多层螺旋CT血管成像检查在咯血中的应用现状

龚德盼 雷明盛

张家界市人民医院呼吸与危重症医学科427000

通信作者:雷明盛,Email:mingshenglei@163.com

咯血是临床常见的症状之一,尤其大咯血为临床中的危急重症疾患,据相关文献统计大咯血的病死率平均约为6.5%～38%,最高可达50%[1-2]。目前认为支气管动脉栓塞术 (bronchial artery embolization,BAE)为活动性大咯血一线治疗方案,有效率可达80%～90%,但据最新统计,BAE术后咯血复发率高达9.8%～57.5%,多认为是由于在数字减影血管造影 (digital subtraction angiography,DSA)时漏诊了责任血管所导致的咯血复发。近年来,较多临床研究认为由于检查技术不能充分寻找到咯血责任血管,从而出现栓塞不完全或不充分的情况,进而BAE 术后早期 (一般定义为3个月)咯血复发率居高不下。随着科学技术的发展,多层螺旋CT 作为辅助检查工具而被广泛地应用于临床。其中多层螺旋CT 血管造影 (multislice computed tomography angiography,MSCTA)是一种在临床应用十分成熟的用于鉴别责任动脉的CT 血管重建技术。通过大量研究表明,相对于支气管镜检查及胸部平片,MSCTA 检查在出血原因的敏感性及检出效率等多方面具有很大优势,从而逐渐被广泛用于咯血领域。它不仅能鉴别咯血的出血来源和潜在疾病,而且还能准确地显示咯血患者BAE术前的责任动脉的起源、数目、开口、走行及形态,进而定位咯血的责任血管,降低咯血复发率[3-5]。由于不同国家及不同层次医院拥有的医疗资源不同,临床及介入科医师对咯血的发病机制的认识不同,且多层螺旋CT的设备类型也不尽相同,因此对咯血研究现状以及不同设备类型的MSCTA 在咯血中的临床应用现状进行探讨是有必要的。

1 咯血定义

咯血是一种具有明确定义的症状,但目前国内外尚无文献对咯血的分度进行统一标准,尤其是大咯血的定义没有达成共识。以往多认为24 h内咯血300～600 ml或每次咯血量大于100 ml且1周咯血次数大于3次为大咯血。但由于对咯血量无法定量估计,有人提出咯血只要危及生命,不管咯血量多少则可认为是大咯血[1]。此外还有人提出了一种咯血评分系统进行咯血分度,以此来帮助住院和门诊管理咯血的决策。一项在急诊科对197例咯血患者进行的回顾性研究中,运用综合性指标 (死亡、入住ICU,以及是否需要输血、机械通气和止血方法,如药物治疗、纤维支气管镜检查及治疗和介入放射学)建立了一个评分系统,即过去24 h内咯血2次以上、单纯咯血、癌症均为1分,收缩压＜100 mm Hg (1 mm Hg=0.133 kPa)为3 分,假性咯血为0分。评分为0分且胸部影像学检查为阴性,则出现大咯血可能性小,可以门诊就诊;相反,则有发生大咯血可能,需住院观察及治疗[5-6]。另外Fartoukh 等[7]对1 087例ICU 的大咯血患者进行了回顾性研究,该研究确定了咯血患者住院死亡危险因素,并制定了咯血患者死亡风险评分,如下:慢性酒精中毒 (1 分)、癌症或曲霉病 (2分)、胸部放射学类型 (1分)、机械通气 (2分),以及咯血责任血管累及肺动脉 (1分),当评分为0～7 分时,住院死亡的风险分别为1%、2%、6%、16%、34%、58%、79%和91%,他们认为死亡风险高的咯血则定义为大咯血。根据以上文献报道提示,咯血严重程度影响因素很多,因此在大咯血定义时不能以某一项指标作为判断依据,而是综合各种指标系统化评估作为诊断大咯血依据。由此可见,大咯血的定义及判断仍具有很大争议,没有统一的标准,需要更多的循证学依据及更简单完善的方式去定义大咯血。

