Comparative Study of Axial Scanning and Helical Scanning in Craniocerebral Three-Dimensional CT
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摘要:
目的： 对比研究在颅脑三维CT中使用轴位扫描与螺旋扫描两种模式对图像质量和辐射剂量的影响。方法： 模体研究：对Catphan600模体CTP515 低对比度模块和528高对比模块分别使用临床扫描方案扫描并使用Radia diagnostic软件对图像质量进行评价。临床研究：随机选取使用轴位扫描与螺旋扫描共五台设备的本院2024年8月至2025年1月共298例颅脑CT数据进行回顾性分析。A组147例数据采用螺旋扫描，B组150例数据采用轴位扫描。两组病例均涵盖所有CT设备。测算两组横、冠、矢状面图像客观指标对比度噪声比CNR，并对图像质量进行主观评分。对主客观指标进行统计学分析，P＜0.05差异具有统计学意义。使用Radimetrics软件对患者的辐射剂量相关指标进行分析。结果： 整体横断面图像质量轴位扫描优于螺旋扫描，冠矢状面螺旋扫描略优于轴位扫描，容积再现VR图像除设备4外均为螺旋扫描显著优于轴扫。其中横断面CNR设备1具有统计学差异；冠状面主观评分设备2、3、5具有统计学差异；矢状面CNR设备4具有统计学差异，主观评分设备2-5具有统计学差异；VR主观评分设备1、2、3、5均具有统计学差异。所有设备两种扫描模式下扫描长度、DLP、ICRP103差异大于CTDIvol且均具有统计学意义。结论： 在行颅脑CT检查时，扫描模式的选择对图像质量和诊断效果有着重要影响。仅需横断面图像时，轴位扫描能提供满足需求的图像质量，同时患者接受的辐射剂量更低。若需要更优质的VR图像，同时横断、冠状、矢状面图像也能满足临床诊断需求，推荐选用螺旋扫描模式，有条件时可选用宽体探测器单圈轴扫模式。
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关键词:
- X射线计算机断层成像 /
- 轴位扫描模式 /
- 螺旋扫描模式 /
- 图像质量 /
- 辐射剂量
Abstract:Objective: To conduct a comparative study on the effects of axial and helical scanning modes on image quality and radiation dose in cranial three-dimensional computed tomography. Methods Phantom study: The CTP515 low-contrast module and 528 high-contrast module of a Catphan600 phantom are scanned using clinical scanning protocols, and the image quality is evaluated using the Radia diagnostic software. Clinical study: A total of 298 cranial CT images obtained from five devices in our hospital from August 2024 to January 2025 are randomly selected for retrospective analysis. Among them, 147 cases in group A are scanned in the helical mode, and 150 cases in group B are scanned in the axial mode. All CT devices are used in both groups. The contrast-to-noise ratio, which is an objective index of the transverse, coronal, and sagittal plane images of the two groups, is calculated, and the image quality is scored subjectively. Statistical analysis is performed on the subjective and objective indicators, and P < 0.05 indicates a statistically significant difference. The radiation dose-related indicators of the patients are analyzed using the Radimetrics software. Results In the transverse plane, the image quality obtained via axial scanning is better than obtained via helical scanning. Meanwhile, in the coronal and sagittal planes, the image quality obtained via helical scanning is slightly better than that obtained via axial scanning. Except for device 4, the volume-rendering images based on helical scanning are better than that based on axial scanning. Among them, the CNR of the transverse plane of device 1 indicates a statistically significant difference; the subjective scores of the coronal plane of devices 2, 3, and 5 show statistically significant differences; the CNR of the sagittal plane of device 4 indicates a statistically significant difference; the subjective scores of devices 2–5 in the sagittal plane show statistically significant differences; and the subjective scores of VR of devices 1, 2, 3, and 5 indicate statistically significant differences. The differences in scan length, DLP, and ICRP103 between the two scanning modes of all devices exceed those of CTDIvol, with all being statistically significant. Conclusion When performing cranial CT examinations, the scanning mode selected significantly affects the image quality and diagnostic effectiveness. When only transverse plane images are required, axial scanning can provide an image quality that satisfies the requirements. Meanwhile, patients are exposed to a lower radiation dose if better-quality VR images are required. The transverse, coronal, and sagittal plane images satisfy the clinical diagnostic requirements, and the helical scanning mode is recommended. In certain conditions, a single-rotation axial-scanning mode can be used in conjunction with a wide-body detector.
