急性缺血性腦卒中雙源CT大螺距非門控心腦聯掃的圖像質量優化研究

劉佳賓，王臣，祝小蓮，李巖，沈翀，禹烜，杜祥穎,2，李坤成,2，盧潔,2

1.首都醫科大學宣武醫院 放射與核醫學科，北京 100053；2.磁共振成像腦信息學北京市重點實驗室，北京 100053

前言

雖然缺血性卒中的病因較多，但其中85%主要由腦小血管病（Cerebral Small Vessel Disease，CSVD）、心臟栓塞和大動脈疾病（動脈粥樣硬化）引起的[1]。近年來，心源性卒中發病率逐漸上升，且癥狀嚴重，預后較差[2-3]。因此，評估急性腦卒中患者心臟情況，對于患者的術式選擇以及治療方案確定有重要意義。對于隱源性卒中患者可能存在的心臟異常，目前臨床常用的影像檢查方法為經食道超聲（Transesophageal Echocardiography，TEE）[4-5]。然 而，TEE作為一種半侵入性操作不適合應用于急性缺血性腦卒中患者[6]。

大量研究表明，CT灌注成像（CT Perfusion Imaging，CTP）聯合頭頸部血管CT造影（CT Angiography，CTA）檢查這種多模態CT作為頭顱CT平掃的補充成像方式，對于缺血性卒中患者可以評估其顱內外血管情況，明確卒中發病病因[7-9]。然而CTP檢查或CTP聯合頭頸CTA的多模態檢查往往覆蓋范圍有限，無法對患者心臟以及冠脈的情況進行具體分析。近年來，雙源CT大螺距采集方式的出現使心腦聯合CTA檢查成為可能，心腦聯合CTA檢查可能有助于預測缺血性卒中或急性心臟事件患者的預后[10]。本研究在第三代雙源CT進行常規腦灌注掃描后，行自由呼吸、不同螺距的非門控的心腦聯合CTA檢查，旨在評估在不同螺距下其顯示心臟解剖結構的能力，以期為心源性梗死的鑒別提供影像學解決方法。

1 資料與方法

1.1 一般資料

本研究已得到我院醫學倫理審查委員會的批準。選取2018年1—12月在我院就診擬診急性缺血性腦卒中并行急診CTP聯合頭頸CTA檢查患者作為實驗組，所有患者均簽署知情同意書。所有患者按照掃描時螺距不同隨機分為A組（螺距2.0）和B組（螺距3.2）。

納入標準：擬診急性缺血性腦卒中并行急診CTP聯合頭頸CTA檢查患者。排除標準：既往有碘化造影劑過敏史患者；平掃CT確診為腦出血患者；掃描圖像質量不佳無法滿足診斷患者。

選取2017年11月至2018年4月于我院門診常規預約行心腦聯合CTA檢查的患者作為對照組（C組）。

1.2 CT掃描方式與重建方案

所有患者的CT掃描設備均使用西門子公司第三代雙源 CT（SOMATOM Force，Siemens Healthineers）。實 驗組采用自由呼吸非門控心腦聯掃模式，具體掃描參數如下：管電壓90 kV，管電流采用自適應調制技術（CARE Dose4D, Siemens Healthineers）依據患者體型自動調節，質量參考毫安秒為 90 mAs，機架轉速 0.25 s/圈。A 組采用2.0螺距，B組采用3.2螺距。采用新一代迭代算法（ADMIRE，3），重建層厚0.6 mm，卷積核為Bv36，并將其傳輸到工作站（MMWP，Siemens Healthineers）。圖像觀察使用曲面重建（Surface Reconstruction，CPR）、最大密度投影（Maximum Intensity Projection，MIP）、多平面重建（Multiplanar Reformation，MPR）等技術評估頸動脈、腦血管和心臟結構。

