基于扩展CT尺度重建的脑室腹腔分流阀设置可视化研究

《Radiography》：Visualizing ventriculoperitoneal shunt valve settings with computed tomography, using extended CT scale reconstructions

　　

目的：脑室腹腔分流术（ventriculoperitoneal shunts）通常通过X线平片确认阀门设置和导管完整性。尽管现代CT能够提供详细的软组织评估，但由于空间分辨率和衰减范围的不足，阀门设置的读取一直不可靠。本研究探讨了采用扩展CT尺度（extended CT scale, ECTS）的图像重建能否在常规临床CT检查中可靠识别三种常见可编程分流阀的阀门设置。方法：研究纳入了来自14例患者的15次常规头部CT检查，这些患者植入了可编程分流阀（Codman Hakim、Medtronic Strata和Miethke proGAV 2.0各5例）。对于每次检查，从原始数据生成了多种重建图像，包括标准骨算法图像和基于ECTS的重建图像。每种重建选取一张代表性图像，由15名盲法评估者进行评价，记录阀门设置和置信度。准确性以临床记录的参考设置为基准进行评估，±1步被视为可接受的偏差。结果：在所有三种阀门类型的ECTS重建图像上，所有阀门设置均在±1步内被正确识别。与标准重建相比，ECTS显著改善了设置读取效果。迭代重建（iterative reconstruction）和金属伪影减少（metal-artifact reduction）均未提供额外益处。结论：基于常规临床CT头部检查，采用小视野（small FOV）的ECTS重建能够可靠读取Codman Hakim、Medtronic Strata和proGAV 2.0可编程分流阀的阀门设置。这一发现代表了向基于CT的统一脑室腹腔分流评估方法迈出的重要一步。实践意义：头部CT常用于可编程分流患者，常旨在排除意外的阀门设置或功能障碍。每增加一种直接在CT上读取设置的可能性（例如添加ECTS重建），都将通过提高安全性和减少或免除额外投影X线摄影的需求而直接惠及患者。

研究背景与现存问题

脑室腹腔分流术（ventriculoperitoneal shunts）广泛应用于治疗慢性脑积水。术后，分流阀的阻力设置可通过无创方式调整，以避免过度引流或引流不足。传统上，通过投影X线平片观察阀门内的放射性标记物来确定阻力设置。理论上，计算机断层扫描（computed tomography, CT）也应能实现这一目的，但历史上由于有限的空间分辨率和致密伪影，可靠的评估变得困难。目前，临床上同时使用投影X线和CT来评估分流管植入后的状态及疑似故障情况：CT用于评估脑室大小和排除硬膜下积液等并发症，而投影X线则用于确定阀门设置和导管完整性。

尽管一些可编程阀门可以使用制造商特定的读取工具（如磁性或机械机制），但放射影像学仍然是记录阀门设置和导管完整性的标准且最受信赖的方法。此前有研究表明，在体模模型中，通过CT图像的表面遮盖容积再现技术可以确定某些分流阀类型的设置，但该研究无法确定Codman Hakim或Miethke proGAV 2.0这两种常用分流阀的设置。另一项研究在临床队列中展示了Codman Certas阀门的CT评估与常规X线片之间95%的一致性，但CT图像质量仍不如X线摄影。然而，这些研究中均未纳入研究人员所在机构常用的分流阀类型。

影响CT图像质量和空间分辨率的技术因素众多，包括重建参数和后处理技术。除了空间分辨率外，高密度物体的显示还受到临床实践中常规CT图像动态范围受限的限制。一个限制性因素是大多数CT扫描仪使用的12位DICOM文件有限的亨氏单位（Hounsfield unit, HU）范围（?1024至3071 HU），这限制了高密度物体的细节分辨率。一种商用的后处理选项是“扩展CT尺度”（extended CT scale, ECTS），它将HU值以10 HU为增量存储，将范围扩展至?10240至30710 HU。许多CT供应商都提供ECTS或类似功能作为标准配置或可选许可。因此，开展本研究的目的是探究在常规临床CT检查中，使用ECTS重建是否能可靠地识别三种常见可编程分流阀的阀门设置。