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颅内孤立性纤维瘤（intracranial solitary fibrous tumor，ISFT）是一种间叶组织来源的梭形细胞肿瘤，发病罕见，尽管近年来国内外相关报道的病例逐渐增多，但是影像及临床医生对其仍缺乏全面认识，术前误诊率高。
本文介绍1例经术后病理证实的颅内孤立性纤维瘤，结合其病例资料进行相关分析，以提高医生对此种罕见病的术前诊断准确率，对手术方案制定及预后有重要价值，具有报道意义。
1. 病例资料
1.1 临床资料
患者，男，52岁，因“双下肢无力，步态不稳20天”入院。入院前10年无明显诱因出现头痛，自行口服药物治疗，未系统治疗。近20天感下肢行走无力，伴踩棉花感，发病以来精神食欲及睡眠较差，大小便正常。
1.2 实验室检查
白蛋白37.3↓（40～55 g/L），天门冬氨酸转移酶9.8↓（15～40 U/L），胱抑素C 1.49↑（0～1.4 mg/L），补体C1 q138.9↓（159～233 mg/L）；余（-）。
1.3 影像学表现
CT：平扫左侧桥小脑角区片状低密度影（图1）。MRI：左侧桥小脑角区听神经根部可见大小约4.3 cm×5.9 cm×4.8 cm，囊实性混杂信号影，实性部分T1WI、T2WI呈混杂信号，边界清晰，边缘欠规整，DWI呈混杂信号。增强扫描实性成分呈不均匀明显持续性强化（图2），听神经增粗，左侧内听道扩大。影像诊断为左侧听神经瘤。
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图 1 ISFT患者CT平扫图像（a）和（b）轴位CT平扫示左侧桥小脑角区片状低密度影（红箭），周围水肿明显，左侧内听道扩大（蓝箭）。Figure 1. CT plain scan of the patient with ISFT![]()
图 2 ISFT患者MRI平扫及增强图像（a）～（c）MRI平扫示左侧桥小脑角区听神经根部大小约4.3 ㎝×5.9 ㎝×4.8 ㎝囊实性混杂信号影（红箭），实性部分T1WI（a）、T2WI（b）呈混杂信号，边界清晰，边缘欠规整，DWI（c）呈混杂信号，听神经增粗，左侧内听道扩大，邻近脑实质及第四脑室受压推移，瘤周水肿明显，并可见流空血管影；（d）～（g）增强扫描图像，（d）和（e）为轴位，（f）和（g）分别为矢状位和冠状位，肿瘤实性成分呈不均匀明显持续性强化（红箭），窄基底与硬脑膜相连，T2WI低信号区强化明显。Figure 2. MRI plain and contrast-enhanced images of the patient with ISFT1.4 诊疗过程
手术记录：术中见肿瘤色淡红，包膜完整，血供丰富，肿瘤向上方生长到小脑幕孔，压迫脑干，与脑干粘连紧密，并包绕面神经。
术后病理：脑部梭形细胞肿瘤（图3），免疫组化结果支持孤立性纤维性肿瘤。免疫组化结果：Vim（+），GFAP（-），CD34（+），EMA（-），CK（-），S-100（-），SMA（-），Calponin（-），CD31（-），Bcl-2（+），CD99（少部分+），CD68（散+），Lysozyme（散+），P53（-），Ki-67（+3～5％）。
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图 3 ISFT患者术后病理图像（a）和（b）镜下肿瘤细胞呈梭形，稀疏区与密集区交替分布（HE,×200）。Figure 3. Postoperative pathological images of the patient with ISFT1.5 随访
患者术后1年半门诊复查，左侧面神经麻痹，左侧面部憋胀，余无明显不适。
2. 讨论
孤立性纤维瘤（solitary fibrous tumor，SFT）是一种间叶组织来源的梭形细胞肿瘤，起源于结缔组织中的CD34阳性的树突状细胞，既可发生于胸膜腔，也可发生于全身各部位，如肝脏、腹膜、头颈部等。颅内孤立性纤维瘤由Carneiro等[1]于1996年首先报道，发病率极低，目前国内外文献报道相关病例较少。
2021年WHO中枢神经系统肿瘤将其划分为间叶性非脑膜上皮肿瘤，分为Ⅰ～Ⅲ 级；核分裂象<5/10 HPF时，若镜下有致密胶原纤维伴相对较低密度的梭形细胞则为Ⅰ级，若梭形肿瘤细胞多而胶原较少，且有“鹿角”状脉管系统则为Ⅱ级，核异型性明显，核分裂象≥5/10个高倍镜视野（high power field，HPF）时，为 Ⅲ 级。该分类取消了2016版“孤立性纤维瘤/血管外皮细胞瘤（hemangiopericytoma，HPC）”的混合术语，并将所谓HPC合并于“孤立性纤维瘤”[2-3]。
