自然呼吸下高螺距双源CT肺动脉造影方法探讨

邓国辉 胡红杰 张文明 陈彬 胡吉波

自然呼吸下高螺距双源CT肺动脉造影方法探讨

邓国辉 胡红杰 张文明 陈彬 胡吉波

目的 探讨自然呼吸状态下高螺距双源CT肺血管造影（CTPA）技术对可疑肺栓塞患者应用的可行性、影像质量。 方法 对54例临床疑似肺动脉栓塞的患者（高螺距组），采用第二代双源CT行CT肺血管造影（CTPA），患者在自然呼吸下行高螺距CTPA检查（螺距为3.0，120kV，100mAs，50ml对比剂）；另选前期检查患者54例作为常规组行常规CTPA检查（螺距为0.8，120kV，100mAs，80ml对比剂），深吸气后屏气扫描。记录PA强化程度、图像噪声、信噪比、图像的整体质量、扫描范围内肺动脉分支是否存在对比剂充盈不均和心脏、呼吸运动伪影以及辐射剂量，结果进行统计学分析。 结果 高螺距组肺动脉主干（PT）及尖段（S1）肺动脉、后基底段（S10）肺动脉的平均CT值为（404±104）、（453±119）和（453±119）HU，平均图像背景噪声（11±2）HU，平均检查时间为（0.67±0.09）s，平均辐射剂量为（142±31）mGy cm，明显优于常规组（P＜0.05）。检查图像无呼吸及心脏的运动伪影。肺动脉分支未见完全或部分缺损，所有患者均达到诊断要求。 结论 自然呼吸下状态高螺距双源CTPA检查能得到较高质量的图像，没有产生呼吸和心脏的运动伪影，且可避免出现瓦氏（Valsalva）呼吸所致的伪影。

高螺距CT 双源CT CT肺动脉造影 自由呼吸 瓦氏呼吸

急性肺动脉栓塞（acute pulmonary embolism，APE） 是继心肌梗死及中风之后第三位常见的急性心血管疾病，CT肺血管造影（CTPA）凭借其较高的特异性及敏感性、无创等优点，已经成为排除肺动脉栓塞的首选检查方法[1]。普通的单源螺旋CT，螺距受限于1.5，即使是多层螺旋CT（MDCT），为了得到没有呼吸伪影的图像，仍需要屏气几秒才能完成CTPA检查。由于APE患者发病急、进展快，在临床工作中，我们经常遇到不能配合呼吸命令的患者，如小儿、听力受损的患者、危重或急救患者，以及严重的心肺或神经系统疾病引起的并发症或痴呆等患者，从而导致CTPA检查的失败。这就要求我们寻找一种扫描速度快、无需屏气且而图像质量优良的检查方法。第二代双源CT的在没有心电门控时最大螺距可以达到3.2～3.4[2]。使用高螺距扫描可以在1s内完成CTPA的检查[3]，这种新的技术可以克服屏气对肺动脉增强的影响。在本文中，我们所收集的54例患者的高螺距CTPA检查是在没有呼吸的命令和心电门控下完成的。

1 资料和方法

1.1 一般资料 本研究共收集我院2012年11月至2013年1月54例临床怀疑肺栓塞的患者（高螺距组），行高螺距CTPA检查，其中男26例，女28例，年龄22～84（63±15）岁；回顾我院2012年7月至2012年10月常规CTPA检查的患者54例，其中男28例，女26例，16～83岁，年龄16～83（59±16）岁；作为常规组。两组患者性别及年龄比较差异均无统计学意义（均P＞0.05）。

1.2 方法

1.2.1 仪器及参数 两组扫描均采用第二代双源螺旋CT（德国西门子公司生产）。高螺距组采用120kV管电压和100MAs管电流；螺距为3.0，128×0.6的探测器，旋转时间0.28s。没有呼吸命令和心电门控；检查过程中患者采用自然呼吸的模式。常规组54例患者采用吸气后屏气的模式。采用120kV的管电压与100MAs的管电流；螺距为0.8，64×0.6的探测器，旋转时间0.28s。两组均采用自动曝光控制（CARE DOSE 4D，德国西门子公司生产）。

