基于Brain Time Stack圖像融合技術(shù)對(duì)80 kV頭部灌注CT圖像質(zhì)量的改善研究

王宏，李玲，逯瑤，何祎，張晨，陳涓

北京醫(yī)院 國(guó)家老年醫(yī)學(xué)中心 中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院老年醫(yī)學(xué)研究院 放射科，北京 100730

引言

對(duì)于急性缺血性卒中患者，國(guó)內(nèi)外研究顯示[1-2]，及時(shí)行頭部CT灌注檢查可以獲得患者腦血流動(dòng)力學(xué)信息，有助于醫(yī)務(wù)人員在有效搶救時(shí)間窗內(nèi)對(duì)患者進(jìn)行快速診斷，為臨床進(jìn)一步治療提供依據(jù)，并可有效改善急性腦卒中患者的預(yù)后，降低致殘率和病死率[3-4]。頭部CT灌注成像作為一種快速、準(zhǔn)確、易操作的影像學(xué)功能檢查方法，可以獲得多種腦血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)，如腦血流量、腦血容量、平均通過時(shí)間、達(dá)峰時(shí)間等[5-6]。正常頭部CT掃描的管電壓為 100～120 kV、管電流為 200～250 mAs；而頭部 CT 灌注掃描為降低輻射劑量，采用管電壓為70～80 kV、管電流為100～200 mAs[7-9]的掃描協(xié)議，使得灌注圖像的噪聲增加，腦組織對(duì)比度下降[10]，因此改善頭部CT灌注的圖像質(zhì)量對(duì)臨床診斷具有重要意義。本研究擬采用Brain Time Stack圖像后處理功能，選擇動(dòng)脈峰值期及相鄰期相的圖像進(jìn)行融合，分別將原始圖像及后處理圖像進(jìn)行對(duì)比，以探討B(tài)rain Time Stack圖像融合技術(shù)對(duì)圖像質(zhì)量的改善作用。

1 資料與方法

1.1 一般資料

回顧性分析北京醫(yī)院2021年7—9月因顱內(nèi)血管疾病行頭部CT灌注掃描的患者31例，其中男性21例、女性10例。納入標(biāo)準(zhǔn)：① 年齡＞18歲；② 影像數(shù)據(jù)完整。排除標(biāo)準(zhǔn)：① 合并嚴(yán)重肝、腎功能障礙；② 存在碘造影劑過敏史；③ 頭部仰角過大；④ 嚴(yán)重運(yùn)動(dòng)偽影或金屬偽影；⑤ 動(dòng)脈峰值期血管CT值＞500 HU。本研究獲得北京醫(yī)院倫理委員會(huì)審批（2020BJYYEC-267-02）。

1.2 掃描方案

使用 Aquilion ONE Genesis 320 排 CT（佳能醫(yī)療，日本）獲得頭部CT灌注影像學(xué)數(shù)據(jù)[11]。掃描前使用頭架并綁帶固定患者額部和下頜部，限制頭部的運(yùn)動(dòng)。掃描參數(shù)如下[12]：管電壓80 kV，管電流150 mAs，準(zhǔn)直器寬度16 cm，轉(zhuǎn)速 0.75 s/r，采用雙筒高壓注射器（Nemoto）經(jīng)右側(cè)肘靜脈輸注對(duì)比劑，對(duì)比劑選擇碘帕醇370 mgI/mL，按照體重 0.6 mL/kg 進(jìn)行注射，隨后注射 30 mL 0.9% NaCl溶液。對(duì)比劑注射7 s后開始啟動(dòng)CT灌注掃描[13]。最終獲得動(dòng)態(tài)掃描19期共6080幅0.5 mm層厚的圖像。

1.3 圖像后處理

如圖1所示，將19期共6080幅圖像導(dǎo)入后處理工作站（Vitrea，Vital Image），根據(jù)患者的時(shí)間-密度曲線選擇動(dòng)脈峰值期、峰值前一期及后一期共3個(gè)時(shí)相的圖像，使用Brain Time Stack功能分別進(jìn)行圖像融合，分為4組：A組（動(dòng)脈期）、B組（動(dòng)脈期結(jié)合前一期圖像）、C組（動(dòng)脈期結(jié)合后一期圖像）、D組（動(dòng)脈期結(jié)合前一期及后一期圖像）。

圖1 動(dòng)脈峰值前一期、峰值期及峰值后一期的時(shí)相選擇

1.4 圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)

1.4.1 客觀評(píng)價(jià)