2.1 病因及发病机制
孤立性纤维瘤的病因及发病机制尚不明确，Miettinen等[4]认为SFT的发生可能与环境因素或基因变异相关，其可能的机制是包含NAB2-STAT6融合基因的染色体12q13臂内倒置。
2.2 临床特征
ISFT在人群中的发病率并无显著性别差异，可发生于任何年龄段，以51～60岁年龄组占比最大，本例ISFT为中老年男性，发病年龄与以往文献报道一致。ISFT大多位于小脑幕（16％），其次是大脑额凸、桥小脑角区（CPA）、脑室、大脑镰和颅后窝[5]。
临床表现依据病程和发生的部位不同表现各异，初期可无明显症状，肿瘤体积增大时发生在幕上常有头痛、头晕、恶心、呕吐、癫痫等症状；幕下可有听力下降、脑干受压或行走不稳等症状。本例发生于左侧桥小脑角区，双下肢无力，步态不稳，符合幕下ISFT临床特征。
2.3 CT与MRI影像学表现
CT平扫检查ISFT表现为孤立性、实质性肿块，多呈圆形、类圆形，一般体积较大，边界多光整，境界清楚，无分叶或浅分叶，呈软组织密度，囊变坏死区呈低密度，钙化少见。增强扫描病灶实性部分明显强化，体积较大时可见无强化的囊变坏死区[6]。
MRI检查具有良好的软组织分辨能力，在ISFT诊断中具有明显优势。T1WI多呈等低或等信号，T2WI可表现为高信号、稍高信号或低信号。T2WI上出现高低信号混杂的现象称为“阴阳征”或“黑白征”，是影像诊断ISFT一个相当重要的典型征象，即高信号区反映黏液坏死变性及血管间质细胞堆积，稍高信号区反映肿瘤细胞密集区域，低信号区反映致密胶原纤维[7-8]。动态增强扫描肿瘤多为不均匀持续性强化或进行性延迟强化，T2WI低信号区明显强化[9-10]。
此外，ISFT由于瘤体及瘤周血运丰富，常出现流空血管影，也是典型征象之一。但是部分脑膜瘤也可见血管流空，区别在于ISFT多表现为“蛇形流空效应”，而脑膜瘤以“光芒征”多见，其原因是ISFT主要来源于颈内动脉或椎动脉分支供血，而脑膜瘤主要来源于颈外动脉的脑膜中动脉供血[11-12]，因此可以为二者鉴别诊断提供思路。部分ISFT可见“脑膜尾征”，但该征象少见，不具有特异性，只能说明肿瘤与硬脑膜关系密切，并不能对肿瘤来源进行鉴别。
本例患者出现“阴阳征”与流空血管影，并且肿瘤以窄基底与硬膜相连，呈“脑膜尾征”，符合文献报道。
2.4 诊断与鉴别诊断
尽管颅内孤立性纤维瘤患者的MRI表现具有相对特异性，但是未出现“阴阳征”等典型表现时较难做出明确诊断，确诊依赖于病理及免疫组织化学检查。ISFT病理主要表现为梭形细胞呈束状或不规则排列在透明样病变血管周围，伴有宽大的胶原纤维[13]。免疫组化检查常表现为CD34（+）、Bcl-2（+）和Vimentin（+）；EMA（-）和S-100（-）[14]，其中CD34可作为特异性免疫标志物之一，本例患者免疫组化结果与文献一致，符合颅内孤立性纤维瘤诊断。
随着对SFT的深入研究，有学者发现STAT6诊断SFT有高度敏感性和特异性[15]，STAT6与CD34等传统标记物联合诊断SFT可能成为新趋势。
ISFT在影像学上主要与脑膜瘤、神经鞘瘤和转移瘤等鉴别。①脑膜瘤：起源于蛛网膜帽状细胞，多呈圆形或类圆形，CT平扫肿瘤多为均匀的略高密度，钙化多见，相邻颅骨可见增生，增强扫描肿瘤呈均匀一致的显著强化，边缘锐利；在T1WI上多数为等信号，少数低信号，T2WI可为高、等或低信号，增强扫描明显均匀强化并有“脑膜尾征”。而ISFT信号多不均匀，稍高信号内可见小片状低信号，不均匀持续性强化或进行性延迟强化；相邻颅骨可有侵蚀，增生少见。②神经鞘瘤：ISFT发生于桥小脑角区时需与听神经鞘瘤鉴别，后者可见特征性桥小脑角区“冰激凌征”，与周围组织分界清楚，囊变坏死多见，多呈不均匀T1WI低、T2WI高信号，增强扫描实性部分明显强化，较早出现颅神经功能缺损症状。本例患者肿瘤发生于桥小脑角区，影像可见听神经增粗、内听道扩大等表现，故术前误诊为听神经瘤。
综上所述，颅内孤立性纤维瘤是一种临床罕见的中枢神经系统肿瘤，当瘤内出现“阴阳征”或“黑白征”、T2WI低信号区明显强化及流空血管影等时应考虑诊断ISFT，最终确诊需病理及免疫组织化学检查。
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图 1 示意层面选取与图像重组。患者：女，59岁，采用螺旋扫描并进行MPR和VR重组
Figure 1. Layers selected and reformation of patent images (female, 59 years old). Spiral scanning as well as MPR and VR reformations were performed
表 1 不同设备扫描参数及重建参数
