冠狀動脈CTA中對比劑優化策略及應用進展

余　美，馬　躍，王玉科，向紀卉，楊奕婧，侯　陽

（中國醫科大學附屬盛京醫院放射科，遼寧 沈陽　110004）

?綜述?

冠狀動脈CTA中對比劑優化策略及應用進展

余美，馬躍，王玉科，向紀卉，楊奕婧，侯陽

（中國醫科大學附屬盛京醫院放射科，遼寧 沈陽110004）

冠狀血管；體層攝影術，X線計算機；輻射劑量

冠狀動脈CT血管成像 （Coronary CT angiography，CCTA）作為一種無創、快速且準確的冠狀動脈病變檢查方法，已被業界廣泛認可。然而，隨著對比劑在臨床上的廣泛應用，對比劑腎病（Contrast induced nephropathy，CIN）已成為醫院獲得性腎功能衰竭的第三大主要原因，占醫院腎損傷發病率的12%和醫院總死亡率的6%［1］，其對患者健康的損害及醫療成本的顯著增加不容忽視。因此，在保證CCTA增強效果的前提下，優化對比劑的使用方案尤為重要。因而，本文對影響CCTA對比劑增強的主要因素及新技術下對比劑應用的進展作一綜述。

1　影響CCTA對比劑增強效果的因素

影響CCTA增強效果的主要因素包括：對比劑因素，受檢者因素及掃描因素3個層面。

1.1對比劑因素

1.1.1碘流率

碘流率為碘濃度與注射速率的乘積［2］，是決定血管強化峰值最重要的因素。血管內CT值的大小直接影響成像效果，此CT值的大小與血管中碘流率呈正相關。碘流率可以通過增加含碘對比劑濃度或者注射速率來增加。Becker等［3］認為冠狀動脈CT增強后冠狀動脈最佳CT值應在250～300 HU之間，不會掩蓋冠狀動脈壁鈣化灶（＞350 HU）。Bea等［4］認為CT值300～350 HU足夠用于CCTA診斷。CT值過低，管腔對比劑濃度相對不高，縮小了與軟斑塊的密度差，不利于斑塊的觀察和測量。過高的CT值則導致部分容積效應以及線束硬化效應，影響對鈣化的觀察。Mihl等［5］對使用不同濃度對比劑240～400 mgI/mL以相同的碘流率注射得到的血管強化程度進行比較，證實對比劑增強效果無顯著差異。使用較高濃度對比劑，注射速度相對較低，降低了血管破裂的發生率，并且對心臟的瞬時容量負荷也相應減小。但高濃度對比劑其滲透壓及黏滯度增高，對比劑的腎毒性增大，可能會增加對比劑腎病的發生概率［6］。使用低濃度對比劑，趨于等滲，腎毒性降低，但注射速度需相應提高，但由于血管所能承受的壓力有限，對比劑注入速度不能無限增大，特別是對于血管彈性較差的病人如老年人等，易發生血管破裂，引起對比劑的外滲。目前，國內外學者的研究表明CCTA的注射速率一般為4～5 mL/s，這樣既能保證掃描圖像清晰，也可減少對比劑滲漏的發生［7-8］。

1.1.2對比劑劑量

對比劑劑量會影響對比劑強化峰值。增加對比劑劑量會導致強化峰值的升高［9］。對比劑劑量需根據受檢者體質量來調節，體質量較大的受檢者需要注射較多的對比劑劑量以達到合適的強化效果［10］。然而，當對比劑劑量足夠時，繼續增加對比劑劑量不會導致強化峰值的增加。Cademartiri等［11］在應用16排CT行CCTA時發現注射100 mL與注射140 mL對比劑的強化效果沒有顯著差異。

1.1.3注射時間

注射時間是強化峰值及達峰時間的重要決定因素。當注射速度一定，注射時間延長，由于對比劑的累積效應，會增加血管強化的效果。另外，注射時間延長會導致達峰時間延遲［12-13］。而注射時間的長短主要取決于受檢者體型、血管的感興趣區及期望增強水平［14］。一般來說，為了保證掃描時間內圖像強化足夠且均勻，注射時間應≥15 s［2］。

1.1.4團注形式和鹽水沖洗

團注形式有單相注射和雙相注射。雙相注射對于掃描時間長的患者較好，因其無需增加對比劑劑量，但其動脈強化程度不及單相注射［15-17］。鹽水沖洗的主要目的是為了提高對比劑的使用效率、增加對比劑的增強效果及消除頭臂靜脈及上腔靜脈的偽影。