2 咯血机制

人体肺血管系统有肺循环和支气管循环。肺循环为主要供血血管,约占肺总供血量的99%,其生理作用为通过气血屏障进行气体交换。支气管循环 (有学者提出由于支气管动脉起源位置较多,因此又可称为体循环)仅占肺总供血量的1%,其生理作用主要是通过肺泡和呼吸细支气管之间的微血管吻合与肺动脉相连,支气管动脉由于管径较小,是高阻低容或低扩张的循环,它是气管、支气管、支气管支、食管和内脏胸膜血供来源之一,另外由于与胸主动脉和肺动脉具有交通支,因此也向胸腔内的神经、肺静脉和淋巴结供血。支气管动脉直接起源于T5 椎体上终板与T6椎体下终板 (原位起始处)之间的胸主动脉近端降支。任何其他起源部位称为异位起源,异位支气管动脉发生率为8.3%～56%。常见的异位支气管动脉起源包括下主动脉弓、远端降胸主动脉、锁骨下动脉、甲状颈干、胸廓内外动脉、头臂干甚至冠状动脉。不管为原位支气管动脉还是异位支气管动脉,目前认为支气管动脉扩张的原因可分为4种:(1)先天性肺动脉异常;(2)获得性固有肺动脉阻塞;(3)获得性外源性肺动脉阻塞;(4)急性或慢性炎症[8-9]。其中肺动脉异常主要原因是肺动脉的循环由于各种炎症性疾病以及各种原因导致的缺氧 (如低张性缺氧、肺动脉高压、肺栓塞等疾患)导致支气管动脉内膜增生、血管平滑肌肥大或扩张而形成动脉瘤,其病理生理机制则表现为肺血分流率增加,以此代偿性改善肺缺血缺氧状态。在慢性炎症刺激下支气管动脉增粗,炎症侵犯部位血管壁变薄,在血管内皮修复机制作用下促进血管生长因子的形成,进而促进新生血管和侧支循环形成。同时支气管动脉与肺循环动静脉分支交通支增多,甚至动静瘘形成,这些在慢性炎症下新生的体-肺循环动静脉交通支形成动静脉瘘,由于支气管动脉压力较肺循环压力高,因此在体-肺循环压力差以及在炎症浸润时血管容易发生破裂,从而导致咯血[10-13]。需要提及的是,临床常见的体-肺循环动静脉交通支不仅有支气管动脉-肺动脉交通支,还有支气管动脉系毛细血管网-肺动脉毛细血管网、支气管动脉系的毛细血管前支或其毛细血管网-肺静脉、支气管静脉-肺静脉、支气管静脉-支气管静脉之间的吻合支,其在正常生理情况下是不开放的,但在疾病状态下此类吻合支开放[14],这验证了支气管扩张的原因,因此也可能是引起咯血的病理生理学机制之一。同时Uchiyama等[15]认为体-肺循环动静脉交通支的异常开放常发生于男性患者右侧肺部,当病理情况时正常解剖学结构发生变化,体-肺循环动静脉交通支异常开放形成动静脉瘘,由于体-肺循环压力差以及基础疾患导致血管破裂,从而导致咯血。

