冠状动脉CTA个体化对比剂注射方案实现图像质量均一化的可行性研究

于易通， 尹卫华， 马伟， 高扬， 侯志辉， 任心爽， 吕滨

冠状动脉CT血管成像(cononary CT angiography，CCTA)不仅可以评价冠状动脉的狭窄部位及程度，也可了解管壁斑块的形态及成分，是其他非侵入性检查无法取代的[1]，随着多层螺旋CT的不断发展，CCTA技术得到很大的提高，已成为临床评估和筛查冠状动脉疾病(coronary artery disease，CAD)的重要手段[2-4]。

血管强化程度对准确判断冠状动脉病变尤为重要[5]。CT值过低(<200 HU)会夸大对狭窄程度的预测，CT值过高(>500 HU)会降低对冠状动脉狭窄的检出能力[6]，合适且均匀的血管强化程度是准确诊断CAD的重要前提。根据患者体格制定个体化的对比剂注射方案不仅可以实现不同患者各支血管强化程度的均一性，还能够减少对比剂用量、简化操作程序，使患者最大程度受益[7-8]。体表面积(body surface area，BSA)因基本不会受到不参与代谢、稀释及分散对比剂的脂肪组织的影响，更适用于调节对比剂的剂量[9]。本研究通过与传统对比剂注射方案进行对比，分析在CCTA检查中采用基于BSA的个体化对比剂注射方案能否达到诊断所需的血管强化程度及不同患者间血管强化程度的均一性，旨在进一步提高CCTA的图像质量。

材料与方法

1.临床资料

本研究为前瞻性随机分组对照试验，获得了本院医学伦理委员会的批准，所有患者签署例知情同意书。连续将2016年3月-2016年11月本院疑似冠心病而拟行CCTA检查的患者纳入观察，入组标准：①年龄18～80岁；②临床已知或疑似冠心病；③无需或经药物控制后，心率<90次/分。排除标准：①碘对比剂过敏；②严重肝、肾功能不全，或有器官移植手术史；③有严重房室传导阻滞(2或3级传导阻滞)或严重心衰(NYHA Ⅲ或Ⅳ级)；④心脏搭桥或介入手术或人工瓣膜置换术后患者；⑤屏气困难，呼吸伪影重；⑥冠状动脉钙化严重，影响对血管的测量。最终共纳入300例患者。所有入选患者安全完成CCTA检查，未发生严重不良反应。

2.对比剂注射方案

按照随机数字表法将患者分为试验组和对照组，每组150例。两组均使用中国恒瑞公司的对比剂碘佛醇(350 mg I/mL；艾苏显350)，试验组采用基于患者BSA的(BSA=体重×身高)1/2[10]个体化对比剂注射方案，对照组采用传统对比剂注射方案。两组均采用三期注射法：一期注射纯对比剂，注射时间12 s；二期注射对比剂与生理盐水(normal saline，NS)的混合液(比例3:7)，注射时间6 s；三期注射30 mL生理盐水冲管，注射时间6 s。具体对比剂注射方案见表1。所有患者使用CT专用高压注射器(MED TRON，德国)，采用18G留置针经左肘静脉注射。

表1 两组的对比剂注射方案

3.检查方法

使用Siemens Somatom Definition Flash第二代双源CT机。患者取仰卧位、足先进，按标准位置粘贴心脏电极片，连接导线，常规选用II导联。先扫描胸部定位像，扫描范围为自气管分叉下2 cm至膈肌水平。采用对比剂跟踪触发技术，感兴趣区设于升主动脉内，触发阈值为100 HU，达阈值后嘱患者屏气，6 s后开始扫描。扫描参数：100 kV，370 mAs，0.28 s/r，扫描层厚10 mm，准直器宽度2×64×0.6 mm，螺距3.4，重建层厚0.75 mm、重建间隔0.5 mm。按照尽可能降低辐射剂量的原则确定扫描方案，当患者心率<60次/分时，触发时相选择60%R-R间期；当心率为60～70次/分时，触发时相选择70%～80%R-R间期；当心率为71～90次/分时，触发时相选择35%～45%R-R间期。同时采用Padding技术对所选触发时相的前后5%时相进行曝光及数据采集。

