精準數學模型在肺動脈CT成像中的應用

唐智明， 何衛紅， 錢其林， 吳小紅

(南華大學附屬第二醫院放射影像中心，湖南省衡陽市421001)

隨著技術的進步，CT肺動脈成像(CT pulmonary angiography，CTPA)已經成為診斷肺動脈栓塞的常規檢查方法[1]。目前肺動脈CT成像中，對比劑和生理鹽水的用量多為固定值[2-3]，而對于不同的個體及不同的掃描機型，使用固定量對比劑和生理鹽水勢必存在掃描完成仍在注射或者掃描未完成已經注射完畢的情況，因此會造成浪費或用量不足。本研究探討運用數學模型計算對比劑及生理鹽水用量在CTPA中的可行性及合理性。

1 資料和方法

1.1 臨床資料

2019年1月—2020年1月于本院接受CTPA檢查患者180例，其中男性102例，女性78例，年齡20～86歲，平均(58.53±11.37)歲；體質量指數(18.7～30.6)kg/m2，平均(22.16±5.41)kg/m2，隨機均分成數學模型組、固定用量組和對照組，每組60例。檢查前全部受檢者知情并均簽署CT增強檢查知情同意書。

1.2 CTPA參數及小劑量測試

掃描設備為Philips Brilliance 256層螺旋CT。掃描參數為:管電壓100 kV，自動管電流調制，螺距0.914，準直器寬度為0.625 mm/排×128排，機架轉速0.4 s/r，重建層厚0.9 mm，重建間隔0.45 mm。對比劑為碘克沙醇(320 gI/L)，采用德國Ulrich高壓注射器經肘前靜脈注射，注射速率5.0 mL/s。足頭方向掃描，掃描范圍肺底至肺尖。

CTPA掃描:采用小劑量團注測試技術(test bolus)。檢測層面定于肺動脈主干水平層面，先以5 mL/s速率注射10 mL對比劑和20 mL生理鹽水，掃描前囑患者憋氣，注藥同時開始低劑量監測掃描(管電壓80 kV，管電流20 mAs)，當主動脈有對比劑時停止掃描。掃描結束后將圖像載入Test-Injection程序中，獲得肺動脈及肺靜脈的時間-密度曲線。對照組掃描延遲時間為肺動脈達峰時間+2 s,固定注射35 mL對比劑及50 mL生理鹽水[3-4]。數學模型組和固定用量組掃描延遲時間為肺動脈與肺靜脈交叉點時間，固定用量組固定注射35 mL對比劑及50 mL生理鹽水，數學模型組改良竇瑞雨等[5]及Saade等[6]數學模型計算對比劑及生理鹽水用量，生理鹽水用量=肺動脈達峰時間×注射速度，對比劑用量=(掃描時間+掃描延遲時間-肺動脈達峰時間)×注射速度。

1.3 CT成像評價標準

由2名高年資醫師采用雙盲法對3組圖像質量進行評價分析，并最終協商達成一致意見。

1.3.1 圖像質量客觀評價標準 測定肺動脈干(main pulmonary artery,MPA)、尖段肺動脈、后底段肺動脈、上腔靜脈(superior vena cava,SVC)等血管的CT值，選定所測血管感興趣區域應盡可能包括血管最大直徑。

1.3.2 圖像質量主觀評價標準 結合橫軸面、矢狀面、冠狀面MIP和 MPR圖像，采用5分法對肺動脈血管斷層圖像進行主觀分級[7]。評分標準如下：1分為肺動脈血管未見明顯強化；2分為肺動脈段及亞段血管強化程度比較差，相鄰肺靜脈強化較明顯；3分為肺動脈段及亞段血管與伴行的肺靜脈強化程度接近；4分為肺動脈段及亞段血管強化明顯，伴行的肺靜脈稍有強化但低于肺動脈；5分為肺動脈段及亞段血管強化明顯，伴行肺靜脈未見強化。

1.3.3 上腔靜脈硬化偽影評價標準 上腔靜脈硬化偽影評價分為2級[8]：0級為上腔靜脈周圍無明顯硬化偽影；1級為上腔靜脈周圍可見明顯的硬化偽影。

1.4 統計學分析

2 結 果

2.1 各組對比劑及生理鹽水用量的比較

對照組和固定用量組生理鹽水用量為50 mL，對比劑用量為35 mL；數學模型組生理鹽水用量為(28.78±4.39) mL，對比劑用量為(22.59±3.05) mL，均顯著低于固定用量組和對照組(P<0.05)。

