜脈、骨骼及可能顯影的深靜脈，用3D volume軟件對ROI 內(nèi)的血管容積進(jìn)行計(jì)算，得到下肢掃描范圍內(nèi)總的血管容積（mL）（圖1），測定血管容積由2 名醫(yī)師獨(dú)立完成，2 名醫(yī)師的測量結(jié)果均作為統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)。

輻射劑量檢查結(jié)束后，CT 機(jī)自動生成輻射劑量的報告數(shù)據(jù)，用劑量長度乘積（dose length product，DLP）乘以腿部轉(zhuǎn)換系數(shù)k 來計(jì)算有效輻射劑量（effective dose，ED）［k=0.0008 mSv/（mGy·cm）］。

統(tǒng)計(jì)學(xué)分析應(yīng)用SPSS 23.0統(tǒng)計(jì)軟件，Shapiro-Wilk 正態(tài)性檢驗(yàn)用于檢查數(shù)據(jù)是否符合正態(tài)分布，符合正態(tài)分布用±s 表示，用配對樣本t 檢驗(yàn)進(jìn)行分析；不符合正態(tài)分布的用中位數(shù)及四分位間距表示，用秩和檢驗(yàn)進(jìn)行分析。等級數(shù)據(jù)用Mann-Whitney U 檢驗(yàn)進(jìn)行分析。采用組間相關(guān)系數(shù)評估2 名醫(yī)師之間的一致性（95%置信區(qū)間），血管容積與ABI 之間的相關(guān)性采用Pearson 相關(guān)性分析。雙尾P<0.05 為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

結(jié) 果

一般情況共入組16 名下肢嚴(yán)重缺血的男性患者，年齡（44±14）歲。2 名患者術(shù)前于外院行下肢CTA 檢查，其余患者均在本院順利完成了術(shù)前sCTA 和 術(shù) 前、術(shù) 后2 次CTP 檢 查、ABI 測 量 及WPS；所有患者均于本院血管外科成功完成自體干細(xì)胞移植手術(shù)，表1 為患者基本信息和術(shù)前sCTA上患肢的表現(xiàn)。

表1 16 名患者的臨床資料和術(shù)前sCTA 表現(xiàn)Tab 1 Baseline clinical characteristics and sCTA findings in the 16 patients before treatment

術(shù)前圖像質(zhì)量比較共評價16 條小腿，所有下肢的sCTA 圖像和t-MIP 圖像均可用于后處理分析。主觀評價：t-MIP 圖像的主觀評分高于sCTA圖像，二者之間的差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（U=1274.5，P<0.05）。客觀評價：t-MIP 圖像的血管CT 值、SNR 及CNR 均顯著 高于sCTA 圖像（P<0.001）。t-MIP 圖像共顯示側(cè)支循環(huán)45 支（平均秩次為18.59），sCTA 共顯示側(cè)支循環(huán)23 支（平均秩次為11.96），二者之間的差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（U=62.5，P<0.05）（圖2、表2）。術(shù)前CTP 的ED 為（2.19±0.02）mSv，術(shù)后CTP 的ED 為（2.14±0.03）mSv，2次CTP 的有效輻射劑量均在安全范圍內(nèi)（1~20 mSv/年）［12］。

表2 sCTA 與t-MIP 圖像質(zhì)量比較Tab 2 Comparisons of image quality and collateral scores

干細(xì)胞治療前后對比患者術(shù)后血管容積增加，與術(shù)前的差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05），兩位觀察者之間對術(shù)前、術(shù)后評估的一致性較好，ICC 值為0.897 和0.906。術(shù)后ABI 較術(shù)前增加（P<0.05），術(shù)前與術(shù)后WPS 不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（U=105，P=0.347），干細(xì)胞治療前后小腿血管容積與ABI 之間未發(fā)現(xiàn)明顯相關(guān)性（P>0.05，表3）。

表3 干細(xì)胞移植治療前后的小腿血管容積和臨床評估Tab 3 Imaging and clinical evaluation before and after stem cell therapy （x±s）

