急性缺血性脑卒中双源CT大螺距非门控心脑联扫的图像质量优化研究

刘佳宾，王臣，祝小莲，李岩，沈翀，禹烜，杜祥颖,2，李坤成,2，卢洁,2

1.首都医科大学宣武医院 放射与核医学科，北京 100053；2.磁共振成像脑信息学北京市重点实验室，北京 100053

前言

虽然缺血性卒中的病因较多，但其中85%主要由脑小血管病（Cerebral Small Vessel Disease，CSVD）、心脏栓塞和大动脉疾病（动脉粥样硬化）引起的[1]。近年来，心源性卒中发病率逐渐上升，且症状严重，预后较差[2-3]。因此，评估急性脑卒中患者心脏情况，对于患者的术式选择以及治疗方案确定有重要意义。对于隐源性卒中患者可能存在的心脏异常，目前临床常用的影像检查方法为经食道超声（Transesophageal Echocardiography，TEE）[4-5]。然 而，TEE作为一种半侵入性操作不适合应用于急性缺血性脑卒中患者[6]。

大量研究表明，CT灌注成像（CT Perfusion Imaging，CTP）联合头颈部血管CT造影（CT Angiography，CTA）检查这种多模态CT作为头颅CT平扫的补充成像方式，对于缺血性卒中患者可以评估其颅内外血管情况，明确卒中发病病因[7-9]。然而CTP检查或CTP联合头颈CTA的多模态检查往往覆盖范围有限，无法对患者心脏以及冠脉的情况进行具体分析。近年来，双源CT大螺距采集方式的出现使心脑联合CTA检查成为可能，心脑联合CTA检查可能有助于预测缺血性卒中或急性心脏事件患者的预后[10]。本研究在第三代双源CT进行常规脑灌注扫描后，行自由呼吸、不同螺距的非门控的心脑联合CTA检查，旨在评估在不同螺距下其显示心脏解剖结构的能力，以期为心源性梗死的鉴别提供影像学解决方法。

1 资料与方法

1.1 一般资料

本研究已得到我院医学伦理审查委员会的批准。选取2018年1—12月在我院就诊拟诊急性缺血性脑卒中并行急诊CTP联合头颈CTA检查患者作为实验组，所有患者均签署知情同意书。所有患者按照扫描时螺距不同随机分为A组（螺距2.0）和B组（螺距3.2）。

纳入标准：拟诊急性缺血性脑卒中并行急诊CTP联合头颈CTA检查患者。排除标准：既往有碘化造影剂过敏史患者；平扫CT确诊为脑出血患者；扫描图像质量不佳无法满足诊断患者。

选取2017年11月至2018年4月于我院门诊常规预约行心脑联合CTA检查的患者作为对照组（C组）。

1.2 CT扫描方式与重建方案

所有患者的CT扫描设备均使用西门子公司第三代双源 CT（SOMATOM Force，Siemens Healthineers）。实 验组采用自由呼吸非门控心脑联扫模式，具体扫描参数如下：管电压90 kV，管电流采用自适应调制技术（CARE Dose4D, Siemens Healthineers）依据患者体型自动调节，质量参考毫安秒为 90 mAs，机架转速 0.25 s/圈。A 组采用2.0螺距，B组采用3.2螺距。采用新一代迭代算法（ADMIRE，3），重建层厚0.6 mm，卷积核为Bv36，并将其传输到工作站（MMWP，Siemens Healthineers）。图像观察使用曲面重建（Surface Reconstruction，CPR）、最大密度投影（Maximum Intensity Projection，MIP）、多平面重建（Multiplanar Reformation，MPR）等技术评估颈动脉、脑血管和心脏结构。

对照组采用心电门控吸气末屏气的增强扫描，扫描管电压及管电流设置同实验组，机架转速0.25 s/圈，螺距3.2。心率＜70 bpm时触发心电设置为60%，心率≥70 bpm时设置为20%。

实验组与对照组对比剂注射方案相同，均使用优维显370（Ultravist 370 mgI/mL）对比剂，CTA 扫描注射方案为顺序注射60 mL对比剂及40 mL 0.9%氯化钠溶液，流速均为 5 mL/s。触发扫描感兴趣区（Region of Interest，ROI）置于降主动脉冠脉开口水平，触发阈值设为100 HU，触发延迟设为 6 s。