2.2 各組血管CT值的比較

各組所測肺動脈CT值均大于250 HU，滿足診斷要求[9]，且3組間差異無統計學意義(P>0.05)。上腔靜脈CT值數學模型組低于固定用量組及對照組(F=70.67，P<0.05)，固定用量組和對照組間差異無統計學意義(P>0.05；表1)。

表1 各組肺動脈CT成像血管CT值的比較(n=60) 單位：HU

2.3 各組圖像質量評分和硬化偽影的比較

采用Kappa一致性檢驗，2名醫師評分具有較好的一致性(Kappa=0.81,P<0.01)。數學模型組、固定用量組、對照組評分分別為(4.42±0.53)分、(4.18±0.68)分和(3.75±0.57)分；3組間圖像質量評分情況差異有統計學意義(P<0.05),數學模型組和固定用量組評分高于對照組(P<0.05；表2)。上腔靜脈周圍硬化偽影固定用量組和對照組多于數學模型組(P<0.05；表3)。

表2 各組圖像質量評分情況的比較(n=60) 單位：例(%)

典型病例圖像見圖1。

表4 各組上腔靜脈周圍硬化偽影分級的比較(n=60) 單位：例(%)

圖1 精準數學模型對肺動脈CT圖像質量的影響

3 討 論

由于肺循環血流快，血流從肺動脈到達肺靜脈的循環時間僅2～4 s，肺動脈與肺靜脈強化峰值的大小和出現時間比較接近，這就要求掃描延遲時間要非常準確。掃描延遲時間因個體差異而變化，可能受年齡、心率、心功能、對比劑劑量和注射速率的影響。小劑量測試法肺動脈CT成像的優點不言而喻，它以精準的延遲時間避免了絕大多數的個體差異，從而獲得高質量的圖像，被臨床廣泛采用[5,10]，其相對于經驗法和對比劑示蹤法而言，有著無法取代的優勢。

當對比劑從靜脈注入人體后，對比劑含量在肺動脈血液中會迅速上升達到峰值，然后迅速下降，接著緩慢下降，肺靜脈亦然。若肺動脈對比劑含量下降越快，肺靜脈含量上升越快，說明肺循環越快，這時肺動、靜脈交叉點時間與肺動脈達峰時間的差值越小；相反肺動脈含量下降越慢，肺靜脈含量上升越慢，說明肺循環越慢，這時肺動、靜脈交叉點時間與肺動脈達峰時間的差值越大。當肺循環較快時，需稍提前掃描以防止肺靜脈對比劑含量過高干擾肺動脈觀察；當肺循環較慢時，需稍延遲掃描使肺動脈分支血管內對比劑充盈均勻。本研究中數學模型組和固定用量組以肺動、靜脈交叉點時間為掃描延遲時間，肺動、靜脈交叉點時間與肺動脈達峰時間差值與對照組以2 s為掃描延遲時間差別不大，因此3組肺動脈CT值差異無統計學意義。但圖像質量評分數學模型組和固定用量組明顯高于對照組，且對照組有1例患者評分為1分，需重做，其原因為掃描延遲時間過早；后以肺動、靜脈交叉點時間為掃描延遲時間，圖像質量得到明顯改善。因此，以肺動、靜脈交叉點時間為掃描延遲時間更為準確，尤其對于肺循環較慢者。

肺動脈的強化程度取決于注射速度及對比劑含量[11]。在注射速度及對比劑含量保持不變的情況下，生理鹽水沖洗技術對減少對比劑用量和提高圖像質量具有重要作用[12]。其意義在于既保持了對比劑的速率,在掃描時間內維持肺動脈的峰值，降低對比劑用量；同時減少上腔靜脈硬化偽影,提高圖像質量。本研究中數學模型組生理鹽水用量與Saade等[6]使用的最佳生理鹽水沖洗量30 mL相近。根據數學模型掃描延遲時間加上掃描時間等于對比劑及生理鹽水的注射時間，即掃描結束時對比劑和生理鹽水同時注射完畢，此時肘前靜脈至肺動脈主干內應均為生理鹽水。因此該數學模型在保證肺動脈對比劑含量的同時，減少了上腔靜脈硬化偽影。

本研究樣本量較少，特別是肺循環較快或較慢的樣本少，生理鹽水的計算公式未考慮靜脈管徑的變化及心功能對體積的影響。

綜上所述，以肺動脈與肺靜脈交叉點時間為掃描延遲時間，該數學模型在CTPA中的應用是可行的且減少了對比劑及生理鹽水用量，提高了圖像質量，值得推廣。