基于FastStroke软件ColorViz融合图预测急性缺血性脑卒中的临床结局

王振华，马耀兴，王爱军，马博，陈兵

缺血性脑卒中具有发病率、致残率和死亡率高等特点，是严重威胁人类生命健康的重大疾病之一，其造成的经济和社会负担仍呈爆发式增长。因此，很有必要对急性缺血性脑卒中患者临床结局进行早期预测，对可能出现不良预后的患者早期进行有针对性的干预治疗[1-2]，以期有更多的患者能够获得良好的临床结局。目前，已有大量研究结果表明多时相CT血管成像(multi-phase CT angiography，mpCTA)侧支循环评分和CT灌注成像(CTPI)定量参数等基线放射学特征能够对患者临床结局进行有效的早期预测[3-5]。但是，检查中患者的运动伪影可对CTP图像质量产生较明显影响，而且额外的辐射剂量也是一个值得关注的问题[6-7]。虽然，mpCTA扫描对运动伪影并不敏感，患者接受的辐射剂量也相对较少[8]，但是采用mpCTA进行侧支循环评分时，整个过程较复杂且相对耗时，评分者往往需要具有丰富的诊断经验。因此，在紧急情况下，mpCTA和CTPI可能会受到限制，如何简化操作流程、缩短评判时间以及提高预测因子的诊断效能仍然是当下研究的聚焦点。

近期有研究者应用GE FastStroke软件将mCTA中在3个时相(动脉期、静脉期及静脉晚期)显影的血管分别采用3种不同的颜色(红色、绿色及蓝色)进行编码，并进一步融合得到了单一序列的彩色编码图像[9]。本研究中称之为ColorViz融合图。已经有研究结果表明其在患者临床结局的预测方面具有潜在的应用价值[10]，而且较之mpCTA，ColorViz融合图具有降低侧支评分难度和节省评分时间等优势[11]。作为一种新型侧支循环评分工具，目前关于ColorViz融合图在患者临床结局预测方面的应用研究尚较少，其临床应用价值有待进一步研究及验证。因此，本研究旨在初步探讨基于FastStroke软件的ColorViz融合图在急性缺血性脑卒中患者临床结局预测方面的应用价值及实用性。

材料与方法

1.一般资料

前瞻性将2020年10月-2021年10月在宁夏医科大学总医院因急性缺血性脑卒中而急诊入院的患者纳入本研究。纳入标准：①年龄≥18岁；②在发病后24 h内完成“一站式”CT扫描，且图像质量清晰；③CTA显示单侧大脑中动脉(middle cerebral artery，MCA)、颈内动脉(internal carotid artery，ICA)和大脑前动脉(anterior cerebral artery，ACA)三支血管中至少一支有重度狭窄或闭塞。排除标准：①患者的信息不全、检查中配合不佳和图像质量不清晰等；②伴有腔隙性脑梗死；③伴有后循环缺血性脑卒中；④出血性脑卒中；⑤合并严重的心、肝和肾等脏器病变。记录入组患者的年龄、性别、发病危险因素(糖尿病、冠心病、高血压、吸烟等病史)及入院时美国国立卫生研究院脑卒中量表(National Institute of Health Stroke Scale，NIHSS)评分等临床资料。

本研究通过了本院伦理审查委员会审批(伦理编号：2019-426)，患者及家属均签署了知情同意书。

2.CT检查方法

使用GE Revolution 256排探测器CT扫描仪。所有患者入院时行“一站式”CT扫描，包括CT平扫(non-contrast CT，NCCT)、mpCTA和CTPI，并采用多模型自适应迭代(adaptive statistical iterative reconstruction-veo，ASiR-V)图像重建算法[12]，前置ASiR-V为50%，后置ASiR-V为60%。

扫描参数：80 kV，100 mA，0.5 s/r；NCCT及CTPI采用横轴面扫描，mpCTA采用螺旋扫描(螺距为0.992)；mpCTA动脉期扫描范围为主动脉弓至颅顶水平，静脉期和静脉晚期仅为全脑扫描，每个期相间隔时间为8 s。mpCTA和CTPI扫描所用对比剂均为碘普罗胺(370 mg I/mL)，选择正常侧肘正中静脉注射对比剂。mpCTA检查时对比剂注射流率为4.5 mL/s，随后以相同的流率注射35 mL生理盐水，采用阈值自动触发技术，监测点选择降主动脉，感兴趣区面积占血管横截面面积的1/3～1/2，阈值设置为100 HU，达到阈值后延迟4.0 s开始扫描，总扫描时间约21.0 s；CTPI扫描时对比剂注射流率为5.0 mL/s，随后以相同流率注射50 mL生理盐水，采用人工触发技术，总扫描时间约51.0 s。

