不同心率下體質量對雙源CT冠狀動脈造影強化效果的影響

陳傳智, 王軼彬, 梁松濤, 代 順, 何 苗, 張 蕾

(同濟大學附屬東方醫(yī)院醫(yī)學影像科，上海 200120)

隨著計算機斷層掃描(computed tomography, CT)設備性能的提升，無創(chuàng)性的冠狀動脈CT血管造影(coronary computed tomography angiography， CCTA)對于冠狀動脈狹窄的診斷準確性幾乎與X線冠狀動脈造影一致，CCTA具有很高的陰性預測值[1-2]。CCTA的應用越來越廣泛，CCTA的不良反應包括CT的輻射危害及對比劑(contrast medium, CM)可能引起的不良反應，受到越來越多的關注。

輻射劑量和管電壓的平方呈正比，降低管電壓可明顯降低輻射劑量，低管電壓產生的X線的平均光子能量更接近33keV的碘K吸收邊緣[3-4]，可產生更高的對比度，因此降低對比劑的用量可達到相同對比強化效果。在低劑量掃描和受檢者存在個體差異的情況下，個性化對比劑注射方案的研究對于對比劑的合理應用有重要意義。

在掃描條件和造影劑注射方案相同的情況下，影響受檢者CCTA動脈強化程度的主要個體因素包括體質量(body weight, BW)、心輸出量(cardiac output, CO)和心率(heart rate, HR)。研究[6-7]表明冠狀動脈的強化效果與BW、HR均呈負相關，根據(jù)體質量進行簡單的調整對比劑量是當前應用較為廣泛的注射方案。本研究根據(jù)心率進行分組，分析體質量對于射血功能正常的CCTA受檢者的冠狀動脈強化效果的影響。

1 資料與方法

1.1 一般資料

本前瞻性研究已通過同濟大學附屬東方醫(yī)院臨床研究倫理委員會批準，參加研究患者均已簽署書面知情同意書。2016年3月至2016年10月，共納入136例患者。男女比例58∶78；年齡24～89歲，平均(58.6±11.2)歲；體質量40～100kg，平均(68.9kg±10.6)kg；心率50～89次/min，平均(68.8±9.2)次/min。136例患者按心率分為4組，根據(jù)心率分為4組，A組： 50～59次/min；B組： 60～69次/min；C組： 70～79次/min；D組： 80～89次/min。

排除標準如下： (1) 孕婦或哺乳期婦女；(2) 嚴重器官衰竭；(3) EF異常： <50%或>70%；(4) 中度至重度腎功能損害(5) 起搏器，心臟瓣膜和冠狀動脈搭橋患者；(6) 有對比劑或碘過敏禁忌證；(7) 嚴重的心律不齊。

1.2 CT掃描參數(shù)

在CCTA之前進行平掃鈣化積分掃描。感興趣區(qū)(region of interest, ROI)放置在升主動脈，使用Bolus tracking技術，在達到閾值120HU(hounsfield unit)5s后自動開始圖像采集。使用前瞻性心電門控，在收縮末期或舒張中期采集CT圖像，可將管電流減少到回顧性心電門控全心動周期采集的20%。所有CCTA均采用單扇區(qū)重建，時間分辨率為75ms，層厚為0.625mm，層間隔為0.5mm，重建算法B26f。

1.3 造影劑注射方案

碘克沙醇(Visipaque 270, 270mg/mL，英國GE公司)是一種非離子等滲對比劑。使用自動壓力監(jiān)測的雙筒高壓注射器(美國Meorao公司)，根據(jù)體質量以230mgI/kg調整對比劑的劑量，隨后以相同速率追加30mL生理鹽水，CM和生理鹽水的注射速率均為5mL/s。

1.4 CTA數(shù)據(jù)分析

為了更好地分析CT冠狀動脈造影數(shù)據(jù)，根據(jù)美國心臟協(xié)會的指南對冠狀動脈進行分割。右冠狀動脈(right coronary artery, RCA)包括1～3節(jié)，后降支(posterior descending artery, PDA)為節(jié)段4，左主干(left main, LM)和左前降支(left anterior descending, LAD)包括5～10節(jié)，左回旋支(left circumflex artery, LCX)包括11～15節(jié)。如果存在中間支動脈定義為節(jié)段16。用電子卡尺工具進行直徑測量，所有分析的冠狀動脈節(jié)段直徑至少為1.5mm，排除遠端閉塞血管段。

