最大斜率法和去卷积法对胰腺CT灌注参数影响的对比研究

潘克华，曹国全，孙厚长，陈 晓，林晓敏

（温州医科大学附属第一医院放射科，浙江 温州 325000）

随着多排螺旋CT的临床应用不断拓展，CT灌注（CT perfusion，CTP）成像在胰腺疾病特别是胰腺肿瘤的诊断、疗效监测及预后评估等方面应用价值越来越明显[1-5]。CTP成像中灌注参数处理所采用的数学算法主要有两种：最大斜率算法（Maximum slope，MS）和去卷积算法（Deconvolution，DC）。不同数学算法在胰腺CTP后处理中得出的灌注参数值其相关性和一致性如何成为业界关注的重要问题，且该问题的解决与否关系到胰腺CTP能否在临床上进一步推广应用[6]。本研究中，笔者分别采用DC法和MS法处理分析一组经相同灌注扫描方案采集的正常胰腺及胰腺炎病例数据，探讨两种数学算法对其灌注参数的影响。

1 资料与方法

1.1 一般资料

收集2015年1—8月间于我院因临床需要需行320排容积CT胰腺灌注检查患者68例。剔除标准：①心肝肾功能严重不全者；②对比剂过敏者；③呼吸移动伪影较多导致图像无法分析者，最终57例纳入本研究，男 37例，女 20例，平均年龄（51.2±10.2）岁。57例患者中30例为胰腺正常者，27例为经实验室、影像及临床证实的急性间质水肿性胰腺炎患者，诊断标准参照文献[7]。检查方案征得医院医学伦理委员会批准，所有检查均取得患者的知情同意，并签署知情同意书。

1.2 CTP检查方案

患者取仰卧位，用腹压带将患者束缚在CT检查床上，嘱患者尽可能平静呼吸。采用320排容积CT（Aquilion one，Toshiba）进行胰腺 CTP 采集，容积扫描模式，管电压100 kV，管电流150mA，准直器宽度160mm，机架旋转时间0.5 s，重建层厚0.5mm，视野350mm，迭代重建算法AIDR3D standard。采用Medrad双筒高压注射器经肘静脉留置针注入非离子型碘对比剂（欧乃派克，350mgI/mL），总剂量按1mL/kg计算，速率7mL/s，接着以相同速率注入生理盐水30mL。按照厂家推荐方案，具体CTP扫描包括三个序列：第一序列于对比剂注入后8 s开始扫描11圈，每圈间隔2 s；第二序列扫描7圈，每圈间隔3 s；第三序列扫描5圈，每圈间隔5 s。共采集23圈容积数据，采集时间总长74.5 s。图像层厚和层间隔0.5mm，每一圈容积数据320层图像，每一患者共7 360层图像。

1.3 图像分析

将每一患者的图像经呼吸移动矫正（Body registration）后分别传送至Vitrea Advanced工作站（基于MS算法）和GE ADW 4.5工作站（基于DC算法）。由两名高年资主治医师在双盲情况下按统一标准对图像进行回顾性分析，组织阈值据软件推荐设置为 0～120HU。感兴趣区（ROI）面积约 1～2 cm2，放置位置如下：输入动脉选取胰腺层面主动脉中央处；参照器官选取脾脏；胰腺实质选取胰头、体、尾最大层面处，并尽可能避开血管。两种算法所得相同意义的灌注参数包括：血流量（Blood flow，BF），血容量（Blood volume，BV）。MS法BV值无法直接计算得到，参考Goh等[8]提出的Patlak Plot法计算得到等效血容量（Equiv BV）。对于上述灌注参数，每一名观察者均对目标组织在轴、矢、冠位图像上按上述标准测3次，取平均值。

1.4 统计学方法

CTP各参数测量值以x±s表示。采用SPSS（19.0）和 Medcalc（11.4）统计软件进行统计分析。采用单因素方差分析比较胰腺头体尾区域各灌注参数值的差异；采用配对t检验比较分析两种算法所得各项CTP参数值差异；采用Pearson线性相关分析两种算法所得各项CTP参数值间的相关性；采用Bland-Altman分析两种算法所得各项CTP参数值间的一致性。采用组内相关系数（Intraclass correlation coefficients，ICC）比较不同观察者测量结果间一致性。P＜0.05为差异有统计学意义。相关系数大于0.6为相关性较好。