3 MSCTA检查在咯血中的应用研究进展

咯血患者BAE术前行MSCTA 检查能较全面显示咯血病变责任动脉的解剖学情况,如责任血管的数目、开口及形态等,发现是否有非支气管系统动脉参与病变供血,缩短介入手术时间、辐射时间,减少并发症的发生率。此外,MSCTA 检查不仅具有CT 增强的诊断功能,有助于临床和介入医师对因治疗,还能为BAE治疗提供咯血责任血管的起源及走行,提供准确定位,可作为BAE术前首选的常规检查方法。有文献研究指出,MSCTA 检查可以发现支气管异位动脉和起源于锁骨下动脉和乳内动脉的非支气管系统动脉,且术前MSCTA 可以提高临床成功率,更为重要的是,MSCTA 可以提高患者无咯血的早期生存率[4,16]。MSCTA 对咯血责任血管的检出率高,可达92.75%,与DSA 下支气管动脉造影符合率可高达95%～99%,对检出咯血责任血管的起源、支气管动脉系统及非支气管动脉系统的起源及走行符合率均高,并且可以诊断咯血的基础病,可以显示病灶与周围组织的比邻关系,有无淋巴结肿大,并根据病灶的增强特征,对肺部的良恶性病变进行初步鉴别诊断。介入栓塞治疗前MSCTA 检查可以为BAE治疗中寻找出血动脉提供准确的定位作用,并且术后行MSCTA还可评估BAE治疗咯血的疗效[17-18]。随着科学技术的高速发展,锥束CT、双源CT 以及CT 三维重建后处理技术主要包括最大密度投影、CT 容积重建、多平面重组、曲面重组技术在咯血中的应用,对支气管系统动脉和非支气管系统动脉进行多维观察,以上方法及CT 设备在咯血的诊疗中的临床应用价值的侧重点各有不同。其中三维重建技术实际上属于三维重建过程,包含了二维图像获取 (CT、磁共振等)、图像预处理、图像分割、三维重建4个步骤。其中三维重建有面绘制及体绘制两类方法,由于绘制原理不同,二者在绘制效果、时间长短和交互性能等方面存在较大的差异。从绘制效果上来看,体绘制的效果要好于面绘制,原因在于面绘制能够快速有效地绘制三维实体的表面,从而以面 (轮廓)的形式把三维体数据中感兴趣的部分提取出来,但是缺乏内部信息,而这些缺失的内部信息可能是病情诊断需要的关键信息。而体绘制是直接对体数据中的体素进行处理,可以绘制出包含丰富信息的三维实体,既有三维表面特征,又有内部结构,因而具有更高的临床应用价值。但从算法效率和交互性上来讲,在现有的硬件平台上,面绘制要优于体绘制。因为面绘制采用传统的图形学方法,已有的高效算法以及专用图形加速硬件都可以用于加快绘制速度;而体绘制需要对每一个体素进行处理,绘制速度较慢,无法满足实时交互的需要,因此三维重建技术在咯血患者诊治中的应用十分广泛。锥束CT 不仅具有较高的射线敏感性,而且具有CT 的特性,可进行三维模拟重建图像,以此观察造影后的动脉血管的灌注范围,可较为详细地掌握BAE术前血管解剖情况,已广泛应用于腹腔及盆腔的血管介入诊疗。锥束CT 也同样适用于咯血,尤其可能适用于无急诊BAE 的患者。锥束CT 图像中肺内病灶的轮廓较为清晰,有利于对病灶进行定位。通过多平面观察靶动脉与病灶的毗邻位置关系,根据病灶是否位于靶动脉的灌注范围内,一般情况下均可明确判断其是否为大咯血责任血管。但锥束CT 成像所提供的是类似于CT 的图像,由于隐匿性以及非血管性 (自身免疫性疾病、血液系统性疾病)等弥漫性咯血的肺部影像学特点,锥束CT成像无法对此类疾病的病灶明确定位,因此无法通过观察靶血管灌注范围与病灶的解剖位置关系来判断靶血管是否为责任血管[19-22]。

4 MSCTA检查在咯血中的临床应用现状

20世纪80年代,Furuse等[23]首次提出通过增强CT检查可以用来帮助识别异常支气管动脉。随着科学技术的高速发展,从最开始的单排CT 到现在的640层螺旋CT 及双源CT 的应用,给临床及介入医师在咯血患者的诊疗中带来极大的便捷,也因此明显提高大咯血患者的生存率,并且能降低复发率。

2005年,我国李惠民等[24]首先利用16 层螺旋CT 行支气管动脉MSCTA 检查及利用VR 融合技术指导DSA 下行BAE治疗咯血,并总结了MSCTA 的优势,其可以对病灶的责任血管提供三维解剖影像资料,对非支气管动脉体系责任血管来源也具一定的显示能力,从而可指导BAE 的进行,有助于临床及介入医师的对因治疗,提高大咯血的生存率。但由于16层MSCTA 检查动态观察造影剂的流向及空间分辨率的限制,使其在咯血中的应用还具有一定的限制性,比如支气管动脉-肺动静脉瘘的诊断具有局限性等。