4.图像后处理

将原始数据传至后处理工作站，采用多平面重建(multi-planner reformation，MPR)、最大密度投影(maximal intensity projection，MIP)和容积再现(volume rendering，VR)等后处理技术进行图像重组和观察。

5.图像质量评价

所有图像传输至PACS工作站，由不知道分组情况的两位具有5年以上心血管CT诊断经验的放射科医师进行阅片分析。在升主动脉根部(面积约100 mm2)及前降支和右冠状动脉近段(面积2～4 mm2)选取感兴趣区(region-of-interests，ROI)测量管腔的CT值及标准差，并分别在3支血管对应层面上于冠状动脉旁的脂肪组织内选取相同大小的感兴趣区测量其CT值，每个位置测量3次取平均值。以血管旁脂肪CT值的标准差(standard deviation,SD)作为图像的背景噪声，按照公式(1)计算对比噪声比(contrast-to-noise ratio，CNR)：

(1)

6.统计学分析

使用SPSS 17.0软件进行统计学分析。数据分布采用Shapiro-Wilk检验。符合正态分布的计量资料采用(均值±标准差)的形式表示，组间比较采用两独立样本t检验；分类变量的比较采用卡方检验。以P<0.05为组间差异有统计学意义。体重与血管强化程度的关系采用回归分析，P<0.01表示有线性相关。

结 果

1.基本资料

两组共300例患者的一般资料见表2。两组受试者的年龄、糖尿病和高血压患者的比例、体质量指数(body mass index，BMI)、BSA、性别和心率差异均无统计学意义(P>0.05)，两组患者具有可比性。

表2 实验组和对照组患者的基本临床资料

2.目标血管CT值及CNR

两组中3支血管的CT值、CNR及组间比较结果见表3～4。试验组中升主动脉的CT值稍低于对照组，前降支和右冠状动脉的CT值稍高于对照组，但差异均无统计学意义(P>0.05)。试验组与对照组冠状动脉CNR比较，差异无统计学意义(P>0.05)。

表3 两组中3支血管的CT值和CNR及组间比较

3.冠状动脉强化程度的个体间差异

比较对照组与试验组中体重与冠状动脉血管强化程度的关系，4组数据均呈正态分布(Shapiro-Wilk 检验，P>0.05)，对照组中前降支和右冠状动脉的强化程度与体重均呈线性相关(P<0.01)，但相关性较低(r=-0.33；r=-0.19)。试验组中前降支和右冠状动脉的强化程度与体重无统计学相关性(r=-0.09，P=0.280；r=-0.14，P=0.587)。试验组的拟和线较对照组平缓，血管强化程度更趋于一致(图1)。

图1 体重与冠状动脉强化程度相关性分析散点图。a) 对照组中，前降支强化程度与体重间呈负相关(R2=0.110，r=-0.33，P<0.01)； b) 对照组中，右冠状动脉强化程度与体重呈负相关(R2=0.037，r=-0.19，P<0.01)； c) 实验组，前降支强化程度与体重间无显著相关关系(R2=0.008，r=-0.09，P=0.280)； d) 实验组，前降支强化程度与体重间无显著相关关系(R2=0.002，r=-0.14，P=0.587)。

图2 各亚组中前降支CT值的柱形图，对照组3个亚组中前降支的CT值分别为(507.29±88.07)、(487.28±70.55)和(454.45±72.50)HU，组间差异有统计学意义(P=0.003)；实验组三个亚组中前降支的CT值分别为(488.59±67.36)、(482.45±75.24)和(478.82±68.31)HU，组间差异无统计学意义(P=0.809)。图3 各亚组中右冠状动脉CT值的柱形图，对照组3个亚组中右冠状动脉的CT值分别为(477.35±84.25)、(473.97±98.91)和(431.17±93.13)HU，组间差异有统计学意义(P=0.021)；实验组3个亚组中右冠状动脉的CT值分别为(473.79±74.99)、(470.96±78.16)和(462.81±95.71)HU，组间差异无统计学意义(P=0.799)。

