冠狀動脈CTA個體化對比劑注射方案實(shí)現(xiàn)圖像質(zhì)量均一化的可行性研究

于易通， 尹衛(wèi)華， 馬偉， 高揚(yáng)， 侯志輝， 任心爽， 呂濱

冠狀動脈CT血管成像(cononary CT angiography，CCTA)不僅可以評價冠狀動脈的狹窄部位及程度，也可了解管壁斑塊的形態(tài)及成分，是其他非侵入性檢查無法取代的[1]，隨著多層螺旋CT的不斷發(fā)展，CCTA技術(shù)得到很大的提高，已成為臨床評估和篩查冠狀動脈疾病(coronary artery disease，CAD)的重要手段[2-4]。

血管強(qiáng)化程度對準(zhǔn)確判斷冠狀動脈病變尤為重要[5]。CT值過低(<200 HU)會夸大對狹窄程度的預(yù)測，CT值過高(>500 HU)會降低對冠狀動脈狹窄的檢出能力[6]，合適且均勻的血管強(qiáng)化程度是準(zhǔn)確診斷CAD的重要前提。根據(jù)患者體格制定個體化的對比劑注射方案不僅可以實(shí)現(xiàn)不同患者各支血管強(qiáng)化程度的均一性，還能夠減少對比劑用量、簡化操作程序，使患者最大程度受益[7-8]。體表面積(body surface area，BSA)因基本不會受到不參與代謝、稀釋及分散對比劑的脂肪組織的影響，更適用于調(diào)節(jié)對比劑的劑量[9]。本研究通過與傳統(tǒng)對比劑注射方案進(jìn)行對比，分析在CCTA檢查中采用基于BSA的個體化對比劑注射方案能否達(dá)到診斷所需的血管強(qiáng)化程度及不同患者間血管強(qiáng)化程度的均一性，旨在進(jìn)一步提高CCTA的圖像質(zhì)量。

材料與方法

1.臨床資料

本研究為前瞻性隨機(jī)分組對照試驗(yàn)，獲得了本院醫(yī)學(xué)倫理委員會的批準(zhǔn)，所有患者簽署例知情同意書。連續(xù)將2016年3月-2016年11月本院疑似冠心病而擬行CCTA檢查的患者納入觀察，入組標(biāo)準(zhǔn)：①年齡18～80歲；②臨床已知或疑似冠心?。虎蹮o需或經(jīng)藥物控制后，心率<90次/分。排除標(biāo)準(zhǔn)：①碘對比劑過敏；②嚴(yán)重肝、腎功能不全，或有器官移植手術(shù)史；③有嚴(yán)重房室傳導(dǎo)阻滯(2或3級傳導(dǎo)阻滯)或嚴(yán)重心衰(NYHA Ⅲ或Ⅳ級)；④心臟搭橋或介入手術(shù)或人工瓣膜置換術(shù)后患者；⑤屏氣困難，呼吸偽影重；⑥冠狀動脈鈣化嚴(yán)重，影響對血管的測量。最終共納入300例患者。所有入選患者安全完成CCTA檢查，未發(fā)生嚴(yán)重不良反應(yīng)。

2.對比劑注射方案

按照隨機(jī)數(shù)字表法將患者分為試驗(yàn)組和對照組，每組150例。兩組均使用中國恒瑞公司的對比劑碘佛醇(350 mg I/mL；艾蘇顯350)，試驗(yàn)組采用基于患者BSA的(BSA=體重×身高)1/2[10]個體化對比劑注射方案，對照組采用傳統(tǒng)對比劑注射方案。兩組均采用三期注射法：一期注射純對比劑，注射時間12 s；二期注射對比劑與生理鹽水(normal saline，NS)的混合液(比例3:7)，注射時間6 s；三期注射30 mL生理鹽水沖管，注射時間6 s。具體對比劑注射方案見表1。所有患者使用CT專用高壓注射器(MED TRON，德國)，采用18G留置針經(jīng)左肘靜脈注射。

