Gemstone Energy Spectral CT Multimodal Technique for Diagnosis of Acute Ischemic Stroke
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摘要:
目的：探索宝石能谱CT多模态检查在急性缺血性脑卒中的临床应用效果。方法：回顾性分析本院58例急性缺血性脑卒中患者能谱CT平扫、CTA及CTP图像，观察多模态64排能谱CT在诊断急性缺血性脑卒中的作用。结果：①能谱CT平扫患侧脑碘（水）值、水（碘）值含量明显低于健侧，结果存在显著差异，其余能谱曲线斜率及能谱CT值两个指标无明显差异；②能谱CT动态CTP显示58例患者中，55例（94.83％）患者存在灌注异常，患侧和对侧的 MTT、TTP及CBF等指标都存在明显差异，CBV无明显差异；③利用CTP原始图像重建的CTA原始轴位图显示颅内血管4～5级分支血管清晰，三维重建图显示血管结构清晰，可达到诊断要求。结论：能谱CT多模态技术在急性缺血性脑卒中诊断中，可快速发现梗死责任血管、分辨梗死及缺血区，检查速度快、参数多，具有重要临床价值。
Abstract:Objective: To explore the clinical application of multi-modal gemstone spectral CT in acute ischemic stroke. Methods: The spectral noncontrast CT, CTA and CTP images of 58 patients with acute ischemic stroke in our hospital were retrospectively analyzed, and the effect of multi-modal 64 spectral CT in the treatment of ischemic stroke was observed. Results: (1) The iodine (water) value and water (iodine) content of the affected side were significantly lower than those of the contralateral side in spectral noncontrast CT, which showed significant difference while there were no significant differences in the other two indexes of slope of energy spectrum curve curve and spectral CT value. (2) Spectral CT dynamic CTP showed that among the 58 patients, 55 (94.83%) patients had abnormal perfusion, and there were significant differences in MTT, TTP, CBF and other indexes between the affected side and the contralateral side, but no significant difference showed in CBV. (3) The original axial CTA image reconstructed by the original CTP images showed clear vessels of grade 4-5 branches of intracranial vessels. The three-dimensional reconstruction image showed clear vascular structure and slightly rough wall, which could meet the diagnostic requirements. Conclusion: In the dignosis of acute ischemic stroke, multi-modal spectral CT technology has important clinical value, which not only can quickly locate the infarct responsible vessels, distinguish the infarct and ischemic areas, and also holds the advantages of fast examination speed and many parameters.
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Keywords:
- spectral CT /
- ischemic stroke /
- multimodal technique
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缺血性脑卒中（ischemic stroke，IS）是缺血性脑血管病（ischemic cerebrovascilar disease，ICVD）的一种，严重危害人类的身体健康和生存质量，普通CT平扫对早期急性缺血性脑卒中检出率低，可能延误患者治疗。宝石能谱CT平扫不但能够获得基物质密度及其分布图像、不同kVp水平的单能量图像，而且还能根据所得到的能谱曲线计算出该病变或组织的有效原子序数[1]。自2009年应用于临床以来，在心脑血管成像、肿瘤的鉴别及分期、骨质疏松等研究方面取得了广泛进展[2-5]。将宝石CT的能谱平扫技术与宝石CT脑灌注（computed tomography perfusion，CTP）及CT血管造影术（computed tomography angiography, CTA）技术相结合，应用于急性缺血性脑卒中的影像学检查中，可获得更多参数的全新成像模式，为临床诊疗提供更多有用的信息，有利于对缺血性脑梗死进行分型分期并制定相应个体化治疗方案[6-7]。
本研究将能谱CT平扫+CTP+CTA 多模态形式应用于缺血性脑卒中的早期诊断，发现急性缺血性脑梗死的责任血管、分辨梗死区及缺血半暗带，以期协助临床改善脑卒中患者治疗效果及判定预后疗效。
1. 资料和方法
1.1 一般资料
选取本院2020年1月至2021年4月经临床证实的35～80岁脑卒中病例共58例行回顾性分析。病人均有一侧肢体乏力、偏瘫、失语等临床诊断缺血性症状，有脑出血、脑肿瘤、脑外伤、脑部手术及感染等病史者不含在本组内。其中男性32例（55.17％），女性26例（44.83％）。
1.2 检查方法
采用美国GE大宝石能谱CT（Discovery CT 750 HD）扫描，ADW 4.6后处理工作站。能谱CT横轴位平扫：以听眦线为水平基线，范围从颅底到颅顶；管电压80 kVp与140 kVp瞬时（0.5 ms）高速切换，自动毫安秒（mAs），探测器覆盖范围20 mm、层厚5 mm，获取单能量图像与基物质图像；宝石能谱CT容积螺旋穿梭技术CTP；管电压80 kV，管电流100 mA，管球转速0.5 r/s，扫描层厚5 mm，FOV 25 cm，探测器覆盖范围40.00 mm，适应性统计迭代重建40％。采用双筒高压注射器（NEMOTO），经肘静脉团注碘佛醇（350 mgI/mL），造影剂总量100 mL，生理盐水25 mL，注射速度4～5 mL/s（根据血管情况调整）。
血管狭窄程度评判分为轻度狭窄、中度狭窄、重度狭窄和闭塞。按照血管阻塞程度＜30％ 为轻度狭窄，血管阻塞程度30％～69％ 为中度狭窄，血管阻塞程度70％～99％ 是重度狭窄，血管狭窄100％ 为闭塞。
开始注药后4 s进行扫描，扫描时间约50 s，从颅底至颅顶来回自动穿梭扫描共30次，自动重建CTP图像。CTA：在CTP图像上找出颈内动脉最大峰值时间，选择动脉显影最好的图像作为CTA原始图进行CTA减影处理，并获取最佳图像进行CTA三维重建。
1.3 观察指标
能谱CT平扫测量感兴趣区与镜面侧能谱曲线斜率（slope of the curve，SOC）、能谱CT基物质碘（水）、水（碘）值及70 keV图CT值进行差异对比分析，要避开陈旧性病变及其他可引起密度差异的病灶。感兴趣区即为通过CTP联合CTA检查后或后期复查平扫有脑实质密度差异所得出的脑梗死区。
对比存在显著差异（表1）。后重建CTA结果显示，颅内动脉狭窄55例（94.8％），未见明显狭窄血管3例（5.5％），轻度狭窄21例（38.18％），中度狭窄14例（25.45％），重度狭窄9例（16.36％），闭塞11例（20％）。CTA原始轴位图显示颅内血管4～5级分支血管清晰，三维重建图显示血管结构清晰，壁稍毛糙，但不影响诊断，可快速发现狭窄、闭塞的责任血管。
表 1 能谱CT检查结果对比Table 1. Comparison of energy spectrum CT examination results组别/项目 能谱曲线斜率 碘（水）值／（100 ug/cm3） 水（碘）值／（mg/cm3） 单能量 CT 值／HU 患侧 0.21±0.08 1.32±0.94 1020.36±3.00 22.78±1.89 镜像对侧 0.23±0.09 0.86±0.97 1023.44±3.76 22.42±2.09 t -1.932 -4.843 -3.060 -1.061 P 0.062 0.001 0.004 0.311 能谱CT动态500排扫描得出脑血流量（cerebral blood flow，CBF）、脑血容量（cerebral blood volume，CBV）、平均通过时间（mean transit time，MTT）及对比剂达峰时间（time to peak，TTP）图像，通过对比健侧、患侧CTP图像，分析脑梗死病灶中心及缺血半暗带范围。在CTP原始轴位图像，分析脑血管显示清晰程度，寻找病变的责任血管及其血管狭窄程度，并重建CTA三维图像，统计颅内动脉狭窄情况。