1.2受檢者因素

影響CCTA成像效果的受檢者因素主要包括：體型、心輸出量、心率、性別、年齡和靜脈入路。

1.2.1體型

人的體型是由體質量、身高、體質量指數（Body mass index，BMI）及體表面積等共同決定的。通常來說，體型大的人血容量更大。給予同等劑量的對比劑，體型大者血池內碘濃度偏低，血管強化程度減低。為了保證血管強化程度，可通過提高注射速率、對比劑濃度及增加對比劑總量來改善。有研究建議體質量每增加一倍，對比劑總量應增加2/3［4］。

1.2.2心輸出量

心輸出量是影響對比增強時間最重要的患者因素，心輸出量與動脈增強呈負相關。心輸出量減小時，基于碘對比劑的稀釋效應及廓清作用減弱，Becker等［13］在冠脈研究中證實血管強化峰值增高，達峰時間延遲。Bae等［3］在豬的模型上研究表明，減少心輸出量會增加主動脈增強效果。

1.2.3心率

心率是影響對比劑增強效果的另一因素。心率過快會導致心動周期縮短，且舒張期縮短時間較收縮期更加明顯，舒張期縮短會減少冠狀動脈的血流，使得血管內對比劑充盈減少，降低CT冠狀動脈強化程度。

1.2.4性別和年齡

在同等注射條件及身體條件時，由于女性的血容量較男性小，達峰時間略縮短且峰值略高于男性［18］。另外，在相同碘負荷時，老年人強化程度高于年輕人，建議將碘負荷及流率降低10%［19］。

1.2.5靜脈入路

考慮到可行性，并盡量縮短與中央靜脈的距離減少碘對比劑的稀釋效應，認為以右肘前靜脈最佳。

1.3掃描因素

掃描延遲時間的確定是CT冠脈造影是否成功的重要因素，因受檢者的具體情況（年齡、身高、體質量、心率、血液動力學和心功能等）不同，對比劑在主動脈根部達峰的時間也不同，因此需要根據每位受檢者的具體情況來確定。確定掃描延遲時間主要有小劑量團注試驗法（Test bolus）和團注追蹤技術（Bolus-tracking）兩種。Test bolus技術通過注射小劑量對比劑，在升主動脈根部層面行同層動態掃描，根據軟件自動生成的時間密度曲線，確定掃描延遲時間，其優點是能準確把握主動脈達峰時間，但是需額外應用對比劑，掃描總體時間延長。Bolus-tracking技術是指冠脈血管腔內對比劑濃度達到設定閾值（在升主動脈內某一層面）后，自動智能觸發掃描，其優點是操作簡單，無需額外應用對比劑，但是掃描時機的把握不及前者準確［20］。此外，掃描方向和掃描時機也會影響對比劑增強效果［9］。

2　CCTA新技術條件下對比劑應用的進展

近年來，低電壓技術，迭代重建算法，大螺距掃描，能量成像等新技術在CCTA上的應用層出不窮。掃描方式的變革極大的促進了對比劑注射方式的優化。

2.1降低管電壓對CCTA對比劑應用的影響

在低管電壓條件下X線的平均能量更接近于碘離子的吸收能譜，可以增加光電效應，提高血管的對比度，進而減少對比劑的使用。Komatsu等［21］研究證實了低電壓對對比劑劑量、輻射劑量及圖像質量影響：在設定冠脈內CT值為350 HU時，管電壓80 kV的對比劑使用量15 mL，僅為常規管電壓120kV（30mL）的1/2，輻射劑量降低73%（0.7mSv vs 2.6mSv），然而80 kV組圖像噪聲高于120 kV組。Cao等［22］對120名患者行回顧門控CCTA研究表明，在維持血管CT值不變的情況下，管電壓80 kV的對比劑使用量（57.1 mL）較常規管電壓120 kV（82.1 mL）減少30.5%，有效輻射劑量降低了57.8%，但其對比噪聲比（Contrast-to-noise ratio，CNR）較管電壓120 kV有所下降。故降低管電壓可以在維持血管強化程度的同時，減少對比劑的用量，但其會導致圖像噪聲的增高和CNR降低。