表1 兩組的對比劑注射方案

3.檢查方法

使用Siemens Somatom Definition Flash第二代雙源CT機(jī)?；颊呷⊙雠P位、足先進(jìn)，按標(biāo)準(zhǔn)位置粘貼心臟電極片，連接導(dǎo)線，常規(guī)選用II導(dǎo)聯(lián)。先掃描胸部定位像，掃描范圍為自氣管分叉下2 cm至膈肌水平。采用對比劑跟蹤觸發(fā)技術(shù)，感興趣區(qū)設(shè)于升主動脈內(nèi)，觸發(fā)閾值為100 HU，達(dá)閾值后囑患者屏氣，6 s后開始掃描。掃描參數(shù)：100 kV，370 mAs，0.28 s/r，掃描層厚10 mm，準(zhǔn)直器寬度2×64×0.6 mm，螺距3.4，重建層厚0.75 mm、重建間隔0.5 mm。按照盡可能降低輻射劑量的原則確定掃描方案，當(dāng)患者心率<60次/分時，觸發(fā)時相選擇60%R-R間期；當(dāng)心率為60～70次/分時，觸發(fā)時相選擇70%～80%R-R間期；當(dāng)心率為71～90次/分時，觸發(fā)時相選擇35%～45%R-R間期。同時采用Padding技術(shù)對所選觸發(fā)時相的前后5%時相進(jìn)行曝光及數(shù)據(jù)采集。

4.圖像后處理

將原始數(shù)據(jù)傳至后處理工作站，采用多平面重建(multi-planner reformation，MPR)、最大密度投影(maximal intensity projection，MIP)和容積再現(xiàn)(volume rendering，VR)等后處理技術(shù)進(jìn)行圖像重組和觀察。

5.圖像質(zhì)量評價

所有圖像傳輸至PACS工作站，由不知道分組情況的兩位具有5年以上心血管CT診斷經(jīng)驗(yàn)的放射科醫(yī)師進(jìn)行閱片分析。在升主動脈根部(面積約100 mm2)及前降支和右冠狀動脈近段(面積2～4 mm2)選取感興趣區(qū)(region-of-interests，ROI)測量管腔的CT值及標(biāo)準(zhǔn)差，并分別在3支血管對應(yīng)層面上于冠狀動脈旁的脂肪組織內(nèi)選取相同大小的感興趣區(qū)測量其CT值，每個位置測量3次取平均值。以血管旁脂肪CT值的標(biāo)準(zhǔn)差(standard deviation,SD)作為圖像的背景噪聲，按照公式(1)計算對比噪聲比(contrast-to-noise ratio，CNR)：

(1)

6.統(tǒng)計學(xué)分析

使用SPSS 17.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析。數(shù)據(jù)分布采用Shapiro-Wilk檢驗(yàn)。符合正態(tài)分布的計量資料采用(均值±標(biāo)準(zhǔn)差)的形式表示，組間比較采用兩獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)；分類變量的比較采用卡方檢驗(yàn)。以P<0.05為組間差異有統(tǒng)計學(xué)意義。體重與血管強(qiáng)化程度的關(guān)系采用回歸分析，P<0.01表示有線性相關(guān)。

結(jié) 果

1.基本資料

兩組共300例患者的一般資料見表2。兩組受試者的年齡、糖尿病和高血壓患者的比例、體質(zhì)量指數(shù)(body mass index，BMI)、BSA、性別和心率差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)，兩組患者具有可比性。

表2 實(shí)驗(yàn)組和對照組患者的基本臨床資料

2.目標(biāo)血管CT值及CNR

兩組中3支血管的CT值、CNR及組間比較結(jié)果見表3～4。試驗(yàn)組中升主動脈的CT值稍低于對照組，前降支和右冠狀動脈的CT值稍高于對照組，但差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。試驗(yàn)組與對照組冠狀動脈CNR比較，差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。