選擇圖像（層厚為0.5 mm）的兩個(gè)層面：側(cè)腦室體部層面及聽眥線層面，分別測(cè)量并計(jì)算4組圖像的額葉白質(zhì)、灰質(zhì)、側(cè)腦室、延髓、小腦、顳肌肌肉的CT平均值（以下簡(jiǎn)稱CT值）、標(biāo)準(zhǔn)差值（Standard Deviation，SD）、信噪比（Signal to Noise Ratio，SNR）及對(duì)比噪聲比（Contrast to Noise Ratio，CNR）[14]，見圖 2。

圖2 4組圖像感興趣區(qū)位置的選擇示例

1.4.2 主觀評(píng)價(jià)

將4組0.5 mm圖像采用Reformat技術(shù)分別重建成5 mm 層厚的圖像（窗寬 200 HU，窗位60 HU）[15]進(jìn)行圖像主觀質(zhì)量的評(píng)價(jià)。

對(duì)4組圖像的腦組織顯示情況進(jìn)行評(píng)價(jià)，由2名分別具有3年和5年工作經(jīng)驗(yàn)的放射科醫(yī)師進(jìn)行雙盲評(píng)分，評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)采用4分制（1分：圖像噪聲較大，無法區(qū)分大腦灰白質(zhì)和大腦核團(tuán)；2分：圖像噪聲明顯，模糊區(qū)分大腦灰白質(zhì)和大腦核團(tuán)；3分：圖像噪聲較低，可以區(qū)分大腦灰白質(zhì)和大腦核團(tuán)；4分：圖像噪聲低，明確區(qū)分大腦灰白質(zhì)和大腦核團(tuán)）。其中，3～4分圖像基本滿足診斷需求，而1～2分圖像不滿足診斷需要[16]。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

本研究采用SPSS 26.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。首先對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)行正態(tài)性檢驗(yàn)，若為正態(tài)性數(shù)據(jù)，則以±s表示，通過單因素方差分析比較其組間差異，并行邦弗倫尼檢驗(yàn)比較組內(nèi)差異；若為偏態(tài)數(shù)據(jù)，以M（Q1，Q3）表示，通過Kruskal-WallisU檢驗(yàn)比較其差異性。此外，對(duì)于圖像的主觀質(zhì)量評(píng)價(jià)，通過Kappa檢驗(yàn)評(píng)價(jià)兩觀察者間的一致性：Kappa值≤0.40為一致性較差，0.40＜Kappa值≤0.75為一致性中等，Kappa值＞0.75為一致性較好；采用Kruskal-WallisU檢驗(yàn)比較4組圖像質(zhì)量的差異性。P＜0.05表示存在統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。

2 結(jié)果

2.1 客觀圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)

4組圖像的CT值不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，且組間比較不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，見表1。由表2～3結(jié)果可知，4組圖像的SD值及SNR存在顯著的統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P＜0.001）。同時(shí)，A組圖像與B組、C組、D組圖像SD值和SNR值的組間比較存在明顯的統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P＜0.05）；D組圖像與B組、C組圖像SD值和SNR值的組間比較存在顯著的統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P＜0.05）；而B組與C組圖像SD值和SNR值的組間比較不存在顯著的統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。4組圖像的白質(zhì)/灰質(zhì)CNR值對(duì)比，A組圖像CNR值為（1.80±0.21），B組為（2.53±0.23），C 組為（2.94±0.27），D 組為（3.71±0.32），4組CNR值對(duì)比存在統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.001）。其中，A組與B組CNR值組間比較有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P=0.047）；A組與C組CNR值組間比較有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P=0.002）；A組與D組CNR值組間比較有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P＜0.001）；B組與C組CNR值組間比較無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P=0.269）；B組與D組CNR值組間比較存在統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P=0.002）；C組與D組CNR值組間比較有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P=0.038）。

表1 不同方法獲得的CT值比較（±s，HU）

表1 不同方法獲得的CT值比較（±s，HU）

注：A組（動(dòng)脈期）、B組（動(dòng)脈期結(jié)合前一期相）、C組（動(dòng)脈期結(jié)合后一期相）、D組（動(dòng)脈期結(jié)合前一期及后一期）。P1：A組與B組CT值組間比較的P值；P2：A組與C組CT值組間比較的P值；P3：A組與D組CT值組間比較的P值；P4：B組與C組CT值組間比較的P值；P5：B組與D組CT值組間比較的P值，P6：C組與D組CT值組間比較的P值。