對照組采用心電門控吸氣末屏氣的增強掃描，掃描管電壓及管電流設置同實驗組，機架轉速0.25 s/圈，螺距3.2。心率＜70 bpm時觸發心電設置為60%，心率≥70 bpm時設置為20%。

實驗組與對照組對比劑注射方案相同，均使用優維顯370（Ultravist 370 mgI/mL）對比劑，CTA 掃描注射方案為順序注射60 mL對比劑及40 mL 0.9%氯化鈉溶液，流速均為 5 mL/s。觸發掃描感興趣區（Region of Interest，ROI）置于降主動脈冠脈開口水平，觸發閾值設為100 HU，觸發延遲設為 6 s。

1.3 圖像質量評估

圖像質量評估包括客觀和主觀評價兩部分。客觀評價主要針對反映圖像質量的相關參數，包括增強圖像中血管和心腔結構的 CT 值以及對比噪聲比（Contrast to Noise Ratio，CNR）。主觀評價主要針對LAA及房間隔運動偽影情況。

1.3.1 頭頸血管客觀評估

在所有患者的頭頸CT圖像中測量血管管腔內CT值。ROI區域放置在雙側頸內動脈（Internal Carotid Artery，ICA）頸動脈分叉以上3 cm處、雙側頸總動脈（Common Carotid Artery，CCA）頸動脈分叉以下3 cm處、雙側椎動脈及升、降主動脈。對降主動脈在右肺動脈水平進行測量。主動脈ROI面積約為200 mm2，其他位置ROI面積約為2～3 mm2，圖像噪聲定義為主動脈根部左冠狀竇水平處ROI的標準差（Standard Deviation，SD）。CNR的計算方式見公式（1）[11]。

1.3.2 心臟結構成像客觀評估

定量評價包括左心房（Left Atrium，LA）、左心室（Left Ventricle，LV）、左心耳（Left Atrial Appendage，LAA）的CT值，心腔、左心耳的ROI面積設定為100 mm2，然后根據公式（1）計算CNR。

1.3.3 心臟成像偽影程度主觀評估

對LAA和室間隔的運動偽影主觀評價由兩名工作10年以上的放射科醫生獨立評分，不一致時引入第3名醫師共同商議得到最終結果。采用3分法進行評分，1分：對比度差或運動偽影嚴重，無法分析；2分：中度偽影，對比較好；3分：對比度好，無運動偽影。

1.4 輻射劑量

分別記錄各組CTA掃描的容積CT劑量指數（Volume CT Dose Index，CTDIvol）和劑量長度乘積（Dose Length Product，DLP）。

1.5 數據學分析

2 結果

2.1 3組患者一般資料比較

A組共納入患者24例（男性18例，女性6例），B組共納入患者22例（男性18例，女性4例），對照組共納入26例（男性24例，女性2例）。3組男性患者數量明顯高于女性患者，但組間性別比例無統計學差異（P=0.139）。A組患者體質指數略高于B組與C組，但3組間無統計學差異（P=0.122）。3組患者的平均心率均超過80次/min，但組間心率無統計學差異，見表1。

表1 3組患者一般資料比較（±s，n）

表1 3組患者一般資料比較（±s，n）

資料 A組（n=24）B組（n=22）C組（n =26） F/χ2值 P值年齡/歲 61±9 62±7 61±8 0.057 0.945性別（男/女） 18 /6 18 /4 24 /2 2.765 0.274體質指數/（kg/m2） 27.4±4.6 26.1±4.1 25.1±2.9 2.173 0.122心率/（次/min） 82±14 82±12 80±12 1.376 0.259

2.2 圖像質量客觀評價

3組患者中升主動脈、降主動脈、雙側頸總動脈、雙側頸內動脈及椎動脈平均CT值均超過400 HU，達到診斷要求標準。A組掃描時的血管CT值在左頸總動脈、右頸總動脈、左頸內動脈、右頸內動脈、左椎動脈、右椎動脈、升主動脈及降主動脈均低于B組和C組，但3組件差異均無統計學意義（P＞0.05）。血管與周圍組織對比得到的CNR均在20～30之間，3組間差異均無統計學意義（P＞0.05），見表2。在心臟部分圖像質量評估中，3組患者在左心房CT值、左心室CT值、左心耳CT值及左心耳CNR均無統計學差異，見表3。

