原始圖像疊加處理技術(shù)在腦CT灌注血管成像中的應(yīng)用

郭獻忠，宋浩瀾，何沈平，孫涵，王鎮(zhèn)章，陳偉建

溫州醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院放射科，浙江 溫州 325015

慢性腦缺血（chroniccerebralhypoperfusion, CCH）是由各種原因所致的慢性持續(xù)性腦血流灌注減低，臨床表現(xiàn)為非特異性癥狀，因缺乏客觀判斷標準，診斷一直不明確[1-2]。有研究表明CCH是缺血性卒中和短暫性腦缺血發(fā)作的病理基礎(chǔ)，而且還與認知障礙性疾病密切相關(guān)[3-4]，其腦組織血流動力學(xué)改變的評價對指導(dǎo)早期治療意義重大。一站式多模態(tài)CT是缺血性卒中檢查的常規(guī)手段[5]，其中腦CT灌注成像（CTperfusion, CTP）是觀察腦血流灌注情況的依據(jù)[1-2]。本研究旨在探討利用CTP原始圖，通過疊加得到一組類似于動脈曲線峰值處最佳動脈顯影的時相圖，重建形成腦血管成像（CTangiography, CTA），探討該方法獲得的圖像質(zhì)量及臨床應(yīng)用的可行性。

1 資料和方法

1.1 一般資料 收集2019年9月至2021年6月溫州醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院符合納入標準的慢性缺血性腦卒中患者。納入標準：①入院后行CTP檢查；②臨床擬診為慢性缺血性腦卒中；③無碘對比劑過敏及嚴重心腎功能不全等疾??；④患者意識清楚、能自主配合檢查，圖像無運動偽影，符合臨床診斷要求。共253例受檢者納入研究，男179例，女74例，年齡32～89（63.3±10.3）歲；其中有32例患者在灌注檢查前后7d內(nèi)有過腦動脈造影檢查。本研究獲得患者或家屬知情同意，并經(jīng)本院倫理委員會批準（編號：2018-068）。

1.2 儀器與試劑 采用CannonAquilionone320排CT掃描儀（日本佳能公司），掃描模式為dynamicvolume，層厚為1mm。掃描范圍160mm包括全顱腦，掃描時間57s。經(jīng)肘靜脈團注50mL對比劑（碘克沙醇，濃度為320mgI/mL），然后注射50mL0.9%氯化鈉溶液，注射速率均為5.0mL/s，共得到23組圖像（22組為連續(xù)動態(tài)顯影時相圖，1組為平掃圖像）。

1.3 CTP圖像后處理 使用GE影像后處理工作站，在得到的22組連續(xù)動態(tài)顯影時相圖中，任取2組動靜脈顯影圖像作為A組和B組，將A組和B組顯影圖像進行疊加處理后得到一組新的圖像，命名為C組；對253例患者圖像重復(fù)上述操作。疊加時，兩次圖像需要配準，即人體上的同一解剖點在兩次影像上有相同的空間位置（位置、角度及大小一致）。由于使用320排CT掃描采用容積掃描的方式，且掃描部位為顱腦，只要患者在檢查時保持靜止不動，即使患者頭部檢查中出現(xiàn)輕微晃動，部分顯影圖中出現(xiàn)運動偽影，但CTP檢查是一組連續(xù)動態(tài)的檢查，原始影像疊加也能找到相互配準的兩組時相圖。相加算法運行完成后導(dǎo)出，得到處理后的重建圖像。

1.4 圖像分析 將任意挑選的兩組時相圖疊加，在正常一側(cè)頸內(nèi)動脈顱內(nèi)段及附近顳葉勾畫感興趣區(qū)（regionofinterest, ROI），盡量避開血管壁和鈣化斑塊，減少部分容積效應(yīng)的影響。

1.4.1 客觀圖像質(zhì)量分析：保持A、B、C三組圖像中ROI位置、大小一致。分別記錄每個患者頸內(nèi)動脈顱內(nèi)段、顳葉ROI的CT值及顳葉的標準差（standarddeviation, Std）。利用公式計算對比噪聲比（contrasttonoiseratio, CNR）=（頸內(nèi)動脈CT值-軟組織CT值）/軟組織Std[6-7]。

