基于多模態(tài)CT診斷任務(wù)對(duì)一站式胰腺灌注掃描時(shí)相優(yōu)化方案的可行性*

孫青 俞溪 明兵, 彭金成 鄒慶 張仕勇 蘭茜琳 劉婷

(1.川北醫(yī)學(xué)院醫(yī)學(xué)影像學(xué)院，四川 南充 637000；2.德陽(yáng)市人民醫(yī)院放射科，四川 德陽(yáng) 618000)

一站式CT動(dòng)態(tài)容積灌注成像(Dynamic volume CT perfusion，dVPCT)通過對(duì)靶器官或選定層面進(jìn)行連續(xù)動(dòng)態(tài)采樣獲取灌注數(shù)據(jù)集，是一種可提供多維度診斷信息的無(wú)創(chuàng)定量技術(shù)。既往一站式檢查受不同設(shè)備機(jī)型的影響密集采集時(shí)間選擇多在1.5～3 s[1-9]，其中雙源CT多以1.5 s為主[1-5]，缺乏統(tǒng)一或標(biāo)準(zhǔn)的掃描方案，理論上延長(zhǎng)采集時(shí)間間隔或減少總采集時(shí)間能降低輻射劑量，但就胰腺而言對(duì)圖像質(zhì)量及灌注參數(shù)值是否會(huì)影響診斷效果的比較研究尚少，因此本次研究采用第3代雙源CT針對(duì)胰腺探索2.5 s密集采集方式的可行性，以期進(jìn)一步優(yōu)化一站式灌注掃描方案。

1 資料與方法

1.1 一般資料 收集2018年7月～2020年11月于德陽(yáng)市人民醫(yī)院采用第3代雙源CT正常胰腺灌注病例72例行回顧性分析，根據(jù)不同掃描參數(shù)設(shè)置分為A組和B組，A組(常規(guī)灌注組，24例)：既往因可疑上腹部病變行常規(guī)上腹灌注檢查，密集采集時(shí)間1.5 s，24次動(dòng)態(tài)容積掃描，總采集時(shí)間94.5 s；Z軸覆蓋范圍約17.6 cm或22.4 cm，；B組(時(shí)間優(yōu)化組，48例)：既往因結(jié)腸腫瘤行全腹灌注掃描，密集采集時(shí)間2.5 s，總采集時(shí)間75 s，19次動(dòng)態(tài)容積掃描；Z軸覆蓋范圍約43.5 cm；所有納入病例中結(jié)腸腫瘤臨床分期T1-2N0M0。納入標(biāo)準(zhǔn)：①無(wú)胰腺相關(guān)病史，如胰腺腫瘤、胰腺炎及糖尿病等。②無(wú)胰周惡性病史、肝硬化。③無(wú)肝腎功能不全、心血管疾病等。④相同管電壓、管電流(根據(jù)受檢者身高、體重自動(dòng)調(diào)整)。

1.2 檢查方法 采用西門子第3代雙源CT 容積灌注掃描模式，管電壓80 kV，管電流60 mAs，高級(jí)模擬迭代算法重建，重建層厚1.5 mm。檢查前所有受檢者禁食4～6 h，掃描前于肘前靜脈留置20 G靜脈套管針，使用腹部加壓帶并進(jìn)行呼吸訓(xùn)練，造影劑選擇碘邁倫 80 mL(400 mgI/mL)，注射速率5.0 mL/s，后續(xù)以相同速率注入30 mL生理鹽水。A組掃描時(shí)間：3×4.5 s、12×1.5 s、6×6 s、3×9 s，共94.5 s，24組容積數(shù)據(jù)，Z軸覆蓋范圍根據(jù)身高選擇17.6或22.4 cm。B組掃描時(shí)間：3×5 s、12×2.5 s、4×7.5 s，共75 s，共19組容積數(shù)據(jù)，Z軸覆蓋范圍43.5 cm。

1.3 灌注圖像后處理

1.3.1 常規(guī)多模態(tài)圖像重建 灌注數(shù)據(jù)集傳送至后處理工作站(Syngovia,Siemens HealthcareSector,Germany)。在動(dòng)態(tài)血管成像模式中，經(jīng)過運(yùn)動(dòng)校正、降噪、定義腹腔干開口處腹主動(dòng)脈為輸入動(dòng)脈后繪制主動(dòng)脈、胰腺及門靜脈時(shí)間-密度曲線(Time-density curve,TDC)，基于該曲線采用時(shí)間平均法選擇強(qiáng)化峰值對(duì)應(yīng)的單期圖像及前后兩期共三期圖像進(jìn)行融合，對(duì)應(yīng)常規(guī)腹部三期圖。在CT血管模式下，利用多平面重組技術(shù)(Multiplanar reformation，MPR)，重建層厚5 mm及層間隔5 mm的軸位圖像。在相同模式下，采用最大密度投影法(Maximum intensityprojection,MIP)重建動(dòng)脈血管圖。所有重建圖像上傳至圖像存檔和通信系統(tǒng)工作站。