1.4 统计学指标
应用SPSS 19.0软件包对数据进行分析。资料采用均数 ± 标准差（
$\bar{{{{{x}}}}}$ ±s），行t检验；以P＜0.05为检验标准，符合即为差异具有统计学意义。2. 结果
2.1 能谱CT平扫结果
本研究显示，发病6 h内常规CT平扫显示梗死低密度区6例，其余均为阴性结果。能谱CT显示17例结果未见明显差异，41例可见4个能谱参数的结果存在差异，为患侧碘（水）值（0.86±0.97）明显低于健侧（1.32±0.94），患侧水（碘）含量（1019.36±3.00）明显低于健侧（1023.44±3.76），结果存在显著差异，能谱曲线斜率及能谱CT值两个指标无明显差异（表1）。
2.2 头颅CTP+CTA结果
本次研究的58例患者中，55例患者存在CTP灌注异常，因此敏感度为94.82％（55/58）。患者患侧和对侧的MTT、TTP及CBF等指标都存在明显差异。其中，患侧的MTT（6.36±0.862）s、TTP（24.47±1.594）s明显长于对侧MTT（3.57±0.54）s、TTP（19.58±1.53）s，对比存在显著差异；患侧CBF（39.23±5.47）低于对侧（34.89±4.78），对比存在显著差异（表2）。
表 2 CTP检查结果对比Table 2. Comparison of CTP examination results组别/项目 CBV/（mL/100 g） CBF/（mL/100 g） MTT/s TTP/s 患侧 30.11±6.45 39.23±5.47 6.36±0.862 24.47±1.594 镜像对侧 29.54±6.65 34.89±4.78 3.57±0.54 19.58±1.53 t 1.946 -1.032 -3.050 -4.631 P 0.311 0.002 0.000 0.000 3. 讨论
3.1 缺血性脑卒中的诊疗现状
2018年国际卒中大会上公布的《2018 ASA/AHA急性缺血性脑卒中患者早期管理指南》中指出，不推荐对所有急性脑梗死患者常规进行颅脑磁共振成像（magnetic resonance imaging, MRI）检查，不推荐常规应用 CTA或磁共振血管造影（magnetic resonance angiography, MRA）检查确定急性脑梗死患者是否存在颅内动脉狭窄或闭塞［9］。在我国广大基层医院中，普遍不具备MRI及数字减影血管造影（digital subtraction angiography，DSA）等大型设备，大部分医院MRI不开设夜、急诊，部分基层医院尚未开展CT增强项目，因此，提高CT平扫对急性缺血性脑卒中的诊断水平对临床诊疗尤为重要［10］。
由于CTP可以反映脑组织的灌注情况，通过一些参数来进行脑梗死的分期、判定缺血半暗带与梗死核心范围，而CTA能够反映脑血管狭窄程度及侧支循环的状况，所以联合CTP和CTA对AIS患者的诊疗具有十分重要的意义[11-12]。AHA/ASA不推荐对发病6 h内的急性脑梗死患者运用灌注检查来选择适于机械取栓的患者，推荐对于距最后正常时间6～24 h的前循环大动脉闭塞患者，进行包括CT灌注、MRI-DWI或MRI灌注成像在内的多模态影像辅助患者的评估、筛选是否进行血管内机械取栓治疗。对一些急性脑梗死患者，通过CTA或MRA影像学检查为后续二级预防性治疗提供附加信息是合理的[9]。因此，CT由于其快速、高效、禁忌症少等优点在急性缺血性脑卒中发挥着巨大作用，尤其是一些不具备MRI和DSA的基层医院，多模态能谱CT的应用尤为重要。
3.2 能谱CT在缺血性脑卒中应用的优势
多参数成像是能谱CT不同于常规CT的显著特征，在原有空间分辨率、时间分辨率的基础上能谱CT增加了能量分辨率及理化性质的分辨率[13]，可提供更多的技术参数、物质定量分析、低剂量、高清成像等先进技术手段，而在越来越多的临床研究和应用上得以广泛应用[1]。常规CT平扫主要用于发现颅内出血及部分非缺血性病变（如脑肿瘤、脑感染性病变），可以避免对这部分患者进行抗栓治疗[14]。然而，常规CT平扫因各种伪影影响导致不准确，而且超急性期脑梗死脑实质密度一般未能出现差异，常规CT只依靠CT值单一的参数作为诊断标准，大大降低了其在急性缺血性脑卒中的诊断价值。
能谱CT成像可以通过基物质的解析技术获得任一能量点的单能量（kVp）图像，使得物质的衰减系数只取决于其本身密度，从而得出精准的CT值，再结合去金属伪影技术（metal artifacts reduction system，MARS），更能有效避免了各种因素形成的伪影[15-16]。
本文通过回顾性分析缺血性脑卒中的病变区域，获得了超急性期脑梗死患侧脑实质碘（水）、水（碘）值的异常结果，碘（水）图是在碘密度图上去除了水的成分，水（碘）图是在水密度图上去除了碘的成分，得出相应的数值差异可以作为脑实质病变的参考，虽然机理尚不明确，但给CT平扫诊断超急性期脑缺血灶提供了CT值以外的其他更多参数（图1）。
