專(zhuān)利名稱(chēng)：一種基于穩(wěn)態(tài)法計(jì)算腦血容量的方法
一種基于穩(wěn)態(tài)法計(jì)算腦血容量的方法
背景技術(shù)：
急性腦血管病是神經(jīng)系統(tǒng)的常見(jiàn)疾病，其發(fā)病率和死亡率有逐年增高的趨勢(shì)，其 中約67% 80%為急性缺血性腦血管病(AICVD)。為及時(shí)篩選處于治療時(shí)間窗內(nèi)的AICVD 患者和制定恰當(dāng)?shù)闹委煼桨福R床醫(yī)師需要獲得患者的腦血流的狀況。正電子發(fā)射型計(jì)算 機(jī)體層掃描(PET)、單光子發(fā)射型計(jì)算機(jī)體層掃描(SPECT)、氙-CT (Xe-CT)等成像技術(shù)可為 AICVD患者病發(fā)后腦組織的病理生理改變提供大量有用信息，然而這些檢查方法存在某些 不足，限制了應(yīng)用和推廣?，F(xiàn)有基于計(jì)算機(jī)斷層掃描圖像(Computed Tomography,CT)計(jì)算 腦血容量，通常采用快速動(dòng)態(tài)多時(shí)相的采集方式采集數(shù)據(jù)，而后基于去卷積或非去卷積模 型計(jì)算腦血容量的值。但這種方法受CT掃描機(jī)的覆蓋范圍和轉(zhuǎn)動(dòng)速度限制，通常一次只能 計(jì)算部分腦組織的腦血容量，而且由于連續(xù)的動(dòng)態(tài)掃描需要持續(xù)足夠長(zhǎng)的時(shí)間，因此放射 線(xiàn)劑量大。隨著腦血管病研究的進(jìn)展，動(dòng)態(tài)CT腦灌注成像(computed tomography perfusion, CTP)是近年來(lái)開(kāi)展的一項(xiàng)新的功能成像技術(shù)。動(dòng)態(tài)CT腦灌注成像能夠反映腦 內(nèi)血流灌注情況，快速、可靠的評(píng)價(jià)血流動(dòng)力學(xué)改變，早期診斷急性缺血性腦血管病的敏感 性和特異性高，還可觀(guān)察病變的范圍和嚴(yán)重程度，在診斷急性腦缺血方面一直是研究熱點(diǎn)。CT灌注成像的原理CT灌注成像是從靜脈團(tuán)注對(duì)比劑后，對(duì)選定層面(1層或多層)進(jìn)行同層動(dòng)態(tài)掃 描，以獲得該層面內(nèi)每1像素的時(shí)間-密度曲線(xiàn)(TDC)，根據(jù)該曲線(xiàn)利用數(shù)學(xué)模型計(jì)算腦血 流量(CBF)、腦血容量(CBV)、對(duì)比劑平均通過(guò)時(shí)間(MTT)、峰值時(shí)間(TTP)和表面通透性圖 (PS)等參數(shù)，通過(guò)偽彩處理得到組織灌注功能圖，用來(lái)表現(xiàn)并評(píng)價(jià)組織器官灌注狀態(tài)的功 能成像方法。CBV指感興趣區(qū)(ROI)內(nèi)單位體積腦組織的血管床容積(包括毛細(xì)血管和大血管 在內(nèi))，單位為ml/100g。CBF指單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)一定腦組織血管結(jié)構(gòu)(包括動(dòng)脈、毛細(xì)血 管、靜脈和靜脈竇)的血流量，單位為ml/(100g ·π η)。MTT指血液流經(jīng)血管結(jié)構(gòu)，如動(dòng)脈、 毛細(xì)血管和靜脈竇時(shí)，通過(guò)的血管路徑不同，時(shí)間也不同，所以用平均通過(guò)時(shí)間表示，反映 對(duì)比劑通過(guò)感興趣區(qū)毛細(xì)血管的平均時(shí)間，單位為秒。TTP指對(duì)比劑首次到達(dá)掃描層面內(nèi)的 大動(dòng)脈至對(duì)比劑在腦組織中達(dá)到團(tuán)注峰值的時(shí)間間隔，正常值一般為幾秒，單位為s。PS 指由于血腦屏障開(kāi)放或腫瘤原因?qū)е聦?duì)比劑單向從血管內(nèi)滲透到組織間隙的速度，主要用 于腫瘤評(píng)價(jià)，單位為ml/ (100g · min)。