1.3.2 常規(guī)多模態(tài)圖像的評(píng)價(jià)任務(wù) ①基于常規(guī)腹部三期圖，放置感興趣區(qū)(Region of interest,ROI)于動(dòng)脈期腹腔干開口層面腹主動(dòng)脈、胰腺實(shí)質(zhì)期鉤突、胰頭、胰體及胰尾、門靜脈期門靜脈分叉稍下方水平，避開邊緣及血管，將腹腔干開口層面豎直肌CT值作為參照，皮下脂肪CT值標(biāo)準(zhǔn)差(Standard deviation，SD)作為背景噪聲，每個(gè)部位對(duì)應(yīng)期像重復(fù)測(cè)量3次取平均值，分別計(jì)算腹主動(dòng)脈、胰腺實(shí)質(zhì)及門靜脈信噪比(Signal noise ratio，SNR)、對(duì)比噪聲比(Carriernoise ratio，CNR)。計(jì)算方法：SNR=CT目標(biāo)/SD皮下脂肪，CNR=(CT目標(biāo)-CT 豎脊肌)/SD皮下脂肪。②基于血管圖，由2名診斷醫(yī)師以雙盲法對(duì)MIP顯示變異血管情況進(jìn)行評(píng)估，圖像質(zhì)量無(wú)法支持變異評(píng)價(jià)的進(jìn)行記錄。

1.3.3 灌注參數(shù)測(cè)量 在CT體部灌注中，采用去卷積法，經(jīng)過校正、降噪、定義腹腔干開口處腹主動(dòng)脈為輸入動(dòng)脈后獲得灌注偽彩圖，分別選取胰腺鉤突、胰頭、胰體及尾部最大橫軸面勾畫ROI，每個(gè)部位重復(fù)測(cè)量3次，各ROI取值1～2 cm2，并避開血管、胰管、邊緣部分，獲得各灌注參數(shù)，包括血流量(Blood flow,BF)、血容量(Blood volume,BV)、平均通過時(shí)間(Mean transit time,MTT)、表面滲透性(Permeability surface,PS)，由2名醫(yī)生重復(fù)測(cè)量2次，各部位胰腺灌注參數(shù)值取平均值以減少誤差。

1.3.4 計(jì)算有效劑量(Effective dose,ED) 記錄體積CT劑量指數(shù)(Volume CT dose index,CTDIvol)和輻射劑量長(zhǎng)度乘積(Dose length product,DLP)。ED=0.015×DLP。根據(jù)DLP/CTDIvol計(jì)算A組平均掃描長(zhǎng)度。

2 結(jié)果

2.1 兩組一般資料對(duì)比及重建圖像質(zhì)量評(píng)估 A組男14例，女10例；年齡34～65歲，平均(51.50±7.01)歲。B組男22例，女26例，年齡31～77歲，平均(54.77±8.52)歲。兩組一般資料比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。所有重建圖像均得到清晰的三期增強(qiáng)圖及血管圖(見圖1、圖2)，腹主動(dòng)脈、胰腺實(shí)質(zhì)及門靜脈分別對(duì)應(yīng)的最佳融合期像SNR、CNR 兩組比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。2名診斷醫(yī)師對(duì)變異血管評(píng)估一致，8例胃左動(dòng)脈起源于腹腔干(A組3/24、B組5/48)，2例肝右動(dòng)脈起源于腸系膜上動(dòng)脈(A組1/24、B組1/48)，3例肝左動(dòng)脈起源于腹腔干(B組3/48)。見表1、表2。

表1 兩組一般資料及變異血管Table 1 General data and vascular anatomical variations of group A and B

表2 兩組腹主動(dòng)脈、胰腺、門靜脈CNR、SNR對(duì)比Table 2 Comparison of CNR and SNR of abdominal aorta,pancreas and portal vein between group A and B

圖1 兩組重建動(dòng)脈期、胰腺實(shí)質(zhì)期及門靜脈期像Figure 1 Reconstruction of images in arterial phase,pancreatic parenchyma phase and portal vein phase in both groups注：腹腔干、門靜脈(黃色箭頭)顯示清晰銳利，胰腺輪廓清晰。A～C.密集采集時(shí)間1.5 s；D～F.密集采集時(shí)間2.5 s

