低管電流聯合ASIR-V迭代重建算法在寬體探測器CT全腦灌注掃描中的應用價值

游永春，李萬江，帥桃，李真林

四川大學華西醫院 放射科，四川 成都 610000

引言

腦卒中已經成為全球導致死亡的第二大原因。在我國，卒中更是造成居民死亡和殘疾的第一大原因[1]。影像學上將發病時間在6 h以內的腦梗死稱為超急性期腦梗死，在此階段進行溶栓治療可明顯提高臨床療效并改善預后[2]，顱腦CT灌注（Computed Tomography Perfusion，CTP）通常用于急性中風患者的診斷，對于缺血性腦卒中尤其是超時間窗患者的篩選起著非常重要的作用[3]。其中腦血流圖（Crerbral Blood Flow，CBF）、腦血容量（Crerbral Blood Volume，CBV）、平均通過時間（Mean Transit Time，MTT）和峰值時間（Time to Peak，TTP）強化圖的血流動力學信息不僅可以對腦組織缺血性改變有較高的臨床診斷價值，還可以對顱內腫瘤性病變、煙霧病等進行定性評估[4-5]。然而，顱腦CTP輻射劑量較高，降低管電壓及管電流是減少輻射劑量最常用的方法，顱腦CTP（80 kV）的推薦管電壓已經很低，進一步降低管電壓減低輻射劑量存在困難。目前研究大多數是通過降低管電流來降低顱腦CTP掃描的輻射劑量，降低管電流必然導致圖像噪聲的增加。有研究表明，顱腦CTP使用最低管電流72 mAs，并不影響灌注參數值，如若進一步降低管電流，灌注參數值可能會受到影響[6-9]。由于顱腦CTP是多期掃描，且目前寬體探測器CT在Z軸的最大覆蓋范圍160 mm，可行全腦CTP掃描，即使管電流使用72 mAs輻射劑量仍然較高。全模型實時迭代重建算法（Adaptive Statistical Iterative Reconstruction-V，ASIR-V）相較于傳統的濾波反投影技術（Filtered Back Projection，FBP）能夠改善低劑量CT掃描時的圖像噪聲[10]。本文主要探討低管電流結合ASIR-V迭代重建算法降低全腦CTP輻射劑量的可行性。

1 資料與方法

1.1 臨床資料

本研究通過了四川大學華西醫院生物醫學倫理審查委員會的批準并在中國臨床研究中心注冊，批準文號2020審（135）號，注冊號為ChiCTR2000033272。

前瞻性收集2020年6月至8月臨床擬行顱腦CTP掃描的患者，采取抽簽的方法隨機分為A和B兩組。A組22例（80 kV，50 mA），其中男17例，女5例，年齡15～77歲，平均（51.091±16.650）歲，平均體質量指數（Body Mass Index，BMI）為（23.251±2.004）kg/m2；B組25例（80 kV，75 mA），其中男17例，女8例，年齡在37～82歲，平均（56.640±13.263）歲，BMI為（23.662±3.096 ）kg/m2。本研究總共納入50例患者，有效病例數為47例，排除3例雙側有病變的患者。排除標準：① 高年資神經診斷醫生診斷為顱腦兩側均有灌注異常的患者；② 檢查過程中產生運動偽影，無法滿足診斷的患者；③ 對比劑過敏及嚴重心腎功能不全的患者。

1.2 CT掃描技術及參數

兩組患者均采用寬體探測器CT進行掃描。標準頭部前后位擺放患者的頭部，首先行頭顱CT平掃，其次行CTP掃描。A組管電壓80 kV，管電流50 mA，圖像使用50%ASIR-V重建；B組管電壓80 kV，管電流75 mA，圖像使用FBP重建。掃描范圍160 mm，從顱底到顱頂，包含全腦，采集頻次30次，具體為5次×2.0 s+20次×1.5 s+5次×2.0 s，層厚5 mm，球管旋轉時間1 s，灌注掃描開始時間為對比劑注射5 s后。經肘前靜脈使用高壓注射器注入非離子型對比劑典邁倫（400 mg/I）40 mL，流率5 mL/s，跟注30 mL生理鹽水。

