基于CT 肺动脉造影的肺动脉达峰时间影响因素分析和预测模型构建

刘曦，孔令文，刘翠芳，李其根，梁旭倩，梁仁容，张德川*，陈玉洪

1.重庆市中医院 成都中医药大学附属重庆市中医院放射科，重庆 400021；2.重庆市急救医疗中心 重庆大学附属中心医院（重庆市急救医疗中心）胸外科，重庆 400014

肺栓塞（pulmonary embolism，PE）是危及生命的最常见疾病之一，发病原因为各种栓子阻塞肺动脉系统[1-2]，但其临床症状缺乏特异性，诊断相对困难[3]。近年来随着多层螺旋CT（MSCT）的广泛应用，CT肺动脉造影（computed tomography pulmonary angiography，CTPA）已成为疑似PE患者的首选检查手段[4]。CTPA的目的在于增加肺动脉与主动脉、肺静脉及上腔静脉密度差，使肺动脉内对比剂浓度相对最高，提高PE的诊断准确性[4-6]。

然后肺动脉循环较快，可利用肺动脉CT增强时间窗很窄，加之患者个体因素（性别、身高、体重等）和对比剂注射方案（对比剂浓度、注射部位、流速等）差异影响，肺动脉内对比剂浓度达峰值时间，即达峰时间（time to peak，TTP）往往难以确定，从而影响图像质量，导致诊断阴性结果或准确率下降[7-9]。本研究基于CTPA检查分析肺动脉TTP影响因素并建立预测模型，以期为制订个性化CTPA扫描方案、优化图像质量、提高病灶检出率提供理论依据。

1 资料与方法

1.1 研究对象 收集2019年9月—2020年9月重庆市中医院疑似PE行CTPA检查的153例患者进行前瞻性研究，其中男性98例，女性55例，年龄23～88岁，平均61（52，67）岁。纳入标准：①年龄≥18岁；②根据临床体征和症状（呼吸困难、急性胸痛、胸闷等），且血浆D-二聚体水平异常或下肢深静脉血栓形成进而怀疑PE者；③估算的肾小球滤过率＞60 ml（min·1.73 m2）；④能够配合完成检查者。排除标准：①碘对比剂过敏，或既往有过敏史；②严重心、肝、肾及呼吸功能不全；③妊娠期女性；④哺乳期女性。本研究经本院医学伦理委员会批准（2020-ky-ks-ZDC），所有患者均签署知情同意书。

1.2 仪器与方法

1.2.1 检查前准备 检查前10～30 min，记录患者性别、年龄、身高、体重、心率、收缩压和舒张压，向患者解释CTPA全过程，消除紧张情绪，进行呼吸配合训练。常规在患者的右肘正中静脉建立对比剂注射通道，如右肘正中静脉血管基础情况差，难以穿刺成功，则换为左肘正中静脉。根据患者不同体重（＜55 kg、55～≤85 kg、＞85 kg）分组，分别使用浓度为320、350、370 mgI/ml的对比剂。常规对比剂注射速度为3.0 ml/s，视留置针穿刺血管情况适当调整。所有患者均采用GE（Optima CT660）64排128层螺旋CT机行CTPA检查，取仰卧体位、双臂上举置于头部两侧，扫描范围为肺尖至肺底，扫描方向为头侧到足侧。

1.2.2 小剂量对比剂团注测试法-预扫描 于气管隆突下2 cm处，手动标注选取肺动脉主干为感兴趣区（ROI）开始监测扫描：扫描延迟时间5 s，扫描时间1 s，间隔1 s，预设扫描20次；管电压120 kV，管电流40 mA。对比剂浓度320～370 mgI/ml，注射速度2.2～3.0 ml/s，注射总量10～15 ml；以与对比剂同等流速，跟注生理盐水20～30 ml。观察肺动脉内对比剂充盈全过程，当肺动脉主干对比剂浓度从高到低，直至无明显变化时停止监测。肺动脉达强化峰值时，肺静脉无强化或稍强化。

运用时间-密度曲线（time-density curve，TDC）软件自动绘制肺动脉主干TDC，并计算肺动脉TTP：TTP=nPA×2+5[10]，其中nPA表示测得的肺动脉主干内对比剂浓度达峰值点数，5表示延迟扫描时间（s），见图1。