表3 兩組中3支血管的CT值和CNR及組間比較

3.冠狀動脈強(qiáng)化程度的個體間差異

比較對照組與試驗(yàn)組中體重與冠狀動脈血管強(qiáng)化程度的關(guān)系，4組數(shù)據(jù)均呈正態(tài)分布(Shapiro-Wilk 檢驗(yàn)，P>0.05)，對照組中前降支和右冠狀動脈的強(qiáng)化程度與體重均呈線性相關(guān)(P<0.01)，但相關(guān)性較低(r=-0.33；r=-0.19)。試驗(yàn)組中前降支和右冠狀動脈的強(qiáng)化程度與體重?zé)o統(tǒng)計學(xué)相關(guān)性(r=-0.09，P=0.280；r=-0.14，P=0.587)。試驗(yàn)組的擬和線較對照組平緩，血管強(qiáng)化程度更趨于一致(圖1)。

圖1 體重與冠狀動脈強(qiáng)化程度相關(guān)性分析散點(diǎn)圖。a) 對照組中，前降支強(qiáng)化程度與體重間呈負(fù)相關(guān)(R2=0.110，r=-0.33，P<0.01)； b) 對照組中，右冠狀動脈強(qiáng)化程度與體重呈負(fù)相關(guān)(R2=0.037，r=-0.19，P<0.01)； c) 實(shí)驗(yàn)組，前降支強(qiáng)化程度與體重間無顯著相關(guān)關(guān)系(R2=0.008，r=-0.09，P=0.280)； d) 實(shí)驗(yàn)組，前降支強(qiáng)化程度與體重間無顯著相關(guān)關(guān)系(R2=0.002，r=-0.14，P=0.587)。

圖2 各亞組中前降支CT值的柱形圖，對照組3個亞組中前降支的CT值分別為(507.29±88.07)、(487.28±70.55)和(454.45±72.50)HU，組間差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P=0.003)；實(shí)驗(yàn)組三個亞組中前降支的CT值分別為(488.59±67.36)、(482.45±75.24)和(478.82±68.31)HU，組間差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P=0.809)。圖3 各亞組中右冠狀動脈CT值的柱形圖，對照組3個亞組中右冠狀動脈的CT值分別為(477.35±84.25)、(473.97±98.91)和(431.17±93.13)HU，組間差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P=0.021)；實(shí)驗(yàn)組3個亞組中右冠狀動脈的CT值分別為(473.79±74.99)、(470.96±78.16)和(462.81±95.71)HU，組間差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P=0.799)。

為了進(jìn)一步探討不同個體間血管強(qiáng)化程度的均一性，將患者按體重分為3個亞組(<60 kg，60～70 kg，>70 kg)，比較各亞組間血管強(qiáng)化程度的差異，結(jié)果見圖2、3。對照組中各亞組間前降支和右冠狀動脈強(qiáng)化程度的差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P=0.003，P=0.021)；試驗(yàn)組中各亞組間前降支、右冠狀動脈強(qiáng)化程度的差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(P=0.809，P=0.799)。試驗(yàn)組中不同體重人群間血管強(qiáng)化的均一性更好。

討 論

CCTA是冠心病的重要篩查手段，冠狀動脈管徑小且迂曲，因此CCTA圖像質(zhì)量對準(zhǔn)確判斷斑塊性質(zhì)及管腔狹窄程度至關(guān)重要。既往固定碘流率及碘負(fù)荷的傳統(tǒng)對比劑注射方案雖然總體上能獲得滿足診斷要求的冠狀動脈CT值，但個體間血管強(qiáng)化程度的差異大，而過高或過低的強(qiáng)化程度均不利于血管狹窄或斑塊性質(zhì)的判斷，并且會造成小體格人群過量注射對比劑，增加對比劑腎病等副作用發(fā)生風(fēng)險；而大體格人群對比劑用量相對過少，不能保證冠狀動脈血管內(nèi)對比劑濃度維持在穩(wěn)定的平臺期。因此采用個性化對比劑注射方案不僅能獲得合適的血管強(qiáng)化程度，還可提高圖像質(zhì)量、減少對比劑的副作用。

