最大斜率法和去卷積法對胰腺CT灌注參數影響的對比研究

潘克華，曹國全，孫厚長，陳 曉，林曉敏

（溫州醫科大學附屬第一醫院放射科，浙江 溫州 325000）

隨著多排螺旋CT的臨床應用不斷拓展，CT灌注（CT perfusion，CTP）成像在胰腺疾病特別是胰腺腫瘤的診斷、療效監測及預后評估等方面應用價值越來越明顯[1-5]。CTP成像中灌注參數處理所采用的數學算法主要有兩種：最大斜率算法（Maximum slope，MS）和去卷積算法（Deconvolution，DC）。不同數學算法在胰腺CTP后處理中得出的灌注參數值其相關性和一致性如何成為業界關注的重要問題，且該問題的解決與否關系到胰腺CTP能否在臨床上進一步推廣應用[6]。本研究中，筆者分別采用DC法和MS法處理分析一組經相同灌注掃描方案采集的正常胰腺及胰腺炎病例數據，探討兩種數學算法對其灌注參數的影響。

1 資料與方法

1.1 一般資料

收集2015年1—8月間于我院因臨床需要需行320排容積CT胰腺灌注檢查患者68例。剔除標準：①心肝腎功能嚴重不全者；②對比劑過敏者；③呼吸移動偽影較多導致圖像無法分析者，最終57例納入本研究，男 37例，女 20例，平均年齡（51.2±10.2）歲。57例患者中30例為胰腺正常者，27例為經實驗室、影像及臨床證實的急性間質水腫性胰腺炎患者，診斷標準參照文獻[7]。檢查方案征得醫院醫學倫理委員會批準，所有檢查均取得患者的知情同意，并簽署知情同意書。

1.2 CTP檢查方案

患者取仰臥位，用腹壓帶將患者束縛在CT檢查床上，囑患者盡可能平靜呼吸。采用320排容積CT（Aquilion one，Toshiba）進行胰腺 CTP 采集，容積掃描模式，管電壓100 kV，管電流150mA，準直器寬度160mm，機架旋轉時間0.5 s，重建層厚0.5mm，視野350mm，迭代重建算法AIDR3D standard。采用Medrad雙筒高壓注射器經肘靜脈留置針注入非離子型碘對比劑（歐乃派克，350mgI/mL），總劑量按1mL/kg計算，速率7mL/s，接著以相同速率注入生理鹽水30mL。按照廠家推薦方案，具體CTP掃描包括三個序列：第一序列于對比劑注入后8 s開始掃描11圈，每圈間隔2 s；第二序列掃描7圈，每圈間隔3 s；第三序列掃描5圈，每圈間隔5 s。共采集23圈容積數據，采集時間總長74.5 s。圖像層厚和層間隔0.5mm，每一圈容積數據320層圖像，每一患者共7 360層圖像。

1.3 圖像分析

將每一患者的圖像經呼吸移動矯正（Body registration）后分別傳送至Vitrea Advanced工作站（基于MS算法）和GE ADW 4.5工作站（基于DC算法）。由兩名高年資主治醫師在雙盲情況下按統一標準對圖像進行回顧性分析，組織閾值據軟件推薦設置為 0～120HU。感興趣區（ROI）面積約 1～2 cm2，放置位置如下：輸入動脈選取胰腺層面主動脈中央處；參照器官選取脾臟；胰腺實質選取胰頭、體、尾最大層面處，并盡可能避開血管。兩種算法所得相同意義的灌注參數包括：血流量（Blood flow，BF），血容量（Blood volume，BV）。MS法BV值無法直接計算得到，參考Goh等[8]提出的Patlak Plot法計算得到等效血容量（Equiv BV）。對于上述灌注參數，每一名觀察者均對目標組織在軸、矢、冠位圖像上按上述標準測3次，取平均值。

1.4 統計學方法

CTP各參數測量值以x±s表示。采用SPSS（19.0）和 Medcalc（11.4）統計軟件進行統計分析。采用單因素方差分析比較胰腺頭體尾區域各灌注參數值的差異；采用配對t檢驗比較分析兩種算法所得各項CTP參數值差異；采用Pearson線性相關分析兩種算法所得各項CTP參數值間的相關性；采用Bland-Altman分析兩種算法所得各項CTP參數值間的一致性。采用組內相關系數（Intraclass correlation coefficients，ICC）比較不同觀察者測量結果間一致性。P＜0.05為差異有統計學意義。相關系數大于0.6為相關性較好。

