正常成人多層螺旋CT灌注成像的腦血流動(dòng)力學(xué)研究

正常成人多層螺旋CT灌注成像的腦血流動(dòng)力學(xué)研究

【關(guān)鍵詞】,血液動(dòng)力學(xué);端腦;成年人;體層攝影術(shù)；X線計(jì)算機(jī)

［摘要］目的：探討多層螺旋CT灌注成像結(jié)合去卷積算法在成人腦血流動(dòng)力學(xué)中的應(yīng)用。方法：選擇13例正常成年人行常規(guī)頭顱CT平掃后,再行CT灌注成像檢查。在常規(guī)軸面CT掃描后選取基底節(jié)及其相鄰層面,經(jīng)肘靜脈團(tuán)注對(duì)比劑,同時(shí)開始連續(xù)50s的四層動(dòng)態(tài)掃描,重建的198幅動(dòng)態(tài)圖像使用CT腦灌注軟件包進(jìn)行處理,獲得灌注圖像,測(cè)量所選腦內(nèi)感興趣區(qū)的血流量、血容量及平均通過時(shí)間,并對(duì)其進(jìn)行定量分析。結(jié)果：多層螺旋CT灌注成像顯示正常成年人腦灰質(zhì)灌注高于腦白質(zhì),腦灰質(zhì)的平均血流量、平均血容量、平均通過時(shí)間分別為(±)ml/(min?100g)、(±)ml/100g、(±)s；腦白質(zhì)的平均血流量、平均血容量、平均通過時(shí)間分別為(±)ml/(min?100g)、(±)ml/100g、(±)s。結(jié)論：多排螺旋CT灌注成像結(jié)合去卷積算法較其他模式更具有重要的實(shí)用價(jià)值及優(yōu)勢(shì)，同時(shí)多層螺旋CT灌注成像結(jié)合去卷積技術(shù)為測(cè)量正常人腦血流動(dòng)力學(xué)指標(biāo)提供了一種新的影像學(xué)方法。

［關(guān)鍵詞］血液動(dòng)力學(xué);端腦;成年人;體層攝影術(shù)；X線計(jì)算機(jī)

TheCerebralHemodynamicsStudybyUsingMultisliceCTPerfusionImaging

inNormalAdult

Abstract:ObjectiveToexploretheapplicationofmultisliceCTperfusionimaginginnormaladultcerebralRoutineCTwasperformedin13normaladults，thenmultisliceCTperfusionimagingstudywasmadebyselectingthebasalgangliasliceanditsadjacentcontrastmaterialwasbolusinjectedthroughantecubitalvein，whilefourlayersofdynamicscanswereperformedfor50slicedynamicimageswereprocessedwiththeCTperfusionsoftwarebloodflow(CBF),cerebralbloodvolume(CBV),andmeantransittime(MTT)weremeasuredwithinthespecificregionsofinterest(ROI)ofthebrain,andquantitativeanalysiswasAgradientofperfusionbetweengraymatterandwhitematterwasshowedonmultisliceCTperfusionimaginginnormal,CBV,andMTTwere(±)ml/(min?100g)、(±)ml/100g、(±)s,respectivelyinthegraymatterand(±)ml/(min?100g)、(±)ml/100g、(±)srespectivelyinthewhiteMultisliceCTperfusionscanningwithdeconvolutionanalysisisamethodthathasimportantpracticaladvantagesoverpreviouslyavailablemethodsandprovidedanewimagingmethodformeasuringthecerebralhemodynamics.

