个体化对比剂注射方案在冠状动脉CT成像中的应用

2021-10-27王凤仙张记清刘利霞综述张月英审校

放射学实践 2021年10期

王凤仙，张记清，刘利霞综述张月英审校

冠状动脉CT血管成像(coronary CT angiography,CCTA)检查因其安全、无创成为诊断冠状动脉(冠脉)疾病的主要影像学方法，已在临床得到广泛应用[1,2]。然而，准确的评估诊断有赖于合适且均匀的血管强化程度，这与合理的对比剂注射方案密切相关[3,4]。以往研究中的注射方案较单一，通常采用固定的对比剂用量及流率，导致不同个体冠脉强化效果有所差异。为患者制定的个体化对比剂注射方案可在保持图像质量的前提下优化使用碘对比剂，具有重要的临床意义。

对比剂注射期相

目前，对比剂注射技术主要有单期相、双期相及三期相3种。单期相注射指仅注射对比剂无盐水冲洗，是最早在临床应用的注射方案，由于对比剂总量相对较多而易产生上腔静脉伪影，干扰对右冠状动脉近段的评估，目前主要用于主动脉、肺动静脉及大部分先天性心脏病的检查[5]；双期相注射是在注射对比剂后追加定量生理盐水，而三期相注射是第Ⅰ期注射部分对比剂，第Ⅱ期注射对比剂与生理盐水按一定比例组成的混合液，第Ⅲ期追加定量生理盐水。其中，注射方案中生理盐水的作用主要有减少上腔静脉内存留的高浓度对比剂产生的放射状硬化伪影对图像质量的影响；增加患者的水化程度，有助于降低对比剂肾病的发生率等[6]。

鲁锦国等[7]认为三期相注射方案可以清楚地显示右心系统，使肺动脉获得一定强化而不会遗漏肺栓塞等病变的检测，因此三期相注射方案要优于双期相注射方案且以第Ⅱ期对比剂和生理盐水以3：7混合的注射方案为优。基于以上优势，三期相注射方案已成为行CCTA检查首选的方案。近年来，也有学者提出四期相注射的概念即在三期相注射之前注射定量生理盐水以减少外渗的发生[8]。

个体化对比剂注射方案的应用

冠脉血管强化程度由患者相关因素(如体重、体表面积、心输出量、心率等)、对比剂相关因素(如对比剂浓度、注射速度、盐水冲洗等)和扫描相关因素(管电压、扫描时间、扫描方案等)共同决定[9,10]。指南[1]指出理想的冠脉强化标准为300～450 HU，过高或过低都会影响疾病的诊断。根据影响血管强化的相关因素制定个体化对比剂注射方案能获得不同患者之间较一致的血管增强效果且减少对比剂用量，使患者最大程度获益[11,12]。

1.患者相关因素(表1)

表1 根据患者相关因素制定的对比剂注射方案

体重是影响血管强化最重要的患者相关因素，在临床工作中也因其计算简单而最常用。Isogai等[13]认为在64排CCTA检查中要想获得满意的冠脉增强效果(CT值≥325 HU)，至少需要0.7 mL/kg(350 mg I/mL)的对比剂用量(注射持续时间10 s)。随着CT冠脉扫描时间明显缩短，使减少对比剂注射时间进而减少总量成为可能。崔明雨等[14]研究表明在第三代双源CT检查中的对比剂总量按0.6 mL/kg(350 mg I/mL)计算，根据公式V=对比剂总量/(5+扫描曝光时间)计算注射流率得到的图像质量与固定注射方案组(50 mL &5.0 mL/s)差异无统计学意义，而对比剂总量及注射流率均有所降低。但有学者认为根据体重调节对比剂用量是基于体重与血容量间的简单线性关系，由于体内脂肪的影响，对于儿童及肥胖患者该方案并不能准确计算用药剂量[6]。研究表明[15-17]与根据体重确定对比剂用量的方案相比，基于瘦体重(lean body weight,LBW)及体表面积(body surface area,BSA)计算对比剂用量的方案能获得更好的血管增强效果。但在临床实践中由于二者的计算较复杂，目前关于根据LBW及BSA调整对比剂注射方案的报道也相对较少。