2 結果

2.1 MS法與DC法所得各灌注參數值及差異

對于30例正常胰腺頭、體、尾三區域，MS法測得 BV 值（mL/100 g）分別為 45.55±7.03、45.90±9.34、45.61 ±10.03，BF 值 （mL/（min·100 g）） 分 別 為112.61±23.61、116.26±21.68、115.58±19.94；DC 法測得 BV 值（mL/100 g）分別為 12.29±2.90、12.70±2.81、11.63±2.86，BF 值（mL/（min·100 g））分別為 111.32±18.97、111.39±18.48、110.47±15.16（見圖 1）。MS 法和DC法所測得BV、BF值在正常胰腺頭體尾不同區域間差異均無統計學意義（F值分別為0.19、0.23、1.069、0.025，P 分 別 為 0.827、0.788、0.348、0.975）。MS法測得BV值明顯高于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及圖2a。

圖1 男，55歲，最大斜率法（圖1a，1b）和去卷積算法（圖1c，1d）測得其正常胰腺頭、體、尾部BF值CT灌注圖。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.

圖2 圖2a，2b分別為正常及急性間質水腫性胰腺炎組胰腺頭、體、尾三區域MS法和DC法測得BV、BF值的柱狀比較圖。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 兩種算法不同目標組織灌注參數值及結果比較（±s）

表1 兩種算法不同目標組織灌注參數值及結果比較（±s）

BV（mL/100 g） BF（mL/（min·100 g））MS法 DC法 MS法 DC法正常胰腺（n=30）頭 45.55±7.03 12.29±2.90 112.61±23.61 111.32±18.97體 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）頭 60.02±8.94 16.61±1.76 168.29±14.62 159.31±13.23體 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

對于27例急性胰腺炎胰腺頭、體、尾三區域，MS法測得 BV值（mL/100 g） 分別為60.02±8.94、59.16±7.27、61.89±8.58，BF 值（mL/（min·100 g））分別 為 168.29±14.62、170.82±10.91、172.94±9.85；DC法測得 BV 值（mL/100 g）分別為 16.61±1.76、16.33±1.17、16.53±2.18，BF 值（mL/（min·100 g）） 分別為159.31±13.23、163.55±11.53、162.86±11.42。MS 法和DC法所測得BV、BV值在急性胰腺炎患者胰腺頭體尾不同區域間差異均無統計學意義（F值分別為0.765、2.502、0.188、0.956，P 分 別 為 0.469、0.065、0.829、0.389）。MS法測得BV值明顯高于DC法2倍多（t=54.14，P＜0.001），BF 值高于 DC 法（t=8.45，P＜0.001）。詳見表 1、圖 2b。

另外，2名醫師測量結果的一致性較好（ICC≥0.9）。

2.2 MS法與DC法所得各灌注參數值的相關性分析

30例正常胰腺頭、體、尾不同區域兩種算法所得BF、BV值均具有良好的相關性（r值均＞0.6），且BF的相關性好于BV。27例急性胰腺炎患者中，除胰體部BF值相關性較差外（r=0.46）其余部位兩種算法所得BF、BV值亦均具有良好的相關性（r值均＞0.7）。

2.3 MS法與DC法所得各灌注參數值的Bland-Altman分析

對30例正常胰腺共90個ROIs兩種算法測得BV差值均值為33.2。大部分數據均分布在95%一致性界限區間內（17.6～48.8），分布在95%一致性界限區間外的數據個數為3個，比率3.3%（3/90），兩種方法最大差值絕對值為51.69（圖3a）。兩種算法測得BF差值均值為3.8。大部分數據均分布在95%一致性界限區間內（-28.1～35.1），分布在95%一致性界限區間外的數據個數為4個，比率4.4%（4/90），兩種方法最大差值絕對值為41.44（圖3b）。

對27例急性胰腺炎患者共81個ROIs兩種算法測得BV差值均值為43.9。大部分數據均分布在95%一致性界限區間內（29.6～58.2），分布在95%一致性界限區間外的數據個數為5個，比率6.2%（5/81），兩種方法最大差值絕對值為60.93（圖3c）。兩種算法測得BF差值均值為10.4。大部分數據均分布在95%一致性界限區間內（-30.3～9.4），分布在95%一致性界限區間外的數據個數為7個，比率8.6%（7/81），兩種方法最大差值絕對值為34.18（圖 3d）。