Keywords：Hemodynamics;Telencephalon;Adult;Tomography;Xraycomputed

腦組織血液動(dòng)力學(xué)參數(shù)在不同解剖區(qū)存在差異。對(duì)正常人靜息狀態(tài)腦血流動(dòng)力學(xué)測(cè)量是進(jìn)一步研究顱腦疾病的深入研究的基礎(chǔ)。目前，臨床上用于腦組織血流灌注的血液動(dòng)力學(xué)檢查方法較多，如正電子發(fā)射體層成像(PET)、單光子發(fā)射體層成像(SPECT),氙－CT(XeCT),灌注MR像等。由于這些檢查設(shè)備比較昂貴，有的還需特殊裝備，成像時(shí)間較長，在一定程度上限制了其推廣與普及。最近多層螺旋CT技術(shù)在臨床上的運(yùn)用,多層螺旋CT具有獨(dú)特的探測(cè)器排列方式，實(shí)現(xiàn)了多層同層動(dòng)態(tài)CT灌注掃描，克服了單層螺旋CT的Z軸掃描范圍小的缺點(diǎn)，增大了檢查的縱向解剖范圍，能夠挑選動(dòng)、靜脈清楚、圖像質(zhì)量好的一組進(jìn)行分析，因此減少了定性、定量分析系統(tǒng)誤差，使得到的灌注參數(shù)更加準(zhǔn)確。多層螺旋CT腦灌注成像的定量研究,國內(nèi)報(bào)道不多。本研究采用多層螺旋CT灌注掃描結(jié)合去卷積算法探索多層螺旋CT灌注成像結(jié)合去卷積算法在成人腦血流動(dòng)力學(xué)中的應(yīng)用。

1材料和方法

一般資料

13例均為正常成年志愿者,既往無腦血管疾病病史,身體健康,年齡39歲～65歲,平均(±)歲。其中男9例,女4例;全部志愿者均行頭顱CT平掃,均未見異常改變。

檢查方法

所有病例均運(yùn)用GE公司生產(chǎn)的16排螺旋CT(Lightspeedultra)進(jìn)行檢查。常規(guī)CT平掃從顱底到顱頂進(jìn)行橫斷面掃描，層厚10mm，層間距10mm，管電壓120kV，管電流120mA。然后選取基底節(jié)及其相鄰層面,進(jìn)行CT腦灌注掃描。CT腦灌注方法：定位后，使用12G穿刺針，從肘靜脈由高壓注射器注入歐乃派克(300mg/ml)50ml，注射流率為3ml/s，注射后5s開始掃描。掃描方式cine，層厚5mm，間隔0mm，管電壓120kV，管電流200mA,1轉(zhuǎn)/s,持續(xù)50s,共396層，由計(jì)算機(jī)自動(dòng)將幅圖像融合成10mm層厚2幅,然后送到GESun工作站中進(jìn)行灌注成像分析。

CT灌注成像分析

從GESun工作站軟件選項(xiàng)中選擇CTPerfusion2，首先使用電影循環(huán)功能快速連續(xù)顯示圖像來檢測(cè)患者有無移動(dòng)，使用圖像配位功能自動(dòng)消除層面上患者移動(dòng)的影響。然后使用CT閾值滑塊來定義協(xié)議所處理的CT值范圍(0Hu～120Hu)，以減少空氣和骨計(jì)算所占用的時(shí)間。在系列視圖上分別以大腦前動(dòng)脈和上矢狀竇為動(dòng)脈輸入和靜脈輸出興趣區(qū)(regionofinterestROI)，興趣區(qū)的尺寸按2個(gè)～6個(gè)像素放置以避免部分容積效應(yīng)，在圖形視圖上檢查相應(yīng)的時(shí)間密度曲線，經(jīng)計(jì)算分別得出腦血流量(cerebralbloodflowCBF)圖、腦血容量(cerebralbloodvolumeCBV)圖、對(duì)比劑平均通過時(shí)間(meantransittimeMTT)圖。在CBF圖、CBV圖及MTT圖上,分別測(cè)量腦內(nèi)感興趣區(qū)的血流量、血容量和平均通過時(shí)間,并對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行定量分析(見圖1，圖2)。

統(tǒng)計(jì)分析

采用軟件，灌注參數(shù)用雙側(cè)t檢驗(yàn)(采用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差的形式)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，P＜有意義。