Table 1 Scanning parameters and reconstruction parameters of different devices
Philips IQon Spectral CT Siemens SOMATOM Force CT GE Revolution evo CT GE Revolution TM CT 联影 uCT760 相同
参数管电压（kV） 120 窗宽窗位（HU） 30/80 矩阵 512×512 迭代/重建算法 iDose4（1） ADMIRE（3） ASiR-V （30%） ASiR-V（50%） KARL 3 D（5） 滤过核 Brain Std (UB) Hr40 Stnd Stnd H_SOFT_B 螺旋
扫描管电流（mAs） 250 360 280 360 283 旋转时间（s） 0.5 1 0.8 0.5 0.8 准直宽度（mm） 16×0.625 96×0.6 32×0.625 64×0.625 32×0.625 螺距 0.935 0.55 0.969 0.156 0.675 扫描范围 第二颈椎至颅顶 层厚/层间距（mm） 1 0.75 0.625 0.625 0.625 轴位
扫描管电流（mAs） 250 300 280 360 273 旋转时间（s） 0.75 Multi 2 1 1 1 准直宽度（mm） 16×0.625 96×0.6 32×0.625 256×0.625 32×0.625 扫描范围 颅底至颅顶 层厚/层间距（mm） 1.25 0.75 0.625 0.625 1.25 注：Philips IQon Spectral CT与联影 uCT760轴位扫描可选择的最薄层厚为1.25 mm。 
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表 2 不同设备两组MPR图像CNR
Table 2 CNR of MPR reformation images for two groups of different devices
A组 B组 t Z P 设备1 横断面 429.40（396.71,492.04） 452.40±92.51 − −2.006 0.045 冠状面 492.19（446.79,541.96） 558.67±99.25 − −0.071 0.944 矢状面 689.61±162.95 698.12±202.69 −1.890 − 0.061 设备2 横断面 487.31±114.40 455.50±73.94 1.197 − 0.237 冠状面 517.447±114.62 562.33±145.79 −1.249 − 0.217 矢状面 648.56±208.63 619.79±170.99 0.548 − 0.586 设备3 横断面 488.67±1.07 540.26（458.20,555.66） − −1.664 0.096 冠状面 565.29±88.56 617.18±98.84 −1.749 − 0.088 矢状面 645.22（580.19,790.15） 637.94±163.56 − −0.933 0.351 设备4 横断面 513.70（474.95,516.36） 527.52±46.97 − −1.393 0.164 冠状面 544.55（516.62,547.18） 495.95（450.15,547.98） − −1.569 0.117 矢状面 557.28（542.33,600.84） 695.28±168.37 − −2.894 0.004 设备5 横断面 544.77（516.73,609.39） 543.98（516.93,546.61） − −0.690 0.490 冠状面 770.30±167.57 742.72（649.45,906.70） − −0.203 0.839 矢状面 858.49±139.79 789.58±187.85 1.316 − 0.196 注：CNR对比噪声比；正态分布资料使用两独立样本t检验；非正态分布资料使用Mann - Whitney U 检验；“−”代表无对应数据。
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表 3 不同设备两组图像质量主观评分
Table 3 Analysis of subjective scoring of image quality for two groups of different devices