此外，患者的心率也是影响冠脉图像质量的重要因素。一项心率对对比剂强化影响的研究表明极高心率患者(≥100次/min)的达阈值时间早、曝光时间短、检查时间短，上腔静脉及右心系统容易出现对比剂聚集而产生伪影，血管强化程度降低；而极低心率患者(≤50次/min)的达阈值时间晚、曝光时间长、检查时间长，会出现远端充盈不足的现象，因此曹希明等[18]建议在设定对比剂注射方案时应同时考虑患者的心率。但是，目前的大多数注射方案往往对心率要求较严格，如将心率控制在70～90次/min以下。因此，根据心率如何优化对比剂注射方案值得深入研究，尤其是对于心率>90次/min的人群。

2.对比剂相关因素(表2)

表2 根据对比剂相关因素制定的对比剂注射方案

研究表明碘流率是影响血管强化最重要的因素[19,20]。碘流率为每秒所注射的对比剂碘量(gI/s)即对比剂浓度(gI/mL)×对比剂注射流率(mL/s)，指南[1]推荐应根据受检者体重选择不同的碘流率，进而确定合理化的对比剂用量。马伟等[21]证实了依据患者体重设定碘流率的注射方案可在图像质量满足诊断需要的基础上得到一致的血管强化程度。根据体重将患者分为≤60、61～70、71～80、81～90、>90 kg 5组，每组分别应用1.0、1.2、1.4、2.0和2.2 g/s的注射碘流率，研究结果显示不同体重组间各血管平均CT值、图像噪声、信噪比、对比噪声比及图像质量主观评分比较差异均无统计学意义。Yin等[22]研究表明基于碘流率和BSA调整的对比剂注射方案均可在保证图像质量的前提下实现不同个体冠状动脉较一致的血管强化。

以上研究中均采用了单一浓度的对比剂，存在一定的局限性。在不同浓度对比剂对血管增强效果影响的研究中，Xing等[23]按体重确定碘含量(280 mg/kg)，对比剂总量为(体质量×280 mg/kg)/对比剂浓度，注射流率为对比剂用量/12 s，结果显示该方案下不同浓度组的所有目标血管CT值均>300 HU，符合诊断要求，同时减少了对比剂用量及注射流率。体模研究[24]显示当碘流率及总碘负荷一定时，不同浓度的对比剂可产生一致的血管增强效果，这也为不同浓度对比剂在临床中的应用提供了思路。Rengo等[25]对1024名患者进行的研究表明以固定碘流率(2.0 gI/s)分别注射碘含量为300、350、370、400 mg I/mL的对比剂，各组血管强化水平差异无统计学意义。但是值得注意的是该方案中低浓度对比剂往往需要以高流率注射，这在一定程度上增加了外渗发生的风险；高浓度对比剂注射流率虽然相对较低，但因其黏度大(37℃时)可能会对患者肾功能造成不同程度的影响[26]。

CCTA检查中大部分医疗机构的工作者常根据患者的年龄、肾功能水平等其他自身情况选择不同浓度的碘对比剂(低渗或等渗)。笔者认为在不同医疗机构中对符合检查要求的患者采用根据其体重确定碘流率的注射方案可保证不同浓度的对比剂在检查中得到合理利用。由于该方案中低浓度对比剂需要以高流率注射，所以需要根据患者的血管情况确定合理的注射速度以防外渗的发生。

3.扫描相关因素(表3)

