冠狀動脈CTA個體化對比劑注射方案實現圖像質量均一化的可行性研究

于易通， 尹衛華， 馬偉， 高揚， 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的不斷發展，CCTA技術得到很大的提高，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]。

血管強化程度對準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化程度是準確診斷CAD的重要前提。根據患者體格制定個體化的對比劑注射方案不僅可以實現不同患者各支血管強化程度的均一性，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，更適用于調節對比劑的劑量[9]。本研究通過與傳統對比劑注射方案進行對比，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到診斷所需的血管強化程度及不同患者間血管強化程度的均一性，旨在進一步提高CCTA的圖像質量。

材料與方法

1.臨床資料

本研究為前瞻性隨機分組對照試驗，獲得了本院醫學倫理委員會的批準，所有患者簽署例知情同意書。連續將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，入組標準：①年齡18～80歲；②臨床已知或疑似冠心病；③無需或經藥物控制后，心率<90次/分。排除標準：①碘對比劑過敏；②嚴重肝、腎功能不全，或有器官移植手術史；③有嚴重房室傳導阻滯(2或3級傳導阻滯)或嚴重心衰(NYHA Ⅲ或Ⅳ級)；④心臟搭橋或介入手術或人工瓣膜置換術后患者；⑤屏氣困難，呼吸偽影重；⑥冠狀動脈鈣化嚴重，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，未發生嚴重不良反應。

2.對比劑注射方案

按照隨機數字表法將患者分為試驗組和對照組，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。患者取仰臥位、足先進，按標準位置粘貼心臟電極片，連接導線，常規選用II導聯。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技術，感興趣區設于升主動脈內，觸發閾值為100 HU，達閾值后囑患者屏氣，6 s后開始掃描。掃描參數：100 kV，370 mAs，0.28 s/r，掃描層厚10 mm，準直器寬度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，當患者心率<60次/分時，觸發時相選擇60%R-R間期；當心率為60～70次/分時，觸發時相選擇70%～80%R-R間期；當心率為71～90次/分時，觸發時相選擇35%～45%R-R間期。同時采用Padding技術對所選觸發時相的前后5%時相進行曝光及數據采集。

4.圖像后處理

將原始數據傳至后處理工作站，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(volume rendering，VR)等后處理技術進行圖像重組和觀察。

5.圖像質量評價

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診斷經驗的放射科醫師進行閱片分析。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(region-of-interests，ROI)測量管腔的CT值及標準差，并分別在3支血管對應層面上于冠狀動脈旁的脂肪組織內選取相同大小的感興趣區測量其CT值，每個位置測量3次取平均值。以血管旁脂肪CT值的標準差(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.統計學分析

使用SPSS 17.0軟件進行統計學分析。數據分布采用Shapiro-Wilk檢驗。符合正態分布的計量資料采用(均值±標準差)的形式表示，組間比較采用兩獨立樣本t檢驗；分類變量的比較采用卡方檢驗。以P<0.05為組間差異有統計學意義。體重與血管強化程度的關系采用回歸分析，P<0.01表示有線性相關。

結 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、體質量指數(body mass index，BMI)、BSA、性別和心率差異均無統計學意義(P>0.05)，兩組患者具有可比性。

表2 實驗組和對照組患者的基本臨床資料

2.目標血管CT值及CNR

兩組中3支血管的CT值、CNR及組間比較結果見表3～4。試驗組中升主動脈的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，但差異均無統計學意義(P>0.05)。試驗組與對照組冠狀動脈CNR比較，差異無統計學意義(P>0.05)。

表3 兩組中3支血管的CT值和CNR及組間比較

3.冠狀動脈強化程度的個體間差異

比較對照組與試驗組中體重與冠狀動脈血管強化程度的關系，4組數據均呈正態分布(Shapiro-Wilk 檢驗，P>0.05)，對照組中前降支和右冠狀動脈的強化程度與體重均呈線性相關(P<0.01)，但相關性較低(r=-0.33；r=-0.19)。試驗組中前降支和右冠狀動脈的強化程度與體重無統計學相關性(r=-0.09，P=0.280；r=-0.14，P=0.587)。試驗組的擬和線較對照組平緩，血管強化程度更趨于一致(圖1)。