3.mpCTA及ColorViz融合图侧支循环评分

mpCTA侧支循环评分采用Menon等[8]提出的6级评分量表：5分，与无症状侧半球相比，有症状半球缺血区域内脑血管强化无明显延迟，血管数量正常或增加；4分，有症状半球缺血区域内脑血管强化有一个期相的延迟，但血管的亮度和数量相同；3分，有症状半球缺血区域内脑血管强化有两个阶段的延迟，但血管的亮度和数量相同或有一个期相的延迟，缺血区域的血管数量显著减少；2分，有症状半球缺血区域内脑血管强化有两个期相的延迟，血管的亮度和数量减少，或有一个期相的延迟且一些缺血区域内未见血管影；1分，有症状半球缺血区域内任何期相都可见少数血管；0分，有症状半球缺血区域内任何期相均未见血管显影。在相同重建层厚(0.625 mm)的横轴面MIP重组图像上进行评估。ColorViz融合图由GE FastStroke软件自动后处理后获得。

ColorViz融合图侧支循环评分是基于彩色编码图上的血管数量和颜色，并借鉴了mpCTA侧支循环评分方法[8]，采用的也是6级评分量表，详细评分标准为：5分，与无症状侧半球相比，患侧半球缺血区域血管数量正常或增加，血管颜色均为红色；4分，患侧半球缺血区域血管数量正常或稍减少(<10%)，血管颜色绝大多数为红色，少数为绿色；3分，患侧半球缺血区域血管数量正常或稍减少(<10%)、可见红色、绿色和蓝色血管，或患侧半球缺血区域血管数量中等程度的减少(10%～50%)、血管颜色为红色和/或绿色；2分，患侧半球缺血区域血管数量中等程度的减少(10%～50%)、可见红色、绿色和蓝色血管，或患侧半球缺血区域血管数量明显减少(>50%)、血管颜色均为红色；1分，患侧半球缺血区域血管数量明显减少(>50%)，可见红色、绿色和蓝色血管；0分，患侧半球缺血区域内未见任何血管显影。

mpCTA及ColorViz融合图侧支循环评分由两位具有9年工作经验的副主任医师独立进行，记录两者的评分结果。然后，对意见不一致的情况进行协商并达成一致意见，以此次评分的结果作为最终的侧支循环评分进行后续分析。另外选择一位具有2年工作经验的住院医师独立对mpCTA图像及ColorViz融合图上侧支循环情况进行评分。在图像分析过程中评分者均不知晓患者的基线资料和临床结局等信息。

4.CTP图像的后处理及分析

分别使用GE CT-Prefusion 4D软件(Healthcare,Milwaukee,WI,USA)和数坤科技脑灌注智能分析系统(CTP-Doc，2.0版)对CTP图像进行后处理，自动生成脑血流量(CBF)、残余功能达峰时间(Tmax)等定量参数图。随后以Tmax的绝对值>6 s定义低灌注区域[13]，以CBF小于对侧的30%定义梗死核心区域[14]，对患者的低灌注区的体积和梗死核心区的体积进行定量分析。

5.随访情况

所有入组患者在发病后90天，由一位具有3年工作经验的神经内科住院医师在门诊或采用电话随访的方式进行改良Rankin量表(modified Rankin scale,mRS)评分。mRS评分≤2为预后良好，>2为预后不良。随访医师对基线临床和影像学资料等不知情。

6.统计学分析

使用SPSS 26.0和MedCalc 19.6软件进行统计学分析。采用Shapiro-Wilk检验对计量资料进行分析，结果显示本研究中所有计量资料呈非正态分布，故采用中位数和上、下四分位数间距(Q1～Q3)的形式来描述；分类资料采用频率和百分比表示。分别采用Mann-WhitneyU检验和Fisher精确检验对计量资料和分类资料进行组间比较，各位医师间评分的一致性采用线性加权Kappa检验(weighted kappa值≥0.75为一致性良好，0.4r>0.6为强相关，0.6≥r>0.4为中等相关，r≤0.4为弱相关)。采用受试者工作特征(ROC)曲线分析ColorViz融合图和mpCTA侧支循环评分、低灌注体积及梗死核心体积对患者良好临床结局的预测效能，根据最大化约登指数来确定最佳临界值，并采用Delong检验比较四项参数的曲线下面积(AUC)的差异。以P<0.05为差异具有统计学意义。