表2 3組頭頸部血管圖像質量客觀評價結果（±s）

表2 3組頭頸部血管圖像質量客觀評價結果（±s）

部位CT值/ HU CNR A組（n=24）B組（n=22）C組（n=26）F值P值A組（n=24）B組（n=22）C組（n=26） F值 P值左頸總動脈 462±138 513±91 527±86 2.668 0.076 26.8±7.7 25.2±6.7 26.0±6.8 0.303 0.739右頸總動脈 458±147 501±95 531±84 2.954 0.058 26.3±7.5 24.7±7.0 26.0±6.6 0.321 0.726左頸內動脈 501±105 520±104 505±127 0.150 0.861 26.6±8.4 24.0±7.9 25.7±7.6 0.652 0.524右頸內動脈 478±122 507±107 485±145 0.327 0.722 24.8±8.1 23.7±8.0 25.5±9.2 0.265 0.768左椎動脈 438±124 492±71 510±127 2.735 0.072 22.8±8.3 21.3±6.6 21.0±7.6 0.404 0.669右椎動脈 449±118 476±104 496±103 1.309 0.276 23.3±6.9 20.0±6.8 22.5±6.8 1.423 0.248升主動脈 451±123 477±81 506±77 2.372 0.100 26.2±7.1 24.4±8.0 27.3±6.0 1.171 0.316降主動脈 439±117 455±87 499±80 2.978 0.057 25.5±7.3 21.9±7.6 25.0±5.9 1.889 0.158

2.3 圖像質量客觀評價

3組左心耳及房間隔運動偽影的主觀評價差異有統計學意義（P＜0.05），其中A組圖像質量最差，B組與C組運動偽影的主觀評價無統計學差異（P=0.092），見表3～4和圖1。

圖1 不同螺距掃描模式下圖像質量

表3 心臟圖像質量客觀評價（±s）

表3 心臟圖像質量客觀評價（±s）

指標 A組（n=24）B組（n=22）C組（n=26） F值 P值左心房CT值/HU 405±83 441±89 435±87 1.208 0.305左心室CT值/HU 436±62 452±87 483±80 2.674 0.076左心耳CT值/HU 414±93 446±86 461±84 1.927 0.153左心耳CNR 20.0±7.1 20.1±6.2 20.4±4.9 0.029 0.972

表4 左心耳及房間隔運動偽影主觀評價（例）

2.4 輻射劑量

3組CTDIvol和DLP比較差異均有統計學意義（P＜0.001）；進一步兩兩比較，A組與B組以及A組與C組CTDIvol和DLP有統計學差異（P＜0.001），但B組與C組CTDIvol和DLP均無統計學差異（P=0.095、0.110），見表5。

表5 3組掃描方案輻射劑量比較（±s）

表5 3組掃描方案輻射劑量比較（±s）

注：與A組比較，aP＜0.001。

指標 A組（n=24） B組（n=22） C組（n=26） F值 P值CTDIvol/mGy 3.63±0.96 2.70±0.72a 2.38±0.58a 17.56 ＜0.001 DLP/（mGy.cm） 192.76±56.26 139.30±37.16a 123.45±30.28a 17.86 ＜0.001

3 討論

目前頭顱CTP聯合頭頸CTA在內的多模態CT作為評價急性缺血性腦卒中的常用方法已經廣泛應用于臨床[13-15]。隨著CT掃描速度的加快，Tognolini等[16]使用64排螺旋CT進行心腦聯合CTA檢查，發現這種掃描方案可以在一次注射對比劑的過程中完成對頭、頸動脈和心臟冠狀動脈的采集，但是這種檢查需要在檢查前于患者胸壁處連接心電檢測裝置，會進一步延長整個檢查時間，對于擬行溶栓治療的急性缺血性腦卒中患者并不適用，因此需要尋找更為快捷有效的方法。

