基于復(fù)合權(quán)重因子對比劑注射法在冠狀動(dòng)脈CTA中的優(yōu)化研究

徐天才, 萬維佳, 夏黎明

過去幾十年間,冠狀動(dòng)脈疾病(coronary artery disease,CAD)發(fā)病率呈不斷上升趨勢,在包括我國在內(nèi)的中低收入國家中疾病負(fù)擔(dān)顯著增加[1-2]。隨著冠狀動(dòng)脈CT血管成像(coronary computed tomography angiography,CCTA)技術(shù)的巨大進(jìn)步,高精準(zhǔn)度的CCTA技術(shù)可評估斑塊的負(fù)荷和形態(tài),分析斑塊成分、炎癥、壁運(yùn)動(dòng)和心肌瘢痕等,可為一二級心血管預(yù)防、風(fēng)險(xiǎn)管理、篩查、診斷和治療決策提供重要信息,這種無創(chuàng)性血管成像技術(shù)已逐漸代替?zhèn)鹘y(tǒng)的侵入性冠狀動(dòng)脈造影(invasive coronary angiography,ICA)技術(shù)[3-5]。然而,CCTA技術(shù)仍存在圖像質(zhì)量不佳影響診斷準(zhǔn)確性、碘對比劑的過量使用以及輻射劑量較高等問題[6]。如何在保證冠脈清晰成像的前提下減少對比劑用量是CCTA技術(shù)可改良的方向之一,本研究旨在探討一種基于復(fù)合權(quán)重因子(compound body weight factor,CWF)算法的對比劑注射方案能否在有效降低對比劑用量的前提下保證甚至是提高CCTA圖像質(zhì)量和診斷準(zhǔn)確性[7-8]。

材料與方法

1.研究對象

前瞻性收集2023年1月-2023年6月在本院因疑似冠狀動(dòng)脈疾病而擬行CCTA檢查的患者,剔除了掃描前心電監(jiān)護(hù)顯示房顫、腎功能不全和對比劑過敏的患者后,最終納入96例符合研究要求的患者,并隨機(jī)分配至實(shí)驗(yàn)組和對照組。

所有患者簽署了知情同意書。

2.檢查方法

使用Toshiba Aquilion Vision 320排CT機(jī)進(jìn)行CCTA掃描。患者在檢查前4 h禁食,對每例患者進(jìn)行呼吸訓(xùn)練,簡述檢查過程和可能的不良反應(yīng)。檢查時(shí)患者取仰臥位,掃描方向?yàn)轭^足向,掃描范圍自氣管分叉下2 cm至心尖水平。注射對比劑后使用智能觸發(fā)技術(shù),在降主動(dòng)脈內(nèi)設(shè)定ROI,觸發(fā)閾值為260 HU,采用同層面動(dòng)態(tài)掃描監(jiān)測ROI的CT值,達(dá)閾值后延遲5.2 s啟動(dòng)掃描。CCTA掃描參數(shù):100 kV,智能管電流調(diào)整技術(shù),層厚0.50 mm,層間距0.25 mm,矩陣512×512,探測器準(zhǔn)直寬度0.5 mm×160i(或320i),轉(zhuǎn)速275 ms/r,滿足掃描范圍前提下選用較小視野,視野大小150 mm×150 mm～350 mm×350 m,掃描時(shí)間0.5～3.8 s。圖像后處理采用血管重建FC43算法和標(biāo)準(zhǔn)3D自適應(yīng)迭代降低劑量重建(adaptive ite-rative dose reduction,AIDR)算法。

3.對比劑的使用及分組

對所有患者使用18G套管針和高壓注射器(Medrad Stellant),經(jīng)肘正中靜脈注射非離子型碘對比劑優(yōu)維顯(370 mg I/mL)和生理鹽水。

實(shí)驗(yàn)組采用基于CWF的注射方案,即參考患者的身高(height,H;單位為cm)、體重(weight,W;單位為kg)及年齡(歲)來計(jì)算對比劑用量(volume,V;單位為mL)和注射流率(rate,R;單位為mL/s),具體計(jì)算方法:

CWF=(H-100+W)/2

(1)

V=CWF×k

(2)

R=V/T

(3)