1.2.2 增强扫描 采用双筒高压注射器（美国MEDRAD公司生产），18G套管针，非离子对比剂碘普罗胺（拜耳医药保健有限公司生产），浓度370mgI/ml。高螺距组注射50ml对比剂，和40ml的氯化钠注射液通过肘静脉注射，注射速率为4ml/s。采用团注对比剂跟踪技术（bolus tracking），触发点设在肺动脉主干，触发阈值为170HU，延迟5s扫描。常规组注射80ml对比剂，和20ml的氯化钠注射液通过肘静脉注射，注射速率为4ml/s，同样采用团注对比剂跟踪技术，触发点设在肺动脉主干，触发阈值100HU。延迟7s后扫描。扫描方向从脚到头，扫描范围包括全肺。

1.2.3 图像重建 首先重建横断位图像，厚度1.0mm，层间隔1.0mm，卷积函数（b26f）的纵隔窗（窗位40HU；窗宽400HU）。其次重建厚度为5mm、层间隔5mm的肺窗图像，卷积函数（b70f）窗位：-500HU；窗宽：2 000HU。

1.2.4 测量及主观图像评价 对图像客观质量评估的措施，本研究感兴趣区域（ROI）的测量在工作站进行，由1位放射工作经验5年以上的医师进行，使用圆形测量工具。平均值和标准差以HU来表示。背景噪声（BN）以患者胸骨柄前面空气的标准差来表示。测量肺动脉干（PT），肺尖段（S1）动脉，及后基底段（S10）动脉的密度，以CT值表示。感兴趣区域尽可能包括测量血管的断面。信号噪声比（SNR）根据下列公式计算：SNR=ROI的CT值/ BN。

主观图像质量评估采用双盲法，由2位有5年以上放射科工作经验的医师采用5分制来独立评估。评估的标准[4]为：1级：肺动脉强化好，超过亚段肺动脉分支水平，诊断信心充分；2级：肺动脉强化好，能充分诊断至亚段分支水平；3级：排除肺动脉栓塞至段级分支水平；4级：肺动脉栓塞的诊断信心只限于主干；5级：肺动脉几乎不强化，无法诊断。此外，由2位医师独立评估肺动脉分支是否存在对比剂的充盈缺损以及在冠状位重建图像上观察是否存在呼吸和心脏运动伪影（图1）。

图1 采用常规螺距及呼吸命令的常规组图像[A：胸部血管的反向对比（高浓度的对比剂在上腔静脉（SVC）和主动脉（AA），肺动脉主干（PT）强化不佳；B：肺动脉分支内对比剂的充盈不均；C：肺内血管及膈面的呼吸伪影。D：不含对比剂剂的血液可以在右心室内看到（箭头），并且能看到明显的心脏阶梯状伪影]

所有患者的CTPA检查我们均记录了辐射剂量，用CTDIvo（l单位：mGy）和DLP（单位：mGy cm）来表示，这些辐射剂量的数据是在检查后双源CT在患者扫描序列内自动生成的。

1.3 统计学处理 采用SPSS19.0统计软件。计量资料以表示，组间比较采用t检验。组间计数资料比较采用χ2检验。观察者间差异采用Kappa一致性检验，Kappa=0.81～1.0提示两者一致性非常好，0.61～0.8提示两者一致性好，0.41～0.60提示两者一致性一般，＜0.4提示两者一致性差。

2 结果

高螺距组17例患者诊断为肺栓塞，对照组14例患者诊断为肺栓塞。肺栓塞的诊断均由2位医师在双盲情况下诊断。

两组患者扫描及图像质量评价比较见表1。

表1 两组患者扫描及图像质量评价比较

由表1可见，高螺距组的检查时间比常规组明显减少（P＜0.01）。高螺距组的平均辐射剂量CTDIvol及DLP也显著低于常规组（均P＜0.01）。但平均图像噪声没有统计学差异。高螺距组的PT及分支（S1、S10）强化程度明显高于常规组（P＜0.01）。高螺距组的S1、S10的平均信噪比明显低于常规组的平均信噪比（P＜0.01）。