圖1 體重與冠狀動脈強化程度相關性分析散點圖。a) 對照組中，前降支強化程度與體重間呈負相關(R2=0.110，r=-0.33，P<0.01)； b) 對照組中，右冠狀動脈強化程度與體重呈負相關(R2=0.037，r=-0.19，P<0.01)； c) 實驗組，前降支強化程度與體重間無顯著相關關系(R2=0.008，r=-0.09，P=0.280)； d) 實驗組，前降支強化程度與體重間無顯著相關關系(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，組間差異有統計學意義(P=0.003)；實驗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，組間差異無統計學意義(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，組間差異有統計學意義(P=0.021)；實驗組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，組間差異無統計學意義(P=0.799)。

為了進一步探討不同個體間血管強化程度的均一性，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化程度的差異，結果見圖2、3。對照組中各亞組間前降支和右冠狀動脈強化程度的差異均有統計學意義(P=0.003，P=0.021)；試驗組中各亞組間前降支、右冠狀動脈強化程度的差異均無統計學意義(P=0.809，P=0.799)。試驗組中不同體重人群間血管強化的均一性更好。

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圖像質量對準確判斷斑塊性質及管腔狹窄程度至關重要。既往固定碘流率及碘負荷的傳統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，但個體間血管強化程度的差異大，而過高或過低的強化程度均不利于血管狹窄或斑塊性質的判斷，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生風險；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對比劑濃度維持在穩定的平臺期。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化程度，還可提高圖像質量、減少對比劑的副作用。

血管強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(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)是影響強化程度的關鍵因素[12,14]。Bae等[9]固定對比劑總量(350 mg I/mL，75 mL)，研究CCTA檢查中血管強化程度與體重、身高、BSA及BMI的關系，其結果顯示血管強化程度與上述因素間均存在很強的負相關性，其中與BSA的相關性最高(r=-0.74)，因此作者認為應根據BSA調整對比劑劑量，但未指出具體方案。另有多項研究指出，心輸出量是影響血管強化程度的首要因素[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行心動超聲研究，BSA與上述兩者相關，且不受肥胖影響。再次證明，BSA是影響血管強化程度的重要因素。此研究是第一個根據BSA制定CCTA個體化對比劑注射方案的研究。

此研究以既往經驗為基礎，根據BSA制定了個體化的對比劑注射方案。除了比較血管強化程度，我們對圖像質量也進行了評估。與傳統對比劑注射方案比較，試驗組的圖像質量可以滿足診斷所需，且血管強化程度與對照組一致。在進一步分析患者體格與血管強化程度間關系時我們發現，試驗組中血管強化程度與患者體重間無顯著相關性(P>0.01)，散點圖的擬合直線更平緩，血管強化程度更趨于一致。進一步根據體重進行分組后，發現試驗組3個亞組間血管強化程度的差異無統計學意義(P>0.05)，而對照組中各亞組間的差異有統計學意義(P<0.05)。以上結果提示試驗組中血管強化程度的均一性更高。散點圖中看到相同體重患者血管強化程度不一，如前文所述，這與影響血管強化程度的因素較多有關，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。總的來說本研究結果證實，基于BSA制定的個體化對比劑注射方案能夠基本實現不同體格患者冠狀動脈強化程度的均一性。

本研究的不足之處：①本研究中每組樣本量較少，有待進一步擴大樣本量；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驗，不同個體的心功能或者血液動力學之間可能存在差異，故我們的研究結論是相對的；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段的診斷準確性進行比較，但這不是本研究的重點。

總之，根據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圖像質量。而且不同體格人群的血管強化程度均一性較好，可成為評估冠狀動脈病變的可靠方法。