自然呼吸下高螺距雙源CT肺動脈造影方法探討

鄧國輝 胡紅杰 張文明 陳彬 胡吉波

自然呼吸下高螺距雙源CT肺動脈造影方法探討

鄧國輝 胡紅杰 張文明 陳彬 胡吉波

目的 探討自然呼吸狀態下高螺距雙源CT肺血管造影（CTPA）技術對可疑肺栓塞患者應用的可行性、影像質量。 方法 對54例臨床疑似肺動脈栓塞的患者（高螺距組），采用第二代雙源CT行CT肺血管造影（CTPA），患者在自然呼吸下行高螺距CTPA檢查（螺距為3.0，120kV，100mAs，50ml對比劑）；另選前期檢查患者54例作為常規組行常規CTPA檢查（螺距為0.8，120kV，100mAs，80ml對比劑），深吸氣后屏氣掃描。記錄PA強化程度、圖像噪聲、信噪比、圖像的整體質量、掃描范圍內肺動脈分支是否存在對比劑充盈不均和心臟、呼吸運動偽影以及輻射劑量，結果進行統計學分析。 結果 高螺距組肺動脈主干（PT）及尖段（S1）肺動脈、后基底段（S10）肺動脈的平均CT值為（404±104）、（453±119）和（453±119）HU，平均圖像背景噪聲（11±2）HU，平均檢查時間為（0.67±0.09）s，平均輻射劑量為（142±31）mGy cm，明顯優于常規組（P＜0.05）。檢查圖像無呼吸及心臟的運動偽影。肺動脈分支未見完全或部分缺損，所有患者均達到診斷要求。 結論 自然呼吸下狀態高螺距雙源CTPA檢查能得到較高質量的圖像，沒有產生呼吸和心臟的運動偽影，且可避免出現瓦氏（Valsalva）呼吸所致的偽影。

高螺距CT 雙源CT CT肺動脈造影 自由呼吸 瓦氏呼吸

急性肺動脈栓塞（acute pulmonary embolism，APE） 是繼心肌梗死及中風之后第三位常見的急性心血管疾病，CT肺血管造影（CTPA）憑借其較高的特異性及敏感性、無創等優點，已經成為排除肺動脈栓塞的首選檢查方法[1]。普通的單源螺旋CT，螺距受限于1.5，即使是多層螺旋CT（MDCT），為了得到沒有呼吸偽影的圖像，仍需要屏氣幾秒才能完成CTPA檢查。由于APE患者發病急、進展快，在臨床工作中，我們經常遇到不能配合呼吸命令的患者，如小兒、聽力受損的患者、危重或急救患者，以及嚴重的心肺或神經系統疾病引起的并發癥或癡呆等患者，從而導致CTPA檢查的失敗。這就要求我們尋找一種掃描速度快、無需屏氣且而圖像質量優良的檢查方法。第二代雙源CT的在沒有心電門控時最大螺距可以達到3.2～3.4[2]。使用高螺距掃描可以在1s內完成CTPA的檢查[3]，這種新的技術可以克服屏氣對肺動脈增強的影響。在本文中，我們所收集的54例患者的高螺距CTPA檢查是在沒有呼吸的命令和心電門控下完成的。

1 資料和方法

1.1 一般資料 本研究共收集我院2012年11月至2013年1月54例臨床懷疑肺栓塞的患者（高螺距組），行高螺距CTPA檢查，其中男26例，女28例，年齡22～84（63±15）歲；回顧我院2012年7月至2012年10月常規CTPA檢查的患者54例，其中男28例，女26例，16～83歲，年齡16～83（59±16）歲；作為常規組。兩組患者性別及年齡比較差異均無統計學意義（均P＞0.05）。

1.2 方法

1.2.1 儀器及參數 兩組掃描均采用第二代雙源螺旋CT（德國西門子公司生產）。高螺距組采用120kV管電壓和100MAs管電流；螺距為3.0，128×0.6的探測器，旋轉時間0.28s。沒有呼吸命令和心電門控；檢查過程中患者采用自然呼吸的模式。常規組54例患者采用吸氣后屏氣的模式。采用120kV的管電壓與100MAs的管電流；螺距為0.8，64×0.6的探測器，旋轉時間0.28s。兩組均采用自動曝光控制（CARE DOSE 4D，德國西門子公司生產）。