學(xué)者們先后用不同數(shù)學(xué)模型進(jìn)行CT灌注方面的研究，主要有非去卷積和去卷積 模型，去卷積模型這種方法不需對(duì)組織的血流動(dòng)力學(xué)做人為假設(shè)，可使用較低的注射速率， 還可計(jì)算分布容積和平均通過(guò)時(shí)間，計(jì)算的偏差小，獲得的值比較真實(shí)。但其引入的參數(shù) 多，計(jì)算復(fù)雜，且對(duì)噪聲相當(dāng)敏感，限制了其臨床應(yīng)用。灌注成像方法先行常規(guī)CT平掃，之后立即進(jìn)行CT灌注掃描。取感興趣層面(大多為單層)為 掃描層面，一般為基底節(jié)層面，包括丘腦、基底節(jié)、內(nèi)囊和大腦前、中、后動(dòng)脈?；颊咂脚P，左臂舉起平行于頭部，通過(guò)高壓注射器經(jīng)右肘靜脈快速注入對(duì)比劑，劑量40 60ml，注射速 度4 20ml/s。以肘動(dòng)脈為參照，當(dāng)注射對(duì)比劑后CT值上升到預(yù)置值時(shí)開(kāi)始進(jìn)行同層動(dòng)態(tài) 掃描，并獲得40幅以上圖像，將這些圖像輸入計(jì)算機(jī)，使用Perfusion CT軟件做數(shù)據(jù)處理。 通過(guò)動(dòng)態(tài)分析模塊獲得感興趣區(qū)的時(shí)間-密度曲線(xiàn)，并計(jì)算各灌注參數(shù)值。最后，根據(jù)色階 分別形成腦血流圖、腦血容量圖、平均通過(guò)時(shí)間圖、峰值時(shí)間圖，并對(duì)這些圖進(jìn)行定量或半 定量分析。動(dòng)態(tài)CT腦灌注成像快速方便，不需要昂貴的附加設(shè)備，值得推廣。但到目前為止， 尚有許多問(wèn)題未得到徹底解決，例如，目前多數(shù)研究都是以1層層厚為IOmm的層面作為研 究對(duì)象(包括使用多層螺旋CT)，即使采用64排螺旋CT也僅能進(jìn)行40mm掃描，這樣位于掃 描層面以外的病灶極易漏診，整個(gè)腦組織的三維灌注成像目前尚難以實(shí)現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種基于穩(wěn)態(tài)CT腦灌注成像計(jì)算腦血容量的 方法。所述穩(wěn)態(tài)CT腦灌注成像(Steady-State CT perfusion)的基本原理是利用造影 劑注射前后血管和腦組織內(nèi)信號(hào)強(qiáng)度的變化計(jì)算腦灌注血容量，即利用注射造影劑前后腦 組織信號(hào)強(qiáng)度的變化完全源自血液中造影劑的原理，通過(guò)剪影的方式計(jì)算注射造影劑前后 腦組織各處的信號(hào)變化，由于血管中的血液信號(hào)變化也同時(shí)可以計(jì)算得到，根據(jù)血管中的 腦血容量為100ml/100g的先驗(yàn)知識(shí)，通過(guò)計(jì)算腦組織與血管中信號(hào)變化的比率可以計(jì)算 腦組織內(nèi)的腦血容量。本發(fā)明的具體方案如下一種基于穩(wěn)態(tài)法計(jì)算腦血容量的方法，包括以下步驟(1)進(jìn)行普通全腦CT掃描獲取注射造影劑前的腦組織結(jié)構(gòu)圖像；(2)在血管興趣區(qū)注射造影劑，達(dá)到穩(wěn)態(tài)后，獲取相同位置的腦組織結(jié)構(gòu)圖像；(3)使用血管像素刪減法(vascular-pixel elimination, VPE)刪除過(guò)高的腦血 容量(CBV)值，減除感興趣區(qū)內(nèi)的動(dòng)脈對(duì)腦血容量(CBV)測(cè)量值的干擾；所述VPE方法如下a. CBV > 8ml/100g的體素被認(rèn)為是血管b. CBV > CBVmean+2xCBVsd的體素被認(rèn)為是血管，其中CBVmean為腦血容量平均 值，CBVsd為腦血容量標(biāo)準(zhǔn)差，c.在最終的興趣區(qū)分析過(guò)程中，剔除被認(rèn)為是血管的體素，避免血管信號(hào)對(duì)最終 統(tǒng)計(jì)的影響。(4)通過(guò)計(jì)算腦組織與血管中信號(hào)變化的比率，并根據(jù)公式I計(jì)算腦組織的腦血