1.5 圖像質量評價

所有的圖像由兩位資深的診斷醫(yī)師，使用軸位原始圖像，多平面重建(multiplanar reconstruction，MPR)和薄層最大密度投影(maximum intensity projection, MIP)在每個冠狀動脈節(jié)段對圖像質量獨立進行評估。兩位醫(yī)師根據(jù)公布的四分法評估每個冠狀動脈節(jié)段的圖像質量。1分： 優(yōu)(無偽影)；2分： 好(偽影小，診斷質量好)；3分： 足夠的(中等偽影，仍然可以接受和診斷)；4分： 不可評估(嚴重的偽影，無法準確的評估)。觀察者是通過動脈壁鈣化，運動偽影或其他因素來判斷圖像質量。運動偽影被定義為由于血管運動導致的圖像質量的降低，導致血管輪廓模糊。其他原因包括血管的CT值低，信噪比低以及相鄰結構干擾(如被強化的心臟靜脈)。

1.6 感興趣區(qū)ROI

所有病例的均由兩名具有5年以上的CCTA診斷經(jīng)驗的放射科醫(yī)師在工作站上，對主動脈根部(aorta root, Ao)、LM、LCX、RCA、PDA血管進行CT值的測量。

1.7 統(tǒng)計學處理

采用SPSS 20.0進行統(tǒng)計分析。先采用Pearson相關分析，整體評估HR和BW與LM的CT值的相關性。然后在4組組內評估BW和LM的CT值的相關性。P<0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結 果

所有的檢查均未存在任何技術問題，圖像質量足以用于所有情況下的數(shù)據(jù)分析。

2.1 動脈強化效果

在四組所有血管中發(fā)現(xiàn)冠狀動脈充分強化，沒有任何血管CT值<200HU，約50%血管CT值>500HU，見表1。

表1 受檢者分組及各組冠狀動脈CT值及體質量均值情況表

2.2 整體分析心率和體質量與LM強化效果的相關性

對比劑劑量根據(jù)體質量線性調整，固定碘流率，LM的強化效果與心率呈負相關(r=-0.211，P<0.05)，說明隨著心率的增加，冠狀動脈的CT值降低。LM的強化效果與體質量呈負相關(r=-0.250，P<0.05)。

2.3 組內分析體質量與LM的強化效果的相關性

為降低在分析體質量的影響時心率的影響，根據(jù)心率進行分組，分析每組在心率相近的前提下，體質量與LM的CT值的相關性，相關系數(shù)列于表2。在A組和B組之中，BW和LM的強化效果呈明顯的負相關(A組：r=-0.561，P=0.007;B組：r=-0.380，P=0.004)；在C組和D組中，BW與LM的強化效果無明顯相關性(C組：r=0.075;P=0.650;D組：r=-0.073;P=0.766)，見圖1。

表2 每組LM的CT值與體質量的相關系數(shù)

圖1 各組LM的CT值與體質量的散點圖及擬合曲線Fig.1 Scatter diagram and fitting curve between the attenuation of LM and BW in each group

