优化低剂量一站式全脑CT灌注成像联合CTA扫描方案
2018-03-22苗延巍
靖 婧,苗延巍
(大连医科大学附属第一医院放射科,辽宁 大连 116011)
作为一种有效检查手段,颅脑CT灌注成像(CT perfusion imaging, CTP)联合CTA 一站式扫描可直观、全面地提供脑血流动力学和颅内血管病变情况。颅脑CTP需对全脑或ROI所在的层面进行连续反复扫描,X线辐射剂量较常规CT平扫明显增加[1]。本研究探讨全脑一站式CTP联合CTA扫描优化方案。
1 资料与方法
1.1 一般资料 回顾性分析2015年12月—2016年12月于我院接受低剂量一站式全脑CTP联合CTA检查的患者45例,年龄17~78岁,平均(58.4±11.7)岁。纳入标准:无碘对比剂过敏史,肝、肾功能正常,扫描范围内无金属植入物。排除标准:颅内占位性病变累及双侧脑实质;双侧颅内血管异常;颅脑术后改变;脑室内积血、蛛网膜下腔出血,且出血原因、责任血管不明。根据预试验结果和临床经验,将患者根据不同CT扫描方案分为A、B及C组(表1)。A组20例,男8例,女12例,平均年龄(56.3±13.5)岁;B组12例,男5例,女7例,平均年龄(63.0±7.4)岁;C组13例,男8例,女5例,平均年龄(57.4±12.0)岁;3组性别构成(χ2=1.633,P=0.442)、年龄(F=1.277,P=0.290)差异均无统计学意义。
1.2 仪器与方法 采用GE Revolution 256排多层螺旋CT机。嘱受检者仰卧,经双筒高压注射器(Ulrich)于肘静脉注射非离子型碘对比剂(欧乃派克350 mgI/ml)100 ml,速率4~5 ml/s,后以相同速率注射生理盐水20 ml。扫描范围为C1椎体下缘至颅顶共16 cm,扫描线与颅底平行。采用容积扫描方式,管电压100 kV,球管单圈旋转时间1 s,扫描层厚5 mm,扫描野25 cm。全脑动态扫描,延迟时间5 s,共22个期相。
除B组第10期相外,3组均采用自动管电流调制(ATCM)技术和60%自适应统计迭代重建(adaptive statistical iterative reconstruction-Veo, ASIR-V)技术,获取层厚为5 mm的原始图像,并将第10期图像重建为层厚1.25 mm,用于重建CTA图像。
记录容积CT剂量指数(volume CT dose index, CTDIvol)、剂量长度乘积(dose-length product, DLP),计算有效剂量(effective dose, ED):ED=k×DLP,其中k=0.002 3 mSv/(mGy·cm)[2-3]。
1.3 图像评价 由2名从事放射诊断工作5年的医师分别进行双盲法评价。
CTA:将图像传至GE AW 4.6工作站,参照文献[4]方法,选取第10期相原始图像测量左侧(健侧)大脑末端动脉CT值(SI血管)及CT值标准差(SD;噪声),ROI(面积89~90 mm2)至少覆盖末端动脉横截面75%;测量同侧半卵圆中心脑实质CT值(SI背景)。计算SNR和CNR:SNR=SI血管/SD,CNR=(SI血管-SI背景)/SD。各参数均测量3次,取均值。
对第10期相重建所得颅内动脉的MIP、VR图像质量采用4分制评分。1分:颅内动脉显示不清,无法诊断;2分:动脉轮廓显影模糊,与背景图像分界不清,低于诊断标准;3分:动脉轮廓显影清晰,诊断可靠度较高;4分:动脉轮廓显影锐利,细节显示清晰。1~2分为图像不能满足诊断需要,3~4分为图像质量较好,可满足诊断需求[4]。
CTP:参照文献[5]方法,在基底核区显示最清晰层面上,于左侧(健侧)大脑及小脑半球手动选取7个ROI,包括额叶白质(ROI 1)、尾状核头(ROI 2)、豆状核(ROI 3)、背侧丘脑(ROI 4)、枕叶白质(ROI 5)、同侧半卵圆中心(ROI 6)、小脑半球白质区(ROI 7);尽量避开血管、伪影, ROI面积38.7~174.0 mm2。
