文摘
背景和目的:知识的脑血流量(CBF)改变例急性中风可能有价值的管理这些病例的早期。在脑灌注成像技术提供评估,涉及连续收购脑CT灌注CT研究获得的部分在一个轴向模式四碘化造影剂。他们也很容易执行紧急设置。CBF的灌注CT值已被证明是准确的动物,人类和灌注CT提供合理的价值。本研究的目的是验证灌注CT研究提供的CBF相比结果稳定的氙CT,已报告是准确的,并评估CT数据的采集和处理方法,特别是可能的反褶积方法和动脉的选择参考。
方法:十二稳定氙CT灌注CT脑检查几分钟的时间间隔内进行各种脑血管疾病患者。CBF地图被反褶积得到灌注CT数据使用奇异值分解和最小均方的方法。巴西足协与稳定的氙CT结果比较在多个地区通过线性回归分析,两国的利益t测试匹配的变量。
结果:线性回归分析显示良好的相关性灌注CT和稳定的氙CT CBF值(奇异值分解方法:R2斜率= 0.87 = 0.79;最小均方方法:R2斜率= 0.67,= 0.83)。两国t测试匹配变量不确定两种成像方法之间的显著差异(P>。1)。反褶积方法等价的(P>。1)。的选择参考动脉是一个主要问题,有很强的影响最终的灌注CT CBF图。
结论:灌注CT的研究以足够的采集参数和处理导致CBF取得准确、可靠的结果。
脑实质的可行性取决于脑血流量(CBF)(1、2)。复杂的自动调整过程确保区域CBF的调整当地的能量需求,取决于当地的神经元的活动水平(3、4)。CBF改变遇到与多种病理情况下,最常见的是中风。中风影响美国每年的500000名患者(5)。脑梗塞发生CBF值< 10到15 cc / (100 g×分钟),而半影,有关可逆脑缺血,发生在CBF 15至20 cc / (100 g×分钟)(6 - 8)。现在适应症溶栓治疗依赖于症状的开始之间的时间间隔(劣质或优于3人力资源)和本地脑CT发现(5、9、10)。CBF的定量知识地图,表明神经损害的严重程度和潜在的可逆性,可能允许临床使用上述理论阈值;溶栓时实现半影盛行在梗塞的面积可能不仅更有利可图,而且可能降低颅内出血的危险(11、12)。
现在可以使用不同的成像技术评估CBF,尤其是稳定氙CT灌注CT研究。稳定氙CT与动态CT扫描在病人吸入的气体混合物稳定氙和氧气。肺泡氙积累由热导率测量end-tidally分析仪和假定等于动脉氙浓度。稳定的氙是一种扩散性的气体,逐步渗透到大脑血液和神经元在平衡的基础上。其与脑的防辐射增加CT单位连续脑CT部分增加的实质氙浓度的稳定。稳定的氙CT数据分析是通过应用均衡实现指标模型(13-20),这依赖于菲克定律: 其中C一个(t)和Cv(t)指定的瞬时动脉和静脉的浓度指标在时间t,而Q (t)指定的数量指标在当地的血管网络与时间t。平衡指标模型假设之间的平衡静脉,CvC (t)和实质b(t)浓度的指标: 在哪里λ与大脑parenchyma-blood分配系数的指标。方程式1和2的结合和发展导致支持平衡指标模型的方程: CBF图推断从稳定氙CT数据分析相比,放射性标记的微球的研究,从而证明所提供的定量和准确(研讨会)。
稳定的氙CT,然而,从病人需要优秀的协作,以及专门的和昂贵的设备。也许偶尔负责呼吸速率下降(但没有呼吸衰竭)报告说,头痛,恶心,呕吐和抽搐。在一个大型研究涉及1839名患者,这些副作用观察,分别在3.6%,0.4%,0.2%,0.2%的病人(24)。