在高螺距组的检查中，没有出现检查失败（即图像质量评分为“5”）的情况。但常规组中有3例患者检查失败，需要重新扫描。在主观图像质量等级的数据显示，高螺距组的图像质量评级均为1级或2级。高螺距组观察者的平均图像质量分数明显好于常规组（P＜0.01）。在高螺距组，我们没有发现有肺动脉分支血管内的对比剂充盈不均的现象，而且也没有出现明显的呼吸伪影及心脏运动伪影干扰（图2）。

常规组内有9例存在明显的心脏运动伪影；但对诊断没有明显的影响。发现呼吸伪影13例。5例患者出现完全或部分的对比剂充盈缺损，其中3例对诊断产生影响。1例出现完全对比剂的充盈缺损而导致无法诊断。2例被评为“4”级，另外2例的评为“2级”和“3级”。

图2 高螺距组低剂量低碘量自然呼吸的图像（A：优良的对比剂分布；B及C：右心室密度明显高于左心室，清晰显示肺动脉分支栓塞；D：上腔静脉及左锁骨下静脉对比剂存留较多，对比剂注射方案有待进一步优化）

3 讨论

多层螺旋CTPA是目前排除肺栓塞最常用的检查方法。MDCT平均的CTPA检查时间约为4～15s，仍然必须要屏气来保证图像质量和减少运动伪影。然而，有文献报道，在肺动脉造影中尽管采用了团注对比剂跟踪技术，仍然会出现对比剂充盈不均的现象[5-6，8]。吸气后屏气，会导致胸腔内压力的降低，从而使胸部血管内血流动力学发生改变，而静脉系统受到的影响更明显，从下腔静脉回流至右心房的血流量会相对增加，不含对比剂血液的回流增加，从而对从上腔静脉进入的含有对比剂的血液产生稀释效应。导致右心室及肺动脉分支内对比剂的充盈不均或者缺损，偶尔可以发生胸部血管的反向对比（即，高浓度的对比剂在上腔静脉和主动脉，肺动脉分支对比剂充盈不佳，图1），因此导致CTPA检查的失败[5-6]。另外患者强制性的屏气可能不自主的被诱导出瓦氏（Valsalva）呼吸，胸腔和血管内的压力会突然大幅度增加从而阻止血液回流至右心房，一方面，导致心率降低和心脏输出量减少；另一方面，瓦氏呼吸还会刺激迷走神经反射。这些生理机制也在其他的研究中被验证[7]。而这种生理机制会导致CTPA检查时对肺动脉分支内的对比剂充盈产生影响，出现对比剂完全或部分充盈缺损，从而影响肺栓塞的诊断。有学者提出[8] ，可以用呼气后屏气的办法来进行CTPA检查来减少这种影响。然而，最近的报道，这种方法仍会产生较多的伪影（14%）[9]。

在现代社会中，面临着人口老龄化的社会问题，我们还需要考虑许多患者在进行CTPA检查时不能进行屏气的问题，比如配合较差的小儿患者，听力受损的患者、危重或急诊患者，以及严重的心肺或神经系统疾病引起的并发症或痴呆等。因此，CT检查过程中无需强制任何患者屏气、且没有运动伪影干扰的理想CT检查方案值得我们研究。在我们的高螺距双源CTPA检查的实验中，所有的患者均采用自由呼吸，而且所有患者是没有经过筛选的，我们的初步临床实验结果表明，这种检查方法平均图像采集时间（0.76±0.07）s，肺动脉分支没有出现由于呼吸运动产生的伪影，主观的图像质量分析显示，在肺动脉分支内没有出现部分或全部缺损对比剂柱，每一例患者的图像质量评级均为1～2级，可见这种方法是可以常规用于临床的技术。而在常规组内，采用的是吸气后屏气的呼吸命令，用常规螺距扫描，其中有3例患者由于图像质量的原因导致不能诊断。常规扫描平均成像时间6.2s。部分患者不能完全遵守呼吸命令，13例(24%)出现呼吸伪影；另外5例（9.1%）出现了部分的造影剂柱的缺损。