1.3 图像质量评估

图像质量评估包括客观和主观评价两部分。客观评价主要针对反映图像质量的相关参数，包括增强图像中血管和心腔结构的 CT 值以及对比噪声比（Contrast to Noise Ratio，CNR）。主观评价主要针对LAA及房间隔运动伪影情况。

1.3.1 头颈血管客观评估

在所有患者的头颈CT图像中测量血管管腔内CT值。ROI区域放置在双侧颈内动脉（Internal Carotid Artery，ICA）颈动脉分叉以上3 cm处、双侧颈总动脉（Common Carotid Artery，CCA）颈动脉分叉以下3 cm处、双侧椎动脉及升、降主动脉。对降主动脉在右肺动脉水平进行测量。主动脉ROI面积约为200 mm2，其他位置ROI面积约为2～3 mm2，图像噪声定义为主动脉根部左冠状窦水平处ROI的标准差（Standard Deviation，SD）。CNR的计算方式见公式（1）[11]。

1.3.2 心脏结构成像客观评估

定量评价包括左心房（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面积设定为100 mm2，然后根据公式（1）计算CNR。

1.3.3 心脏成像伪影程度主观评估

对LAA和室间隔的运动伪影主观评价由两名工作10年以上的放射科医生独立评分，不一致时引入第3名医师共同商议得到最终结果。采用3分法进行评分，1分：对比度差或运动伪影严重，无法分析；2分：中度伪影，对比较好；3分：对比度好，无运动伪影。

1.4 辐射剂量

分别记录各组CTA扫描的容积CT剂量指数（Volume CT Dose Index，CTDIvol）和剂量长度乘积（Dose Length Product，DLP）。

1.5 数据学分析

2 结果

2.1 3组患者一般资料比较

A组共纳入患者24例（男性18例，女性6例），B组共纳入患者22例（男性18例，女性4例），对照组共纳入26例（男性24例，女性2例）。3组男性患者数量明显高于女性患者，但组间性别比例无统计学差异（P=0.139）。A组患者体质指数略高于B组与C组，但3组间无统计学差异（P=0.122）。3组患者的平均心率均超过80次/min，但组间心率无统计学差异，见表1。

表1 3组患者一般资料比较（±s，n）

表1 3组患者一般资料比较（±s，n）

资料 A组（n=24）B组（n=22）C组（n =26） F/χ2值 P值年龄/岁 61±9 62±7 61±8 0.057 0.945性别（男/女） 18 /6 18 /4 24 /2 2.765 0.274体质指数/（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 图像质量客观评价

3组患者中升主动脉、降主动脉、双侧颈总动脉、双侧颈内动脉及椎动脉平均CT值均超过400 HU，达到诊断要求标准。A组扫描时的血管CT值在左颈总动脉、右颈总动脉、左颈内动脉、右颈内动脉、左椎动脉、右椎动脉、升主动脉及降主动脉均低于B组和C组，但3组件差异均无统计学意义（P＞0.05）。血管与周围组织对比得到的CNR均在20～30之间，3组间差异均无统计学意义（P＞0.05），见表2。在心脏部分图像质量评估中，3组患者在左心房CT值、左心室CT值、左心耳CT值及左心耳CNR均无统计学差异，见表3。

表2 3组头颈部血管图像质量客观评价结果（±s）

表2 3组头颈部血管图像质量客观评价结果（±s）

部位CT值/ HU CNR A组（n=24）B组（n=22）C组（n=26）F值P值A组（n=24）B组（n=22）C组（n=26） F值 P值左颈总动脉 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右颈总动脉 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左颈内动脉 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右颈内动脉 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左椎动脉 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右椎动脉 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升主动脉 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降主动脉 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 图像质量客观评价

3组左心耳及房间隔运动伪影的主观评价差异有统计学意义（P＜0.05），其中A组图像质量最差，B组与C组运动伪影的主观评价无统计学差异（P=0.092），见表3～4和图1。

图1 不同螺距扫描模式下图像质量

表3 心脏图像质量客观评价（±s）

表3 心脏图像质量客观评价（±s）

指标 A组（n=24）B组（n=22）C组（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 左心耳及房间隔运动伪影主观评价（例）

2.4 辐射剂量

3组CTDIvol和DLP比较差异均有统计学意义（P＜0.001）；进一步两两比较，A组与B组以及A组与C组CTDIvol和DLP有统计学差异（P＜0.001），但B组与C组CTDIvol和DLP均无统计学差异（P=0.095、0.110），见表5。