为了进一步探讨不同个体间血管强化程度的均一性，将患者按体重分为3个亚组(<60 kg，60～70 kg，>70 kg)，比较各亚组间血管强化程度的差异，结果见图2、3。对照组中各亚组间前降支和右冠状动脉强化程度的差异均有统计学意义(P=0.003，P=0.021)；试验组中各亚组间前降支、右冠状动脉强化程度的差异均无统计学意义(P=0.809，P=0.799)。试验组中不同体重人群间血管强化的均一性更好。

讨 论

CCTA是冠心病的重要筛查手段，冠状动脉管径小且迂曲，因此CCTA图像质量对准确判断斑块性质及管腔狭窄程度至关重要。既往固定碘流率及碘负荷的传统对比剂注射方案虽然总体上能获得满足诊断要求的冠状动脉CT值，但个体间血管强化程度的差异大，而过高或过低的强化程度均不利于血管狭窄或斑块性质的判断，并且会造成小体格人群过量注射对比剂，增加对比剂肾病等副作用发生风险；而大体格人群对比剂用量相对过少，不能保证冠状动脉血管内对比剂浓度维持在稳定的平台期。因此采用个性化对比剂注射方案不仅能获得合适的血管强化程度，还可提高图像质量、减少对比剂的副作用。

血管强化程度受患者自身因素(如血容量、心输出量等)、注射方案(如对比剂浓度、对比剂量、流率等)、扫描参数(如管电压、管电流等)等多种因素的共同影响[11-13]，其中碘流率(注射流率×对比剂碘浓度)是影响强化程度的关键因素[12,14]。Bae等[9]固定对比剂总量(350 mg I/mL，75 mL)，研究CCTA检查中血管强化程度与体重、身高、BSA及BMI的关系，其结果显示血管强化程度与上述因素间均存在很强的负相关性，其中与BSA的相关性最高(r=-0.74)，因此作者认为应根据BSA调整对比剂剂量，但未指出具体方案。另有多项研究指出，心输出量是影响血管强化程度的首要因素[15-18]。de Simone等[19]对970例儿童及成人的心输出量及心搏出量进行心动超声研究，BSA与上述两者相关，且不受肥胖影响。再次证明，BSA是影响血管强化程度的重要因素。此研究是第一个根据BSA制定CCTA个体化对比剂注射方案的研究。

此研究以既往经验为基础，根据BSA制定了个体化的对比剂注射方案。除了比较血管强化程度，我们对图像质量也进行了评估。与传统对比剂注射方案比较，试验组的图像质量可以满足诊断所需，且血管强化程度与对照组一致。在进一步分析患者体格与血管强化程度间关系时我们发现，试验组中血管强化程度与患者体重间无显著相关性(P>0.01)，散点图的拟合直线更平缓，血管强化程度更趋于一致。进一步根据体重进行分组后，发现试验组3个亚组间血管强化程度的差异无统计学意义(P>0.05)，而对照组中各亚组间的差异有统计学意义(P<0.05)。以上结果提示试验组中血管强化程度的均一性更高。散点图中看到相同体重患者血管强化程度不一，如前文所述，这与影响血管强化程度的因素较多有关，本研究中我们控制了最重要的因素——碘流率/BSA，但不可控因素仍有很多。总的来说本研究结果证实，基于BSA制定的个体化对比剂注射方案能够基本实现不同体格患者冠状动脉强化程度的均一性。

本研究的不足之处：①本研究中每组样本量较少，有待进一步扩大样本量；②由于受辐射剂量和对比剂用量等因素的限制，很难做到自身对照实验，不同个体的心功能或者血液动力学之间可能存在差异，故我们的研究结论是相对的；③本研究缺乏与冠状动脉造影的对照分析，因此未对两组冠状动脉各节段的诊断准确性进行比较，但这不是本研究的重点。

总之，根据BSA制定的个体化对比剂注射方案不仅可以获得较满意的CCTA图像质量。而且不同体格人群的血管强化程度均一性较好，可成为评估冠状动脉病变的可靠方法。