高螺距扫描的另一个优势是，高速扫描可以减少检查中对比剂的使用，我们可以在肺动脉内对比剂浓度达到峰值时进行快速的扫描，从而得到高质量的图像质量。在这方面，我们的实验中使用了50ml的对比剂和120kV管电压（图2），得到了非常好的肺动脉的增强图像，比常规组显著减少了对比剂的用量，又明显提高信噪比，在文献[10] 中有和我们的常规组类似的数据报道。如图2所示，我们经常能够看到仍有高密度的对比剂在锁骨下静脉和上腔静脉内残留，这证明我们似乎仍有余地进一步降低对比剂的用量。由于对比剂对肾脏功能可以产生不良影响，所以高螺距扫描由于采取了合理的对比剂注射方法和相对较少的对比剂用量，对于临床上可能会发生对比剂肾病的患者来说，降低了发病的危险性。

目前，对于CT检查辐射剂量问题的探讨也深受广大受检者的关注，在本研究的高螺距组，我们观察到平均CTDIvol和DLP为3.92mGy和1.42mGy cm，平均辐射剂量值比报道的双能CTPA[11]低22%，比常规组的结果低31%。由此可见，高螺距CTPA的检查方法，明显降低了辐射剂量。高螺距CTPA检查也可以用于肺栓塞患者的复查，通常肺栓塞患者需要多次的CTPA检查来观察临床治疗的效果，这增加了患者辐射损害的风险，高螺距CTPA扫描为他们提供了一种相对安全的复查的方法。但是，高螺距扫描也存在着一些不足。首先，本文是单中心研究，我们的主观倾向性可能对结果产生影响。还有临床患者随机抽取的样本也可能对结果有一定的影响；其次，在高螺距的CT扫描中，虽然扫描速度很快，屏气扫描是否更好也需要来探讨，不屏气对于图像的干扰是否存在，达到何种程度等；第三，双能CTPA目前在测量肺实质的碘分布及肺血流灌注方面取得了一定的进展，初步研究结果表明，急性PE灌注缺损大小与预后存在一定的关系[12-13]。而我们的高螺距CTPA检查不能做碘图。但是，双能CTPA碘图对于PE患者的预后的影响程度仍有待研究和临床评价。

总之，自然呼吸下高螺距FLASH双源CTPA检查方法能够有效的避免呼吸伪影及心脏运动的伪影。同时也减少了辐射剂量。而且此技术能够克服瓦氏呼吸对肺动脉对比剂充盈的负面影响。通过进一步优化对比剂的注射方案，可以进一步减少对患者肾脏功能的潜在损害，也为危重或者意识丧失的患者、听力受损患者以及其他不能配合的患者（如小儿患者等）提供了一种可靠的检查方法，也非常适用于肺栓塞患者的复查。

[1] Schoepf U J,Savino G,Lake D R,et al.The age of CT pulmonary angiography[J] .J Thorac Imaging,2005,20:273-279.

[2] Flohr T G,Leng S,Yu L,et al.Dual-source spiralCT with pitch up to 3.2 and 75 ms temporal resolution:image reconstruction and assessment of image quality[J] .Med Phys,2009,36:5641-5653.

[3] GoettiR,Leschka S,Baumuller S,et al.Low dose high-pitch spiral acquisition 128-slice dual-source computed tomography for the evaluation of coronary artery bypass graft patency[J] .Invest Radiol,2010,45:324-330.

[4] Yuan R,Shuman W P,Earls J P,et al.Reduced Iodine Load at CT Pulmonary Angiography with Dual-Energy Monochromatic Imaging:Comparison with Standard CT Pulmonary Angiography-A Prospective Randomized Trial[J] .Radiology,2012,262(1): 290-297.

[5] Gosselin M V,Rassner U A,Thieszen S L,et al.Contrast dynamics during CT pulmonary angiogram:analysis of an inspiration associated artifact[J] .J Thorac Imaging,2004,19:1-7.

[6] Wittram C,Yoo A J.Transient interruption of contrast on CT pulmonary angiography:proof of mechanism[J] .J Thorac Imaging, 2007,22:125-129.