将第1~22期原始数据导入CT Perfusion 4D软件,手动选取左侧(健侧)颈内动脉作为输入动脉、上矢状窦作为输出静脉,获得脑血流量(cerebral blood flow, CBF)、脑血容量(cerebral blood volume, CBV)、表面通透性(permeability surface, PS)、平均通过时间(mean transit time, MTT)及达峰时间(transit time to the peak, TTP)伪彩图,记录所有ROI的CT平均值(Av)及CT值标准差(SD;噪声)。计算SNR:SNR=Av/SD。各参数均测量3次,取均值。对灌注伪彩图进行主观评价(表2),将3项评分相加作为最终的主观评分,共0~6分。
1.4 统计学分析 采用SPSS 17.0统计分析软件。计量资料以±s表示,采用Homogeneity法进行方差齐性检验,若方差齐,组间比较用单因素方差分析,两两比较采用LSD法;采用H检验比较方差不齐的计量资料及主观评分,两两比较采用U检验,以P<0.017为差异有统计学意义。采用Kappa检验评价2名医师主观评分的一致性,Kappa值≥0.75为一致性高。P<0.05为差异有统计学意义。
表1 3组扫描方案
表2 CTP各参数伪彩图质量主观评分
表3 3组辐射剂量间比较(±s)
表3 3组辐射剂量间比较(±s)
组别CTDIvol(mGy)DLP(mGy·cm)ED(mSv)A组104.11±14.481665.79±231.733.83±0.53B组94.04±5.791504.60±92.653.46±0.21C组91.54±6.961464.57±111.423.37±0.26χ2值12.80512.79612.796P值0.0020.0020.002
表4 3组CTA图像质量评价客观参数比较(±s)
表4 3组CTA图像质量评价客观参数比较(±s)
组别噪声(HU)SNRCNRA组11.06±4.3415.95±8.4212.56±6.62B组9.69±3.2115.24±5.8111.89±4.85C组12.67±4.7613.09±6.6710.36±5.45F值1.5770.6160.561P值0.2180.5450.575
图1 3组颅内动脉CTA VR图像 A.患者男,63岁,采用A组扫描方案所得血管VR图像,可清晰显示Willis环,动脉边缘锐利,图像细腻清晰,大脑中动脉末端分支显示清晰,但邻近伴行静脉显影; B.患者女,64岁,采用B组扫描方案所得血管VR图像,可清晰显示脑Willis环,颅内动脉未见明显狭窄,椎基底动脉显影清晰,边缘锐利,大脑中动脉主要分支显示清晰; C.患者女,59岁,采用C组扫描方案所得血管VR图像,脑Willis环显示清晰,颅内动脉走行自然,显影充分,动脉边缘光滑锐利,细节显示清晰
2 结果
2.1 辐射剂量 3组ED差异有统计学意义(P<0.05),其中A组ED明显高于B、C组(P=0.043、0.001),而A、B组间和B、C组间差异无统计学意义(P=0.043、0.115),C组辐射剂量较A组约减低12%;见表3。
2.2 CTA图像质量 3组间CTA图像的噪声、SNR、CNR差异均无统计学意义(P均>0.05,表4)。2名观察者对A、B、C组图像的主观评分具有较高一致性(Kappa=0.875、0.750、0.806),分歧图像的最终主观评分由商议确定。A组6例主观评分为3分,14例为4分;B组3例为3分,9例为4分;C组3例为3分,10例为4分;3组间主观评分差异无统计学意义(P=0.900)。3组CTA图像均可清晰显示颅内动脉(图1)。
2.3 CTP图像质量 3组间各ROI的CTP图像噪声、SNR、同一灌注参数值差异均无统计学意义(P均>0.05)。3组各灌注伪彩图均表现为脑灰白质分界清晰,图像均匀、较细腻,图像伪影轻,图像质量较好(图2~4),主观评分差异均无统计学意义(P均>0.05)。
3 讨论