随着科学技术的飞速发展,64层螺旋CT 也逐渐应用于咯血患者行BAE 术前检查。大多文献基本描述及验证BAE术前实施64 层MSCTA 检查及三维重建技术不仅有助于确定咯血患者责任血管的数量、起源、走行与分支及与病灶之间的关系,还有助于提高手术成功率,缩短BAE手术、患者及术者的辐射时间,减少对比剂用量,减少并发症的发生率,逐渐认识到MSCTA 检查在咯血治疗中的重要地位。64 层螺旋CT 能够观察支气管动脉直径为(2.02±0.26)mm,因 此 认 为BAE 前64 层MSCTA 在 咯血的临床诊疗中已满足临床医师所需[25]。Davoodi等[26]的研究中显示MSCTA 检出出血原因的敏感性 (60%)高于X 线摄影 (25%)和支气管镜检查 (32.5%),由此可以肯定多层螺旋CT 在咯血中诊断的重要性,并建议将MSCTA检查纳入咯血的管理规范。但由于64 层螺旋CT 在行MSCTA 时受心脏和主动脉运动伪影的限制,于是对更快速成像以及图像质量更好的螺旋CT 设备是否更有利于大咯血的诊疗及是否能提高BAE临床成功率及手术成功率值得进一步探讨。

Chen等[27]通过回顾性方法分析了108 例病例,认为128层螺旋CT 行支气管动脉MSCTA 检查能在咯血患者的管理中提供支气管动脉及非支气管动脉体系的责任血管影像学信息,能够观察到支气管动脉直径为 (2.8±1.2)mm,可以降低漏栓率,进而使临床成功率提高到94%,手术成功率提高到95%,肯定了MSCTA 在咯血中的应用地位,但也提出MSCTA 检查并不能确定大咯血患者是否有必要行BAE,相对于64层螺旋CT 发现支气管动脉直径、走行、数目、开口、诊断病因并没有明显优势。

Li等[4]同样回顾性分析了106例病例,认为256层螺旋CT 行支气管动脉MSCTA 检查有助于发现起源于锁骨下动脉和内乳动脉的异位支气管动脉和非支气管系统动脉,能够观察到支气管动脉直径在2.0 mm 左右,与DSA 下责任血管的诊断相比,诊断符合率可达98.8%,与对照组相比临床成功率可达97.2%,可提高早期无咯血生存率。与此同时,Lin等[28]认为MSCTA 具有很高的敏感性、特异性、阳性预测值和阴性预测值 (分别约为94%、100%、100%和40%),但对晚期无咯血生存率并没有改变,同样肯定了MSCTA 可作为咯血患者BAE术前的常规检查。

Zhao等[29]认为行BAE术后咯血复发的患者行320层MSCTA 检查,利用动态容积扫描技术能准确显示包括初次支气管动脉漏诊的动脉在内再次咯血相关动脉的数目、位置和形态。值得注意的是,在这项研究中,再次咯血的异常动脉大多是异位支气管动脉或隐源性咯血,同时也提出了在传统的血管造影中,异位支气管动脉的检出率差异很大,估计在8.3%到56%之间。但是320层MSCTA 检查在发现锁骨下动脉和内乳动脉的异位支气管动脉和非支气管系统动脉的基础上,能发现更多细小的责任血管,甚至发现了1例起源于冠状动脉的支气管动脉责任血管,且认为较256层MSCTA 检查具有更快的速度、更少的运动伪影及更高的成像质量。320 层MSCTA 及图像后处理技术似乎拥有更多的优势,但此文献具有的临床研究样本过少,研究结果能否值得肯定需更多的循证医学依据支持。