1.2.2 增強掃描 采用雙筒高壓注射器（美國MEDRAD公司生產），18G套管針，非離子對比劑碘普羅胺（拜耳醫藥保健有限公司生產），濃度370mgI/ml。高螺距組注射50ml對比劑，和40ml的氯化鈉注射液通過肘靜脈注射，注射速率為4ml/s。采用團注對比劑跟蹤技術（bolus tracking），觸發點設在肺動脈主干，觸發閾值為170HU，延遲5s掃描。常規組注射80ml對比劑，和20ml的氯化鈉注射液通過肘靜脈注射，注射速率為4ml/s，同樣采用團注對比劑跟蹤技術，觸發點設在肺動脈主干，觸發閾值100HU。延遲7s后掃描。掃描方向從腳到頭，掃描范圍包括全肺。

1.2.3 圖像重建 首先重建橫斷位圖像，厚度1.0mm，層間隔1.0mm，卷積函數（b26f）的縱隔窗（窗位40HU；窗寬400HU）。其次重建厚度為5mm、層間隔5mm的肺窗圖像，卷積函數（b70f）窗位：-500HU；窗寬：2 000HU。

1.2.4 測量及主觀圖像評價 對圖像客觀質量評估的措施，本研究感興趣區域（ROI）的測量在工作站進行，由1位放射工作經驗5年以上的醫師進行，使用圓形測量工具。平均值和標準差以HU來表示。背景噪聲（BN）以患者胸骨柄前面空氣的標準差來表示。測量肺動脈干（PT），肺尖段（S1）動脈，及后基底段（S10）動脈的密度，以CT值表示。感興趣區域盡可能包括測量血管的斷面。信號噪聲比（SNR）根據下列公式計算：SNR=ROI的CT值/ BN。

主觀圖像質量評估采用雙盲法，由2位有5年以上放射科工作經驗的醫師采用5分制來獨立評估。評估的標準[4]為：1級：肺動脈強化好，超過亞段肺動脈分支水平，診斷信心充分；2級：肺動脈強化好，能充分診斷至亞段分支水平；3級：排除肺動脈栓塞至段級分支水平；4級：肺動脈栓塞的診斷信心只限于主干；5級：肺動脈幾乎不強化，無法診斷。此外，由2位醫師獨立評估肺動脈分支是否存在對比劑的充盈缺損以及在冠狀位重建圖像上觀察是否存在呼吸和心臟運動偽影（圖1）。

圖1 采用常規螺距及呼吸命令的常規組圖像[A：胸部血管的反向對比（高濃度的對比劑在上腔靜脈（SVC）和主動脈（AA），肺動脈主干（PT）強化不佳；B：肺動脈分支內對比劑的充盈不均；C：肺內血管及膈面的呼吸偽影。D：不含對比劑劑的血液可以在右心室內看到（箭頭），并且能看到明顯的心臟階梯狀偽影]

所有患者的CTPA檢查我們均記錄了輻射劑量，用CTDIvo（l單位：mGy）和DLP（單位：mGy cm）來表示，這些輻射劑量的數據是在檢查后雙源CT在患者掃描序列內自動生成的。

1.3 統計學處理 采用SPSS19.0統計軟件。計量資料以表示，組間比較采用t檢驗。組間計數資料比較采用χ2檢驗。觀察者間差異采用Kappa一致性檢驗，Kappa=0.81～1.0提示兩者一致性非常好，0.61～0.8提示兩者一致性好，0.41～0.60提示兩者一致性一般，＜0.4提示兩者一致性差。

2 結果

高螺距組17例患者診斷為肺栓塞，對照組14例患者診斷為肺栓塞。肺栓塞的診斷均由2位醫師在雙盲情況下診斷。

兩組患者掃描及圖像質量評價比較見表1。

表1 兩組患者掃描及圖像質量評價比較

由表1可見，高螺距組的檢查時間比常規組明顯減少（P＜0.01）。高螺距組的平均輻射劑量CTDIvol及DLP也顯著低于常規組（均P＜0.01）。但平均圖像噪聲沒有統計學差異。高螺距組的PT及分支（S1、S10）強化程度明顯高于常規組（P＜0.01）。高螺距組的S1、S10的平均信噪比明顯低于常規組的平均信噪比（P＜0.01）。

在高螺距組的檢查中，沒有出現檢查失敗（即圖像質量評分為“5”）的情況。但常規組中有3例患者檢查失敗，需要重新掃描。在主觀圖像質量等級的數據顯示，高螺距組的圖像質量評級均為1級或2級。高螺距組觀察者的平均圖像質量分數明顯好于常規組（P＜0.01）。在高螺距組，我們沒有發現有肺動脈分支血管內的對比劑充盈不均的現象，而且也沒有出現明顯的呼吸偽影及心臟運動偽影干擾（圖2）。