其中,k值的取值范圍為0.8～0.9,對于正常體重患者(BMI=18.5～23.9 kg/mm2)k值取0.85,偏瘦患者(BMI<18.5 kg/mm2)的k值取0.9,偏胖患者(BMI>23.9 kg/mm2)的k值取0.8;T為對比劑靜脈團(tuán)注時(shí)間,采用定時(shí)法確定對比劑流率,對于血管狀況良好、循環(huán)正常的患者T值設(shè)定為10 s,血管脆性較大時(shí)(如化療患者)注射流率應(yīng)適當(dāng)降低,T值取11～12 s。對比劑注射完畢后,以0.9R的注射流率團(tuán)注生理鹽水30 mL?；谏鲜龇椒?以一個(gè)體重70 kg、身高175 cm的非化療成年男性患者為例,其CWF為72.5,對比劑注射總量為62 mL,注射流率為6.2 mL/s。

對照組采用凈體重法注射方案:以5.0～6.5 mL/s的流率團(tuán)注對比劑,然后再以相同的流率注射30 mL生理鹽水。凈體重法計(jì)算公式:男性去脂體重=[0.297×體重(kg)+19.5×身高(m)-14.013]/0.72;女性去脂體重=[0.184×體重(kg)+34.5×身高(m)-37.27]/0.72[5]。

4.數(shù)據(jù)收集

記錄所有被試者的一般資料(身高、體重、年齡、性別、BMI和病史)以及輻射劑量。依據(jù)歐洲CT質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)指南建議[6],CCTA的有效劑量(effective dose,ED)的計(jì)算方法為:先測量劑量長度乘積(dose length product,DLP),以DLP乘以胸部換算系數(shù)k即為ED[7],k=0.014 mSv·mGy-1·cm-1。

5.冠脈分段方法

根據(jù)美國心血管CT協(xié)會SCCT指南的推薦,將冠狀動(dòng)脈分為18段:右冠狀動(dòng)脈(right coronary artery,RCA)近段、RCA中段、RCA遠(yuǎn)段、RCA后降支、左主干(left main,LM)、左前降支(left anterior descending,LAD)近段、LAD中段、LAD遠(yuǎn)段、第一對角支(diagonal branches,D1)、第二對角支D2、回旋支(left circumflex,LCX)近段、LCX中段、第一鈍緣支(obtuse marginal,OM1)、第二鈍緣支OM2、回旋支-后降支(LCX-posterior descending artery, LCX-PDA)、右冠狀動(dòng)脈起源的左室后支(RCA-posterior branch of left ventricle,RCA-PLV)、中間支(ramus intermedius,RI)、回旋支-左室后支(LCX-posterior branch of left ventricle,LCX-PLV)[8]。

6.圖像質(zhì)量的評價(jià)

圖像質(zhì)量的客觀評價(jià):在各段冠脈管腔內(nèi)的中心位置放置ROI,測量CT值及其SD值(代表圖像噪聲),以CT值>325 HU作為各段血管滿足診斷需求的判斷標(biāo)準(zhǔn),記錄各段血管的圖像質(zhì)量為合格或不合格(圖1、2)[9],計(jì)算冠脈各段血管的信噪比(SNR)和對比噪聲比(CNR):

圖1 圖像質(zhì)量評分不合格示例圖。LCX近段,CT值為210 HU,未達(dá)到325 HU。 圖2 圖像質(zhì)量評分合格血管示例圖。RCA近段,管腔內(nèi)CT值為415 HU>325 HU。

SNR=10×log(CT值/SD)

(4)

CNR=CT值/SD

(5)

圖像質(zhì)量的主觀評價(jià):由兩位具有5年以上工作經(jīng)驗(yàn)的放射科醫(yī)師采用雙盲法對每例患者的CCTA圖像質(zhì)量進(jìn)行主觀評價(jià),采用4級評估法,評價(jià)標(biāo)準(zhǔn):1級,血管走行不連續(xù),血管周圍模糊較重,血管對比不好,運(yùn)動(dòng)偽影和噪聲大,圖像質(zhì)量差,無法滿足診斷要求;2級,血管周圍有明顯的模糊,血管對比一般,有中度的運(yùn)動(dòng)偽影和噪聲,圖像質(zhì)量中等,基本達(dá)到診斷要求;3級,血管走行連續(xù),周圍有輕微模糊,對比好,有輕度的運(yùn)動(dòng)偽影和噪聲,圖像質(zhì)量良好,評估病變有較大把握;4級,血管走行連續(xù),邊緣清晰,對比很好,無運(yùn)動(dòng)偽影,噪聲小,圖像質(zhì)量優(yōu),能充分評估病變[10]。2～4級均為能滿足診斷要求。記錄兩位醫(yī)師的評估結(jié)果,用于評估觀察者間的一致性;然后,對于兩者意見不一致的評分結(jié)果,經(jīng)協(xié)商后達(dá)成一致意見,用于后續(xù)分析。