2結(jié)果

分別選取左右兩側(cè)相對(duì)應(yīng)部位的額葉、顳葉、枕葉灰質(zhì)及白質(zhì)定義感興趣區(qū),測(cè)量其各自的血流量(CBF)、血容量(CBV)和平均通過時(shí)間(MTT),取額葉、顳葉、枕葉的平均值填入表內(nèi),最后計(jì)算出13例總的平均值及標(biāo)準(zhǔn)差,結(jié)果見表1。表113名正常人額、顳、枕葉腦血?jiǎng)恿W(xué)指標(biāo)分析注：CBF的單位：ml/(100g?min)；CBV的單位：ml/100g；MTT的單位：s。13例正常人額葉、顳葉、枕葉灰質(zhì)灌注均高于白質(zhì),其中顳葉最高,其灰質(zhì)的CBF、CBV分別為(±)ml/(min?100g)、(±)ml/100g，白質(zhì)分別為(±)ml/(min?100g)、(±)ml/100g。3個(gè)腦葉平均灰質(zhì)的CBF、CBV、MTT分別為(±)ml/(min?100g)、(±)ml/100g、(±)s;白質(zhì)分別為(±)ml/(min?100g)、(±)ml/100g、(±)s。CBV、MTT經(jīng)配對(duì)t檢驗(yàn)：t值分別為和，P＜，灰質(zhì)的CBV、MTT與白質(zhì)的CBV、MTT平均值兩者之間差異均有顯著性意義。選取左右兩側(cè)相對(duì)應(yīng)部位的基底節(jié)定義ROI(見圖3),測(cè)量其各自的CBF量、CBV量和MTT,并計(jì)算出13名的平均值,結(jié)果見表2。表213名正常人基底節(jié)腦血流動(dòng)力學(xué)指標(biāo)分析注：CBF的單位：ml/(100g?min)；CBV的單位：ml/100g；MTT的單位：s。

3討論

腦CT灌注成像原理及技術(shù)