常規組內有9例存在明顯的心臟運動偽影；但對診斷沒有明顯的影響。發現呼吸偽影13例。5例患者出現完全或部分的對比劑充盈缺損，其中3例對診斷產生影響。1例出現完全對比劑的充盈缺損而導致無法診斷。2例被評為“4”級，另外2例的評為“2級”和“3級”。

圖2 高螺距組低劑量低碘量自然呼吸的圖像（A：優良的對比劑分布；B及C：右心室密度明顯高于左心室，清晰顯示肺動脈分支栓塞；D：上腔靜脈及左鎖骨下靜脈對比劑存留較多，對比劑注射方案有待進一步優化）

3 討論

多層螺旋CTPA是目前排除肺栓塞最常用的檢查方法。MDCT平均的CTPA檢查時間約為4～15s，仍然必須要屏氣來保證圖像質量和減少運動偽影。然而，有文獻報道，在肺動脈造影中盡管采用了團注對比劑跟蹤技術，仍然會出現對比劑充盈不均的現象[5-6，8]。吸氣后屏氣，會導致胸腔內壓力的降低，從而使胸部血管內血流動力學發生改變，而靜脈系統受到的影響更明顯，從下腔靜脈回流至右心房的血流量會相對增加，不含對比劑血液的回流增加，從而對從上腔靜脈進入的含有對比劑的血液產生稀釋效應。導致右心室及肺動脈分支內對比劑的充盈不均或者缺損，偶爾可以發生胸部血管的反向對比（即，高濃度的對比劑在上腔靜脈和主動脈，肺動脈分支對比劑充盈不佳，圖1），因此導致CTPA檢查的失敗[5-6]。另外患者強制性的屏氣可能不自主的被誘導出瓦氏（Valsalva）呼吸，胸腔和血管內的壓力會突然大幅度增加從而阻止血液回流至右心房，一方面，導致心率降低和心臟輸出量減少；另一方面，瓦氏呼吸還會刺激迷走神經反射。這些生理機制也在其他的研究中被驗證[7]。而這種生理機制會導致CTPA檢查時對肺動脈分支內的對比劑充盈產生影響，出現對比劑完全或部分充盈缺損，從而影響肺栓塞的診斷。有學者提出[8] ，可以用呼氣后屏氣的辦法來進行CTPA檢查來減少這種影響。然而，最近的報道，這種方法仍會產生較多的偽影（14%）[9]。

在現代社會中，面臨著人口老齡化的社會問題，我們還需要考慮許多患者在進行CTPA檢查時不能進行屏氣的問題，比如配合較差的小兒患者，聽力受損的患者、危重或急診患者，以及嚴重的心肺或神經系統疾病引起的并發癥或癡呆等。因此，CT檢查過程中無需強制任何患者屏氣、且沒有運動偽影干擾的理想CT檢查方案值得我們研究。在我們的高螺距雙源CTPA檢查的實驗中，所有的患者均采用自由呼吸，而且所有患者是沒有經過篩選的，我們的初步臨床實驗結果表明，這種檢查方法平均圖像采集時間（0.76±0.07）s，肺動脈分支沒有出現由于呼吸運動產生的偽影，主觀的圖像質量分析顯示，在肺動脈分支內沒有出現部分或全部缺損對比劑柱，每一例患者的圖像質量評級均為1～2級，可見這種方法是可以常規用于臨床的技術。而在常規組內，采用的是吸氣后屏氣的呼吸命令，用常規螺距掃描，其中有3例患者由于圖像質量的原因導致不能診斷。常規掃描平均成像時間6.2s。部分患者不能完全遵守呼吸命令，13例(24%)出現呼吸偽影；另外5例（9.1%）出現了部分的造影劑柱的缺損。

高螺距掃描的另一個優勢是，高速掃描可以減少檢查中對比劑的使用，我們可以在肺動脈內對比劑濃度達到峰值時進行快速的掃描，從而得到高質量的圖像質量。在這方面，我們的實驗中使用了50ml的對比劑和120kV管電壓（圖2），得到了非常好的肺動脈的增強圖像，比常規組顯著減少了對比劑的用量，又明顯提高信噪比，在文獻[10] 中有和我們的常規組類似的數據報道。如圖2所示，我們經常能夠看到仍有高密度的對比劑在鎖骨下靜脈和上腔靜脈內殘留，這證明我們似乎仍有余地進一步降低對比劑的用量。由于對比劑對腎臟功能可以產生不良影響，所以高螺距掃描由于采取了合理的對比劑注射方法和相對較少的對比劑用量，對于臨床上可能會發生對比劑腎病的患者來說，降低了發病的危險性。