图1 急性缺血性脑卒中患者，男，58岁，发病后90天mRS评分为2分。a)动脉期VR重组图像，显示左侧大脑中动脉M2段闭塞(箭)；b～d)分别为动脉期、静脉期及静脉晚期MIP图，显示与正常侧半球相比，患侧缺血区域内血管的充盈有一定的延迟，但血管数量的减少不明显，侧支循环评分为4分；e)ColorViz融合图，显示患侧缺血区域血管数量稍减少(<10%)，缺血区域内可见红色和绿色血管，但大多数血管呈红色，侧支循环评分为4分； f)Tmax伪彩图，显示左侧大脑半球内蓝色区域为残余功能达峰时间明显延长区(箭)；g)CBF伪彩图，显示左侧大脑半球内黑色和深紫色区域为脑血流量明显减低区(箭)，其范围与Tmax伪彩图上的蓝色区域的范围不一致； h)CBF与Tmax不匹配图，绿色区域为Tmax的绝对值>6s的区域，代表低灌注区域(体积为109.3mL)，红色区域为CBF小于对侧30%的区域，代表梗死核心区域(体积为24.3mL)，二者范围不匹配。

结 果

1.基本资料统计

30例卒中患者中，女10例，男20例；年龄41～86岁，中位年龄66岁；入院时NIHSS评分的中位数为4分(Q1～Q3为 3～9分)；病变位于MCA 19例(63.4%)，ACA 2例(6.7%)，ICA 7例(23.2%)，ICA+MCA 2例(6.7%)。5例患者接受了静脉溶栓治疗，7例接受了动脉取栓治疗，4例接受了桥接治疗，其余14例仅接受了基础药物治疗。

基于ColorViz融合图和mpCTA的侧支循环评分结果见表1。基于ColorViz融合图和mpCTA的侧支循环评分的中位数均为3分(Q1～Q3分别为3～4分和2～4分)。CTPI分析结果显示低灌注体积和梗死核心体积的中位数分别为87.4和24.0 mL(Q1～Q3分别为51.9～148.4和12.0～44.7 mL)。

表1 ColorViz融合图和mpCTA侧支循环评分结果

2.相关性分析

Spearman相关性分析结果显示，基于ColorViz融合图和mpCTA的侧支循环评分之间具有极强的相关性(r=0.856，P<0.001；图1～2)。

3.ROC曲线分析

四项基线放射学特征预测急性卒中患者临床结局的ROC曲线分析结果见表2和图3。ColorViz融合图侧支循环评分>3、mpCTA侧支循环评分>3、低灌注体积≤96.9 mL及梗死核心体积≤26.2 mL为预测患者良好临床结局的最佳临界值(典型病例见图1～2)，相应的的AUC分别为0.87(95%CI：0.69～0.96)、0.86(95%CI：0.68～0.96)、 0.77(95%CI：0.58～0.90)和0.80(95%CI：0.62～0.92)。

图2 急性缺血性脑卒中患者，女，62岁，发病后90天mRS评分为3分。 a)动脉期VR重组图像，显示左侧大脑中动脉M2段闭塞(箭)； b～d)分别为动脉期、静脉期及静脉晚期MIP图，显示与正常侧半球相比，患侧缺血区域内脑血管充盈有一定的延迟，且血管数量明显减少，侧支循环评分为3分；e)ColorViz融合图，显示患侧缺血区域血管数量明显减少(10%～50%)，缺血区域内可见红色、绿色和蓝色血管，侧支循环评分为2分； f)Tmax伪彩图，显示左侧大脑半球的蓝色区域为残余功能达峰时间明显延长区(箭)；g)CBF伪彩图，显示左侧大脑半球的黑色及部分深蓝色区域为脑血流量明显减低区(箭)，其范围与Tmax伪彩图上显示的蓝色区域的范围不一致；h)CBF与Tmax不匹配图，绿色区域为Tmax的绝对值>6s的区域，代表低灌注区域(体积为173.6mL)，红色区域为CBF小于对侧30%的区域，代表梗死核心区域(体积为54.9mL)，二者范围不匹配。

表2 基线影像特征的ROC曲线分析结果

Delong检验结果显示，四项基线放射学特征之间AUC的差异无统计学意义(P>0.05)。

4.评分者间的一致性分析

ColorViz融合图侧支循环评分在同等年资诊断医师间及不同年资医师间的一致性均好于mpCTA侧支循环评分，尤其是在不同年资医师之间，详细结果见表3～4。

讨 论

本研究初步结果显示，在早期预测患者临床结局方面，ColorViz融合图侧支循环评分具有与mpCTA侧支循环评分、低灌注体积及梗死核心体积相媲美的预测能力，甚至预测效能更高。而且，ColorViz融合图侧支循环评分与mpCTA侧支循环评分之间具有极强的相关性。此外，ColorViz融合图侧支循环评分在评分者间的一致性好于mpCTA侧支循环评分，尤其是在不同年资医师之间。