圖2 兩組MIP血管清晰銳利，胃左動(dòng)脈(黃色箭頭)起源于腹主動(dòng)脈Figure 2 The MIP vessels of the two groups were clear and sharp,and the left gastric artery (yellow arrow) originated from the abdominal aorta注：A.密集采集時(shí)間1.5 s；B.密集采集時(shí)間2.5 s

2.2 兩組正常胰腺各部位灌注參數(shù)值ICC分析及對(duì)比 測(cè)得各部位正常胰腺灌注參數(shù)值一致性較好(ICC>0.75，見表3)。兩組各部位正常胰腺各灌注參數(shù)BF、BV、MTT、PS差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05，見表4)。灌注偽彩圖顯示胰腺血供豐富，見圖3。

圖3 兩組BF、BV灌注偽彩圖，胰腺血供豐富Figure 3 BF and BV color maps of two groups with abundant blood supply to the pancreas注：A～B.密集采集時(shí)間1.5 s BF、BV圖；C～D.密集采集時(shí)間2.5 s BF、BV圖

表3 兩組各部位正常胰腺灌注參數(shù)ICC值Table 3 ICC value of normal pancreatic perfusion parameters in group A and B

表4 兩組正常胰腺灌注參數(shù)對(duì)比Table 4 Comparison of normal pancreatic perfusion parameters between group A and B

2.3 兩組輻射劑量 A組平均z軸覆蓋范圍約(18.98±1.37) cm，平均有效劑量約(8.73±0.90) mSv；B組z軸覆蓋范圍43.50 cm，有效劑量約15.45 mSv。A組其他掃描參數(shù)設(shè)置不變的情況下，采用B組的2.5 s密集采集方式，根據(jù)B組單位Z軸輻射劑量可推算出A組平均有效劑量可減少約22.8%。

3 討論

一站式dVPCT成像能獲得多維度的診斷信息，具有其強(qiáng)大的臨床應(yīng)用前景[10-14]。理論上采集間隔時(shí)間越短、獲得的期像越多越能反映組織灌注的真實(shí)情況，但這受到設(shè)備本身及輻射劑量的限制，第3代雙源CT在腹部灌注根據(jù)灌注Z軸范圍最快只能提供1.5 s或2.5 s的采集間隔時(shí)間，本研究回顧性收集了這兩種采集方式一站式灌注數(shù)據(jù)，重建出最佳三期增強(qiáng)圖、血管圖以及計(jì)算正常胰腺各部位灌注參數(shù)值，并對(duì)三種模態(tài)的CT斷數(shù)據(jù)進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，采用一站式成像技術(shù)主要優(yōu)點(diǎn)在于多維度診斷信息的獲取基于一次靜脈注射下的掃描，無(wú)造影劑重復(fù)使用，簡(jiǎn)化臨床流程，降低了受檢者輻射劑量。更重要的是該方法對(duì)病灶進(jìn)行了實(shí)時(shí)多期采樣，掃描時(shí)間不依賴經(jīng)驗(yàn)設(shè)置，可融合實(shí)現(xiàn)影像診斷任務(wù)所對(duì)應(yīng)的最佳強(qiáng)化期像，避免由于個(gè)體循環(huán)差異，胰腺實(shí)質(zhì)或胰周血管難以達(dá)到最佳強(qiáng)化效果的問題，對(duì)動(dòng)脈早期強(qiáng)化病灶如神經(jīng)內(nèi)分泌腫瘤檢出率大大提升[5,8,10]，重建圖像質(zhì)量不低于或優(yōu)于常規(guī)單期增強(qiáng)[1,3-6,9]，可作為常規(guī)CT檢查進(jìn)行應(yīng)用。