目前，對于CT檢查輻射劑量問題的探討也深受廣大受檢者的關注，在本研究的高螺距組，我們觀察到平均CTDIvol和DLP為3.92mGy和1.42mGy cm，平均輻射劑量值比報道的雙能CTPA[11]低22%，比常規組的結果低31%。由此可見，高螺距CTPA的檢查方法，明顯降低了輻射劑量。高螺距CTPA檢查也可以用于肺栓塞患者的復查，通常肺栓塞患者需要多次的CTPA檢查來觀察臨床治療的效果，這增加了患者輻射損害的風險，高螺距CTPA掃描為他們提供了一種相對安全的復查的方法。但是，高螺距掃描也存在著一些不足。首先，本文是單中心研究，我們的主觀傾向性可能對結果產生影響。還有臨床患者隨機抽取的樣本也可能對結果有一定的影響；其次，在高螺距的CT掃描中，雖然掃描速度很快，屏氣掃描是否更好也需要來探討，不屏氣對于圖像的干擾是否存在，達到何種程度等；第三，雙能CTPA目前在測量肺實質的碘分布及肺血流灌注方面取得了一定的進展，初步研究結果表明，急性PE灌注缺損大小與預后存在一定的關系[12-13]。而我們的高螺距CTPA檢查不能做碘圖。但是，雙能CTPA碘圖對于PE患者的預后的影響程度仍有待研究和臨床評價。

總之，自然呼吸下高螺距FLASH雙源CTPA檢查方法能夠有效的避免呼吸偽影及心臟運動的偽影。同時也減少了輻射劑量。而且此技術能夠克服瓦氏呼吸對肺動脈對比劑充盈的負面影響。通過進一步優化對比劑的注射方案，可以進一步減少對患者腎臟功能的潛在損害，也為危重或者意識喪失的患者、聽力受損患者以及其他不能配合的患者（如小兒患者等）提供了一種可靠的檢查方法，也非常適用于肺栓塞患者的復查。

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High-pitch dual-source CT pulmonary angiography in naturally breathing patients

DENG Guohui，HU Hongjie，ZHANG Wenming，et al.
Department of Radiology,Sir Run Run Shaw Hospital,Zhejiang University School of Medicine,Hangzhou 310020,China

Objective To assess the feasibility and image quality of high-pitch dual-source CT pulmonary angiography (CTPA)in naturally breathing patients with suspected pulmonary embolism. Methods One hundred and eight patients with clinically suspected pulmonary embolism underwent CTPA examination with dual-source CT scanner.Patients were randomly divided into 2 groups:patients in high-pitch group(n=54)received high-pitch CTPA(pitch 3.0,120 kV,100 mAs,50ml contrast material)without special breathing requirement,patients in routine group(n=54)received normal mode CTPA(pitch 0.8,120 kV,100 mAs,80ml contrast material)with inspiratory breath-hold during scanning.PA enhancement,image noise,signal to noise ratio, overall image quality,incidence of total or partial interruption of the contrast column in the PAs,and heart motion-related and breathing-related artifacts of the diaphragm and pulmonary structures were compared between two groups. Results In high-pitch group，the mean central and peripheral PA attenuation was 404±104 and (453±119)HU,mean image noise was (11±2)HU,mean examination time was (0.67±0.09)s and mean dose-length product was (142±31)mGycm,which were all better than those in routine group(P＜0.05).There were no artifacts of the diaphragm or pulmonary vessels related to breathing or heart motion.There was no case of partial or total interruption of the contrast column in the PA tree.No examination was rated non-diagnostic in high-pitch group. Conclusion High-pitch dual-source CTPA in naturally breathing patients effectively produces images that are free of artifacts related to breathing and cardiac motion,hence the Valsalva-related artifacts can be eliminated with this technique.

High-pitch computed tomography Dual-source computed tomography Computed tomography pulmonary angiography Nature breathing Valsalva maneuver

2013-11-05）

（本文編輯：田云鵬）

浙江省科技廳科技計劃（2010C 33106）

310016 浙江大學醫學院附屬邵逸夫醫院放射科（鄧國輝系在職研究生，現在杭州市中醫院放射科工作）

胡紅杰，E-m ai l：hongj i ehu@zj u.edu.cn