3 討 論

隨著CT技術的發(fā)展，尤其是CT的單扇區(qū)時間分辨率的提高和低輻射劑量技術的使用，對比劑注射方案的優(yōu)化面臨著新的挑戰(zhàn)。放射科技師在進行CCTA操作時，有必要根據(jù)研究進展對對比劑注射方案進行優(yōu)化。影響受檢者CCTA動脈的CT值的主要因素包括BW、CO、HR。在本研究中，所有受檢者的心功能均正常(EF為50%～70%)，為了降低輻射劑量，所有受檢者的CCTA均采用前瞻性心電門控，非全心動周期采集的圖像無法分析得到患者檢查實時的CO，而體質量和心率可以分別通過測量和心電門控精確獲得。本研究表明LM的強化效果與心率呈負相關。本研究結果亦印證了以往研究的結論，即雙源CT冠狀動脈造影的冠狀動脈強化效果隨著心率的增加而下降[5,10]。亦有研究[11-12]顯示，冠狀動脈動脈強化與心輸出量存在顯著的負相關。所有受試者的射血功能均正常，正常情況下心率的增加引起心輸出量增加。BAE等[13]認為心輸出量與動脈強化的程度呈負相關，特別是在首過強化時。對比劑注射速率不變，心輸出量增加時，相當于對比劑以相同速率注入更大的血流量，從而使動脈的CT值降低[12]。因此，心輸出量高的患者LM的強化較低，反之亦然。當心輸出量降低時，循環(huán)減慢，對比劑到達延遲，動脈強化峰延遲[14]。在本研究中，對比劑的劑量根據(jù)體質量線性調整，對比劑注射速率固定為5mL/s，但是LM的強化效果和體質量仍存在負相關關系。原因為： 當以一定的速率注射對比劑時，碘對比劑流入血流量的相對量決定了實時碘濃度，從而決定其CT值。血容量大小與體質量呈正比，對比劑以相同的速率注射不同大小的血容量，被稀釋程度不同，體質量輕者稀釋程度低，CT值高，反之亦然。

本研究根據(jù)心率將受試者分為4組(間隔為10次/min)，分析了體質量與冠狀動脈強化效果的相關性，結果表明： A組和B組中LM的強化效果與體質量呈明顯負相關，而C組和D組中LM的強化效果與體質量無明顯相關性。對比劑在注入人體后，與血液混合后被稀釋，主要被血流量和血容量稀釋。血流量稀釋，對比劑由上腔靜脈的屬支注入，進入心肺循環(huán)后，會同時受到上、下腔靜脈回心血量的混合稀釋，直至經(jīng)左心室搏出。對比劑被血容量的稀釋主要發(fā)生在注入靜脈至上腔靜脈段、右心、肺循環(huán)、左心。作為最重要的環(huán)節(jié)，在動脈首過強化時，左心室的舒張末期容積和射血分數(shù)是重要影響因素。Cao等[12]發(fā)現(xiàn)EDV和體質量存在顯著的線性相關(r=0.450，P=0.001)，在每一組患者中，心率相對穩(wěn)定，射血功能正常，舒張末期體積(EDV)是心輸出量的主要影響因素。Tomizawa等[15]證實更大的EDV的動脈強化效果會更低。在本研究中，與A組和B組相比，C組和D組心率更快，而舒張期隨著心率的增加而縮短，因此心率更快的患者的EDV會更小，血容量對于對比劑的稀釋作用減弱。心率增加EDV減小，左心的每搏輸出量下降，每個心動周期的回心血量下降，可能會引起血流量的稀釋作用減弱。因此，體質量對于冠狀動脈強化的影響，在心率增加時變弱。

所有血管均未見任何CT值<200HU，50%以上有過度強化(CT值>500HU)。然而，CCTA診斷冠狀動脈狹窄和斑塊分析的最佳CT值大約為350HU，冠狀動脈CT值<200HU或>500HU的CT值不適合用于分析冠狀動脈狹窄和斑塊[6,16-17]。在這項研究中，對比劑劑量根據(jù)體質量線性調整(230mgI/kg)，速率5mL/s。碘流率決定動脈強化效果，特別是首過強化。因此，固定對比劑注射流速(如本研究中5mL/s)，對體型小的患者來說，是過度強化的，所以固定的對比劑注射流速有很強局限性的。不同體型的患者進行CCTA時，幾乎具有相同的掃描時間，需要相同的強化峰值持續(xù)時間，因此CM注射方案中恒定注射持續(xù)時間更有意義。

對比劑量根據(jù)體質量進行線性調整和固定碘流率的注射方案中，心率較低的患者組中(本研究中為50～69次/min)，冠狀動脈的強化效果與體質量呈明顯負相關，表明體質量不同的患者未能達到冠狀動脈強化均一的效果；心率較高的患者組(本研究中為70～89次/min)，冠狀動脈的強化效果與體質量無明顯相關性，表明體質量不同的患者冠狀動脈強化的均一性較好。