表3 两位同等年资医师间侧支循环评分的一致性分析

表4 不同年资医师间侧支循环评分的一致性分析

图3 四种基线放射学特征预测患者良好临床结局的ROC曲线，显示4种特征的AUC均较大，提示预测效能均较高。

目前，mpCTA和CTPI检查被推荐为急性缺血性脑卒中患者“组织窗”评估的主要成像方法[2,15]，在患者救治过程中承担着相当重要的作用[16]，其应用价值和临床实用性已经得到了肯定[17-18]，在患者临床结局早期预测方面的应用价值也被一致认可[4,19-20]，但是两者亦存在明显不足之处。因此，Ospel等[9]提出了一种新型的侧支评分工具——ColorViz融合图，以期能够更好地早期预测患者的临床结局。

已有研究者对ColorViz融合图与mpCTA侧支循环评分之间的相关性进行了分析，结果显示两者之间的相关性很好[11]。本研究也得出了一致的结论，表明ColorViz融合图能够提供三个期相CTA图像中侧支血管数量及充盈动态等完整信息，在侧支循环评价方面具有较高的可靠性。本研究中发现，与传统mpCTA的灰阶图像相比，ColorViz融合图使得在不同期相显影的血管在视觉上更具辨识度，而且该软件能够在5～10 s内完全自动化后处理得到ColorViz融合图，观察者只需对此单一序列的图像进行观察即可对完成对侧支循环情况的评估，不仅简化了操作流程，节省了评判时间，而且提高了对侧支循环评价的准确性。急性缺血性脑卒中患者往往情况很紧急，但是急诊一线值班人员往往是低年资医师，迅速且准确地评估侧支循环对于他们而言尚有一定难度，这是临床实际工作中一个亟待解决的问题。本研究结果显示，基于ColorViz融合图的侧支循环评分在同等年资诊断医师之间以及不同年资医师之间的一致性均好于传统的mpCTA，尤其是在不同年资医师间(weighted kappa值为0.77)，这也与现有研究结论一致[21]。因此，ColorViz融合图使得低年资医师快速、准确地评估侧支循环成为可能。

目前，已经有研究结果表明在急性缺血性脑卒中患者临床结局早期预测方面，ColorViz融合图侧支循环评分的预测效能与mpCTA和CTPI相似甚至更好[10,21-22]。本研究得出了与上述研究一致的结论，这表明ColorViz融合图有可能提高对患者临床结局预测的准确性，也进一步肯定了其在患者临床结局预测方面的应用价值。本研究中，ColorViz融合图侧支循环评分的AUC稍高于mpCTA，说明ColorViz融合图不仅能够完整重现mpCTA的图像信息，而且可显示mpCTA图像上往往被观察者忽视或者不易被观察到的有价值的信息。本研究中对四项影像学特征的AUC进行了比较，CTPI定量参数(尤其是低灌注体积)的AUC相对较低。Lin等[21]也得出了类似的结论，他们认为可能是由基线时疾病严重程度、发病至CT扫描时间以及发病至干预时间的异质性等原因所导致的。笔者认为除上述原因之外，可能的原因还有：低灌注体积容易受到治疗方式、再灌注情况、甚至个体间脑血流代偿能力的差异等诸多因素的影响，因此一直处于动态变化中，且CT扫描是瞬时完成的，准确地说只能反映某一时刻受检者的低灌注区域的体积，所以导致其对患者功能结局的预测效能较低。

本研究的局限性：首先，本研究是小样本研究，尤其是缺失侧支循环评分为0分的病例，虽然得出的相关结论与已有研究基本一致，但是仍然需要大样本及多中心研究进行进一步检验和验证。其次，虽然本研究是前瞻性研究，且有一位医师的侧支循环评分是在急诊状态下得出的，但还是不能完全真实地反映急诊状态下的临床实用性。另外，虽然本研究得出的结论基本都是积极的，但是并没有对入院时间、扫描开始时间及干预开始时间等进行详细的分组研究，但是这确实是可能影响研究结果的可信度及可推广性的因素。

总之，本研究表明ColorViz融合图在急性缺血性脑卒中患者临床结局早期预测方面的临床应用价值值得肯定，将来或可作为一种可靠的新方法，用于患者临床结局的早期预测。