2.2迭代重建技術在低對比劑CCTA中的應用

迭代重建算法是近年來興起的低劑量CT技術，其基本原理是：首先對X線光子分布進行原始估計，在此基礎上估算每個投影方向上探測器獲得的可能計數（即正投影），再將正投影數據與探測器實際采集的投影數據進行比較，用于更新原始估計數據；不斷重復此過程，直至下一次迭代結果無限接近［23］。

目前已有一些文獻［24-26］通過比較迭代重建（Iterative reconstruction，IR）和濾過反投影（Filtered back projection，FBP）兩種重建算法，證實IR較FBP可降低圖像噪聲，提高CNR。Nakaura等［27］對68名偏瘦患者研究表明，與常規管電壓結合FBP相比，低管電壓（80 kV）結合IR能在保持診斷圖像質量、降低輻射劑量74%（1.4 mSv vs 5.4 mSv）的同時，使對比劑劑量（29.4 mL vs 64.2 mL）降低54%。Wu等［28］和Zheng等［29］認為，當聯合應用低電壓和正弦圖確定迭代重建（Sinogram affirmed iterative reconstruction，SAFIRE）時，使用低濃度對比劑（270 mgI/mL），可獲得與常規電壓結合FBP、使用對比劑（370 mgI/mL）相當的冠狀動脈圖像質量，同時能降低碘負荷和輻射劑量。因此，適當減低管電壓并結合迭代重建算法，即可以增加強化后血管的CT值，又能補償低電壓引起的噪聲增高，為降低對比劑劑量提供了前提條件。

2.3低對比劑技術在雙源大螺距CCTA中的應用

當掃描范圍一定時，增大螺距，掃描時間縮短，輻射劑量及對比劑劑量相應降低。大螺距掃描方式僅能在二代雙源CT使用，目前CCTA的采集螺距已增加到3.4。Lembcke等［30］研究顯示，雙源CT大螺距掃描可使CCTA的對比劑用量減少至30～40 mL，而不影響圖像診斷。Liu等［31］應用前瞻性心電門控、大螺距掃描技術使得對比劑用量降至0.5 mL/kg，輻射劑量降至1 mSv以下。近來一些研究表明［32-33］使用雙源CT大螺距模式、80kV、SAFIRE算法、低濃度對比劑，可獲得與100kV結合FBP、使用對比劑（370 mgI/mL）相當的圖像質量，碘負荷減少13.5%～27.0%，輻射劑量減少50%～54.4%，證實了聯合應用低電壓、迭代及大螺距掃描技術，可以減輕患者的輻射劑量和碘負荷，同時圖像質量不受影響。

2.4低對比劑技術在CCTA能量掃描中的應用

CT能量成像技術是指CT在兩種能量的X射線條件下（最主要是管電壓的變化）分別對被照射物質進行成像，利用被照射物質在不同管電壓條件下產生的X射線衰減值的差異性，在二維能量空間內對被照射物質進行定位和成像顯示，從而可實現對被照射物質的識別、定性和定量分析，提高CT圖像質量，減少X射線輻射劑量及對比劑劑量等應用。Raju等［34］對102名患者行雙源能量CCTA掃描和常規CCTA掃描，結果表明兩者圖像質量無統計學差異，但能量掃描對比劑使用量僅為 35 mL，相比常規掃描的 80 mL降低了56.3%。

綜上所述，降低管電壓、結合迭代重建、雙源大螺距及能量掃描等新技術的應用，為降低對比劑劑量提供了前提條件。隨著CCTA的廣泛開展，對比劑腎病問題日益凸顯［35］，如何更好地聯合應用各種不同技術，在保證診療需要的基礎上，優化對比劑方案，降低對比劑劑量值得更深入的研究。

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Progresses and strategies of optimizing contrast medium in coronary CT angiography

YU Mei，MA Yue，WANG Yu-ke，XIANG Ji-hui，YANG Yi-jing，HOU Yang
（Department of Radiology，Shengjing Hospital of China Medical University，Shenyang 110004，China）

R543.3；R814.42

B

1008-1062（2015）10-0745-03

2015-05-18；

2015-06-22

余美（1989-），女，陜西榆林人，碩士研究生。現工作單位為第四軍醫大學唐都醫院放射科。

侯陽，中國醫科大學附屬盛京醫院放射科，110004。

遼寧省自然科學基金（項目編號：2013021076）。