流量值，公式I:% CBV = IOOx Δ HUbrain/ Δ HUbloodCBV = Δ HUbrain/Δ HUbloodxVvoxelxNCBV 腦血容量，單位是ml/100gAHUbrain 注射造影劑前后腦組織內(nèi)信號(hào)強(qiáng)度的變化量AHUblood 注射造影劑前后大血管內(nèi)信號(hào)強(qiáng)度的變化量
Vvoxel 體素的體積，單位是mlN: IOOg腦組織中體素的數(shù)目，單位是(IOOg)-1。所述的血管興趣區(qū)包括矢狀竇、橫竇、乙狀竇、頸靜脈。由于矢狀竇、橫竇、乙狀竇、 頸靜脈內(nèi)充滿(mǎn)了血液，并且血管較大，可以最大限度的降低部分容積效應(yīng)的影響，因此血管 興趣區(qū)選擇在這樣的血管上。例如，采用本發(fā)明的方法在血管興趣區(qū)注射造影劑時(shí)，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)體重的成人造影 劑總量為100ml，注射速率為:3ml/秒，注射造影劑25秒后達(dá)到平衡態(tài)。所述達(dá)到平衡態(tài)是 指注射的造影劑在血液中混合均勻。所述25秒為設(shè)定值，根據(jù)本行業(yè)的經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)為注射造 影劑25秒后造影劑在血液中混合均勻。當(dāng)然，對(duì)于兒童或體重偏輕或偏重的人可以適當(dāng)?shù)?減少或增加造影劑的總量，或改變注射速率，取值的范圍是本行業(yè)公知的，在此就不一一贅 述。應(yīng)該理解，本發(fā)明所舉的例子并不是為對(duì)本發(fā)明的限制，而是為了更好地理解本發(fā)明。與通過(guò)動(dòng)態(tài)CT灌注成像技術(shù)計(jì)算腦血容量的方法相比，本發(fā)明的方法主要具有 以下優(yōu)點(diǎn)1.只需要基線(xiàn)信息和穩(wěn)態(tài)信息就可以計(jì)算腦血容量信息；2.可以在掃描CT血管造影(CT angiography,CTA)圖像之前掃一個(gè)基線(xiàn)圖像，這 樣在得到CT血管造影圖像的同時(shí)還可以得到腦血容量的灌注信息；3.可以進(jìn)行全腦掃描，減少探測(cè)器覆蓋范圍對(duì)掃描范圍的影響，減小對(duì)CT成像速 度的依賴(lài)；4.可以減少灌注掃描的射線(xiàn)劑量；5.降低對(duì)掃描過(guò)程中病人的運(yùn)動(dòng)的敏感程度。附圖簡(jiǎn)述

圖1是注射造影劑前的大腦枕葉皮層和深部灰質(zhì)結(jié)構(gòu)圖像。圖2是注射造影劑前的小腦和腦干結(jié)構(gòu)圖像。圖3是通過(guò)穩(wěn)態(tài)法獲得的與圖1相同的位置的腦血容量灌注圖像。圖4是通過(guò)穩(wěn)態(tài)法獲得的與圖2相同的位置的腦血容量灌注圖像。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1該研究被當(dāng)?shù)貏?dòng)物保護(hù)委員會(huì)批準(zhǔn)。11只健康大鼠被納入可行性研究。先對(duì) 大鼠頭部進(jìn)行CT連續(xù)采集，然后經(jīng)靜脈注射造影劑后對(duì)大鼠頭部的相同位置進(jìn)行CT連 續(xù)采集。我們分別用穩(wěn)態(tài)法和動(dòng)態(tài)法測(cè)量大腦頂枕葉，深部腦灰質(zhì)，小腦和腦干的CBV 值。其結(jié)果是應(yīng)用穩(wěn)態(tài)法測(cè)量大腦頂枕葉，深部灰質(zhì)，小腦和腦干的CBV值分別是 3. 19士0. 83mL/100g，3. 22士0. 82mL/100g，4. 54士 1. llmL/lOOg,和 3. 87士 1. 00mL/100g。 應(yīng)用動(dòng)態(tài)法測(cè)量對(duì)照組的大腦頂枕葉，深部灰質(zhì)，小腦和腦干的平均CBV值分別是 3. 30 士 0. 69mL/100g，3. 55 士 0. 87mL/100g，4. 56 士 0. 93mL/100g，禾口 3. 97 士 0. 81mL/100g。