CT值 額葉白質(zhì) 額葉灰質(zhì) 腦室 延髓 小腦內(nèi)側(cè) 小腦外側(cè) 肌肉A組 59.15±1.54 42.61±0.91 12.94±1.13 43.13±1.57 49.82±1.32 62.31±1.70 47.91±2.15 B組 57.70±1.33 41.10±0.72 13.15±0.96 41.37±1.65 47.36±1.15 60.40±1.68 46.80±2.19 C組 61.91±1.29 42.84±0.85 13.53±1.01 44.40±1.62 51.45±1.20 64.35±1.67 48.53±2.05 D組 60.24±1.32 41.80±0.83 14.51±1.64 42.78±1.68 49.33±1.11 62.32±1.63 47.76±2.13 P值 0.177 0.436 0.805 0.627 0.121 0.427 0.952 P1值 0.457 0.202 0.902 0.446 0.149 0.421 0.713 P2值 0.158 0.843 0.729 0.584 0.338 0.388 0.836 P3值 0.577 0.492 0.362 0.879 0.773 0.996 0.962 P4值 0.032 0.141 0.824 0.192 0.017 0.097 0.565 P5值 0.194 0.554 0.431 0.542 0.247 0.418 0.749 P6值 0.391 0.376 0.571 0.484 0.214 0.391 0.799

表2 不同方法獲得的SD值比較（±s）

表2 不同方法獲得的SD值比較（±s）

注：A組（動(dòng)脈期）、B組（動(dòng)脈期結(jié)合前一期相）、C組（動(dòng)脈期結(jié)合后一期相）、D組（動(dòng)脈期結(jié)合前一期及后一期）。P1：A組與B組SD值組間比較的P值；P2：A組與C組SD值組間比較的P值；P3：A組與D組SD值組間比較的P值；P4：B組與C組SD值組間比較的P值；P5：B組與D組SD值組間比較的P值，P6：C組與D組SD值組間比較的P值。

SD值 額葉白質(zhì) 額葉灰質(zhì) 腦室 延髓 小腦內(nèi)側(cè) 小腦外側(cè) 肌肉A組 9.87±0.42 10.43±0.45 10.99±0.46 11.48±0.58 10.73±0.53 10.78±0.57 12.00±0.56 B組 6.71±0.28 6.74±0.32 6.79±0.35 7.66±0.31 7.32±0.33 7.04±0.25 8.23±0.40 C組 6.93±0.31 6.67±0.30 7.81±0.47 7.96±0.36 7.37±0.26 7.23±0.27 8.80±0.41 D組 5.16±0.17 5.02±0.19 5.58±0.15 6.22±0.18 5.67±0.18 5.67±0.15 7.16±0.35 P值 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001 P1值 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001 P2值 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001 P3值 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001 P4值 0.612 0.875 0.061 0.579 0.908 0.701 0.361 P5值 0.001 ＜0.001 0.026 0.010 0.001 0.006 ＜0.001 P6值 ＜0.001 0.001 ＜0.001 ＜0.001 0.001 0.002 0.009

2.2 主觀圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)

2名醫(yī)師的主觀評(píng)價(jià)一致性較好，Kappa值為0.817，P＜0.001。此外，4組圖像的主觀質(zhì)量評(píng)分之間存在統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（H=90.422，P＜0.001）。A組圖像與B組（H=25.364.422，P＜0.001）、C 組（H=39.158，P＜0.001）、D 組（H=62.000，P＜0.001）圖像的主觀質(zhì)量存在明顯的統(tǒng)計(jì)學(xué)差異；同時(shí)，D組圖像與B組（H=39.158，P＜0.001）、C組（H=39.158，P＜0.001）圖像之間存在顯著的統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。而B組與C組圖像主觀評(píng)分之間不存在顯著的統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。

表3 不同方法獲得的SNR值比較（±s）

表3 不同方法獲得的SNR值比較（±s）

注：A組（動(dòng)脈期）、B組（動(dòng)脈期結(jié)合前一期相）、C組（動(dòng)脈期結(jié)合后一期相）、D組（動(dòng)脈期結(jié)合前一期及后一期）。P1：A組與B組SNR值組間比較的P值；P2：A組與C組SNR值組間比較的P值；P3：A組與D組SNR值組間比較的P值；P4：B組與C組SNR值組間比較的P值；P5：B組與D組SNR值組間比較的P值，P6：C組與D組SNR值組間比較的P值。