2 结果

2.1 MS法与DC法所得各灌注参数值及差异

对于30例正常胰腺头、体、尾三区域，MS法测得 BV 值（mL/100 g）分别为 45.55±7.03、45.90±9.34、45.61 ±10.03，BF 值 （mL/（min·100 g）） 分 别 为112.61±23.61、116.26±21.68、115.58±19.94；DC 法测得 BV 值（mL/100 g）分别为 12.29±2.90、12.70±2.81、11.63±2.86，BF 值（mL/（min·100 g））分别为 111.32±18.97、111.39±18.48、110.47±15.16（见图 1）。MS 法和DC法所测得BV、BF值在正常胰腺头体尾不同区域间差异均无统计学意义（F值分别为0.19、0.23、1.069、0.025，P 分 别 为 0.827、0.788、0.348、0.975）。MS法测得BV值明显高于DC法2倍多（t=39.35，P＜0.001），BF值略高于DC法（t=2.19，P=0.031）。表1及图2a。

图1 男，55岁，最大斜率法（图1a，1b）和去卷积算法（图1c，1d）测得其正常胰腺头、体、尾部BF值CT灌注图。Figure 1.Male,55 years old,normal pancreas.Figure 1a,1b：Blood flow of the pancreatic head,body and tail measured by the MS method.Figure 1c,1d：Blood flow of the pancreatic head,body and tail measured by the DC method.

图2 图2a，2b分别为正常及急性间质水肿性胰腺炎组胰腺头、体、尾三区域MS法和DC法测得BV、BF值的柱状比较图。Figure 2.Figure 2a and Figure 2b are the column comparison charts of BF and BV of pancreatic head,body and tail area in normal and acute pancreatitis group.

表1 两种算法不同目标组织灌注参数值及结果比较（±s）

表1 两种算法不同目标组织灌注参数值及结果比较（±s）

BV（mL/100 g） BF（mL/（min·100 g））MS法 DC法 MS法 DC法正常胰腺（n=30）头 45.55±7.03 12.29±2.90 112.61±23.61 111.32±18.97体 45.90±9.34 12.70±2.81 116.26±21.68 111.39±18.48尾 45.61±10.03 11.63±2.86 115.58±19.94 110.47±15.16 t=39.35，P＜0.001 t=2.19，P=0.031急性胰腺炎（n=27）头 60.02±8.94 16.61±1.76 168.29±14.62 159.31±13.23体 59.16±7.27 16.33±1.17 170.82±10.91 163.55±11.53尾 61.89±8.58 16.53±2.18 172.94±9.85 162.86±11.42 t=54.14，P＜0.001 t=8.45，P＜0.001

对于27例急性胰腺炎胰腺头、体、尾三区域，MS法测得 BV值（mL/100 g） 分别为60.02±8.94、59.16±7.27、61.89±8.58，BF 值（mL/（min·100 g））分别 为 168.29±14.62、170.82±10.91、172.94±9.85；DC法测得 BV 值（mL/100 g）分别为 16.61±1.76、16.33±1.17、16.53±2.18，BF 值（mL/（min·100 g）） 分别为159.31±13.23、163.55±11.53、162.86±11.42。MS 法和DC法所测得BV、BV值在急性胰腺炎患者胰腺头体尾不同区域间差异均无统计学意义（F值分别为0.765、2.502、0.188、0.956，P 分 别 为 0.469、0.065、0.829、0.389）。MS法测得BV值明显高于DC法2倍多（t=54.14，P＜0.001），BF 值高于 DC 法（t=8.45，P＜0.001）。详见表 1、图 2b。

另外，2名医师测量结果的一致性较好（ICC≥0.9）。

2.2 MS法与DC法所得各灌注参数值的相关性分析

30例正常胰腺头、体、尾不同区域两种算法所得BF、BV值均具有良好的相关性（r值均＞0.6），且BF的相关性好于BV。27例急性胰腺炎患者中，除胰体部BF值相关性较差外（r=0.46）其余部位两种算法所得BF、BV值亦均具有良好的相关性（r值均＞0.7）。

2.3 MS法与DC法所得各灌注参数值的Bland-Altman分析

对30例正常胰腺共90个ROIs两种算法测得BV差值均值为33.2。大部分数据均分布在95%一致性界限区间内（17.6～48.8），分布在95%一致性界限区间外的数据个数为3个，比率3.3%（3/90），两种方法最大差值绝对值为51.69（图3a）。两种算法测得BF差值均值为3.8。大部分数据均分布在95%一致性界限区间内（-28.1～35.1），分布在95%一致性界限区间外的数据个数为4个，比率4.4%（4/90），两种方法最大差值绝对值为41.44（图3b）。

对27例急性胰腺炎患者共81个ROIs两种算法测得BV差值均值为43.9。大部分数据均分布在95%一致性界限区间内（29.6～58.2），分布在95%一致性界限区间外的数据个数为5个，比率6.2%（5/81），两种方法最大差值绝对值为60.93（图3c）。两种算法测得BF差值均值为10.4。大部分数据均分布在95%一致性界限区间内（-30.3～9.4），分布在95%一致性界限区间外的数据个数为7个，比率8.6%（7/81），两种方法最大差值绝对值为34.18（图 3d）。

