精准数学模型在肺动脉CT成像中的应用

唐智明， 何卫红， 钱其林， 吴小红

(南华大学附属第二医院放射影像中心，湖南省衡阳市421001)

随着技术的进步，CT肺动脉成像(CT pulmonary angiography，CTPA)已经成为诊断肺动脉栓塞的常规检查方法[1]。目前肺动脉CT成像中，对比剂和生理盐水的用量多为固定值[2-3]，而对于不同的个体及不同的扫描机型，使用固定量对比剂和生理盐水势必存在扫描完成仍在注射或者扫描未完成已经注射完毕的情况，因此会造成浪费或用量不足。本研究探讨运用数学模型计算对比剂及生理盐水用量在CTPA中的可行性及合理性。

1 资料和方法

1.1 临床资料

2019年1月—2020年1月于本院接受CTPA检查患者180例，其中男性102例，女性78例，年龄20～86岁，平均(58.53±11.37)岁；体质量指数(18.7～30.6)kg/m2，平均(22.16±5.41)kg/m2，随机均分成数学模型组、固定用量组和对照组，每组60例。检查前全部受检者知情并均签署CT增强检查知情同意书。

1.2 CTPA参数及小剂量测试

扫描设备为Philips Brilliance 256层螺旋CT。扫描参数为:管电压100 kV，自动管电流调制，螺距0.914，准直器宽度为0.625 mm/排×128排，机架转速0.4 s/r，重建层厚0.9 mm，重建间隔0.45 mm。对比剂为碘克沙醇(320 gI/L)，采用德国Ulrich高压注射器经肘前静脉注射，注射速率5.0 mL/s。足头方向扫描，扫描范围肺底至肺尖。

CTPA扫描:采用小剂量团注测试技术(test bolus)。检测层面定于肺动脉主干水平层面，先以5 mL/s速率注射10 mL对比剂和20 mL生理盐水，扫描前嘱患者憋气，注药同时开始低剂量监测扫描(管电压80 kV，管电流20 mAs)，当主动脉有对比剂时停止扫描。扫描结束后将图像载入Test-Injection程序中，获得肺动脉及肺静脉的时间-密度曲线。对照组扫描延迟时间为肺动脉达峰时间+2 s,固定注射35 mL对比剂及50 mL生理盐水[3-4]。数学模型组和固定用量组扫描延迟时间为肺动脉与肺静脉交叉点时间，固定用量组固定注射35 mL对比剂及50 mL生理盐水，数学模型组改良窦瑞雨等[5]及Saade等[6]数学模型计算对比剂及生理盐水用量，生理盐水用量=肺动脉达峰时间×注射速度，对比剂用量=(扫描时间+扫描延迟时间-肺动脉达峰时间)×注射速度。

1.3 CT成像评价标准

由2名高年资医师采用双盲法对3组图像质量进行评价分析，并最终协商达成一致意见。

1.3.1 图像质量客观评价标准 测定肺动脉干(main pulmonary artery,MPA)、尖段肺动脉、后底段肺动脉、上腔静脉(superior vena cava,SVC)等血管的CT值，选定所测血管感兴趣区域应尽可能包括血管最大直径。

1.3.2 图像质量主观评价标准 结合横轴面、矢状面、冠状面MIP和 MPR图像，采用5分法对肺动脉血管断层图像进行主观分级[7]。评分标准如下：1分为肺动脉血管未见明显强化；2分为肺动脉段及亚段血管强化程度比较差，相邻肺静脉强化较明显；3分为肺动脉段及亚段血管与伴行的肺静脉强化程度接近；4分为肺动脉段及亚段血管强化明显，伴行的肺静脉稍有强化但低于肺动脉；5分为肺动脉段及亚段血管强化明显，伴行肺静脉未见强化。

1.3.3 上腔静脉硬化伪影评价标准 上腔静脉硬化伪影评价分为2级[8]：0级为上腔静脉周围无明显硬化伪影；1级为上腔静脉周围可见明显的硬化伪影。

1.4 统计学分析

2 结 果

2.1 各组对比剂及生理盐水用量的比较

对照组和固定用量组生理盐水用量为50 mL，对比剂用量为35 mL；数学模型组生理盐水用量为(28.78±4.39) mL，对比剂用量为(22.59±3.05) mL，均显著低于固定用量组和对照组(P<0.05)。

