马恩裕,朱希松
(浙江中医药大学附属衢州中心医院,浙江 衢州324000)
·综述·
320排容积CT低剂量全脑灌注成像研究进展
马恩裕,朱希松
(浙江中医药大学附属衢州中心医院,浙江 衢州324000)
320排容积CT实现了对全脑灌注扫描,并且利用全脑灌注容积数据重组出4D脑血管图像,为颅内病变早期诊断提供可靠依据。然而,因需要进行多次数据采集,故CT灌注(CTP)辐射剂量成为放射科医生关注的重点。本文就320排容积CT低剂量全脑灌注成像研究进行简要阐述。
320排容积CT;全脑灌注成像;低剂量
CT全脑灌注成像是指在静脉快速团注对比剂时对感兴趣区层面进行连续扫描,从而获得感兴趣区时间-密度曲线(time density curve,TDC),根据该曲线利用不同数学模型计算出脑血容量(CBV),脑血流量(CBF),平均通过时间(MTT),达峰时间(TTP)等灌注参数,并对以上参数进行图像重建和伪彩染色处理得到血流灌注图、血容积图、对比剂平均通过时间图、对比剂峰值时间图等,以此来评价脑组织灌注状态,反应颅脑病变微观改变。目前,320排CT全脑灌注(CTP)已不断应用于脑血管疾病临床诊断和研究。然而,CTP高辐射剂量大大限制了其自身发展。近年来,不少学者在低剂量全脑灌注研究中,通过降低管电压、降低管电流、增加数据采集时间间隔及采用迭代重建算法,取得了巨大的进展。
1980年,Axel率先倡导从动态增强CT资料中了解组织血流灌注情况,开创了功能性 CT成像的先河。1991年,Miles等最先提出CT灌注成像概念,进行动物实验,并初步探讨了其临床应用。但是由于设备探测器宽度、扫描速度、注药设备等的限制,很长一段时间内CT只能进行几个层面脑灌注成像。2006年美国GE公司首次应用“螺旋穿梭”扫描技术,即在不影响观察生理变化所需时间、分辨率前提下,通过往复移动检查床方法获得全器官灌注图像,从而使得64排CT可以获得全脑灌注图。近年来,随着64排及以上高端CT机器大量使用,CT高剂量辐射危害日益显著。2009年美国食品药监局调查研究指出由于不恰当头颅CTP扫描模式,在18个月内超过200名患者接受了将近正确扫描模式8倍的辐射剂量,并且造成约40%患者出现头皮脱发现象[1]。美国平均每年有超过7千万人次接受CT检查,而在所有癌症患者中,约2%可能因过量CT辐射所致[2]。因此,头颅CTP的低剂量扫描引起极大重视。
1.1 低剂量扫描方法
1.1.1 降低管电压 降低管电压可大大减少CT辐射剂量,因为管电压与辐射剂量效能比例远大于2[3]。在早期头颅CTP研究中,采用120kV管电压时CTP辐射剂量居高不下。2000年,Wintermark等[4]首次采用80kV管电压,并与120kV比较后发现CTP辐射剂量降低了2.8倍,且图像质量符合诊断要求。近年来,不断有学者尝试采用70kV行头颅CTP研究。Li等[5]采用70kV管电压,与80kV比较后发现其具有更高图像信噪比及客观图像质量评分,并且辐射剂量低至2.98mSv,在80kV的基础上下降了36%。2016年,国内一项研究也证实70kV管电压在获得优质客观图像质量同时能有效降低辐射剂量,在80kV基础上下降了28%[6]。
1.1.2 降低管电流 管电流与辐射剂量呈线性关系,在其它条件不变时,管电流减少50%同时辐射剂量相应降低50%[3]。目前国内外已有大量关于降低管电流头颅CTP研究。最近一项采用50mAs颅脑CTP研究报道,在保证图像质量前提下,辐射剂量低至1.3mSv,该研究同时发现管电流低于50mAs时,图像质量不能满足影像诊断[7-8]。
1.1.3 增加数据采集时间间隔 在头颅CTP扫描时,增加数据采集时间间隔可有效减低辐射剂量。研究指出,将数据采集时间间隔从2秒增加至3秒时辐射剂量降低21%,从2秒增加至4秒时辐射剂量降低幅度达32%。但此研究同时证实将数据采集时间间隔增加至3秒以上,图像将不再满足诊断要求[9-10]。
1.1.4 采用迭代重建算法减低图像噪声 过低管电压及管电流都会增加图像噪声,使得图像信噪比及对比噪声比相应降低从而影响图像质量。与传统的滤波重建算法比较,迭代重建在采用低管电压或管电流时能有效减低图像噪声。Niesten等[11]报道采用低管电流(将150mAs减至75mAs)及应用迭代重建算法,头颅CTP图像质量与高管电流时相似,并不会削弱影像诊断,同时却能将辐射剂量降低50%。
目前,国内外已有较多关于全脑CTP低剂量研究。应用双源CT 70kV CTP辐射剂量低至2.98mSv和 1.80mSv[5-6],应用 40层螺旋 CT 72mAs CTP剂量低至常规180mAs的40%,且获得良好图像质量[12]。320排容积CT低剂量全脑灌注在扫描参数选择上,对降低辐射剂量也进行较多研究报道。