收购脑CT灌注CT研究涉及顺序部分实现轴向模式,在四碘化管理的对比材料。灌注CT数据由每个像素的对比度增强资料获得,后者涉及线性time-concentration曲线的对比材料。分析这些曲线实现根据中央卷原则,已报最准确的结果(25-31)。区域脑血容量地图是推断的定量估计局部体积平均效应,完全没有参考像素的中心大上矢状静脉窦: cb v,代表脑血容量都未校正系数,考虑到碘化造影剂仅限于等离子体阶段的血(31-36)。脉冲函数和相关平均运输时间地图的反褶积结果的实质time-concentration曲线参考动脉曲线。最后,结合脑血容量和平均运输时间在每个像素导致CBF值(图1通过简单的方程)(29-31): MTT代表平均运输时间。灌注CT研究很容易执行机构与CT单位,甚至严重影响患者。在实现多探头CT单元时,允许两个10毫米脑CT检查部分。研究快速、不需要额外的材料或专业技术人员。他们不是浪费时间,因为他们可以很容易地完成每一个中风病人的脑CT进行调查(37)。
CBF的灌注CT值已被证明是准确的动物(38、39)在人类和负担合理的值(37)。然而,他们从未验证对另一个CBF成像技术在人类或只有有限的方式(40)。
方法
9名患者接受稳定的氙CT脑灌注是前瞻性评估确定从1999年9月至2000年5月期间,包括在这项研究。古典禁忌症的第四政府碘化造影剂被尊重。脑灌注的评价的原因的病人所示表1。对于这些患者,灌注CT检查结束后几分钟内稳定的氙CT。三个病人经历了稳定的氙CT和灌注CT研究两次:病人2和3,3个月后第一对氙CT灌注CT;患者3、4个月后。患者中3、4、5、6,大脑血管储备评估通过执行两个稳定的氙CT检查在20分钟的时间间隔,前后四1 g乙酰唑胺。对于这些患者,灌注CT后立即进行第二个稳定的氙CT。本研究协议是我们医院伦理委员会批准,并从每个病人知情同意了之前灌注CT表现。
稳定的氙CT研究进行CT单位配备了多探头阵列(Lightspeed CT单位;通用电气(General Electric)、密尔沃基、WI)。成像协议由六个连续的10毫米部分(240年80千伏峰值,mAs)位于大脑半球。这个协议之前和期间四次重复了两次吸入的气体混合物含有28%稳定的氙,25%的氧气,和47%的空气,总共6分钟。获得的数据进行了分析与专用PC部门后处理软件(XeCT系统2;公司多元化的诊断产品,休斯顿,德克萨斯州)。
在灌注CT研究中,两个相邻水平六检查的选择的基底核。25连续10毫米CT部分获得每2年代这两个相邻级别(多探头阵列CT单位),总收购50年代的时代。收购马斯参数80千伏峰值和200。CT是2 s IV管理1.3 cc /公斤之前受者的力量注入器5 cc /秒的速度。延迟注射对比剂之前允许收购基线图像对比度增强。灌注CT的镇静是相同的条件和稳定的氙CT如果这样使用镇静(病人8)。最后,收购灌注CT数据开始3分钟后的稳定氙CT研究中,允许一个完整的本事的稳定氙呼气和大脑,如图所示的热导率测量end-tidal氙浓度稳定。
这灌注CT协议涉及额外291毫西弗的辐射剂量。关于辐射的随机效应,这种剂量,一旦重新分配在整个大脑体积,达到29个毫西弗,这较低的剂量标准脑CT检查(40 - mSv)(见附录)。
稳定的氙CT结果和灌注CT数据被转移到一个工作站计算机处理和比较。灌注CT数据分析CT灌注软件工作优势窗口工作站(通用电气医疗系统、密尔沃基、WI)和我们开发一个软件,它将很快可以在网上免费。两个系统依靠中央卷原则(31)基本上打算解决相对应的超定方程组反褶积的代数公式参考动脉实质time-concentration曲线的曲线。他们使用两个不同的反褶积方法:奇异值分解(计算)和传统的最小均方(LMS)方法(见附录)。在这两种情况下,参考动脉由软件自动选择(从而避免interobserver可变性)作为与短时间达到峰值对应的像素time-concentration曲线在该地区的观察者,在大脑前动脉(ACA)或在大脑中动脉(MCA)。