图1 小剂量对比剂团注测试肺动脉TTP。A：选取肺动脉主干区域手动标注ROI（圆圈）行同层动态增强扫描，肺动脉达强化峰值后，肺动脉内对比剂浓度逐渐下降，同时肺静脉内对比剂浓度逐渐增加；B：软件自动生成肺动脉主干TDC曲线图，图示达峰点位于第1个监测点，肺动脉TTP：2+5=7（s）

1.2.3 CTPA-正式扫描 使用双筒高压注射器，经肘正中静脉注射对比剂320 370 mgI/ml（注射速度2.2～3.0 ml/s，注射总量40 ml），以相同速度跟注生理盐水30 ml。注射对比剂后延时5 s开始扫描，5 s为指示患者吸气后屏气和患者执行屏气时间。扫描参数：管电压120 kV，管电流自动调制150 400 mA，螺距0.984，准直器宽度40 mm，扫描层厚5 mm、层间距5 mm，同步重建层厚0.625 mm、层间隔0.5 mm。

扫描完成后，设备自动生成辐射剂量长度乘积（dose length product，DLP）值。所有患者DLP值均满足国家职业卫生标准（GBZ 130-2020）[11]中50%分位数～75%分位数诊断参考水平，即300～470 mGy·cm。将所有原始数据传至GE AW4.6工作站，运用最大密度投影（MIP）、容积重建（VR）等方法进行后处理，获得肺动脉二维及三维后处理图像。

1.2.4 图像质量评价 由2位高年资胸部放射学专业医师，采用双盲法对CTPA图像质量进行主观评价，意见不一致时经协商达成一致。以图像噪声程度、各级肺动脉显影清晰度为基础，采用5分法进行评分：1～5分图像质量由差、各级肺动脉显示不清，逐渐递增为图像质量优、各级肺动脉显示清晰；噪声由大到小逐级递减。图像质量评分≥3分时，满足临床诊断要求。

1.3 统计学方法 采用SPSS 23.0软件。符合正态分布的计量资料采用表示；不符合正态分布的计量资料采用M（Q1，Q3）表示。计数资料以例（%）表示。分别采用Spearman及Kendall's tau-b相关分析肺动脉TTP与各连续变量及各分类变量之间的相关性，将肺动脉TTP的相关变量纳入多元线性逐步回归分析，构建预测模型。P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 临床与影像学资料 共纳入完成CTPA检查患者153例，所有患者的CTPA图像质量均满足临床诊断。肺动脉TTP的影响因素主要包括患者个体因素（性别、年龄、身高、体重、心率、收缩压和舒张压）和对比剂注射方案（对比剂注射部位、对比剂浓度、对比剂总量，对比剂流速以及跟注生理盐水总量），见表1。

2.2 肺动脉TTP与影响因素的相关性 Spearman及Kendall's tau-b相关分析结果显示，肺动脉TTP与影响因素的相关性依次为身高（r=0.363）、性别（r=0.330）、对比剂总量（r=0.179）、对比剂浓度（r=0.168）、体重（r=0.164）均呈正相关（P＜0.05）；其中女性赋值为0，男性赋值为1。肺动脉达峰时间与年龄、心率、收缩压、舒张压、对比剂注射部位、对比剂流速及跟注生理盐水总量均无相关性（P＞0.05）。

2.3 建立肺动脉TTP预测模型 以肺动脉TTP为因变量，以与肺动脉TTP有显著相关性（P＜0.05）的影响因素（包括性别、身高、体重、对比剂注射部位、对比剂浓度和对比剂总量共6个变量）为自变量，进行多元线性逐步回归分析。回归分析结果显示（表2），仅性别、身高和对比剂浓度是影响肺动脉TTP的独立影响因素（P＜0.05）。进一步建立肺动脉TTP多元线性回归预测模型，方程为：肺动脉TTP=-11.02+0.909×性别+0.065×身高+0.026×对比剂浓度；方程拟合较好（F=11.721，P＜0.05，R=0.437，R2=0.191，调整R2=0.175），可用于预测肺动脉TTP。

