关于双能CT评估脑血管疾病患者脑灌注的学术研究报告
本研究的主要作者为刘琴、陆晓丹、林其环、朱娜和徐一凯（通讯作者），所有作者均来自中国广州的南方医科大学南方医院医学影像中心。该研究以《Correlation between perfusion and dual-layer spectral-detector CT in patients with cerebrovascular disorders》为题，于2025年发表在放射学领域的期刊 *European Radiology*（第35卷，第6973-6982页）。
一、 学术背景
本研究属于医学影像学和神经放射学交叉领域，具体聚焦于脑灌注成像技术。脑灌注成像对于评估脑血管疾病（如缺血性卒中、短暂性脑缺血发作、烟雾病等）患者的脑血流动力学状态至关重要，能够提供脑血流量、脑血容量、平均通过时间和达峰时间等关键参数，有助于指导治疗决策和预后判断。
传统的计算机断层扫描灌注成像（Computed Tomography Perfusion, CTP）虽然是一种无创、便捷的功能性检查手段，但其需要连续、多次的三维扫描以获取时间-密度曲线，导致患者接受的辐射剂量较高，这在一定程度上限制了其在临床的广泛应用。
近年来，双能CT（Dual-Energy CT, DECT）技术，特别是双能层谱探测器CT（Dual-Layer Spectral-Detector CT, DLCT）的发展，为低剂量灌注评估提供了新的可能性。DLCT通过单次扫描即可获取能谱数据，并重建出虚拟单能量图像（Virtual Monochromatic Images, VMIs）和碘密度图（Iodine Density, ID map）。碘密度图可以反映组织中碘对比剂的分布，理论上与组织的血液供应（灌注）相关。已有研究表明，在腹部等器官中，碘密度图与CT灌注参数存在良好相关性，可作为灌注评估的低剂量替代方案。
然而，在脑血管领域，关于DLCT衍生的灌注参数（尤其是碘密度图）与传统CTP参数之间一致性和相关性的数据尚不充分。因此，本研究旨在填补这一空白，其核心目标是：1）评估从传统CTP和DLCT的虚拟单能量图像重建出的脑灌注参数之间的一致性；2）分析从DLCT血管成像（CTA）获得的碘密度图与CTP灌注参数（尤其是相对值）之间的相关性，从而初步探讨DLCT碘图作为脑CTP低剂量替代方案的可行性。
二、 详细研究流程
本研究是一项回顾性观察性研究，在单一机构（南方医科大学南方医院）完成。其工作流程包含以下几个关键步骤：
1. 研究对象纳入与排除： 研究回顾性收集了2022年5月至7月期间连续200例因脑血管疾病住院的患者。所有患者均接受了DLCT平台的CTP和CTA检查，并后续通过数字减影血管造影（DSA）确认了脑血管狭窄程度。研究制定了严格的纳入和排除标准以确保研究对象的同质性和图像质量。最终，共有163名患者符合所有标准并被纳入最终分析。患者的基线特征包括年龄、性别、病史（高血压、糖尿病、吸烟史）以及诊断类型（缺血性卒中、短暂性脑缺血发作、烟雾病等）和血管狭窄程度，这些信息均被详细记录（见表1），以描述研究人群的构成。
2. 影像学数据采集协议： 所有检查均在同一台DLCT设备（Philips Healthcare的Spectral CT）上进行。扫描协议分为两部分： * CTP扫描： 采用Jog模式进行全脑覆盖的动态灌注扫描，持续60秒，共进行20次连续采集。扫描参数为：管电压100 kVp，管电流50 mAs。对比剂为碘普罗胺，剂量45 mL，注射速率4.5 mL/s，随后以相同速率注射45 mL生理盐水。 * CTA扫描： 在CTP之后进行全脑单期相CTA扫描，以评估颅内血管状态。追加注射20 mL对比剂，速率2.5 mL/s，随后注射30 mL生理盐水。扫描参数为：管电压120 kVp，管电流50 mAs。