最终结果包括三个CBF图:一个稳定的氙CT地图,灌注CT地图通过圣言,灌注CT地图通过LMS。这些获得的两个水平检测进行了CT在12考试的九个病人。通过使用mouse-guided光标,徒手感兴趣的区域(ROI)被吸引的三组相同CBF地图进行比较(大约30 ROI每个病人每个部分水平)。ROI得到健康的大脑区域没有ACA、MCA分支(大约10 ROI),在健康的大脑区域与ACA、MCA分支(大约10 ROI),而在病理上异常的脑区(大约10 ROI)。平均值是计算每个ROI类型在每个病人每个部分水平。ROI都是由相同的读者,然后检查第二个读者保证其足够的关于位置的选择。当有疑问关于ROI的位置,ROI是抑制,取而代之的是另一个选择的读者。统计分析对CBF值与各种各样的ROI。两国t测试匹配的变量被用来比较CBF值和线性回归分析被用来评估数据集的相关性。意义是在P<措施。
结果
灌注CT研究进行对所有9名患者没有并发症,而稳定的氙CT检查负责减少呼吸速率在一个病人(病人5)在另一个病人(3)和幻觉。稳定的氙CT研究,在所有情况下,优秀的品质,信心率优于95%;这些信心率估计,自信和获得数据,更准确地说,质量的提高曲线拟合连续脑像素氙扩散。总结了CBF的测量值表2之间的比较,结果灌注CT (图2 b和C)和稳定的氙CT (图2)显示在图3。
健康的大脑区域没有ACA、MCA分支机构,有一个很好的相关性CBF地图带来稳定的氙CT灌注CT研究。线性回归分析显示整体稳定的氙CT和相关性强圣言灌注CT CBF (CBF的地图圣言会= 4 + 0.87×CBFXe,R2= 0.79),稳定的氙CT和LMS灌注CT CBF (CBF的地图LMS= 6 + 0.83×CBFXe,R2= 0.67)。两国t测试匹配的变量显示,没有观察到的差异具有统计学意义(P0.19 = .17圣言氙和LMS氙)。(CBF反褶积方法是一样的LMS= 5 + 0.90×CBF圣言会,R2= 0.72),P相应的值t测试为0.89。
健康的大脑区域与ACA、MCA分支,灌注CT研究显示显著(P<相关措施t测试)趋势超过CBF值相比氙气CT (CBF稳定圣言会= 62 + 0.15×CBFXe,R2= 0.44;CBFLMS= 77 + 0.42×CBFXe,R2= 0.35)。
在病理异常的大脑区域,整体CBF减少注意到,平均值达大约15 cc / 100 g×分钟。一个优秀的相关性显示之间灌注CT和稳定的氙CT研究或CBF (CBF)圣言会= 3 + 0.84×CBFXe,R2= 0.58;CBFLMS= 4 + 0.85×CBFXe,R2= 0.43),P相应的值t测试0.31等于0.26为圣言氙和LMS氙。反褶积方法导致类似的结果(CBF)LMS= 2 + 0.93×CBF圣言会,R2= 0.69)。
讨论
氙CT模型依赖于平衡指标稳定,这表明之间的扩散指标的浓度平衡血液和脑实质或多或少地迅速意识到在不同的大脑区域,根据相应的当地CBF的重要性。血液的知识(或肺泡)和实质浓度曲线会导致平衡率和每个像素的CBF值(13-20)。
另一方面,灌注CT数据分析是通过中央体积原理实现的(技能)。后者描述的行为碘化造影剂丸穿过大脑毛细血管网络,对比度增强的后续修改配置文件。碘化对比材料是有限的血管,至少在第一遍和健康的脑实质。
灌注CT研究CBF不费时,耐受性良好。他们验证经典禁忌症关于四碘化造影剂。另一方面,IV管理非离子碘化造影剂可以合理地实现即使在遭受急性中风的病人(41)。
灌注CT研究不需要任何特殊的设备,除了专门的后处理软件,它将很快在互联网上提供免费软件。
即使有多探头CT单位,灌注CT大脑的覆盖率较低的稳定的氙CT,因为只有两个10毫米脑CT部分可以检查。这主要是因为更快的碘化动力学稳定的价格相比氙气CT对比材料。然而,我们的研究的目的是比较中相应的部分灌注CT和稳定的氙CT和大脑不覆盖。