兩 種方法測(cè)得CBV值的一致性用組內(nèi)相關(guān)系數(shù)(ICC)和Bland-Altman法進(jìn)行分析。穩(wěn)態(tài)和動(dòng) 態(tài)兩種方法之間CBV值的變異很小頂枕葉(ICC，0. 963 ；95% CI，0· 862到0. 990)，深部腦 灰質(zhì)(ICC，0. 946 ；95% CI，0· 801 到 0. 986)，小腦(ICC，0. 925 ；95% CI，0· 722 到 0. 980)， 腦干(ICC，0. 966 ；95% CI，0. 873 到 0. 991)。并且 Bland-Altman 法顯示兩種方法配對(duì) CBV 值顯著一致。
結(jié)論試驗(yàn)結(jié)果證明用穩(wěn)態(tài)方法測(cè)量健康大鼠CBV值與動(dòng)態(tài)方法測(cè)量具有一致 性。因此本發(fā)明的方法可以被應(yīng)用于缺血病人全腦血流動(dòng)力學(xué)評(píng)估。
權(quán)利要求
1.一種基于穩(wěn)態(tài)法計(jì)算腦血容量的方法，其特征在于，包括以下步驟(1)進(jìn)行普通全腦計(jì)算機(jī)斷層掃描獲取注射造影劑前的腦組織結(jié)構(gòu)圖像；(2)在血管興趣區(qū)注射造影劑，達(dá)到穩(wěn)態(tài)后，獲取相同位置的腦組織結(jié)構(gòu)圖像；(3)使用血管像素刪減法刪除過(guò)高的腦血容量值，減除感興趣區(qū)內(nèi)的動(dòng)脈對(duì)腦血容量 測(cè)量值的干擾，所述血管像素刪減法如下a.腦血容量大于8ml/100g的體素被認(rèn)為是血管，b.腦血容量大于腦血容量平均值加 上2倍的腦血容量標(biāo)準(zhǔn)差的體素被認(rèn)為是血管，c.在最終的興趣區(qū)分析過(guò)程中，剔除被認(rèn) 為是血管的體素，避免血管信號(hào)對(duì)最終統(tǒng)計(jì)的影響；(4)通過(guò)計(jì)算腦組織與血管中信號(hào)變化的比率，并根據(jù)公式I計(jì)算腦組織的腦血流量值，公式I % CBV = IOOx Δ HUbrain/Δ HUblood CBV = AHUbrain/AHUblood χ Vvoxel χ N CBV 腦血容量，單位是ml/100gAHUbrain 注射造影劑前后腦組織內(nèi)信號(hào)強(qiáng)度的變化量 AHUblood 注射造影劑前后大血管內(nèi)信號(hào)強(qiáng)度的變化量 Vvoxel 體素的體積，單位是ml N =IOOg腦組織中體素的數(shù)目，單位是(IOOg)-1。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的血管興趣區(qū)包括矢狀竇、橫竇、乙 狀竇、頸靜脈。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種計(jì)算腦血容量的方法，該方法基于穩(wěn)態(tài)CT腦灌注成像原理來(lái)計(jì)算腦血容量。該方法包括以下步驟(1)進(jìn)行普通全腦CT掃描獲取注射造影劑前的腦組織結(jié)構(gòu)圖像；(2)在血管興趣區(qū)注射造影劑，達(dá)到穩(wěn)態(tài)后，獲取相同位置的腦組織結(jié)構(gòu)圖像；(3)使用血管像素刪減法刪除過(guò)高的腦血容量值，減除感興趣區(qū)內(nèi)的動(dòng)脈對(duì)腦血容量測(cè)量值的干擾；(4)通過(guò)計(jì)算腦組織與血管中信號(hào)變化的比率，并根據(jù)公式計(jì)算腦組織的腦血流量值。該方法可以進(jìn)行全腦掃描，并減少了灌注掃描的射線(xiàn)劑量，因此可以被廣泛地應(yīng)用于臨床。
文檔編號(hào)A61B6/03GK102119856SQ20101000044
公開(kāi)日2011年7月13日 申請(qǐng)日期2010年1月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月8日
發(fā)明者姜衛(wèi)劍, 婁昕, 申皓, 馬寧 申請(qǐng)人:姜衛(wèi)劍, 申皓