Sun等[10]利用第二代雙源CT，采用心電門控大螺距掃描模式進行心腦聯合CTA，證明了其在非急診患者中技術的可行性。然而，心電門控加吸氣末屏氣掃描方式同樣需要連接心電監測設備及對患者進行相應的呼吸訓練，這些都需要額外的準備時間，而且急性腦卒中患者往往伴有意識障礙，不能進行呼吸配合，部分急診患者還會伴有心律不齊，可能導致心電觸發掃描時機不正確，影響心臟結構特別是冠狀動脈的成像質量。有研究者在肺動脈及主動脈的CTA掃描中發現，采用非門控大螺距掃描方案能夠有效地抑制心臟及主動脈搏動偽影[17-18]。Sebastian等[19]還發現，在非門控大螺距掃描中，冠狀動脈近端和中段的圖像質量可能不會受到影響。同時研究已證明，呼吸在一次心跳時可能不會影響冠狀動脈CTA的成像質量[20]。因此，本研究嘗試在自由呼吸、非心電門控的情況下使用不同螺距（2.0/3.2）掃描，評估其圖像質量，旨在找到兼顧安全性與圖像質量的掃描方案將心腦CTA聯合掃描納入急性缺血性腦卒中的多模態CT中，并且不增加原有檢查時間。

增加掃描范圍造成的直接后果是輻射劑量相應增大，以往研究證明，大螺距心臟掃描采集時間很短，相對于頭頸CTA來說，并不會明顯增加輻射劑量[21]。本研究結果也表明，在使用3.2螺距的情況下，輻射劑量與原有心腦聯掃模式無統計學差異。既往研究表明，心源性腦卒中的發生可能與多種左心房潛在異常有關，尤其是左心耳和房間隔的異常，主要包括LAA的血栓、LAA的慢血流、卵圓孔未閉、房間隔瘤等。以上異常的發現依賴于對心臟解剖結構充分顯示，特別是與左心房相關的解剖結構。由于第三代雙源CT掃描的平面內時間分辨率非常高（66 ms），雖然非門控大螺距掃描可能影響冠狀動脈等細微結構的圖像質量，但作為心腔、左心耳等較大解剖結構的圖像質量依然可以保障。本研究中，B組的LAA和房間隔的圖像質量與C組比較無統計學差異，而A組房間隔及左心耳的運動偽影明顯增大，評分與其他兩組有顯著性差異，圖像質量明顯差于其他兩組。此外除心臟解剖結構顯示外，3組頸動脈血管圖像質量之間無顯著性差異，證明將心臟掃描納入現有的CTA方案時，并不會影響頸動脈和腦血管的圖像質量。

本研究結果表明，在螺距值為3.2時，圖像質量能夠滿足對于室間隔及左心耳等心臟結構的評估，并且不影響頭頸部分血管的圖像質量。但是本研究仍存在以下局限性：首先樣本量小；其次，由于CTA掃描僅為單時相單次掃描，無法獲得可能對治療策略和預后預測有價值的心功能數據，且很難區分LAA血栓和LAA內慢血流；最后，目前大螺距掃描模式僅適用于第二、第三代雙源CT，在使用其他設備的情況下，還需要進一步驗證其可行性。

4 結論

不增加整體輻射劑量的情況下，在急性缺血性卒中的多模態CT中不同螺距值下自由呼吸、無心電門控大螺距心-腦CTA掃描的圖像質量存在差異，其中在螺距為3.2時圖像質量能夠滿足診斷需要，可以成為針對疑似心源性腦卒中或來源不明的栓塞性腦卒中患者的檢查方案。