3 讨论

目前临床上应用的CT灌注软件种类较多，但所采用的数学算法主要为以下两种：MS法和DC法。前者最早由Peters于1987年提出，假设在注射对比剂后组织时间-密度曲线（Time-density curve，TDC）最大斜率到达前的短时间内无对比剂流出，推导出单位体积组织BF=组织TDC最大斜率/输入动脉TDC强化峰值。Miles等[1]首次将该方法成功应用于胰腺CT灌注。后者最早由Cenic等[9]于1999年提出，它将每个像素位置的时程数据转换为相应的推动剩余函数（Impulse residue function，IRF）, 以此反映静脉团注对比剂后随时间推移对比剂在组织内的数量。通过去卷积运算计算出胰腺的BF、BV。MS法对对比剂注射速率要求较高，一般需达到6～8mL/s，否则会造成灌注值的低估，因此在临床上对于一些心功能、静脉功能差的患者应用受到很大限制（本研究中11例患者因心功能、静脉功能原因予以剔除），但该方法空间及时间分辨率较高。DC法对对比剂注射速率的要求不高，受心功能影响小，且其未对组织血流灌注模型作过多假设，所得灌注参数值更接近于实际生理过程[10-11]。

本研究结果显示正常胰腺同一算法所测得的胰腺不同区域的BV、BF值无统计学差异，胰头、体、尾区域两种算法测得的BV、BF值均具有良性的相关性。Zhu等[12]对32例正常胰腺头、体、尾区域的BF值进行了比较，结果显示BF值在胰腺不同区域间差异无统计学意义。Delrue等[13]比较了20例正常胰腺头体尾不同区域的BF和BV值，结果显示不同区域的BV、BF差异无统计学意义。本研究结果与上述文献报道结果较为一致。

图3 正常（图3a，3b）及急性间质水肿性胰腺炎组（图3c，3d）DC法与MS法测得的灌注参数BV、BF值Bland-Altman分析图（中间水平细虚线代表差值为0时的参考线，实线代表两种方法实际测量值的差值均值，其上、下两条对称性水平粗虚线代表差值95%一致性界限的上、下限）。Figure 3.Bland-Altman analysis chart of normal(Figure 3a,3b)and acute pancreatitis group(Figure 3c,3d)with perfusion parameters(BF,BV)of DC method and MS method(intermediate level fine dotted line represents the reference line when the difference is 0 and the solid line represents the mean difference value of the actual measurement value with the two methods.The upper and lower two symmetrical horizontal rough dotted lines represent the upper and lower limits of the 95%difference conformance boundary).

Kishimoto等[14]比较了9条犬胰腺MS法和DC法所测得BV、BF值，结果显示二者间具有良好的相关性，这与本研究结果相一致，但该作者并未对两种方法测量结果的一致性展开分析。Tomonori等[11]比较了88例患者MS法和DC所测得的肝动脉、门脉血流量相关性及一致性，结果显示两种方法的结果间尽管存在较好的相关性，但MS法的结果则明显高于DC法。笔者尚未发现有文献对人体胰腺进行MS法和DC法的比较研究。本研究比较了正常及病变组胰腺两种算法测量结果的一致性，结果均显示MS法所测BV、BF值均高于DC法，尤其是BV值，前者达后者三倍，原因可能在于MS算法假设在注射对比剂后组织TDC最大斜率到达前的短时间内无对比剂流出，而实际生理状态下存在对比剂的流出，所以MS法所得到的灌注参数结果要高于实际生理状态，而DC算法则未对组织血流灌注模型作过多假设，其所得灌注参数结果更接近于实际生理状态[10-11]，因而导致MS法所得结果高于DC法。

本研究结果提醒我们在应用灌注参数来判定胰腺炎的严重程度、监测疗效时应注意到所采用的算法。由于不同算法所得灌注参数不一致，在应用时切不可将基于DC法得出的灌注参数阈值用于经MS法测量的胰腺炎严重程度的判断以及疗效的监测。

本研究在以下方面尚存局限性。首先，ROI的位置、大小差异可能会对测量结果产生影响。其次，本研究检查方案中扫描起始时间均为对比剂注射后8 s开始，未根据患者心功能个体差异因素予以剔除，而MS法相较DC法更易受心功能的影响[10]。

综上所述，在胰腺CTP检查中，MS和DC两种算法所得BF、BV、PI值等灌注参数值虽具有较好的相关性，但不一致。在进行临床应用及研究特别是多中心数据进行比较研究时，应注意两种算法所得数据不可交互使用。