3. 图像后处理与参数生成： 后处理在工作站（Philips Intellispace Portal）上进行，此过程涉及多种图像重建和参数计算： * CTP参数生成： 首先，从相同的能谱CTP原始数据中重建出两组图像：传统CTP（CCTP）图像和能谱虚拟单能量图像CTP（SCTP）。SCTP重建了从40 keV到70 keV（以10 keV为间隔）以及100 keV共6个能级的VMIs。对于CCTP和每一组SCTP图像，软件均自动生成四个灌注参数图：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）和达峰时间（Time to Peak, TTP）。 * 兴趣区（ROI）勾画与数据提取： 由两名经验丰富的放射科医师（分别具有6年和5年脑CTP经验）在不知晓研究设计的情况下，于双侧大脑中动脉供血区对称地勾画大小基本一致（平均面积约15 cm²）的ROI，并小心避开皮质血管、骨骼和脑脊液。如有分歧，则由第三位资深放射科医师（26年头颈部影像经验）裁决。通过ROI，提取双侧的CBF、CBV、MTT、TTP的绝对值，并计算左右侧比值作为相对值（例如，rel_CBF = 左侧CBF / 右侧CBF），以进行归一化处理，减少个体间差异。 * 碘密度图生成与测量： 同时，从单次扫描的CTA能谱数据中重建出碘密度图。在上述相同的双侧大脑中动脉供血区位置，勾画相同大小的ROI，测量双侧的碘密度绝对值，并计算其相对值（rel_ID）。
4. 辐射剂量评估： 研究计算并比较了CTP扫描和单次CTA扫描的剂量长度乘积（Dose Length Product, DLP）和有效剂量（Effective Dose, ED），以量化DLCT CTA相对于传统CTP的剂量降低优势。
5. 数据分析方法： 研究采用了多种统计方法： * 一致性分析： 使用Kruskal-Wallis检验比较CCTP与不同keV下SCTP参数（绝对值和相对值）的差异。使用Bland-Altman图评估CCTP与SCTP参数之间的一致性，计算偏差和95%一致性界限。 * 相关性分析： 使用Spearman检验分析碘密度图（绝对值和相对值）与CCTP及SCTP灌注参数之间的相关性。 * 辐射剂量比较： 使用独立样本t检验比较CTP与CTA的DLP和ED。
三、 主要研究结果
1. CTP与SCTP灌注参数的一致性与差异： * 参数差异： Kruskal-Wallis检验显示，CCTP与SCTP在CBV（双侧）、MTT（双侧）、TTP（双侧）以及左侧CBF的绝对值上存在显著差异（p < 0.05）。然而，在右侧CBF以及所有灌注参数的相对值（rel_CBF, rel_CBV, rel_MTT, rel_TTP）上，CCTP与SCTP之间均未发现显著差异（p ≥ 0.05）。这表明，虽然绝对数值受重建算法（多能谱 vs. 虚拟单能谱）影响而不同，但用于评估双侧不对称性的相对值具有更好的一致性。 * 一致性评估： Bland-Altman分析进一步证实了上述发现。结果显示，来自60 keV VMIs的CBF、CBV、MTT绝对值与CCTP具有良好一致性（p ≥ 0.05）。更重要的是，几乎所有SCTP的灌注参数相对值（除100 keV的rel_CBF外）都与CCTP的相对值表现出良好的一致性（p ≥ 0.05）。这表明，特别是60 keV的VMIs以及使用相对值进行分析时，SCTP可以很好地替代CCTP进行灌注评估。 * 相关性强度： Spearman相关分析表明，40-70 keV VMIs的CBF、CBV、MTT、TTP值与CCTP对应参数值存在良好至极好的相关性。而100 keV VMI与CCTP在CBF、CBV、TTP上仅呈中度相关，在MTT上无显著相关。