灌注CT结果的有效性已被证明在动物研究(38、39)人类研究已经显示,而结果只与文献中报道的值(37)。12考试涉及9个病人,我们实验表明,灌注CT的CBF值有良好的相关性与稳定的氙CT,后者是一个大脑灌注成像技术被证明是准确的(研讨会)。更准确地说,线性回归分析在健康大脑区域没有ACA、MCA分支显示斜率接近团结和相关系数(R2)优于0.65。因为在几分钟内检查,它可以假定之间没有CBF修改发生在,因此,我们的研究没有偏见。
CBF的灌注CT值像素估计不仅包括脑实质但ACA、MCA分支也明显超过稳定氙CT值。因为CBF图应该只显示毛细血管内的血液流动,灌注CT值的像素估计包括ACA、MCA高估CBF分支。另一方面,因为稳定的氙的分配系数在血液和大脑细胞不是如此不同,这种现象不会发生在稳定氙CT研究。尽管CBF过高的像素,包括ACA、MCA分支,灌注CT研究没有明确确定病理异常脑区域,无论他们的本性,山坡上接近统一的线性回归分析。这个准确的相关大脑区域通常降低血流灌注CT研究带来足够的可靠性的评价缺血性脑实质。
两者之间无显著差异观察软件分析,至少在健康的大脑区域没有ACA、MCA树枝和病理异常的脑区。我们得出这样的结论,反褶积方法、计算方法和LMS方法,这个任务是等价的。健康的大脑区域与ACA、MCA分支,LMS软件导致CBF值均明显高于CBF值获得使用奇异值分解方法。这是因为不同的动脉检测阈值和空间滤波最后显示而不是反褶积技术。
灌注CT研究进行了80千伏峰值而不是120千伏峰值,允许显著增加对比度增强。这个结果更重要的是灌注的灰质与白质。此外,对比度增强后,射线与软组织在80千伏峰值与光电效应,由于33 keV K-edge碘对比剂中。另一方面,射线交互之前对比材料管理主要是由于康普顿效应(42)。尽管使用80千伏峰值包括较低的光子通量,它不会导致显著增加噪音,允许80千伏峰值用于灌注CT图像分析(42)。最后,灌注CT检查在80千伏峰值性能,保持毫安级不变,降低辐射剂量的2.8倍(42)。
收购脑CT部分每2年代被缺乏合理的CT单元的电影模式的研究。数据采集每2年代而不是每秒降低辐射剂量的一半,导致最后灌注CT CBF值比较稳定氙CT结果。
注射速率5 cc / s用于四碘化管理的对比材料。注射速率被视为最高容许速度对于我们的病人,尽管一些作者,谁使用最大斜率模型而不是中央体积原理,报道使用注射率高达20 cc / s(43)。虽然使用注射率高于5到10 cc / s time-concentration显然不引起重大变化曲线在肺静脉和主动脉,从而在脑动脉45(44岁),我们的研究结果的精确的相关性与稳定氙CT研究证明了我们的选择的有效性较低的注射速率。
参考动脉反褶积过程的选择是一个重要的问题。在我们的一个情况下,它强烈影响最后CBF图(图4)。在这个病人,一个巨大的颈动脉血液血液动力学改变,因此,延迟time-concentration曲线在左侧大脑中动脉。如果参考像素选择上游干线从动脉瘤或ACA或侧MCA,平均运输时间和CBF值在左半球被发现错误的高低,分别较稳定的氙CBF地图。正确的左CBF值时获得左脑实质对比度增强曲线被左deconvoluted MCA概要文件获得下行的动脉瘤。
患者的莫亚网络,这些网络不能用作引用动脉。在其他病人,对比度增强ACA、MCA曲线相似,最后灌注CT CBF地图没有根据选择不同参考动脉。的选择参考动脉急性中风,脑动脉闭塞,仍需由专门的研究。
稳定氙CT,没有关注的选择参考动脉,动脉time-concentration曲线,因为被认为是一样的,以end-tidal呼吸空气。然而,这将导致其他陷阱,尤其是慢性呼吸道疾病患者或心脏或血管分流术。