2.1 管电压和管电流 2009年Klingebiel等[13]对
12位脑血管病患者行头颅CTP联合4D-CTA检查,扫描参数选择80kV和100mAs,计算辐射剂量为2178mGy.cm和5.0mSv,该研究同时行常规3DCTA扫描,3D-CTA辐射剂量为1419.20mGy.cm和3.26mSv。与此同时,Siebert等[14]采取相同扫描参数(80kV、100mAs) 行全脑灌注扫描,CTP联合 4DCTA辐射剂量为2355.4mGy.cm和5.4mSv。2011年,Orrison等[15]采用 80kV管电压和 100~300mAs管电流,采集19期脑灌注图像,最后计算有效剂量为4.3mSv,该剂量也为同等扫描条件下较低辐射剂量。2012年,杨帆等[16]就临床疑似脑血管病患者行全脑CTP扫描,蒙片扫描选取80kV和300mAs,动态增强扫描80kV和150~300mAs,获得满意的头颅CTP和4D-CTA图像,单次扫描有效剂量为4.87mSv。2015年,一项采用80kV和100mAs全脑CTP研究显示有效辐射剂量为5.89mSv,该剂量与同等扫描条件下其它研究相比有所升高,但该文章未阐述其原因[17]。此外,Manniesing等[18]通过低剂量模拟头颅CTP扫描模式发现2.5mSv低剂量灌注参数(CBV、CBF、MTT)与 5.0mSv 灌注参数比较差异无统计学意义,且图像质量满足诊断需求。综上,管电压和管电流合理选择对降低辐射剂量是可行的。综上,管电压和管电流合理选择对降低辐射剂量是可行的。
2.2 容积数据单元 2010年 Shankar等[19]增加容积数据单元时间间隔行全脑CTP研究,发现容积数据单元将常规19个数据单元减为10个后,辐射剂量减至50%左右,剂量长度乘积分别为1920mGy·cm和1000mGy·cm,而两者灌注图像质量无明显差异。2012年魏新华等[20]将全脑CTP检查分为3组,分别采集19个、14个和10个容积数据单元,结果证明三组头颅CTP图像质量和灌注数据值差异无统计学意义,但是与19个容积数据单元比较,后两者辐射剂量仅相当于前者66%和52%。因此,通过减少容积数据单元对降低辐射剂量效果明显。
2.3 迭代重建算法 除降低管电压和管电流,减少容积数据单元采集外,利用迭代重建算法也能有效降低辐射剂量。2015年,刘永锜等[21]将顺适性低剂量迭代重建运用于全脑灌注和四维血管减影,在降低容积数据单元 (19个数据单元减至13个)条件下获得良好图像质量,较大幅度降低了辐射剂量。同年,王涛等[22]将管电压从100kV降至80kV,采用迭代重建算法后两组灌注图像质量差异无统计学意义,而后者较前者辐射剂量降低5.48mSv,下降 45%。
通过改变灌注扫描条件及后处理方法能有效解决CTP高辐射剂量问题。辐射剂量与管电压的2~5次方成正比,降低管电压可以有效降低辐射剂量,然而会导致CT值改变,影响脑灌注参数。降低管电流不会对CT值产生影响,但是对辐射剂量的降低幅度相对有限,且噪声增加较为明显。增加数据采集时间间隔在一定程度上可减少辐射剂量,但是相应的脑灌注参数将偏离真实值,且满足诊断的最大时间间隔还与所注入的对比剂量有关。迭代重建算法可以有效的解决因数据不完全或者噪声较大时图像质量问题,通过改变扫描参数间接降低辐射剂量,但目前应用与临床实践时间有限,需进一步验证。
320排CT全脑灌注一次检查即可获得全面数据,突破传统CT灌注探测区域的局限性,为颅内较大或多发散在病灶的评估提供可靠依据,且降低辐射剂量。同64排CT相比,320排容积CT全脑灌注扫描剂量可低至3.28mSv。2014年Qing等[24]通过320排和64排头颅CTP比较,在扫描参数80kV、150~310mAs条件下前者有效剂量显著低于后者, 分别为 (3.28±0.36)mSv和 (10.15±0.59)mSv。
目前,PET及MR亦可用于颅脑灌注评价。PET是一项无创、准确、参数全面的检查方法,但是操作复杂、检查时间长,价格昂贵,不能作为常规检查。MR灌注成像包括动态磁敏感对比增强(DSC)和动脉自旋标记(ASL)两种。DSC能够进行多层面成像,但是钆对比剂对灌注结果有显著影响。ASL优势在于无需注射对比剂、无创、可反复检查,但其灌注成像信号较小,运动或其他不稳定性会降低图像质量;而320排CT全脑灌注成像的图像空间-时间分辨率高,操作迅速、简单易行,费用低,在症状出现30分钟即可显示病灶,适用于急诊检查。但是,320排容积CT全脑灌注成像低剂量研究在精确灌注参数阈值,降低辐射剂量,作为常规检查等上有待进一步研究。
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