本研究中A、B、C组扫描方案ED分别为(3.83±0.53)mSv、(3.46±0.21)mSv和 (3.37±0.26)mSv,均符合美国食品药品监督管理局2009年10月提出的颅脑CTP检查安全性报告要求[1]。本研究采用基于GE Revolution 256排多层螺旋CT的全脑CTP联合CTA一站式成像,3组扫描均可获取更全面的原始数据信息,与采用动态容积扫描及时间叠加技术相比,辐射剂量更小、扫描时间更短[6],与Bricout等[7]经滤波反投影后处理的改良低剂量CTP联合CTA扫描方案相比,各组辐射剂量均有所减低[1]。
图2 患者女,57岁,采用A组扫描方案 A.CBF伪彩图示脑实质血流量略低,脑灰白质分界尚清晰,图像均匀,无明显伪影; B.CBV伪彩图示脑皮层血容量明显高于白质区,图像细腻 图3 患者男,68岁,采用B组扫描方案 A.CBF伪彩图示左侧大脑半球脑血流量略高于右侧,双侧灰质核团显示清晰,且其血流量明显高于脑白质区,图像细节显示清晰; B.CBV伪彩图示右侧额叶血容量略低于左侧,图像略呈细颗粒感 图4 患者男,66岁,采用C组扫描方案 A.CBF伪彩图示双侧大脑半球未见明显低灌注区,图像均匀性好,灰白质分界清; B.CBV伪彩图示双侧大脑半球未见明显低灌注区,图像均匀性较好,无明显伪影
ATCM技术是根据不同患者对X线的衰减特质进行管电流调节,即在扫描过程中管电流随扫描体厚度、密度而改变,使到达探测器的信号强度保持不变,其目的是在尽可能低的辐射剂量条件下获得满足诊断需要的CT图像[8];辐射剂量并不完全取决于扫描时的平均管电流,而等于ATCM调控后所有组织器官ED的加权[9]。本研究结果显示,采用ATCM技术一站式全脑CTA联合CTP检查,在适当增大图像噪声指数、即适当减低调制强度时,CTA及CTP图像质量无明显变化,而辐射剂量明显下降。
迭代重建(iterative reconstruction, IR)算法可有效改善图像质量、减低辐射剂量。第一代迭代重建算法包括自适应统计迭代重建(adaptive statistical iterative reconstruction, ASIR),相比于滤波反投影算法,所需用于图像重建的投影数据更少;虽可增加动态增强图像的SNR,但对改善CTP图像质量作用有限[6]。相比于IR,ASIR更关注模型的噪声特性和受检者个体体型特征,对于较大体质量者及薄层图像重建成像效果更佳,可提高图像的低对比分辨率,降噪和抑制伪影效果明显。根据临床需求及辐射剂量要求,可对ASIR在10%~100%间以10%间隔进行调整,且随百分比增加,图像噪声降低幅度增大,辐射剂量减低更明显,但重建图像过于细腻光滑,可导致图像失真[10]。相比于ASIR,基于模型的迭代重建算法(model based iterative reconstruction, MBIR)可明显提高图像SNR和CNR,但所需重建时间长、运算量巨大[11]。ASIR-V运用ASIR和MBIR的迭代重建过程,被誉为“基于MBIR的增广ASIR”或“改良MBIR”。在保持扫描管电压、电流不变情况下,随着ASIR-V的百分比增加,图像噪声逐渐减低,图像CNR逐渐增加[12]。本研究采用ASIR-V算法与ATCM技术联合进行一站式CTA联合CTP扫描,两者共同参与调节管电流,但为保持研究变量单一,3组扫描方案中ASIR-V百分比相同。目前关于ASIR-V参与扫描管电流调节的研究较少,其对辐射剂量的影响程度尚不明确。
在保证CTA、CTP图像质量不受影响的条件下,本研究采用适宜噪声指数的C组ED较B组有所减低,但差异无统计学意义,与Papadakis等[8]的研究结果一致,即相比于固定管电流CT扫描,采用ATCM技术可减低辐射剂量,但其程度取决于扫描协议条件。但本研究样本量较小,或因B组所设定的固定扫描管电流与C组的管电流范围相近,两组ED无明显差异,还需进一步探讨。
在保持图像质量满足诊断需求的条件下,采用自动管电流调制技术扫描一站式全脑CTP联合CTA可通过适当增加噪声指数减低辐射剂量。推荐采用ATCM技术噪声指数为2.5的CTA和CTP联合检查。
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