3 討論

目前臨床上應用的CT灌注軟件種類較多，但所采用的數學算法主要為以下兩種：MS法和DC法。前者最早由Peters于1987年提出，假設在注射對比劑后組織時間-密度曲線（Time-density curve，TDC）最大斜率到達前的短時間內無對比劑流出，推導出單位體積組織BF=組織TDC最大斜率/輸入動脈TDC強化峰值。Miles等[1]首次將該方法成功應用于胰腺CT灌注。后者最早由Cenic等[9]于1999年提出，它將每個像素位置的時程數據轉換為相應的推動剩余函數（Impulse residue function，IRF）, 以此反映靜脈團注對比劑后隨時間推移對比劑在組織內的數量。通過去卷積運算計算出胰腺的BF、BV。MS法對對比劑注射速率要求較高，一般需達到6～8mL/s，否則會造成灌注值的低估，因此在臨床上對于一些心功能、靜脈功能差的患者應用受到很大限制（本研究中11例患者因心功能、靜脈功能原因予以剔除），但該方法空間及時間分辨率較高。DC法對對比劑注射速率的要求不高，受心功能影響小，且其未對組織血流灌注模型作過多假設，所得灌注參數值更接近于實際生理過程[10-11]。

本研究結果顯示正常胰腺同一算法所測得的胰腺不同區域的BV、BF值無統計學差異，胰頭、體、尾區域兩種算法測得的BV、BF值均具有良性的相關性。Zhu等[12]對32例正常胰腺頭、體、尾區域的BF值進行了比較，結果顯示BF值在胰腺不同區域間差異無統計學意義。Delrue等[13]比較了20例正常胰腺頭體尾不同區域的BF和BV值，結果顯示不同區域的BV、BF差異無統計學意義。本研究結果與上述文獻報道結果較為一致。

圖3 正常（圖3a，3b）及急性間質水腫性胰腺炎組（圖3c，3d）DC法與MS法測得的灌注參數BV、BF值Bland-Altman分析圖（中間水平細虛線代表差值為0時的參考線，實線代表兩種方法實際測量值的差值均值，其上、下兩條對稱性水平粗虛線代表差值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]比較了9條犬胰腺MS法和DC法所測得BV、BF值，結果顯示二者間具有良好的相關性，這與本研究結果相一致，但該作者并未對兩種方法測量結果的一致性展開分析。Tomonori等[11]比較了88例患者MS法和DC所測得的肝動脈、門脈血流量相關性及一致性，結果顯示兩種方法的結果間盡管存在較好的相關性，但MS法的結果則明顯高于DC法。筆者尚未發現有文獻對人體胰腺進行MS法和DC法的比較研究。本研究比較了正常及病變組胰腺兩種算法測量結果的一致性，結果均顯示MS法所測BV、BF值均高于DC法，尤其是BV值，前者達后者三倍，原因可能在于MS算法假設在注射對比劑后組織TDC最大斜率到達前的短時間內無對比劑流出，而實際生理狀態下存在對比劑的流出，所以MS法所得到的灌注參數結果要高于實際生理狀態，而DC算法則未對組織血流灌注模型作過多假設，其所得灌注參數結果更接近于實際生理狀態[10-11]，因而導致MS法所得結果高于DC法。

本研究結果提醒我們在應用灌注參數來判定胰腺炎的嚴重程度、監測療效時應注意到所采用的算法。由于不同算法所得灌注參數不一致，在應用時切不可將基于DC法得出的灌注參數閾值用于經MS法測量的胰腺炎嚴重程度的判斷以及療效的監測。

本研究在以下方面尚存局限性。首先，ROI的位置、大小差異可能會對測量結果產生影響。其次，本研究檢查方案中掃描起始時間均為對比劑注射后8 s開始，未根據患者心功能個體差異因素予以剔除，而MS法相較DC法更易受心功能的影響[10]。

綜上所述，在胰腺CTP檢查中，MS和DC兩種算法所得BF、BV、PI值等灌注參數值雖具有較好的相關性，但不一致。在進行臨床應用及研究特別是多中心數據進行比較研究時，應注意兩種算法所得數據不可交互使用。