2.2 各组血管CT值的比较

各组所测肺动脉CT值均大于250 HU，满足诊断要求[9]，且3组间差异无统计学意义(P>0.05)。上腔静脉CT值数学模型组低于固定用量组及对照组(F=70.67，P<0.05)，固定用量组和对照组间差异无统计学意义(P>0.05；表1)。

表1 各组肺动脉CT成像血管CT值的比较(n=60) 单位：HU

2.3 各组图像质量评分和硬化伪影的比较

采用Kappa一致性检验，2名医师评分具有较好的一致性(Kappa=0.81,P<0.01)。数学模型组、固定用量组、对照组评分分别为(4.42±0.53)分、(4.18±0.68)分和(3.75±0.57)分；3组间图像质量评分情况差异有统计学意义(P<0.05),数学模型组和固定用量组评分高于对照组(P<0.05；表2)。上腔静脉周围硬化伪影固定用量组和对照组多于数学模型组(P<0.05；表3)。

表2 各组图像质量评分情况的比较(n=60) 单位：例(%)

典型病例图像见图1。

表4 各组上腔静脉周围硬化伪影分级的比较(n=60) 单位：例(%)

图1 精准数学模型对肺动脉CT图像质量的影响

3 讨 论

由于肺循环血流快，血流从肺动脉到达肺静脉的循环时间仅2～4 s，肺动脉与肺静脉强化峰值的大小和出现时间比较接近，这就要求扫描延迟时间要非常准确。扫描延迟时间因个体差异而变化，可能受年龄、心率、心功能、对比剂剂量和注射速率的影响。小剂量测试法肺动脉CT成像的优点不言而喻，它以精准的延迟时间避免了绝大多数的个体差异，从而获得高质量的图像，被临床广泛采用[5,10]，其相对于经验法和对比剂示踪法而言，有着无法取代的优势。

当对比剂从静脉注入人体后，对比剂含量在肺动脉血液中会迅速上升达到峰值，然后迅速下降，接着缓慢下降，肺静脉亦然。若肺动脉对比剂含量下降越快，肺静脉含量上升越快，说明肺循环越快，这时肺动、静脉交叉点时间与肺动脉达峰时间的差值越小；相反肺动脉含量下降越慢，肺静脉含量上升越慢，说明肺循环越慢，这时肺动、静脉交叉点时间与肺动脉达峰时间的差值越大。当肺循环较快时，需稍提前扫描以防止肺静脉对比剂含量过高干扰肺动脉观察；当肺循环较慢时，需稍延迟扫描使肺动脉分支血管内对比剂充盈均匀。本研究中数学模型组和固定用量组以肺动、静脉交叉点时间为扫描延迟时间，肺动、静脉交叉点时间与肺动脉达峰时间差值与对照组以2 s为扫描延迟时间差别不大，因此3组肺动脉CT值差异无统计学意义。但图像质量评分数学模型组和固定用量组明显高于对照组，且对照组有1例患者评分为1分，需重做，其原因为扫描延迟时间过早；后以肺动、静脉交叉点时间为扫描延迟时间，图像质量得到明显改善。因此，以肺动、静脉交叉点时间为扫描延迟时间更为准确，尤其对于肺循环较慢者。

肺动脉的强化程度取决于注射速度及对比剂含量[11]。在注射速度及对比剂含量保持不变的情况下，生理盐水冲洗技术对减少对比剂用量和提高图像质量具有重要作用[12]。其意义在于既保持了对比剂的速率,在扫描时间内维持肺动脉的峰值，降低对比剂用量；同时减少上腔静脉硬化伪影,提高图像质量。本研究中数学模型组生理盐水用量与Saade等[6]使用的最佳生理盐水冲洗量30 mL相近。根据数学模型扫描延迟时间加上扫描时间等于对比剂及生理盐水的注射时间，即扫描结束时对比剂和生理盐水同时注射完毕，此时肘前静脉至肺动脉主干内应均为生理盐水。因此该数学模型在保证肺动脉对比剂含量的同时，减少了上腔静脉硬化伪影。

本研究样本量较少，特别是肺循环较快或较慢的样本少，生理盐水的计算公式未考虑静脉管径的变化及心功能对体积的影响。

综上所述，以肺动脉与肺静脉交叉点时间为扫描延迟时间，该数学模型在CTPA中的应用是可行的且减少了对比剂及生理盐水用量，提高了图像质量，值得推广。