低管电流联合ASIR-V迭代重建算法在宽体探测器CT全脑灌注扫描中的应用价值

游永春，李万江，帅桃，李真林

四川大学华西医院 放射科，四川 成都 610000

引言

脑卒中已经成为全球导致死亡的第二大原因。在我国，卒中更是造成居民死亡和残疾的第一大原因[1]。影像学上将发病时间在6 h以内的脑梗死称为超急性期脑梗死，在此阶段进行溶栓治疗可明显提高临床疗效并改善预后[2]，颅脑CT灌注（Computed Tomography Perfusion，CTP）通常用于急性中风患者的诊断，对于缺血性脑卒中尤其是超时间窗患者的筛选起着非常重要的作用[3]。其中脑血流图（Crerbral Blood Flow，CBF）、脑血容量（Crerbral Blood Volume，CBV）、平均通过时间（Mean Transit Time，MTT）和峰值时间（Time to Peak，TTP）强化图的血流动力学信息不仅可以对脑组织缺血性改变有较高的临床诊断价值，还可以对颅内肿瘤性病变、烟雾病等进行定性评估[4-5]。然而，颅脑CTP辐射剂量较高，降低管电压及管电流是减少辐射剂量最常用的方法，颅脑CTP（80 kV）的推荐管电压已经很低，进一步降低管电压减低辐射剂量存在困难。目前研究大多数是通过降低管电流来降低颅脑CTP扫描的辐射剂量，降低管电流必然导致图像噪声的增加。有研究表明，颅脑CTP使用最低管电流72 mAs，并不影响灌注参数值，如若进一步降低管电流，灌注参数值可能会受到影响[6-9]。由于颅脑CTP是多期扫描，且目前宽体探测器CT在Z轴的最大覆盖范围160 mm，可行全脑CTP扫描，即使管电流使用72 mAs辐射剂量仍然较高。全模型实时迭代重建算法（Adaptive Statistical Iterative Reconstruction-V，ASIR-V）相较于传统的滤波反投影技术（Filtered Back Projection，FBP）能够改善低剂量CT扫描时的图像噪声[10]。本文主要探讨低管电流结合ASIR-V迭代重建算法降低全脑CTP辐射剂量的可行性。

1 资料与方法

1.1 临床资料

本研究通过了四川大学华西医院生物医学伦理审查委员会的批准并在中国临床研究中心注册，批准文号2020审（135）号，注册号为ChiCTR2000033272。

前瞻性收集2020年6月至8月临床拟行颅脑CTP扫描的患者，采取抽签的方法随机分为A和B两组。A组22例（80 kV，50 mA），其中男17例，女5例，年龄15～77岁，平均（51.091±16.650）岁，平均体质量指数（Body Mass Index，BMI）为（23.251±2.004）kg/m2；B组25例（80 kV，75 mA），其中男17例，女8例，年龄在37～82岁，平均（56.640±13.263）岁，BMI为（23.662±3.096 ）kg/m2。本研究总共纳入50例患者，有效病例数为47例，排除3例双侧有病变的患者。排除标准：① 高年资神经诊断医生诊断为颅脑两侧均有灌注异常的患者；② 检查过程中产生运动伪影，无法满足诊断的患者；③ 对比剂过敏及严重心肾功能不全的患者。

1.2 CT扫描技术及参数

两组患者均采用宽体探测器CT进行扫描。标准头部前后位摆放患者的头部，首先行头颅CT平扫，其次行CTP扫描。A组管电压80 kV，管电流50 mA，图像使用50%ASIR-V重建；B组管电压80 kV，管电流75 mA，图像使用FBP重建。扫描范围160 mm，从颅底到颅顶，包含全脑，采集频次30次，具体为5次×2.0 s+20次×1.5 s+5次×2.0 s，层厚5 mm，球管旋转时间1 s，灌注扫描开始时间为对比剂注射5 s后。经肘前静脉使用高压注射器注入非离子型对比剂典迈伦（400 mg/I）40 mL，流率5 mL/s，跟注30 mL生理盐水。

1.3 图像分析

（1）客观评价。将扫描获得的颅脑CTP数据传入飞利浦星云后处理工作站进行处理，利用去卷积法计算并获得瞬间最大密度投影（time Maximal Intensity Projection，tMIP）、CBF、CBV、MTT等灌注伪彩图像。分别在无异常脑灌注侧额叶室旁、尾状核、壳、丘脑、颞枕叶及额叶正前方空气内勾画80 mm2感兴趣区（Region of Interest，ROI）进行测量（图1～2），每个ROI测量3次取平均值，分别得到平均CT值、SD值、CBF、CBV、MTT以及空气的SD值。计算灰质核团的信噪比（Signal to Noise Ratio，SNR）= CT灰质核团/SD白质，以及灰白质的对比噪声比（Contrast-to-Noise Ratio，CNR）=（CT灰质核团-CT白质）/SD白质。

图1 测量灌注参数值所选取的层面

图2 测量灌注参数值所选取的层面

（2）主观评价。由两位工作超过五年的高年资神经影像学诊断医生采用双盲法分别对两组灌注图像进行主观评分，以MIP和所有灌注参数图像上的灰白质分界、脑室、脑沟、神经核团等解剖结构显示的对比度、锐利度、清晰度作为评价指标将图像质量分为4个等级。评价标准如下：3分，解剖结构显示非常清晰，图像质量很好地满足诊断要求；2分，解剖结构显示清晰，图像质量满足诊断要求；1分，解剖结构显示基本清晰，图像质量基本符合诊断要求；0分，解剖结构显示不清，图像质量无法满足诊断要求。以图像质量主观评分≥2分视为符合临床诊断要求[3]。