[7] Kuzo R S,Pooley R A,Crook J E,et al.Measurement of caval blood flow with MRI during respiratory maneuvers:implications for vascular contrast opacification on pulmonary CT angiographic studies[J] .Am J Roentgenol,2007,188:839-842.

[8] Chen Y H,Velayudhan V,Weltman D I,et al.Waiting to exhale: salvaging the non-diagnostic CT pulmonary angiogram by using expiratory imaging to improve contrast dynamics[J] .Emerg Radiol,2008,15:161-169.

[9] Mortimer A M,Singh R K,Hughes J,et al.Use of expiratory CT pulmonary angiography to reduce inspiration and breath-hold associated artefact:contrast dynamics and implications for scan protocol[J] .Clin Radiol,2011,66:1159-1166.

[10] BjorkdahlP,Nyman U.Using 100-instead of 120-kVp computed tomography to diagnose pulmonary embolism almost halves the radiation dose with preserved diagnostic quality[J] .Acta Radiol,2010,51:260-270.

[11] Bauer R W,Kramer S,Renker M,et al.Dose and image quality at CT pulmonary angiography-comparison of first and second generation dual-energy CT and 64-slice CT[J] .Eur Radiol, 2011,21:2139-2147.

[12] Bauer R W,Frellesen C,Renker M,et al.Dual energy CT pulmonary blood volume assessment in acute pulmonary embolism-correlation with D-dimer level,right heart strain and clinicaloutcome[J] .Eur Radiol,2011,21:1914-1921.

[13] Thieme S F,AshooriN,Bamberg F,et al.Severity assessment of pulmonary embolism using dual energy CT-correlation of a pulmonary perfusion defect score with clinical and morphologicalparameters of blood oxygenation and right ventricular failure [J] .Eur Radiol,2012,22:269-278.

High-pitch dual-source CT pulmonary angiography in naturally breathing patients

DENG Guohui，HU Hongjie，ZHANG Wenming，et al.
Department of Radiology,Sir Run Run Shaw Hospital,Zhejiang University School of Medicine,Hangzhou 310020,China

Objective To assess the feasibility and image quality of high-pitch dual-source CT pulmonary angiography (CTPA)in naturally breathing patients with suspected pulmonary embolism. Methods One hundred and eight patients with clinically suspected pulmonary embolism underwent CTPA examination with dual-source CT scanner.Patients were randomly divided into 2 groups:patients in high-pitch group(n=54)received high-pitch CTPA(pitch 3.0,120 kV,100 mAs,50ml contrast material)without special breathing requirement,patients in routine group(n=54)received normal mode CTPA(pitch 0.8,120 kV,100 mAs,80ml contrast material)with inspiratory breath-hold during scanning.PA enhancement,image noise,signal to noise ratio, overall image quality,incidence of total or partial interruption of the contrast column in the PAs,and heart motion-related and breathing-related artifacts of the diaphragm and pulmonary structures were compared between two groups. Results In high-pitch group，the mean central and peripheral PA attenuation was 404±104 and (453±119)HU,mean image noise was (11±2)HU,mean examination time was (0.67±0.09)s and mean dose-length product was (142±31)mGycm,which were all better than those in routine group(P＜0.05).There were no artifacts of the diaphragm or pulmonary vessels related to breathing or heart motion.There was no case of partial or total interruption of the contrast column in the PA tree.No examination was rated non-diagnostic in high-pitch group. Conclusion High-pitch dual-source CTPA in naturally breathing patients effectively produces images that are free of artifacts related to breathing and cardiac motion,hence the Valsalva-related artifacts can be eliminated with this technique.

High-pitch computed tomography Dual-source computed tomography Computed tomography pulmonary angiography Nature breathing Valsalva maneuver

2013-11-05）

（本文编辑：田云鹏）

浙江省科技厅科技计划（2010C 33106）

310016 浙江大学医学院附属邵逸夫医院放射科（邓国辉系在职研究生，现在杭州市中医院放射科工作）

胡红杰，E-m ai l：hongj i ehu@zj u.edu.cn