腦CT灌注成像(CTperfusionimaging)是指在靜脈注射對(duì)比劑的同時(shí)對(duì)腦部選定的層面進(jìn)行連續(xù)多次同層掃描,以獲得該層面內(nèi)每一像素的時(shí)間－密度曲線(timedensitycurve,TDC),該曲線橫坐標(biāo)為時(shí)間，縱坐標(biāo)為注射對(duì)比劑后增加的CT值(一般認(rèn)為1mg碘可使1ml腦組織的CT值增加25Hu)［1］，其曲線反映的是對(duì)比劑在腦實(shí)質(zhì)中濃度的變化，間接反映了腦組織灌注量的變化。根據(jù)該曲線利用不同的數(shù)學(xué)模型計(jì)算出CBF、CBV、對(duì)比劑的MTT等參數(shù),以上參數(shù)進(jìn)行圖像重建和偽彩染色處理得到相應(yīng)參數(shù)圖像，以此來評(píng)價(jià)腦組織的灌注狀態(tài)。腦CT灌注成像的理論基礎(chǔ)為核醫(yī)學(xué)的放射性示蹤劑稀釋原理和中心容積定律(centralvolumeprinciple):CBF=CBV/MTT［2］。1980年Axel等對(duì)CT測(cè)量腦血流的基本原理進(jìn)行了闡述并應(yīng)用于觀察局灶性腦缺血。1991年Miles等結(jié)合快速CT掃描及計(jì)算機(jī)圖像處理系統(tǒng)，獲得評(píng)價(jià)血流灌注情況的彩色圖像，首次提出CT灌注成像的概念，并進(jìn)行了肝、胰、腎等實(shí)質(zhì)臟器的CT灌注成像的動(dòng)物試驗(yàn)和臨床應(yīng)用的初步探討［2］。隨著設(shè)備的不斷進(jìn)步，以觀察腦組織血流灌注狀況為目的的腦CT灌注成像研究日益增多，最先應(yīng)用于急性腦缺血性疾病的診斷，以后逐漸應(yīng)用于腦腫瘤及其他疾病的診斷。CT灌注成像使用的數(shù)學(xué)模型主要有兩種：非去卷積法(nondeconvolution)和去卷積法(deconvolution)［3］。非去卷積法應(yīng)用Fick原理，即組織器官中對(duì)比劑蓄積的速度等于動(dòng)脈流入速度減去靜脈流出速度，在此基礎(chǔ)上各學(xué)者做了不同的假設(shè),創(chuàng)建了一些具體的計(jì)算方法，分為忽略靜脈流出的方法及利用引流靜脈的方法，其中以忽略靜脈流出的方法(最大斜率法)最為常用，需假定組織的TDC達(dá)到最大斜率前無明顯對(duì)比劑從靜脈流出，該法計(jì)算較簡單,便于理解，同時(shí)造影劑注射速度要達(dá)到10ml/s~20ml/s，因此必須使用靜脈插管，這樣增加了操作難度和危險(xiǎn)性，應(yīng)用不方便［4］，不適合心功能不良及靜脈壁脆弱的患者。去卷積法是在上述非去卷積法概念的基礎(chǔ)上由Cenic［5］提出，主要反映的是注射對(duì)比劑后腦組織器官中存留的對(duì)比劑隨時(shí)間的變化量,該數(shù)學(xué)模型計(jì)算時(shí)不需要對(duì)腦組織的血流動(dòng)力學(xué)狀況預(yù)先進(jìn)行人為的假設(shè)，而是根據(jù)實(shí)際情況綜合考慮了流入動(dòng)脈和流出靜脈進(jìn)行數(shù)學(xué)計(jì)算處理，計(jì)算出的灌注參數(shù)和函數(shù)圖更能反映組織器官內(nèi)部的實(shí)際情況。另外，該法要求對(duì)比劑的注射速度不必很高，一般ml/s～ml/s即可，甚至達(dá)到ml/s［6］。目前國內(nèi)學(xué)者造影劑注射速度則采用5ml/s~8ml/s［7］。目前，腦CT灌注成像只能在螺旋CT機(jī)上進(jìn)行，單層螺旋CT每次只能進(jìn)行單一層面的灌注掃描，覆蓋范圍最多為10mm。最近多層螺旋CT技術(shù)在臨床上的應(yīng)用,多層螺旋CT具有獨(dú)特的探測(cè)器排列方式，具有很高的時(shí)間分辨率和空間分辨率，可同時(shí)進(jìn)行多層面的灌注掃描，每次灌注掃描所覆蓋的范圍增大。由于其掃描速度更快，更利于追蹤對(duì)比劑首過腦循環(huán)的情況。如16層螺旋CT每次可完成4個(gè)層面5mm層厚或2個(gè)層面10mm層厚的灌注掃描，覆蓋范圍為20mm，是單層螺旋CT的兩倍。在不減小覆蓋范圍的情況下，層厚減薄可以提高縱軸上的空間分辨率，減少部分容積效應(yīng)的發(fā)生，更有利于小病灶的檢出。GE公司把多層技術(shù)與CT灌注成像相結(jié)合研制開發(fā)了新的軟件包，實(shí)現(xiàn)了多層同層動(dòng)態(tài)CT灌注掃描，即“TogglingTable”技術(shù)［8］，克服了單層螺旋CT的Z軸掃描范圍小的缺點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)多層同時(shí)掃描，增大了檢查的縱向解剖范圍，能夠挑選病變截面較大、靜脈清楚、圖像質(zhì)量好的一組進(jìn)行分析，使得到的灌注參數(shù)更加準(zhǔn)確。因此減少了定性、定量分析系統(tǒng)誤差。