2. 碘密度图与CTP参数的相关性： 这是本研究的另一个核心发现。 * 与相对CBF的相关性： 相对碘密度（rel_ID）与相对脑血流量（rel_CBF）表现出良好的相关性。具体而言，rel_ID与CCTP的rel_CBF相关性最高（r = 0.673， p < 0.001），与50 keV、60 keV、70 keV SCTP的rel_CBF也高度相关（r值分别为0.604， 0.628， 0.614， p均<0.001）。与40 keV和100 keV SCTP的rel_CBF呈中度相关。 * 与绝对参数的相关性： 碘密度（ID）的绝对值与CCTP及SCTP的CBF、MTT、TTP绝对值呈弱至中度相关（正相关或负相关符合生理预期，例如ID与CBF正相关，与MTT、TTP负相关）。然而，ID与CBV值之间未发现显著相关性。 * 图像示例： 研究提供了病例图像，直观展示了在存在脑血管狭窄的患者中，CCTP、不同keV的SCTP以及碘密度图所显示的灌注缺损区域具有相同的趋势（见图3，图5），从视觉上佐证了定量分析的结果。
3. 辐射剂量结果： 数据分析显示，单次CTA扫描的平均有效剂量（38.83 ± 1.61 mSv）显著低于CTP扫描的平均有效剂量（80.16 ± 5.14 mSv）（p < 0.001）。从CTA能谱数据中获取的碘密度图，其辐射剂量比传统脑CTP降低了约39%。 这一结果凸显了DLCT技术在降低辐射暴露方面的潜在优势。
四、 研究结论
本研究得出以下主要结论： 1. 一致性结论： 从双能层谱探测器CT的虚拟单能量图像重建出的脑灌注参数（SCTP），特别是使用60 keV图像以及采用相对值进行分析时，与传统CTP（CCTP）获得的参数具有良好的一致性。这表明SCTP有潜力作为CCTP的一种替代方法。 2. 相关性结论： 从DLCT单次扫描CTA中获得的相对碘密度图（rel_ID）与相对脑血流量（rel_CBF）存在良好的相关性。这为使用碘密度图作为快速、粗略评估脑灌注的替代指标提供了初步证据。 3. 临床价值： 结合辐射剂量降低的优势，本研究结果表明，双能层谱探测器CT衍生的碘密度图，凭借其快速的成像速度（单次扫描）和较低的辐射剂量，在未来临床实践中具有评估脑血流动力学的潜在应用价值。例如，对于疑似急性脑血管病的患者，在进行CTA评估血管状况的同时，可利用同步生成的碘密度图快速评估脑组织灌注情况，尤其在患者无法耐受长时间CTP扫描时。
五、 研究亮点
六、 其他有价值的内容与局限性
研究在讨论部分也坦诚指出了其局限性： 1. ROI勾画的局限性： 采用手动勾画ROI且仅选取了大脑中动脉供血区部分区域，可能引入偏倚。尽管研究者通过固定ROI位置和由经验丰富的医师操作来尽量减少误差，但未来自动化或全脑分析方法可能更优。 2. 技术变量的影响： 碘浓度、扫描延迟时间等多种因素可能影响能谱CT灌注结果，其标准化和可重复性仍需进一步验证。 3. 患者群体的异质性： 研究纳入了不同疾病类型和灌注状态的患者，可能带来异质性。未来需要针对特定疾病（如急性大血管闭塞性卒中）进行更深入的研究。 4. 未来方向： 作者提出，未来研究应评估DLCT其他参数（如有效原子序数图、电子云密度）在灌注分析中的价值，并进一步探索其在脑血管疾病治疗前后监测中的应用潜力。
这项由刘琴等人完成的研究，为双能层谱探测器CT在脑灌注评估中的应用提供了有力的初步证据。它表明，在保证评估一致性的前提下，DLCT技术有望以更低的辐射剂量和更快的扫描速度，为脑血管疾病的诊断和监测提供新的影像学生物标志物，具有重要的科研价值和临床转化前景。