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图 1 女，71岁。（a）CT平扫双侧大脑半球未见异常。（b）（c）CTA检查及三维重建示左侧大脑中动脉M1段重度狭窄、闭塞。（d）术后CT平扫复查，示左侧大脑半球额、颞、顶叶多发片状低密度灶。（e）～（g）能谱模式平扫后获取的单能量CT图、碘（水）图、水（碘）图。（h）能谱斜率曲线两者重叠无明显差异Figure 1. Female, 71 years old. (a) Plain CT scan showed no abnormality in both cerebral hemispheres. (B)(C) CTA examination and THREE-DIMENSIONAL reconstruction showed severe stenosis and occlusion of M1 segment of left middle cerebral artery. (d) postoperative CT scan reexamination showed multiple patchy low-density foci in the frontal, temporal and parietal lobes of the left cerebral hemisphere. (e)-(g) Single-energy CT image, iodine (water) image and water (iodine) image obtained after plain scanning in energy spectrum mode. (h) There is no significant difference between the overlap of energy spectrum slope curves传统的头颅CTP+CTA扫描，需要分两次注入造影剂进行扫描，增加了照射剂量且错过了同时观察灌注与血管的关系，总照射剂量较一般的头颅CT增加达7倍之多[17]；纵使随着CT排数的增加，如320排螺旋CT的Z轴覆盖范围达160 mm，真正实现了全脑一站式（CT平扫、CTP及CTA）检查[18]，但宽体探测器存在的物理效应，会导致铸形束伪影及CT值的偏移。
宝石能谱CT的容积穿梭扫描技术使CTP的扫描范围达到了312.5 mm，行一站式CTP+CTA扫描时，只需一次注射造影剂且只需进行一次扫描，便可同时获得全脑CTP及原始CTA轴位图像[6]，并通过后期处理可获得较为满意的CTA三维图像。同时，宝石能谱CT通过硬件和软件平台的提升，在只需原先一半的扫描照射和一半的造影剂条件下得到相同质量的图像，降低了对比剂用量及检查程序、减少了不良反应的发生，更好的满足临床诊疗需要[19-20]（图2）。
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图 2 男，55岁。（a）右侧大脑半球额颞顶岛叶、基底节、放射冠、半卵圆中心（中动脉供血区）见大片状血流灌注下降，梗死核心区周围可见缺血半暗带，CBF较对侧减低，MTT、TTP延长。（b）和（c）右侧大脑中动脉M1以远段重度狭窄-闭塞Figure 2. Male, 55 years old. (a) Large patchy blood perfusion decreased in the right cerebral hemisphere frontotemporal parietal insula, basal ganglia, radiographic corona, and the center of semicovale (middle artery blood supply area); ischemic penumbra was observed around the infarct core area; CBF decreased compared with the contralateral side, and MTT and TTP were prolonged. (b)(C) The right middle cerebral artery M1 was severely constricted and occluded at a far segment脑血流量与脑血容量不匹配是快速评价缺血半暗带的最简便方法[21]，相对MTT＞145％，或残余功能达峰时间（Tmax）＞6 s作为缺血半暗带的外界阈值，相对脑血容量（rCBF）＜l30％ 为梗死核心，研究证实rCBF＜30％ 是最终梗死体积和患者预后的较强预测因素[22]。
4. 小结
本文将能谱CT平扫+CTP+CTA多模态形式应用于缺血性脑卒中的早期诊断过程中，具有检查速度快、成像参数多的优点，能够及时发现急性缺血性脑梗死的责任血管、分辨梗死区及缺血半暗带，较之常规CT更能提高对早期缺血性脑卒中的诊断水平。能谱CT可能有更多的基物质选择，未来可进行广泛的深入研究。