血管強(qiáng)化程度受患者自身因素(如血容量、心輸出量等)、注射方案(如對比劑濃度、對比劑量、流率等)、掃描參數(shù)(如管電壓、管電流等)等多種因素的共同影響[11-13]，其中碘流率(注射流率×對比劑碘濃度)是影響強(qiáng)化程度的關(guān)鍵因素[12,14]。Bae等[9]固定對比劑總量(350 mg I/mL，75 mL)，研究CCTA檢查中血管強(qiáng)化程度與體重、身高、BSA及BMI的關(guān)系，其結(jié)果顯示血管強(qiáng)化程度與上述因素間均存在很強(qiáng)的負(fù)相關(guān)性，其中與BSA的相關(guān)性最高(r=-0.74)，因此作者認(rèn)為應(yīng)根據(jù)BSA調(diào)整對比劑劑量，但未指出具體方案。另有多項(xiàng)研究指出，心輸出量是影響血管強(qiáng)化程度的首要因素[15-18]。de Simone等[19]對970例兒童及成人的心輸出量及心搏出量進(jìn)行心動超聲研究，BSA與上述兩者相關(guān)，且不受肥胖影響。再次證明，BSA是影響血管強(qiáng)化程度的重要因素。此研究是第一個根據(jù)BSA制定CCTA個體化對比劑注射方案的研究。

此研究以既往經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，根據(jù)BSA制定了個體化的對比劑注射方案。除了比較血管強(qiáng)化程度，我們對圖像質(zhì)量也進(jìn)行了評估。與傳統(tǒng)對比劑注射方案比較，試驗(yàn)組的圖像質(zhì)量可以滿足診斷所需，且血管強(qiáng)化程度與對照組一致。在進(jìn)一步分析患者體格與血管強(qiáng)化程度間關(guān)系時我們發(fā)現(xiàn)，試驗(yàn)組中血管強(qiáng)化程度與患者體重間無顯著相關(guān)性(P>0.01)，散點(diǎn)圖的擬合直線更平緩，血管強(qiáng)化程度更趨于一致。進(jìn)一步根據(jù)體重進(jìn)行分組后，發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)組3個亞組間血管強(qiáng)化程度的差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)，而對照組中各亞組間的差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。以上結(jié)果提示試驗(yàn)組中血管強(qiáng)化程度的均一性更高。散點(diǎn)圖中看到相同體重患者血管強(qiáng)化程度不一，如前文所述，這與影響血管強(qiáng)化程度的因素較多有關(guān)，本研究中我們控制了最重要的因素——碘流率/BSA，但不可控因素仍有很多?？偟膩碚f本研究結(jié)果證實(shí)，基于BSA制定的個體化對比劑注射方案能夠基本實(shí)現(xiàn)不同體格患者冠狀動脈強(qiáng)化程度的均一性。

本研究的不足之處：①本研究中每組樣本量較少，有待進(jìn)一步擴(kuò)大樣本量；②由于受輻射劑量和對比劑用量等因素的限制，很難做到自身對照實(shí)驗(yàn)，不同個體的心功能或者血液動力學(xué)之間可能存在差異，故我們的研究結(jié)論是相對的；③本研究缺乏與冠狀動脈造影的對照分析，因此未對兩組冠狀動脈各節(jié)段的診斷準(zhǔn)確性進(jìn)行比較，但這不是本研究的重點(diǎn)。

總之，根據(jù)BSA制定的個體化對比劑注射方案不僅可以獲得較滿意的CCTA圖像質(zhì)量。而且不同體格人群的血管強(qiáng)化程度均一性較好，可成為評估冠狀動脈病變的可靠方法。