1.4.2 主觀圖像質(zhì)量分析：根據(jù)圖像質(zhì)量、血管邊緣、血管主干及分支顯示情況分別進行診斷，由同一位主任醫(yī)師職稱的影像科醫(yī)師對患者疊加處理前后及相應(yīng)腦動脈造影的圖像質(zhì)量做出主觀評價，采用5分法對圖像質(zhì)量進行綜合評分：5分，圖像噪聲小，顆粒均勻，顱內(nèi)血管對比劑顯示完全充盈，邊緣清晰銳利，各動脈分支顯示清晰；4分，圖像噪聲較小，顆粒較均勻，顱內(nèi)血管對比劑顯示完全充盈，邊緣清晰，各動脈分支均能夠顯示；3分，圖像噪聲較大，顆粒欠均勻，顱內(nèi)血管對比劑顯示完全充盈，邊緣略模糊，各動脈分支顯示不清；2分，圖像噪聲較大，顆粒粗糙，顱內(nèi)血管對比劑充盈，邊緣模糊，各動脈分支顯示不清晰；1分，圖像噪聲大，顆粒粗糙，顱內(nèi)血管對比劑充盈，邊緣不清，各動脈分支顯示不清晰。評分≥3分被認為圖像能夠滿足影像診斷要求[8-9]。

1.5 統(tǒng)計學(xué)處理方法 采用SPSS25.0軟件進行數(shù)據(jù)分析。計量資料以±s表示，疊加處理前后圖像的CNR值和主觀評分的比較及疊加處理后圖像與其腦動脈造影圖像的主觀評分采用配對t 檢驗。P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 客觀參數(shù) 疊加處理后局部腦組織較疊加處理前光滑，量子噪聲減少，組織對比度更高，見圖1。

疊加處理前后，即A組和B組分別與C組比較，頸內(nèi)動脈CT值差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05），顳葉CT值差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05），但變化不大；顳葉Std值經(jīng)疊加處理后明顯減小，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.01）；C組CNR均高于A組和B組，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.01）。見表1。

圖1 疊加處理前后局部腦組織橫斷面圖像

2.2 主觀評分 經(jīng)主觀評定，疊加處理后主觀評分（4.4±0.6）均較疊加處理前（2.2±0.4）高，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.001）。疊加處理后顱內(nèi)各分支血管充盈完整，末端血管顯示完整，各血管分支充分顯影，避免了部分假陽性，圖像質(zhì)量大幅改善。見圖2、圖4。

對32 例進行了腦動脈造影患者圖像進行主觀評定，疊加處理后主觀評分（4.5±0.5）與腦動脈造影主觀評分（4.7±0.5）相近，差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05）。疊加處理后顱內(nèi)各血管趨于平滑，顯示完全，與腦動脈造影獲得的血管重建圖像效果相近。見圖3。

表1 疊加處理前后CT值、Std值和CNR值比較（每組n=253，±s）

圖2 疊加處理前后顱內(nèi)血管最大密度投影圖像

圖3 經(jīng)疊加處理后（A）及行腦動脈造影檢查顱內(nèi)血管最大密度投影圖像（B）

圖4 疊加處理前后顱內(nèi)血管容積重建圖像

3 討論

CTA的圖像質(zhì)量依賴于血管內(nèi)對比劑的濃度，理論上對比劑濃度越高，CTA圖像質(zhì)量越好；但是受檢者心功能、動脈狹窄程度側(cè)支循環(huán)等都會影響動脈內(nèi)對比劑的濃度，因此單純增加對比劑濃度和劑量并不會顯著提高CTA圖像質(zhì)量，反而會增大圖像偽影和對比劑腎病發(fā)生風(fēng)險[10-11]。本研究在連續(xù)動態(tài)顯影的各時相圖中任意挑選兩組圖像進行疊加處理，疊加處理后的圖像明顯降低了周圍軟組織的噪聲，提高了組織對比度，在同等掃描條件下較好地提高了圖像質(zhì)量。

本研究疊加處理前后客觀參數(shù)對比可知，疊加處理后頸內(nèi)動脈及鄰近軟組織CT值大部分位于疊加處理前兩組數(shù)據(jù)中間，且差值不大；但是疊加處理后鄰近顳葉的Std值較疊加處理前兩組圖像數(shù)值均大幅減低；頸內(nèi)動脈與軟組織CT值的差值是軟組織Std值的數(shù)十倍，根據(jù)CNR計算公式可知，當軟組織Std值輕度減低時，其CNR值也會大幅升高；CNR是影像對比度與噪聲的比值，是評價影像質(zhì)量的客觀指標，當CNR值越高，代表圖像對比度越好，噪聲越低，其圖像質(zhì)量也就越高[12]。