1.3 圖像分析

（1）客觀評價。將掃描獲得的顱腦CTP數據傳入飛利浦星云后處理工作站進行處理，利用去卷積法計算并獲得瞬間最大密度投影（time Maximal Intensity Projection，tMIP）、CBF、CBV、MTT等灌注偽彩圖像。分別在無異常腦灌注側額葉室旁、尾狀核、殼、丘腦、顳枕葉及額葉正前方空氣內勾畫80 mm2感興趣區（Region of Interest，ROI）進行測量（圖1～2），每個ROI測量3次取平均值，分別得到平均CT值、SD值、CBF、CBV、MTT以及空氣的SD值。計算灰質核團的信噪比（Signal to Noise Ratio，SNR）= CT灰質核團/SD白質，以及灰白質的對比噪聲比（Contrast-to-Noise Ratio，CNR）=（CT灰質核團-CT白質）/SD白質。

圖1 測量灌注參數值所選取的層面

圖2 測量灌注參數值所選取的層面

（2）主觀評價。由兩位工作超過五年的高年資神經影像學診斷醫生采用雙盲法分別對兩組灌注圖像進行主觀評分，以MIP和所有灌注參數圖像上的灰白質分界、腦室、腦溝、神經核團等解剖結構顯示的對比度、銳利度、清晰度作為評價指標將圖像質量分為4個等級。評價標準如下：3分，解剖結構顯示非常清晰，圖像質量很好地滿足診斷要求；2分，解剖結構顯示清晰，圖像質量滿足診斷要求；1分，解剖結構顯示基本清晰，圖像質量基本符合診斷要求；0分，解剖結構顯示不清，圖像質量無法滿足診斷要求。以圖像質量主觀評分≥2分視為符合臨床診斷要求[3]。

1.4 輻射劑量

利用CT設備自帶輻射評估軟件記錄實驗組和對照組患者檢查后接受的總輻射劑量，包括容積CT劑量指數（Volume CT Dose Index，CTDIvol）、劑量長度乘積（Dose Length Product，DLP），根據公式計算有效劑量（Effective Dose，ED），ED=DLP×W，其中W為組織權重因子，顱腦檢查時W值為0.0023 mSv·mGy-1·cm-1。

1.5 統計學分析

采用SPSS 23.0對數據進行統計學分析。計量資料平均數±標準偏差（±s）表示。A組與B組間性別比較采用χ2檢驗；計量資料（年齡、BMI、CBF、CBV、MTT、SD、SNR、CNR）組間比較采用獨立樣本t檢驗（Student’s t test）； 2名醫師對兩組主觀評分的一致性采用Kappa分析，圖像質量主觀評分之間采用Mann-Whitnery U檢驗，P＜0.05表示差異有統計學意義。

2 結果

2.1 一般資料比較

A組和B組一般資料比較：年齡、BMI及性別2組間差異無統計學意義，見表1。

表1 A組與B組一般資料比較

2.2 客觀評價

2.2.1 灌注參數值的比較

對A組與B組兩組患者頭部的額葉室旁、尾狀核、殼、丘腦、顳枕葉五個感興趣區內的灌注參數值（CBF、CBV、MTT）進行分析，灌注參數差異均無統計學意義（P均＞0.05），見表2。

表2 兩組灌注參數值的比較

2.2.2 圖像質量指標評價

兩組殼的SNR差異有統計學意義（P＜0.05），其余客觀圖像質量指標：SD值、SNR和CNR差異均無統計學意義（P均＞0.05），見表3。

表3 兩組圖像質量比較

2.3 主觀評分

兩位診斷醫生對所得研究組和對照組圖像質量評價的Kappa值分別為0.814及0.841，二者一致性基本一致，兩組間圖像質量主觀評價差異無統計學意義。A組（80 kV，50 mA）和B組（80 kV，75 mA）圖像主觀評分分別為（2.568±0.489）分和（2.500±0.495）分，兩者差異無統計學意義（P＞0.05），兩組圖像均能滿足診斷要求，見表4。