张敏红等[30]研究认为640层MSCTA 检查较64 层及以下CT 仅具有高空间分辨率、时间分辨率、更快的扫描速度、更低的辐射剂量的明显优势,但是640 层MSCTA对责任血管的检出率与DSA 的检出率无明显区别,MSCTA 对咯血的责任血管检出率为84.72%,DSA 的检出率为87.50%。在Lu等[31]的临床研究中,640 层MSCTA容积扫描可以有更准确的肺动脉相图,能够发现5级以上的肺动脉分支,从而可能有利于发现肺动脉源性咯血。以上文献都没有进行与其他层数的MSCTA 检查对比研究,也没有说明发现咯血责任血管的直径大小,因此640 层MSCTA 检查是否可以发现直径更小的支气管动脉以及非支气管动脉系的责任血管值得探讨,是否在非支气管动脉系咯血患者的责任血管检出中敏感性更高值得进一步研究。

值得关注的是,近年由于科学技术的发展、双源CT Clip box支气管肺动脉成像技术的出现,咯血责任血管检出率不断提升。李卫星等[21]回顾性分析了50例咯血病例,相对于未做支气管动脉增强CT 的对照组,认为在BAE 术前行双源CT Clip box支气管肺动脉成像技术可以降低复发率,双源CT Clip box支气管肺动脉成像技术可以有效避免手动剪切VR 带来的剪切过度、误切等情况。但该研究将未做MSCTA 检查作为对照组,而没有与常规MSCTA 进行对照试验,因此双源CT Clip box支气管肺动脉成像技术是否较常规MSCTA 具有更低的复发率及更高的发现责任血管能力没有足够的循证学依据。

咯血诊疗中无论是锥束CT、双源CT 设备的应用,还是CT 三维重建后处理技术应用,其目的都为临床医师对咯血患者更好、更精确地诊疗。一般认为高质量的MSCTA 的标准是主动脉和肺动脉的最佳增强显影,理想状态下连续的切片最好精确到数毫米,因为这可以发现更细小的责任血管走行及开口情况,这有赖于更先进的CT设备得到初始数据,此外还需要适合读取图像的后处理器,以便于对初始数据进行提取加工,从而得到更精确全面的三维图像。

以上研究可以显示,通过16层至640层螺旋CT 的应用,MSCTA 检查在诊断咯血过程中通过显示喉部及胸部有无明显病灶改变,大致可以排除一部分假性咯血,并且就咯血病因、肺泡水肿程度以及出血累及部位而言,各种设备以及图像后处理技术也并无明显差别,但对明确咯血责任血管数目、开口、走行、直径以及非支气管动脉系统咯血责任血管的检出率是有差异的。16 层螺旋CT 行MSCTA 检查具有较多局限性,在咯血的诊疗中现已不常用;而64层螺旋CT 行MSCTA 检查具有较多争议。理论上,根据咯血发病机制以及支气管动脉及非支气管动脉系统血管解剖学病理生理学特点,64 层螺旋CT 行MSCTA检查在明确非支气管动脉系统咯血责任血管的检出以及体-肺动静脉瘘方面是不能满足的,并且其对咯血病因的敏感性也较低。而128 层以及256 层螺旋CT 行支气管动脉MSCTA 检查,似乎比较全面,对明确咯血责任血管数目、开口、走行、直径以及非支气管动脉系统咯血责任血管、动静脉瘘的检出率都较满意,与DSA 下对咯血责任血管的检出率无明显差异。但值得注意的是,在行MSCTA 检查扫描时,扫描范围应覆盖颈部以及部分上腹主动脉。而320层和640层螺旋CT 行支气管动脉MSCTA 检查在目前的文献报道中病例数目较少,现有的研究显示其与128层以及256层MSCTA 相比对咯血诊疗的意义并无明显优势,但需要更多的循证学依据支持。

综上所述,多层螺旋CT 及MSCTA 检查已广泛地应用于咯血的临床诊疗中,值得肯定的是MSCTA 检查辅助临床及介入医师在BAE术前对责任血管的寻找及评估极其重要。目前此类临床研究质量良莠不齐,且多为回顾性研究,影响因素较多,因此未来进行前瞻性研究可能更具有可靠性。在临床及介入医师全面掌握咯血病理生理学机制、正常及异常支气管动脉的解剖学知识的基础之上,影像检查技术飞速发展,成像更精细化的螺旋CT 检查是否对咯血的诊疗以及指导BAE术的手术方案更具有优势,需要更多的循证学依据解决这一问题。

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