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图 1 女，71岁。（a）CT平扫双侧大脑半球未见异常。（b）（c）CTA检查及三维重建示左侧大脑中动脉M1段重度狭窄、闭塞。（d）术后CT平扫复查，示左侧大脑半球额、颞、顶叶多发片状低密度灶。（e）～（g）能谱模式平扫后获取的单能量CT图、碘（水）图、水（碘）图。（h）能谱斜率曲线两者重叠无明显差异
Figure 1. Female, 71 years old. (a) Plain CT scan showed no abnormality in both cerebral hemispheres. (B)(C) CTA examination and THREE-DIMENSIONAL reconstruction showed severe stenosis and occlusion of M1 segment of left middle cerebral artery. (d) postoperative CT scan reexamination showed multiple patchy low-density foci in the frontal, temporal and parietal lobes of the left cerebral hemisphere. (e)-(g) Single-energy CT image, iodine (water) image and water (iodine) image obtained after plain scanning in energy spectrum mode. (h) There is no significant difference between the overlap of energy spectrum slope curves
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图 2 男，55岁。（a）右侧大脑半球额颞顶岛叶、基底节、放射冠、半卵圆中心（中动脉供血区）见大片状血流灌注下降，梗死核心区周围可见缺血半暗带，CBF较对侧减低，MTT、TTP延长。（b）和（c）右侧大脑中动脉M1以远段重度狭窄-闭塞
Figure 2. Male, 55 years old. (a) Large patchy blood perfusion decreased in the right cerebral hemisphere frontotemporal parietal insula, basal ganglia, radiographic corona, and the center of semicovale (middle artery blood supply area); ischemic penumbra was observed around the infarct core area; CBF decreased compared with the contralateral side, and MTT and TTP were prolonged. (b)(C) The right middle cerebral artery M1 was severely constricted and occluded at a far segment
表 1 能谱CT检查结果对比
Table 1 Comparison of energy spectrum CT examination results
组别/项目 能谱曲线斜率 碘（水）值／（100 ug/cm3） 水（碘）值／（mg/cm3） 单能量 CT 值／HU 患侧 0.21±0.08 1.32±0.94 1020.36±3.00 22.78±1.89 镜像对侧 0.23±0.09 0.86±0.97 1023.44±3.76 22.42±2.09 t -1.932 -4.843 -3.060 -1.061 P 0.062 0.001 0.004 0.311 
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表 2 CTP检查结果对比
Table 2 Comparison of CTP examination results
组别/项目 CBV/（mL/100 g） CBF/（mL/100 g） MTT/s TTP/s 患侧 30.11±6.45 39.23±5.47 6.36±0.862 24.47±1.594 镜像对侧 29.54±6.65 34.89±4.78 3.57±0.54 19.58±1.53 t 1.946 -1.032 -3.050 -4.631 P 0.311 0.002 0.000 0.000
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