表4 兩組圖像質量主觀評分總數分布（0/1/2/3，分）

2.4 輻射劑量分析

A組患者的C T D Ivol=6 3.5 1 0 m G y，D L P=1016.230 mGy·cm，ED=2.337 mSv，B組患者的CTDIvol=95.30 mGy，DLP=1524.840 mGy·cm，ED=3.507 mSv。A組患者接受的CTDIvol、DLP和ED較B組均降低33%。

3 討論

CTP應用于急性缺血性腦卒中患者的早期分診，根據CBV與CBF異常區域不匹配，確定腦梗死區的范圍及可能存在的缺血半暗帶，有助于判斷患者是否適合溶栓治療[11-12]。顱腦CTP一個主要的缺點是輻射劑量高。隨著CT檢查使用率的增加，電離輻射致癌的風險受到了越來越多的關注，有研究顯示大約2%的惡性腫瘤可能是由CT的電離輻射引起的[13]。如何保證顱腦CTP的圖像質量，并使患者所受輻射劑量降低，又能滿足臨床診斷，這成為了放射科醫務工作者關注的重點。本研究使用50 mA的低管電流行顱腦CTP掃描時，勢必會增加圖像噪聲，降低圖像質量。ASIR-V重建算法是目前較新的迭代算法，對低劑量CT降噪效果顯著[14]。本研究結果表明50 mA結合ASiR-V技術所得兩組SD、SNR、CNR值接近相同，兩組圖像僅在殼的SNR有少許差別，其余客觀圖像質量指標：SD值，SNR、CNR、興趣區（殼、尾狀核、丘腦，顳枕葉）的灌注參數值均無差別。同時將DLP降至1016.230 mGy·cm，ED降至2.337 mSv，說明了使用低管電流聯合ASIR-V迭代重建算法在寬體探測器CT行全腦灌注掃描時，顱腦CT灌注參數值不受影響且圖像質量均能滿足診斷需求，并降低了患者接受的輻射劑量。

目前在保證圖像質量的情況下，顱腦CT灌注使用的管電壓通常為80 kV[3,15-16]。林竹瀟等[17]研究發現，管電壓的降低使射線穿透力下降，被人體吸收的散射線增加，管電壓進一步降低至70 kV發生DNA損傷的細胞增多。Ahmed等[18]研究顯示，低劑量VPCT通過降低管電流至72 mAs能產生滿足診斷的灌注參數圖，但由于本研究CT設備設置參數的限制，管電流只能5 mA一個檔位進行調節，所以本研究采取80 kV、75 mA作為對照組。

既往研究多采用128層螺旋CT進行掃描，灌注掃描范圍僅能包含顱底以上100 mm[7,19]，部分腦組織未能包全。本研究是在寬體探測器CT掃描儀上進行，其Z軸覆蓋率為160 mm，覆蓋范圍廣泛，可行全腦CTP，不移動掃描床進行軸向掃描。Li等[7]的研究發現雖然灌注可以采取70 kV的管電壓，但使用150 mAs的較高管電流，且掃描范圍僅為顱底以上100 mm，ED為2.976 mSv。陳鵬軍等[4]的研究發現灌注掃描時采取70 kV的管電壓，使用100 mAs的管電流，采集頻次為17次，掃描范圍為114 mm，所得ED為1.42 mSv。相較于以往的研究，本研究顱腦CT灌注掃描范圍160 mm為全腦，且采集頻次為30次，所得ED為2.337 mSv，若采集頻次為17次，通過計算ED為1.324 mSv；若采集范圍降低到114 mm，通過計算ED為0.927 mSv。且圖像質量主觀評分達2分及以上的占比100%，完全能滿足診斷要求。

本研究也存在一些不足：① 僅使用單一的50%ASIR-V迭代重建，未使用多組權重的迭代重建算法進行比較；② 樣本含量較少，研究結果可能存在偏移，有待收集更多的病例再做進一步的研究；③ 本研究采集頻次為30次，后續考慮降低采集頻次進行研究比較。

綜上所述，低管電流聯合50%的ASIR-V迭代重建算法可以在保證全腦灌注圖像質量的同時降低掃描的輻射劑量。