7.統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

使用SPSS 22.0軟件對所有數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。連續(xù)型變量(年齡、體重、身高、心率及DLP)以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示,組間比較采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn);離散型變量(性別、CT值是否滿足診斷要求和圖像質(zhì)量評分)采用絕對數(shù)和百分比來表示,組間比較采用卡方檢驗(yàn)。以P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。采用Kappa檢驗(yàn)評估兩位觀察者對圖像質(zhì)量主觀評分的一致性(0～0.2為一致性極低,0.2～0.4為一致性低,0.4～0.6為一致性中等,0.6～0.8為一致性較高,0.8～1.0為一致性極高)。

結(jié) 果

1.臨床資料

96例患者被隨機(jī)分為2組,實(shí)驗(yàn)組46例,對照組50例。兩組患者之間年齡、性別、身高和體重的差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05),詳見表1。

表1 兩組受檢者一般資料

2.輻射劑量和對比劑總量

實(shí)驗(yàn)組的對比劑注射量及各項(xiàng)輻射劑量指標(biāo)均明顯低于實(shí)驗(yàn)組,差異均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。

3.冠脈血管CT值及噪聲

實(shí)驗(yàn)組和對照組18個(gè)冠脈節(jié)段的CT值及組間比較結(jié)果詳見表2。實(shí)驗(yàn)組冠脈各節(jié)段的CT值均高于對照組,差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。

表3 兩組中18個(gè)冠脈節(jié)段的CT值及組間比較結(jié)果 /HU

實(shí)驗(yàn)組共820個(gè)冠脈節(jié)段,CT值合格的節(jié)段為687個(gè);對照組共841個(gè)冠脈節(jié)段,合格節(jié)段為548個(gè);實(shí)驗(yàn)組的合格率高于對照組(83.78% vs.65.16%),差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(χ2=30.62,P<0.05)。

兩組中18個(gè)冠脈節(jié)段的SNR及CNR及組間比較結(jié)果詳見表4。實(shí)驗(yàn)組中各冠脈節(jié)段的SNR和CNR均高于對照組,差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。

表4 兩組間冠脈各節(jié)段SNR和CNR的比較

4.圖像質(zhì)量的主觀評價(jià)

兩位醫(yī)師對所有患者的冠脈圖像質(zhì)量的主觀評級結(jié)果的一致性較高(Kappa=0.68)。

實(shí)驗(yàn)組46例中圖像質(zhì)量達(dá)到4級的有31例(67.39%),3級11例,2級4例,沒有1級的病例;對照組50例病例中圖像質(zhì)量達(dá)到4級的有30例(60.00%),3及13例,2級7例,沒有1級的病例。兩組中每例患者的CCTA圖像均能滿足診斷要求,但是實(shí)驗(yàn)組的評級結(jié)果明顯優(yōu)于對照組,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(χ2=13.12,P=0.011)。

討 論

本研究的主要結(jié)果為基于身高、體重、BMI和對比劑類型的復(fù)合權(quán)重因子法對比劑注射方案,能在一次完整的CCTA檢查中對患者實(shí)現(xiàn)個(gè)性化的對比劑參數(shù)設(shè)定,在提供滿足診斷要求的高質(zhì)量圖像的同時(shí)能有效減少對比劑用量和患者接受的輻射劑量。

碘對比劑因其對X線的吸收衰減能力強(qiáng),能使血管與周圍組織形成的良好對比而清晰顯影,成為心血管成像的基本使用藥物[11]。因此,隨著CCTA檢查的廣泛臨床應(yīng)用,對比劑的使用日益增多。然而眾所周知,碘對比劑可導(dǎo)致機(jī)體不同程度的不良反應(yīng),根據(jù)不良反應(yīng)發(fā)生的機(jī)制可分為兩類:一類是過敏性反應(yīng),為非劑量依賴型;另一類是類生理反應(yīng),為劑量依賴型,與對比劑的注射量、流率、注射方式及類型相關(guān),最常累及腎臟、心血管系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)[12]。