但目前針對(duì)胰腺病變的具體融合期像數(shù)目研究不多[4,5,15]，李娟等[15]研究表明采用1.5 s采集方式實(shí)現(xiàn)胰島素瘤診斷任務(wù)的最佳融合期像數(shù)目為5期。本研究的創(chuàng)新點(diǎn)在于，不改變?nèi)诤掀谙鄶?shù)設(shè)置5期，改變采集時(shí)間間隔從常見的1.5 s到2.5 s，可期待通過這樣的優(yōu)化，2.5 s采集模式下3期融合圖更接近1.5 s采集模式下5期融合圖。另一方面，本研究中采用時(shí)間平均法避免了大血管達(dá)到強(qiáng)化峰值時(shí)造影劑可能密度不均的問題[16]，基于最大密度投影法重建的血管圖無(wú)造影劑填充不均。本研究結(jié)果也證實(shí)時(shí)間優(yōu)化組和常規(guī)灌注組所有融合圖像清晰，主動(dòng)脈、胰腺及門靜脈信噪比、對(duì)比噪聲比差異均不明顯，所有血管圖均能支持變異血管評(píng)估，具有臨床運(yùn)用價(jià)值。本研究中采用的CTP去卷積模型通過TDC曲線轉(zhuǎn)換剩余函數(shù)(Impulse residue function,IRF) 得到目標(biāo)器官灌注參數(shù)值，灌注參數(shù)的準(zhǔn)確獲取需同時(shí)滿足兩個(gè)條件：足夠和高頻的采集時(shí)間。造影劑隨血流通過實(shí)質(zhì)灌注的持續(xù)時(shí)間里，采集時(shí)間足夠長(zhǎng)保證了造影劑從血管內(nèi)皮彌散至細(xì)胞間隙這一生理過程的動(dòng)態(tài)平衡，采集時(shí)間越密集，其灌注數(shù)據(jù)集越接近血流動(dòng)力學(xué)改變，反之可能會(huì)造成數(shù)據(jù)點(diǎn)的丟失。

本研究結(jié)果顯示時(shí)間優(yōu)化組容積數(shù)據(jù)獲取的正常胰腺灌注參數(shù)值與常規(guī)灌注組差異不明顯，說明掃描時(shí)相的適度變化可準(zhǔn)確評(píng)估其血流特點(diǎn)，Li[17]、余鑫等[18]采用第3代雙源CT胰腺灌注研究中采集總時(shí)長(zhǎng)(40～53.5 s)低于本研究，密集掃描時(shí)間為1.5 s，得到的各部位灌注參數(shù)值也與本研究接近。說明75 s的掃描時(shí)長(zhǎng)及2.5 s密集采集時(shí)間間隔達(dá)到了足夠以及高頻的要求，這也符合灌注參數(shù)的計(jì)算是基于TDC曲線，而不是單個(gè)采集時(shí)間點(diǎn)的組織密度。Kalarakis等[19]研究表明3.4 s采集時(shí)間間隔可獲取準(zhǔn)確的肝腫瘤灌注參數(shù)。Konno等[5]研究中基于320排容積CT采用3 s密集采集時(shí)間間隔，得到的胰腺BF為(93.8±31.1)mL/(100 g·min)，BV為(38.8±18.0)mL/100g，與本研究明顯不同，可能與掃描時(shí)間間隔、研究設(shè)備或是人種差異等相關(guān)。卞佳等[20]研究顯示腦灌注參數(shù)絕對(duì)值受時(shí)間間隔影響，這可能是由于算法、輸入動(dòng)脈不同。由此表明灌注參數(shù)值可能受其它多種因素影響，不同臟器因素干擾程度亦或不同。

本研究結(jié)果顯示A組即常規(guī)一站式上腹灌注組平均有效輻射劑量為(8.73±0.90) mSv，低于既往報(bào)道輻射劑量(14.5 mSv～27.6 mSv)[4,5,7]，與于鑫[13]采用第3代雙源CT輻射劑量相近。根據(jù)B組單位Z軸輻射劑量可推算出常規(guī)一站式上腹灌注組在保持原有掃描參數(shù)不變的設(shè)置下，由2.5 s密集掃描方案替代1.5 s密集掃描方案，平均有效劑量可減少約22.8%，即6.74 mSv，與第3代雙源CT常規(guī)上腹增強(qiáng)ED較為接近(6.25±2.90) mSv[1]，說明該采集方式可進(jìn)一步降低上腹部dVPCT輻射劑量，在臨床運(yùn)用中具有可行性。

本研究不足之處在于對(duì)比單一、存在偏倚，未拓展時(shí)間間隔范圍，兩組病人、各段掃描時(shí)相均不同。算法也只局限于去卷積法，未證實(shí)最大斜率算法該方案是否可行。亦另外是否對(duì)胰周臟器如肝臟、脾臟、腎臟等血流灌注值產(chǎn)生影響尚未明確，這有待進(jìn)一步研究，以實(shí)現(xiàn)滿足多臟器灌注診斷、數(shù)據(jù)分析以及血管成像需求的掃描及重建技術(shù)。

4 結(jié)論

基于第3代雙源CT采用1.5 s和2.5 s密集采集方式的一站式dVPCT所獲得的三期增強(qiáng)圖、血管圖及灌注參數(shù)值無(wú)明顯差異，且后者可降低輻射劑量，使得上腹灌注輻射劑量接近第3代雙源CT常規(guī)三期增強(qiáng)掃描輻射劑量，這有助于一站式上腹灌注2.5 s密集采集方式的推廣應(yīng)用。