SNR值 額葉白質(zhì) 額葉灰質(zhì) 腦室 延髓 小腦內(nèi)側(cè) 小腦外側(cè) 肌肉A組 6.35±0.32 4.32±0.21 1.23±0.10 4.01±0.23 4.93±0.23 6.31±0.39 4.32±0.31 B組 9.04±0.41 6.73±0.50 2.06±0.16 5.65±0.29 6.85±0.34 8.94±0.44 6.16±0.42 C組 9.42±0.44 6.81±0.33 1.78±0.11 5.99±0.36 7.25±0.31 9.35±0.48 5.89±0.36 D組 12.09±0.50 8.94±0.63 2.61±0.27 7.11±0.38 8.97±0.36 11.25±0.45 7.15±0.45 P值 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001 P1值 ＜0.001 ＜0.001 0.001 0.001 ＜0.001 ＜0.001 0.001 P2值 ＜0.001 ＜0.001 0.027 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001 0.005 P3值 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001 P4值 0.526 0.894 0.242 0.458 0.366 0.508 0.623 P5值 ＜0.001 0.001 0.027 0.002 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001 P6值 ＜0.001 0.001 0.001 0.016 ＜0.001 0.003 0.024

3 討論

Brain Time Stack圖像融合技術(shù)是通過對(duì)4D動(dòng)態(tài)容積圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加，獲得的圖像是同一位置所有像素的平均值，最多可疊加25期圖像，從而在一定程度上提高圖像SNR，改善圖像質(zhì)量[17]。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)Brain Time Stack技術(shù)的研究較少，亟待相關(guān)研究的展開。

在本研究中，通過對(duì)80 kV頭部CT灌注圖像進(jìn)行Brain Time Stack圖像融合，分別從客觀及主觀兩個(gè)方面評(píng)價(jià)了Brain Time Stack圖像融合技術(shù)對(duì)頭部CT灌注圖像質(zhì)量的改善情況，研究發(fā)現(xiàn)融合后的圖像噪聲明顯減低、SNR及CNR優(yōu)于單時(shí)相的原始圖像，同時(shí)頭部軟組織的對(duì)比度也得到一定程度的提升。使用Brain Time Stack圖像融合技術(shù)的圖像質(zhì)量均優(yōu)于單時(shí)相動(dòng)脈峰值圖像質(zhì)量，并且融合動(dòng)脈峰值期前后3期圖像質(zhì)量?jī)?yōu)于2期融合的圖像質(zhì)量。

由于電離輻射存在誘發(fā)腫瘤的潛在風(fēng)險(xiǎn)，因此在獲得滿足診斷水平圖像的同時(shí)，應(yīng)當(dāng)盡可能地降低輻射劑量[18]。頭部CT灌注掃描因期相較多、連續(xù)曝光時(shí)間較長(zhǎng)，因此其輻射劑量廣泛受到關(guān)注[19]。馬恩裕等[20]研究顯示，通過降低管電壓、降低管電流、降低采集頻次以及采用迭代后處理算法可以在減少噪聲的基礎(chǔ)上，達(dá)到降低輻射劑量的目的。本研究采用了80 kV的管電壓進(jìn)行頭部CT灌注掃描，有效地降低了頭部CT灌注的輻射劑量，但是由于管電壓下降，圖像質(zhì)量也受到了一定的影響。在不增加輻射劑量的前提下，通過Brain Time Stack技術(shù)的使用可以有效改善頭部灌注CT的圖像質(zhì)量，對(duì)臨床而言具有重要意義。

本研究存在一定局限性：① 本研究樣本量較少，有待于大樣本研究進(jìn)一步驗(yàn)證；② 通過Brain Time Stack圖像融合技術(shù)融合動(dòng)脈峰值期前后的圖像，可以有效提高圖像質(zhì)量，對(duì)診斷有一定幫助，融合更多期的圖像，是否可以進(jìn)一步提高圖像質(zhì)量以及灰白質(zhì)對(duì)比，也需要進(jìn)一步研究證實(shí)，我們將在后期的工作中完善相關(guān)內(nèi)容。

4 結(jié)論

綜上所述，在80 kV管電壓下，結(jié)合Brain Time Stack圖像融合技術(shù)可以有效降低頭部灌注CT圖像的噪聲、腦灰白質(zhì)對(duì)比增加、改善圖像質(zhì)量，能夠提高解剖學(xué)影像診斷的準(zhǔn)確性，結(jié)合腦血流量、腦血容量、平均通過時(shí)間、達(dá)峰時(shí)間等功能學(xué)參數(shù)信息，可以為臨床提供更為全面的影像學(xué)信息。