討 論

各種原因所引起的下肢嚴(yán)重缺血，已成為臨床的常見病與多發(fā)病，有較高的致殘率和致死率［13］。下肢嚴(yán)重缺血不僅與供血血管的解剖結(jié)構(gòu)相關(guān)，也與組織的微循環(huán)狀態(tài)密切相關(guān)。自體干細(xì)胞移植作為近幾年來的一種新的治療思路，或可通過激活干細(xì)胞的血管再生功能，形成局部側(cè)支，改善小腿微循環(huán)狀態(tài)［14］。常規(guī)CTA 圖像只能提供較大血管的解剖結(jié)構(gòu)信息，無法反映缺血組織的微觀血供改善情況。本研究采用320 排容積CT 掃描結(jié)合t-MIP 圖像后處理方式，顯示下肢嚴(yán)重缺血患者的小腿宏觀血管結(jié)構(gòu)，并用定量的方式對缺血組織的血流狀態(tài)進(jìn)行評估。

t-MIP 算法是一種新的圖像后處理技術(shù)，通過將多期CTP 圖像重建為融合了MIP 及CTA 特點(diǎn)的volume 數(shù)據(jù)包，在一定程度上可減少CT 掃描時間和對比劑抵達(dá)時間不匹配對血管顯影所造成的影響，使傳統(tǒng)sCTA 圖像上因?yàn)閷Ρ葎┑倪_(dá)峰時間參差不齊而顯示不清的遠(yuǎn)端較小血管得以充分顯示，更好地分辨出血管顯示欠佳的原因。本研究中，t-MIP 圖像上的血管顯示得更加充盈、管腔內(nèi)對比劑密度更加均勻，管腔內(nèi)外對比度和管壁銳利度更高，遠(yuǎn)端細(xì)小的側(cè)支血管也能清晰顯影，更加準(zhǔn)確、直觀地展示了檢查范圍內(nèi)局部缺血組織的血管空間關(guān)系，這與之前t-MIP 算法應(yīng)用在顱腦缺血性病變的研究結(jié)果相吻合［7］。

基于t-MIP 算法，本研究首次根據(jù)圖像血管顯影將流經(jīng)下肢的血液流量進(jìn)行量化。研究結(jié)果顯示，小腿術(shù)后血管容積較術(shù)前明顯增加，在相同時間內(nèi)流經(jīng)掃描局部的動脈血流量增加，干細(xì)胞移植術(shù)后1 個月，小腿組織的缺血狀態(tài)已有改善。下肢缺血緩解最早表現(xiàn)為靜息痛改善，術(shù)前、術(shù)后的WPS 差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，但術(shù)后1 個月的ABI 和血管容積已較術(shù)前改善。本研究還發(fā)現(xiàn)血管容積和ABI 之間未存在明顯的相關(guān)性，分析原因可能如下：其一，ABI 為踝動脈收縮壓和肱動脈收縮壓的比值，其測量受多種因素的影響，例如操作者的水平、動脈壁的鈣化和僵硬程度等［15］，所以ABI 存在一定的誤差；其二，ABI 主要反映的是患者踝部較大血管的血流情況，而血管容積值主要代表的是檢查段小腿內(nèi)的所有動脈（包括小動脈、微小動脈）的血流狀態(tài)；其三，干細(xì)胞從分化、增殖到形成新的側(cè)支大約需要1 個月［16］，因此術(shù)后1 個月患者的測量數(shù)據(jù)會有波動。此時的測量具有一定的臨床意義，觀察者間對血管容積評估的一致性較高，說明此方法在評估下肢缺血性疾病具有可行性，且可重復(fù)性較好。

本研究有一定的局限性：第一，研究樣本量較少，隨訪時間較短，后續(xù)隨訪研究仍在進(jìn)行中；第二，血管容積未與更多臨床檢查模式（例如TcPO2）的測量值進(jìn)行相關(guān)性分析；第三，ROI 勾畫范圍未能避免肌肉組織內(nèi)的微小靜脈，但是一般在沒有動、靜脈瘺等血管疾病的情況下，下肢靜脈平均顯影時間都較晚，本研究掃描一次歷時49.5 s，可以極大程度避免靜脈顯影對研究結(jié)果的干擾；第四，考慮到倫理學(xué)原因，本課題并未設(shè)立空白對照組。

綜上所述，t-MIP 可以提升CT 圖像對小腿血管的顯示質(zhì)量，通過計(jì)算小腿血管容量的變化可以定量評估干細(xì)胞移植治療前后嚴(yán)重下肢缺血患者的小腿血流狀態(tài)的改善，為臨床客觀評估下肢血供狀態(tài)提供了新技術(shù)。