CCTA檢查時(shí),對比劑注射時(shí)間應(yīng)與掃描時(shí)間一致,因此注射時(shí)間須控制在一定范圍內(nèi),對比劑用量如果過多,則必然要求注射流率較大,不僅會使得圖像上腔靜脈偽影的干擾大,而且對于血管彈性差或脆性大的患者,血管破裂和對比劑外滲的風(fēng)險(xiǎn)明顯增大,會增加不良反應(yīng)和檢查失敗的發(fā)生概率,因此盡量減少對比劑的用量是臨床應(yīng)用時(shí)的重要一環(huán)。本研究中采用的復(fù)合權(quán)重因子(CWF)法,是參考了患者的身高及體重,個(gè)性化調(diào)整對比劑注射總量和注射流率,保證碘流率,從而使血管強(qiáng)化值能滿足診斷要求,相比凈體重法,CWF法明顯降低了患者的對比劑注射量,同時(shí)能穩(wěn)定的提供高質(zhì)量的血管圖像(冠脈各節(jié)段CT值合格率達(dá)83.78%,4級圖像質(zhì)量占比達(dá)67.39%)。

既往文獻(xiàn)報(bào)道的CTA檢查中降低對比劑用量的方法一般是基于體重的計(jì)算法(注射量=體重×1.4 mL/kg,上限120 mL),或者對體重小于80 kg的患者采用降低管電壓的方法(由常規(guī)的120 kV降低至80 kV)[13],上述2種方法較凈體重法分別減少12%和25%的對比劑用量。在本研究中,采用CWF法時(shí)使用的平均對比劑注射量較凈體重法減少了17%,處于上述兩種方法之間,原因可能如下:本研究出于對患者不同體型的考慮,為保證圖像的信噪比,將管電壓統(tǒng)一設(shè)置為100 kV;在較低光子能量的情況下,碘的質(zhì)量衰減系數(shù)增加,而軟組織較少依賴于能量,因此低kV成像時(shí)的平均光子能量較低,碘與軟組織之間的吸收差異增加,圖像的對比度也隨之增加[14],因此對于體型較瘦的患者,如果降低kV值至70 kV同時(shí)增加管電流則可以實(shí)現(xiàn)對比劑用量的進(jìn)一步減少。

CCTA檢查過程中的輻射劑量也是需要考慮的因素。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)踐行劑量最低原則,最核心的要求是要實(shí)現(xiàn)對受檢者接受劑量的個(gè)性化掃描參數(shù)設(shè)置[15],本研究中采用前瞻性心電門控觸發(fā)掃描模式、低千伏、智能毫安和迭代重建算法,結(jié)果顯示實(shí)驗(yàn)組的輻射劑量顯著低于對照組(P<0.05),說明CWF法在減少對比劑用量的同時(shí)可降低輻射劑量,原因可能在于對比劑用量和注射流率的降低在一定程度上可提高受檢者的舒適度,有利于平穩(wěn)其心率和呼吸,從而可減少因屏氣不佳、心率不穩(wěn)使得采集時(shí)相增寬或需重復(fù)采集等情況導(dǎo)致的受檢者接受劑量的增加。

在解釋本研究結(jié)果時(shí)應(yīng)注意以下局限性:首先,本研究為單中心研究,招募的受檢者樣本量較少,可能導(dǎo)致統(tǒng)計(jì)效能和結(jié)果外推受限;其次,沒有將CCTA結(jié)果與金標(biāo)準(zhǔn)ICA的結(jié)果進(jìn)行對比來評估CCTA結(jié)果的準(zhǔn)確性,雖然評估準(zhǔn)確性并不是本研究的主要目的。

綜上所述,改良的基于復(fù)合權(quán)重因子的對比劑注射方案在CCTA檢查中可減少對比劑用量,能穩(wěn)定提供滿足診斷要求的較高質(zhì)量的圖像,提高檢查的安全性和舒適性,具有良好的臨床可行性。