多層螺旋CT

腦灌注成像的應(yīng)用價(jià)值腦組織血液動(dòng)力學(xué)參數(shù)在不同解剖區(qū)存在差異。對(duì)正常人靜息狀態(tài)腦血流狀態(tài)的測(cè)量是進(jìn)一步研究顱腦疾病的深入研究的基礎(chǔ)。目前多層螺旋CT腦灌注成像的定量研究,國內(nèi)報(bào)道不多［8］。本組中平均灰質(zhì)的CBF、CBV、MTT分別為(±)ml/(min?100g)、(±)ml/100g、(±)s;白質(zhì)分別為ml/(min?100g)、(±)ml/100g、(±)s。其中隨著年齡的增長,CBF、CBV呈現(xiàn)遞減的趨勢(shì),而MTT則呈現(xiàn)逐漸延長的趨勢(shì)?；摇踪|(zhì)的CBF值均大于趙春霞等［8］測(cè)量的正常人的灰、白質(zhì)的CBF值(±)ml/(min?100g)、(±)ml/(min?100g)，則可能與不同的CT機(jī)型和不同的計(jì)算模型而得到的計(jì)算值不同。已往文獻(xiàn)中普遍采用的正常腦組織血流灌注量多為單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)體層成像(SPECT)的檢測(cè)結(jié)果。潘中允［9］用99mTc六甲基丙二胺肟(99mTc2HMPAO)定量測(cè)定血流量,腦灰質(zhì)約為ml/(min?100g)～ml/(min?100g);腦白質(zhì)為(～)ml/(min?100g);譚添秩［10］報(bào)道腦灰質(zhì)為ml/(min?100g)～ml/(min?100g);腦白質(zhì)為ml/(min?100g)～ml/(min?100g)。與本研究結(jié)果無明顯差異?；坠?jié)的平均腦血流量值為(±)ml/min?100g)，與Leenders［11］用PET測(cè)的值ml/(min?100g)相似。同時(shí)本組研究發(fā)現(xiàn)健康成人灰質(zhì)區(qū)腦血容量大于白質(zhì)區(qū)、對(duì)比劑平均通過時(shí)間較白質(zhì)區(qū)為短，兩者之間差異均有顯著性意義。與韓鴻賓等［12］采用MR平面回波技術(shù)的MR灌注的研究結(jié)果相同。但由于其只能在具有平面回波技術(shù)的MR機(jī)上應(yīng)用,因此尚不能廣泛應(yīng)用于臨床。

影像學(xué)比較

目前，臨床上用于腦組織血流灌注的功能性成像檢查方法較多，如PET、SPECT,XeCT,灌注MR像等。由于這些檢查設(shè)備比較昂貴，有的還需特殊裝備，成像時(shí)間較長，在一定程度上限制了其推廣與普及［13］。XeCT檢查使用惰性氣體彌散示蹤劑,測(cè)量較準(zhǔn)確，被認(rèn)為是最好的一種檢測(cè)手段，但此方法操作比較繁瑣，檢查結(jié)果受呼吸節(jié)律等因素的影響，存在骨偽影和運(yùn)動(dòng)偽影，氮?dú)庥袧撛诘穆樽淼雀弊饔茫籗PECT和PET灌注成像基礎(chǔ)研究扎實(shí)、深入,臨床運(yùn)用較早,其最大優(yōu)勢(shì)是與分子生物學(xué)的進(jìn)展相結(jié)合,分子核醫(yī)學(xué)為其主要發(fā)展方向。不僅可進(jìn)行灌注成像,還可進(jìn)行其他功能成像,均使用放射性同位素，需特殊檢查設(shè)備，SPECT的主要缺點(diǎn)是空間分辨率低，不能計(jì)算絕對(duì)血流量。PET是測(cè)量CBF、CBV和腦代謝的“金標(biāo)準(zhǔn)”，但其檢查費(fèi)用昂貴，難以臨床常規(guī)使用。MR灌注成像在評(píng)價(jià)腦血流灌注中其有較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，這需要昂貴的軟、硬件支持，檢查時(shí)間亦較長，因此，其應(yīng)用也受到限制。同時(shí)MR灌注成像不足是組織增強(qiáng)與組織血流不為線形關(guān)系,影響定量測(cè)量。多層螺旋CT克服了螺旋CT單層灌注成像的局限性,提高了長軸方向的空間分辨率。能進(jìn)行s以下的快速掃描,其高時(shí)間、高空間分辨率,可快速、準(zhǔn)確、無創(chuàng)、三維地評(píng)價(jià)腦血流動(dòng)力學(xué)變化。由于對(duì)正常人腦血流狀態(tài)的測(cè)量是進(jìn)一步研究顱腦疾病、進(jìn)行腦功能深入研究的基礎(chǔ),因此多層螺旋CT灌注成像的腦血流動(dòng)力學(xué)研究具有廣闊的臨床應(yīng)用前景。

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