表3 根据扫描相关因素制定的注射方案

16层螺旋CT使CCTA检查成为一种可靠、无创的诊断冠状动脉疾病的方法，但其临床检查时需严格控制患者的心率(最好<65次/min)，训练患者屏气，通常采用回顾性心电门控技术进行扫描(导致辐射剂量相对较高)，同时冠脉扫描时间较长(18～20 s)，对比剂总量一般在100～120 mL左右。相比于16层螺旋CT，64排螺旋CT的时间分辨率及扫描速度均显著提高(冠脉扫描时间为6～10 s)，对比剂用量有所减少(<100 mL)，对于心率≤65次/min的患者选择前瞻性心电门控技术可有效降低辐射剂量[27]。后64排CT机在硬件和软件方面进行了不同程度的创新，不仅提高了图像质量，辐射剂量也有所降低，扫描速度的提升也使对比剂用量的减少成为可能。目前，西门子双源CT、GE256排Revolution CT、东芝320排CT等已投入临床使用，Qu等[28]的研究中利用Revolution CT的优势(16 cm宽体探测器、0.28 s球管旋转时间、迭代算法等)将对比剂注射时间减少至8 s可明显减少对比剂用量，而图像质量与常规方法无明显差异。双源CT前瞻性心电门控大螺距(high-pitch)扫描模式可在0.25 s内完成全心脏容积采集，采用超低对比剂用量方案(20 mL &3.0 mL/s)也可获得满意的图像质量[29]。

在国际放射防护委员会提倡的ALARA原则指导下，国际心血管CT协会[30]建议对于体重<100 kg、体重指数(body mass index,BMI)<30 kg/m2的患者，CCTA检查时应尽可能选择100 kV管电压。有学者[31]认为在320排CCTA检查中对于肥胖患者(BMI>30 kg/m2)同样可以选择100 kV管电压。降低管电压增加了对比剂对X线的衰减，含碘对比剂的CT值提高使血管与其周围组织的对比度增加，从而允许减少对比剂用量(或使用低浓度对比剂)同时保证图像质量不受影响[32-34]。但降低管电压的同时会增加图像噪声，而迭代重建算法为降低管电压以有效降低辐射剂量同时提高图像信噪比、保持图像质量提供了技术支持[35,36]。ESUR指南[37]推荐使用的非离子型低渗或等渗碘对比剂浓度为270～400 mg/mL，其中含碘量较低的碘克沙醇(270 mg I/mL)比其他对比剂更安全、舒适，逐渐受到国内外学者的青睐。一项前瞻性、多中心研究[38]表明当100 kV管电压结合迭代重建时应用低浓度对比剂(270 mg/mL)即可获得与120 kV管电压结合滤波反投影重建及370 mg I/mL对比剂同样的图像质量且碘负荷减少了26.5%，有效辐射剂量降低了34.9%。在64排螺旋CT检查中，Zhang等[39]认为对于体重<80 kg的患者可选择80 kV管电压，同时结合迭代重建、低浓度碘对比剂(270 mg I/mL，80 mL)可在保证图像质量及诊断准确性的前提下降低辐射剂量及碘负荷。目前，已投入临床使用的高端CT设备具备更低的管电压(70 kV)，为进一步降低辐射剂量提供了条件。Feng等[40]研究表明在第三代双源CCTA检查中70 kV管电压结合迭代重建技术的应用可使BMI<26 kg/m2、心率<70次/min患者的对比剂用量降至28 mL，注射流率降至3.5 mL/s，而图像质量仍符合诊断要求。Chen等[41]利用16 cm宽体探测器(Revolution CT)的优势，在检查中未限制患者的心率，对BMI≤23 kg/m2的患者使用70 kV管电压结合迭代重建算法(80% ASiR-V)并按体重计算对比剂注射流率(16 mgI/kg/s，注射时间9 s)。结果表明与100 kV组相比，该方案在保持图像质量不受影响的前提下可使有效辐射剂量降低75.3%(1.74 mSv vs 0.43 mSv)，对比剂用量降低42.4%(38.99 mL vs 22.46 mL)。

因此，考虑到辐射剂量的致癌风险，在图像质量满足诊断要求的前提下，各医疗机构应结合扫描设备的特点设置扫描参数(如低管电压、采用前瞻性心电门控、大螺距扫描技术等)以控制CCTA检查的辐射剂量，同时降低对比剂用量，实现检查的“双低”。