1.4 辐射剂量

利用CT设备自带辐射评估软件记录实验组和对照组患者检查后接受的总辐射剂量，包括容积CT剂量指数（Volume CT Dose Index，CTDIvol）、剂量长度乘积（Dose Length Product，DLP），根据公式计算有效剂量（Effective Dose，ED），ED=DLP×W，其中W为组织权重因子，颅脑检查时W值为0.0023 mSv·mGy-1·cm-1。

1.5 统计学分析

采用SPSS 23.0对数据进行统计学分析。计量资料平均数±标准偏差（±s）表示。A组与B组间性别比较采用χ2检验；计量资料（年龄、BMI、CBF、CBV、MTT、SD、SNR、CNR）组间比较采用独立样本t检验（Student’s t test）； 2名医师对两组主观评分的一致性采用Kappa分析，图像质量主观评分之间采用Mann-Whitnery U检验，P＜0.05表示差异有统计学意义。

2 结果

2.1 一般资料比较

A组和B组一般资料比较：年龄、BMI及性别2组间差异无统计学意义，见表1。

表1 A组与B组一般资料比较

2.2 客观评价

2.2.1 灌注参数值的比较

对A组与B组两组患者头部的额叶室旁、尾状核、壳、丘脑、颞枕叶五个感兴趣区内的灌注参数值（CBF、CBV、MTT）进行分析，灌注参数差异均无统计学意义（P均＞0.05），见表2。

表2 两组灌注参数值的比较

2.2.2 图像质量指标评价

两组壳的SNR差异有统计学意义（P＜0.05），其余客观图像质量指标：SD值、SNR和CNR差异均无统计学意义（P均＞0.05），见表3。

表3 两组图像质量比较

2.3 主观评分

两位诊断医生对所得研究组和对照组图像质量评价的Kappa值分别为0.814及0.841，二者一致性基本一致，两组间图像质量主观评价差异无统计学意义。A组（80 kV，50 mA）和B组（80 kV，75 mA）图像主观评分分别为（2.568±0.489）分和（2.500±0.495）分，两者差异无统计学意义（P＞0.05），两组图像均能满足诊断要求，见表4。

表4 两组图像质量主观评分总数分布（0/1/2/3，分）

2.4 辐射剂量分析

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

3 讨论

CTP应用于急性缺血性脑卒中患者的早期分诊，根据CBV与CBF异常区域不匹配，确定脑梗死区的范围及可能存在的缺血半暗带，有助于判断患者是否适合溶栓治疗[11-12]。颅脑CTP一个主要的缺点是辐射剂量高。随着CT检查使用率的增加，电离辐射致癌的风险受到了越来越多的关注，有研究显示大约2%的恶性肿瘤可能是由CT的电离辐射引起的[13]。如何保证颅脑CTP的图像质量，并使患者所受辐射剂量降低，又能满足临床诊断，这成为了放射科医务工作者关注的重点。本研究使用50 mA的低管电流行颅脑CTP扫描时，势必会增加图像噪声，降低图像质量。ASIR-V重建算法是目前较新的迭代算法，对低剂量CT降噪效果显著[14]。本研究结果表明50 mA结合ASiR-V技术所得两组SD、SNR、CNR值接近相同，两组图像仅在壳的SNR有少许差别，其余客观图像质量指标：SD值，SNR、CNR、兴趣区（壳、尾状核、丘脑，颞枕叶）的灌注参数值均无差别。同时将DLP降至1016.230 mGy·cm，ED降至2.337 mSv，说明了使用低管电流联合ASIR-V迭代重建算法在宽体探测器CT行全脑灌注扫描时，颅脑CT灌注参数值不受影响且图像质量均能满足诊断需求，并降低了患者接受的辐射剂量。

目前在保证图像质量的情况下，颅脑CT灌注使用的管电压通常为80 kV[3,15-16]。林竹潇等[17]研究发现，管电压的降低使射线穿透力下降，被人体吸收的散射线增加，管电压进一步降低至70 kV发生DNA损伤的细胞增多。Ahmed等[18]研究显示，低剂量VPCT通过降低管电流至72 mAs能产生满足诊断的灌注参数图，但由于本研究CT设备设置参数的限制，管电流只能5 mA一个档位进行调节，所以本研究采取80 kV、75 mA作为对照组。

既往研究多采用128层螺旋CT进行扫描，灌注扫描范围仅能包含颅底以上100 mm[7,19]，部分脑组织未能包全。本研究是在宽体探测器CT扫描仪上进行，其Z轴覆盖率为160 mm，覆盖范围广泛，可行全脑CTP，不移动扫描床进行轴向扫描。Li等[7]的研究发现虽然灌注可以采取70 kV的管电压，但使用150 mAs的较高管电流，且扫描范围仅为颅底以上100 mm，ED为2.976 mSv。陈鹏军等[4]的研究发现灌注扫描时采取70 kV的管电压，使用100 mAs的管电流，采集频次为17次，扫描范围为114 mm，所得ED为1.42 mSv。相较于以往的研究，本研究颅脑CT灌注扫描范围160 mm为全脑，且采集频次为30次，所得ED为2.337 mSv，若采集频次为17次，通过计算ED为1.324 mSv；若采集范围降低到114 mm，通过计算ED为0.927 mSv。且图像质量主观评分达2分及以上的占比100%，完全能满足诊断要求。

本研究也存在一些不足：① 仅使用单一的50%ASIR-V迭代重建，未使用多组权重的迭代重建算法进行比较；② 样本含量较少，研究结果可能存在偏移，有待收集更多的病例再做进一步的研究；③ 本研究采集频次为30次，后续考虑降低采集频次进行研究比较。

综上所述，低管电流联合50%的ASIR-V迭代重建算法可以在保证全脑灌注图像质量的同时降低扫描的辐射剂量。