為了平滑圖像信號并有效保留圖像信息，主要采用多圖像平均法來抑制圖像量子噪聲[13]，設(shè)圖像fo(x, y)受加性噪聲n(x, y)的干擾，則含噪聲的某幀圖像的灰度為：

同一目標連續(xù)采集N組圖像平均后，則點(x, y)處的灰度為：

設(shè)原圖像噪聲方差為Z，采用以上處理后，噪聲方差可減少為Z/N，從而起到了抑制的效果[14-15]。

本研究采用對任意的2組原始圖像進行疊加最大密度投影重建處理，疊加處理前顱內(nèi)各分支血管邊緣粗糙，欠平滑，血管分支稀疏，疊加處理后相對于疊加處理前顱內(nèi)各分支血管充盈更加完整，血管趨于平滑，末端分支細小血管均能較好顯示。由于圖像充盈更完滿，避免了一些假陽性，如圖2A疊加處理前右大腦后動脈P2 段見節(jié)段性的中重度狹窄，疊加處理后（見圖2B）可以發(fā)現(xiàn)該處血管充盈良好并無節(jié)段性狹窄。疊加處理后的VR圖像也顯示更為清晰，疊加處理前顯示右側(cè)后交通段瘤樣突起，疊加處理后顯示了該處的小血管分支，從而降低了誤診率（見圖4）。

現(xiàn)行多模態(tài)方法是在CTP檢查獲取的系列動態(tài)原始圖像中挑選出被認為最佳組進行CTA重建，需要仔細瀏覽并不斷前后圖像對比來挑選，個人主觀性強且費時；另外CTP檢查中易出現(xiàn)運動偽影干擾圖像質(zhì)量，可能無法選擇出最佳的一組血管顯影圖，對后續(xù)顱內(nèi)血管閉塞及狹窄程度和分支小血管及動脈瘤的區(qū)分無法做出準確判斷；任意兩組時相圖疊加處理得到一組新的、能滿足臨床診斷要求的CTA血管顯影圖，有效避免了后處理主觀性和減少了運動偽影干擾等因素造成的誤差。

CTP對檢測CCH有重要臨床價值，但存在一定的輻射。近年來，如何既可以滿足診斷圖像質(zhì)量要求，又可最大限度地降低輻射劑量已成為研究的重點[16]。既往臨床多通過調(diào)低CT掃描的管電壓、管電流等方式來降低輻射劑量，但低管電壓CT掃描對圖像質(zhì)量干擾較大，影響疾病的診斷[17]。CTP掃描條件：管電壓80kV，管電流112mA，獲得22組1mm層厚的原始圖像，其單次輻射劑量高達2720mGy/cm。本研究將任意2組動靜脈顯影像疊加，得到新的一組圖像，進行血管重建，與同一位患者行腦動脈造影（腦動脈造影掃描條件：管電壓100kV，管電流225mA，圖像層厚0.5mm）獲得的顱內(nèi)血管重建圖效果幾近相仿。對比兩種檢查方法，原始圖像疊加處理能夠適當拉近腦動脈造影高管電壓管電流、薄層掃描條件帶來的圖像優(yōu)勢，那么當患者需要行CTP檢查時，能否適當降低管電壓和管電流，通過原始圖像疊加處理技術(shù)，在減少了患者輻射劑量的同時，也得到了符合臨床診斷要求的圖像，此設(shè)想是該項技術(shù)未來的研究方向。本研究并未將同一個患者設(shè)置不同的管電壓、管電流進行CTP檢查來論證這一設(shè)想，而是通過主觀評定疊加后圖像效果與其腦動脈造影圖像效果來側(cè)面論證，且數(shù)據(jù)樣本量較少，故此觀點尚需后續(xù)研究。

綜上所述，利用CTP原始圖像疊加處理技術(shù)，在可以提高CTA圖像質(zhì)量的前提下，也簡化了挑選最佳時相圖的流程，具有一定的臨床應(yīng)用價值。