研究方法与技术

这是一项观察性单中心研究，纳入了研究人员所在机构最常用的三种分流阀类型：Codman Hakim、Medtronic Strata和Miethke proGAV 2.0。回顾性纳入了14例不同患者的15次常规CT头部检查，每种分流阀类型各5例。所有检查均使用西门子Somatom Flash和Definition Edge CT扫描仪，采用常规临床头部CT协议。除了常规的高分辨率骨算法重建外，还为每次检查从原始数据生成了五种额外的重建图像，包括：最小可用视野（field of view, FOV）（50×50mm）的基础轴向重建（Small FOV）、启用金属伪影减少（metal-artifact reduction, MAR）的轴向重建、启用迭代重建（iterative reconstruction, IR）的轴向重建、启用ECTS的轴向重建，以及沿分流阀入口/出口轴方向的倾斜多平面重组（multiplanar reformat, MPR）重建（ECTS oblique），层厚10mm。所有重建均使用了最锐利的卷积核（Hr68，MAR除外使用Hr56）。随后，将所有重建导出到后处理软件（Syngo.via, Siemens Healthineers），制作与ECTS oblique重建相同方向和10mm平均层厚的MPR图像，以模拟传统检查分流管的投影X线片。共15名评估者参与研究，包括5名神经放射科医生、5名普通放射科医生和5名放射科住院医师。评估者收到书面说明和示例图像，了解如何确定每种分流阀类型的阀门设置。评估分为三部分：第一部分仅包含ECTS oblique重建，评估者读取阀门设置并对读取信心进行5级评分；第二部分对所有重建进行视觉评估，对读取设置的难易程度进行5级评分；第三部分将所有小视野轴向图像纳入，以Small FOV重建为基线，评估其他三种重建（MAR、IR和ECTS axial）的图像质量相对于基线是好是坏。参考标准通过距离CT时间最近的机械读数或X线片确定。

研究结果

阀门设置准确性

总体而言，在15次检查和15名评估者的225次评估中，89.3%（201/225）的设置被正确识别，100%（225/225）在参考标准的±1步范围内。在7次检查中（包括所有5例Medtronic Strata病例），所有评估均正确识别了阀门设置。其余检查中与参考标准的偏差仅限于±1步。没有评估值与参考值相差超过1步。

图像质量评估

不同重建方法在阀门设置判读方面的感知图像质量存在显著差异。所有额外重建的评分均高于常规大视野骨算法重建。使用ECTS的重建（轴向和倾斜）评分显著高于所有其他重建类型，平均得分分别为4.4和4.3。ECTS轴向和ECTS倾斜重建之间无显著差异。使用MAR、IR或仅使用小视野而无额外参数的重建仅比常规重建获得略高的分数，这三种方法之间无显著差异。当直接与Small FOV基线比较时，只有ECTS axial重建被评为显著更好（中位评分2，p < 0.0001），而MAR和IR重建与基线无显著差异。

评估者信心

Codman Hakim的平均信心评分为3.6，Medtronic Strata为4.5，Miethke proGAV 2.0为3.9。信心评分因检查而异，表明某些病例被认为比其他病例更难判读。尽管如此，所有检查的阀门设置均被正确确定。神经放射科医生、普通放射科医生和放射科住院医师之间的信心评分无实质性差异，平均分分别为4.03、4.05和3.96。

辐射剂量

10次检查采用双能量扫描协议，其余5次采用常规单能量扫描协议。所有检查的平均CTDIvol为51.61 mGy（范围38.64–66.35），平均DLP为955.5 mGycm（范围652.0–1279.6），略高于瑞典辐射安全局的参考水平。

讨论与结论

本研究的主要发现是，在使用ECTS重建时，可以在常规临床CT检查中以较高的感知图像质量确定可编程分流阀的设置。这是首次证明基于CT的Codman Hakim和Medtronic Strata阀门读取的研究，也是首次展示在临床患者中使用常规能量积分CT可靠评估proGAV 2.0阀门的研究。重要的是，正确的读取可以通过一次常规CT采集实现，只需增加一个额外的重建步骤，无需增加辐射剂量或单独的专用成像。允许±1步的容差与先前关于Codman Hakim阀门X线评估的工作一致，反映了成像平面对齐和磁性读取可靠性固有的技术局限性。

一个核心观察结果是，与标准12位CT图像相比，ECTS重建显著改善了阀门标记物的显示。这种增强似乎主要由扩展的衰减范围驱动，而非切片方向或重建工作流程的差异。这与最近使用光子计数CT（photon-counting CT, PCCT）的研究结果一致，表明改善的阀门标记物可视化主要由扩展的衰减范围驱动。次要观察结果表明，减小FOV和层厚提供了适度的可读性改善，而MAR和IR未提供额外益处。这些发现强调，虽然空间分辨率有助于分流组件的可视化，但扩展的衰减范围是可靠描绘小而高密度的阀门标记物的主导因素。

研究结论

在本研究中，可编程分流阀的设置可以在常规临床CT检查中可靠确定，当使用ECTS重建时图像质量得到改善。这一发现代表了向基于CT的统一VP分流评估方法迈出的重要一步，尽管还需要进一步工作将阀门读取与低剂量导管评估相结合。