结论
总之,我们已经表明一个好的相关性灌注CT CBF和稳定的氙CT的研究结果。CBF的灌注CT值是根据中央体积原理,获得两种非参数反褶积方法的应用,计算方法和LMS方法,它被证明是等价的。参考动脉反褶积过程的选择是一个关键的专门研究还有待定义例急性中风和脑动脉闭塞。灌注CT CBF的研究从而构成一个准确和容易执行大脑灌注成像技术评估。这些研究可能变得更加重要和普遍的管理例急性中风或与其他CBF改变案例。然而,进一步验证这些患者颅内动脉闭塞是必要的。
附录
反褶积方法
圣言会和传统的LMS方法基本上打算解决相对应的超定方程组反褶积的代数公式参考动脉实质time-concentration曲线的曲线。使用速记矩阵表示法,相关卷积矩阵方程可以表示: p与实质time-concentration曲线,一个移动版本的引用的长方形矩阵动脉曲线,和h的脉冲函数考虑点(46、47)。CT灌注软件使用圣言的解析方程,而我们的软件,这将很快可以免费在我们的网站上(http://www.hospvd.ch/public/chuv/rad/home.htm),使用一个稳定的传统LMS方法的变化。
LMS方法,有效排名,K,矩阵的QR分解的决定与旋转。解决h,最K零组件,然后计算。这种方法是稳定的数值超过正常的直接解析方程的线性最小二乘问题。
另一方面,矩阵奇异值分解的方法建立U, W, VT,因此如果矩阵M×N,它可以编写如下: U是一个M×N column-orthogonal矩阵W =[诊断接头(W我)是一个积极的N×N对角矩阵或零元素(w的奇异值我系统),VT是一个N×N正交矩阵的转置。通过这种分解,可以找到解决h如下: 问题的计算方法提供了一个良好的分析:奇异值为零或接近于零的相关方程,接近彼此的线性组合。从丸通过实验的抽样数据,这意味着数据采样时间点在动脉的变化或实质time-concentration曲线随着时间的小噪音。通过消除对角线元素低于某个阈值W,噪声的影响,在计算h因此最小化。计算方法是非常稳定和高效(46)但患有的任意选择阈值消除小奇异值(47)。
辐射剂量
辐射剂量连续灌注CT涉及25 CT在轴向模式部分获得80千伏峰值和200 mAs均通过实验研究测试幻影符合美国食品和药物管理局的规则,相关有机玻璃圆柱,直径16厘米(联邦法规21 CFR Ch。1,§1020.3,食品和药物管理局,华盛顿特区,1992年)。计算归一化加权CT剂量指数和大脑有效剂量是根据欧洲指南进行计算机断层扫描的质量标准(48),这是非常接近这些推荐的食品和药物管理局。推导了brain-absorbed剂量归一化和加权CT剂量指数(49)。
考虑收购两个相邻10毫米的部分,这是由于multi-detector-array可用技术,测量的规范化和加权CT剂量指数80千伏峰值0.090 mGy / mAs。假设连续灌注CT 25协议获得的部分在一个轴向模式200 mAs和关于几何光速CT辐射传递的单位(65%)剂量效率,产生的辐射剂量是291 mGy。关于辐射的随机效应,这些计算剂量必须重新分配在整个大脑体积。因为一个20毫米厚度大约涉及脑体积的十分之一,大脑在80千伏峰值是29 mGy吸收剂量。考虑权重因子为0.0021毫西弗/ (mGy×cm)对大脑,大脑有效剂量为1.218毫西弗,这不如参考剂量水平标准的脑CT检查(2.5毫西弗)(48)。
脚注
1这项工作被接受作为一个口头报告在第86届科学大会和北美放射学会年会,芝加哥,2000年。
↵2地址重印请求里特•Meuli、副教授、诊断和介入放射学、大学医院,CHUV-BH10, 1011年瑞士洛桑。
引用
- 收到了2000年8月31日。
- 版权©神经放射学的美国社会