A组 B组 Z P 设备1 横断面 3（3,3） 3（3,3） −1.869 0.062 冠状面 3（3,3） 3（2,3） −1.350 0.177 矢状面 2（2,3） 2（2,2） −0.113 0.910 VR 3（3,3） 2（2,2） −6.398 0.000 设备2 横断面 3（3,3） 3（3,3） −1.525 0.127 冠状面 3（3,3） 2（2,2） −2.525 0.012 矢状面 3（2.25,3） 2（2,2） −5.468 0.000 VR 3（3,3） 2（2,2） −7.123 0.000 设备3 横断面 3（3,3） 3（3,3） −0.989 0.323 冠状面 2（2,3） 2（2,2） −2.502 0.012 矢状面 2（2,2） 2（2,2） −2.226 0.026 VR 3（3,3） 2（2,2） −5.637 0.000 设备4 横断面 3 3 − − 冠状面 3（3,3） 2（2,3） −1.964 0.050 矢状面 3（2.25,3） 2（2,3） −2.511 0.012 VR 3 3（3,3） −1.000 0.317 设备5 横断面 3（3,3） 3（3,3） −1.433 0.152 冠状面 3（3,3） 2（2,2） −4.377 0.000 矢状面 3（3,3） 2（2,2） −5.204 0.000 VR 3（3,3） 2（2,2） −5.941 0.000 注：非正态分布资料使用Mann - Whitney U 检验；“−”代表无对应数据。
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表 4 不同设备两组辐射剂量及扫描长度比较
Table 4 Comparison of radiation dose and scan length between two groups of different devices
A组 B组 降低值 Z P 设备1 CTDIvol(mGy) 48 48 0% − − 扫描长度(mm) 176.00（170.25,196.50） 150.00（150.00,150.00） 14.77% −6.917 0.000 DLP(mGy·cm) 908.0（844.80,955.20） 720.00（720.00,720.00） 20.70% −9.397 0.000 ICRP103(mSv) 2.14（1.96,2.18） 1.88（1.72,1.97） 12.15% −6.490 0.000 设备2 CTDIvol(mGy) 51.18 50.97 0.41% − − 扫描长度(mm) 193.05±12.18 143.99（143.99,148.50） 25.41% −5.339 0.000 DLP(mGy·cm) 976.29±79.61 733.90（733.90,759.25） 24.83% −5.149 0.000 0 ICRP103(mSv) 2.39±0.18 2.03（1.83,2.04） 15.06% −5.378 0.000 设备3 CTDIvol(mGy) 47.61 50.44 −5.94% 扫描长度(mm) 183.65±12.61 160.01（140.53,162.01） 12.87% −4.549 0.000 DLP(mGy·cm) 876.71±57.80 706.22（706.22,807.11） 19.45% −4.639 0.000 ICRP103(mSv) 2.15±0.15 2.01（1.97,2.05） 6.51% −2.880 0.000 设备4 CTDIvol(mGy) 43.97 50.77 −15.47% − − 扫描长度(mm) 201.11±13.58 160.00（159.99,160.00） 20.44% −4.967 0.000 DLP(mGy·cm) 884.29±59.71 812.29（812.29,812.29） 8.14% −3.995 0.000 ICRP103(mSv) 2.19（2.12,2.26） 1.92（1.90,2.18） 12.32% −2.705 0.007 设备5 CTDIvol(mGy) 48.76 48.98 −0.45% 扫描长度(mm) 171.99（166.02,182.21） 140.23（140.00,140.82） 18.47% −5.432 0.000 DLP(mGy·cm) 838.51（809.39,888.66） 686.80（686.64,687.21） 18.09% −5.411 0.000 ICRP103(mSv) 2.17（2.13,2.29） 1.91（1.70,1.92） 11.98% −5.376 0.000 注：非正态分布资料使用Mann - Whitney U 检验，“−”代表无对应数据，降低值为B组比A组降低百分比。
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