表5 3组扫描方案辐射剂量比较（±s）

表5 3组扫描方案辐射剂量比较（±s）

注：与A组比较，aP＜0.001。

指标 A组（n=24） B组（n=22） C组（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 讨论

目前头颅CTP联合头颈CTA在内的多模态CT作为评价急性缺血性脑卒中的常用方法已经广泛应用于临床[13-15]。随着CT扫描速度的加快，Tognolini等[16]使用64排螺旋CT进行心脑联合CTA检查，发现这种扫描方案可以在一次注射对比剂的过程中完成对头、颈动脉和心脏冠状动脉的采集，但是这种检查需要在检查前于患者胸壁处连接心电检测装置，会进一步延长整个检查时间，对于拟行溶栓治疗的急性缺血性脑卒中患者并不适用，因此需要寻找更为快捷有效的方法。

Sun等[10]利用第二代双源CT，采用心电门控大螺距扫描模式进行心脑联合CTA，证明了其在非急诊患者中技术的可行性。然而，心电门控加吸气末屏气扫描方式同样需要连接心电监测设备及对患者进行相应的呼吸训练，这些都需要额外的准备时间，而且急性脑卒中患者往往伴有意识障碍，不能进行呼吸配合，部分急诊患者还会伴有心律不齐，可能导致心电触发扫描时机不正确，影响心脏结构特别是冠状动脉的成像质量。有研究者在肺动脉及主动脉的CTA扫描中发现，采用非门控大螺距扫描方案能够有效地抑制心脏及主动脉搏动伪影[17-18]。Sebastian等[19]还发现，在非门控大螺距扫描中，冠状动脉近端和中段的图像质量可能不会受到影响。同时研究已证明，呼吸在一次心跳时可能不会影响冠状动脉CTA的成像质量[20]。因此，本研究尝试在自由呼吸、非心电门控的情况下使用不同螺距（2.0/3.2）扫描，评估其图像质量，旨在找到兼顾安全性与图像质量的扫描方案将心脑CTA联合扫描纳入急性缺血性脑卒中的多模态CT中，并且不增加原有检查时间。

增加扫描范围造成的直接后果是辐射剂量相应增大，以往研究证明，大螺距心脏扫描采集时间很短，相对于头颈CTA来说，并不会明显增加辐射剂量[21]。本研究结果也表明，在使用3.2螺距的情况下，辐射剂量与原有心脑联扫模式无统计学差异。既往研究表明，心源性脑卒中的发生可能与多种左心房潜在异常有关，尤其是左心耳和房间隔的异常，主要包括LAA的血栓、LAA的慢血流、卵圆孔未闭、房间隔瘤等。以上异常的发现依赖于对心脏解剖结构充分显示，特别是与左心房相关的解剖结构。由于第三代双源CT扫描的平面内时间分辨率非常高（66 ms），虽然非门控大螺距扫描可能影响冠状动脉等细微结构的图像质量，但作为心腔、左心耳等较大解剖结构的图像质量依然可以保障。本研究中，B组的LAA和房间隔的图像质量与C组比较无统计学差异，而A组房间隔及左心耳的运动伪影明显增大，评分与其他两组有显著性差异，图像质量明显差于其他两组。此外除心脏解剖结构显示外，3组颈动脉血管图像质量之间无显著性差异，证明将心脏扫描纳入现有的CTA方案时，并不会影响颈动脉和脑血管的图像质量。

本研究结果表明，在螺距值为3.2时，图像质量能够满足对于室间隔及左心耳等心脏结构的评估，并且不影响头颈部分血管的图像质量。但是本研究仍存在以下局限性：首先样本量小；其次，由于CTA扫描仅为单时相单次扫描，无法获得可能对治疗策略和预后预测有价值的心功能数据，且很难区分LAA血栓和LAA内慢血流；最后，目前大螺距扫描模式仅适用于第二、第三代双源CT，在使用其他设备的情况下，还需要进一步验证其可行性。

4 结论

不增加整体辐射剂量的情况下，在急性缺血性卒中的多模态CT中不同螺距值下自由呼吸、无心电门控大螺距心-脑CTA扫描的图像质量存在差异，其中在螺距为3.2时图像质量能够满足诊断需要，可以成为针对疑似心源性脑卒中或来源不明的栓塞性脑卒中患者的检查方案。