表2 肺动脉TTP影响因素的多元线性回归分析

3 讨论

3.1 CTPA图像质量影响因素的研究现状 CTPA凭借其较高的诊断敏感度及特异度，已取代DSA广泛应用于疑似PE患者诊断与随访，但其图像质量有很大的技术依赖性，关键在于能否抓准延迟时间和获得适当的肺动脉强化峰值[12-13]。对比剂到达及经过肺动脉速度均较快，如延迟扫描时间过短，肺动脉内对比剂浓度未达峰值造成显影浅淡，同时上腔静脉内高浓度对比剂会产生放射状伪影；延迟时间扫描过长，肺动脉强化峰值已过，主动脉、肺静脉内对比剂浓度则增高，均会影响成像质量和影像诊断[7-8,13]。而TTP能很好地反映肺动脉强化峰值及最佳延迟时间[14-16]。

多项研究证实，小剂量团注测试技术可精准获取肺动脉TTP，从而提高肺动脉强化质量，增加肺小动脉显示率，减少上腔静脉、主动脉及肺静脉显影，使得肺动脉与栓子间对比良好[6,17-19]。但肺动脉内对比剂浓度达峰值过程可能受多种因素影响，主要包括人为可控的对比剂注射方案和不可控的患者个体因素[15-16]。因此，本文对肺动脉TTP影响因素进行研究，旨在优化不同个体CTPA扫描时间窗选择，以达到最佳扫描效果，提高病变检出率。

3.2 肺动脉TTP的影响因素分析 本研究相关性分析结果显示，肺动脉TTP与身高、性别、对比剂总量、对比剂浓度和体重均呈正相关。Bae等[16,20]研究显示，身高越高者肺动脉TTP越长，可能与对比剂通过体循环到达目标动脉的路径较长、被稀释较多有关，与本研究结果一致。本研究统计分析中，女性赋值为0，男性赋值为1，男性总体身高明显高于女性，使得男性患者肺动脉TTP较女性更长。体重对对比剂血管强化效果的影响与血容量有关，即患者体重越大，血容量越多，致对比剂浓度被稀释越多，血管碘含量减低，肺动脉TTP相应延长[16,21-22]。而注射对比剂总量越多、浓度越高，肺动脉血中峰值强化出现越早，可能是因为单位时间内进入血管碘含量增加[13,22]。

本研究结果表明，其余患者的个体因素（年龄、心率、收缩压、舒张压）及对比剂注射方案（对比剂注射部位、对比剂流速及生理盐水总量）与肺动脉TTP均无相关性。因此，设定CTPA增强扫描时间窗时可不考虑这些因素影响。进一步多元线性逐步回归分析结果显示，仅性别、身高和对比剂浓度这3个指标是影响肺动脉TTP的独立影响因素。根据回归系数（β值）权重大小，本研究还发现男性比女性患者肺动脉TTP高0.909 s；肺动脉TTP随身高以及对比剂浓度增加而增加，即身高每增加1 cm，肺动脉TTP增加0.065 s；对比剂浓度每增加1 mgI/ml，肺动脉TTP增加0.026 s。

3.3 肺动脉TTP的预测模型构建 单一影响因素指标均无法较好地分析肺动脉TTP。为此，本研究利用多元线性回归分析建立肺动脉TTP预测模型，该方程式表明，性别、身高和对比剂浓度这3个独立影响因素可共同预测肺动脉TTP，个性化确定注射对比剂后的肺动脉强化峰值及最佳延迟时间，优化成像效果；且该模型拟合较好，建模过程简单易行，具有一定的理论创新和应用价值。

3.4 本研究的局限性 ①前瞻性分析及手动选取ROI存在选择性偏倚及人为误差；②样本量较小，纳入的肺动脉TTP影响因素不够全面，今后需进一步扩大研究范围。

总之，对比剂在CTPA检查中的肺动脉TTP与身高、性别、对比剂总量、对比剂浓度和体重均呈正相关，其中性别、身高和对比剂浓度是预测肺动脉TTP的独立影响因素；回归预测模型可以全面、准确地评估肺动脉TTP及其影响因素，以更精准地获取CTPA个性化增强扫描最佳时间窗，提升图像质量，为PE临床诊疗、预后评估等提供重要的影像学参考依据。