Application Value of Personalized Contrast Agent Injection Schemes of Different Durations in Pulmonary Artery CTA
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摘要:
目的：研究不同时长的个性化对比剂注射方案在提升肺动脉CTA的图像质量和降低对比剂潜在风险的应用价值。资料与方法：2023年1月至2024年10月临床怀疑为肺动脉栓塞的患者106例作为研究对象,随机将患者分配到A、B两组。采用独立样本t检验，比较两组间的上腔静脉的CT值、肺动脉主干的CT值、左肺动脉及右肺动脉的CT值、左房的CT值；两组间的图像质量主观的综合评分；以P < 0.05为具有统计学意义。结果：两组间对比剂注射总量、注射时长和注射速率进行比较，B组对比剂的注射总量和注射时长都低于A组，其差异有统计学意义。两组间的右肺动脉、左肺动脉、左房CT值比较接近，无统计学差异，两组间的上腔静脉CT值差异有统计学差异；两组间的图像质量主观评分比较，有统计学差异，B组＞A组。结论：采用8s时长的个性化对比剂注射方案不仅可以提高肺动脉CTA的总体图像质量，还可以有效减少对比剂用量，同时缩短注射时长。
Abstract:Objective: This study investigated the application value of personalized contrast agent injection schemes of different durations in improving the image quality of pulmonary artery CTA and reducing the potential risk associated with contrast agents. Materials and Methods: From January 2023 to October 2024, 106 patients with suspected pulmonary embolism were randomly assigned to Groups A and B. Using the independent samples t-test, we compared the CTA values of the superior venae cavae, pulmonary artery trunks, left and right pulmonary arteries, and left atria of the two groups. We also compared the subjective comprehensive evaluations of the CTA image quality of the two groups; a value of P<0.05 was considered statistically significant. Additionally, the two groups were compared in terms of the total amount of contrast agent injection, injection duration, and injection rate. Both the total amount and duration of contrast agent injection in Group B were lower than those in Group A; the concomitant difference was statistically significant. The CTA values of the right and left pulmonary arteries and the left atria of the two groups were relatively close, with no statistically significant difference. However, a statistically significant difference in the CTA values of the superior venae cavae of the two groups was observed. The subjective evaluation of image quality between the two groups indicated a statistically significant difference (P=0.04), with the image quality of Group B being higher than that of Group A. Conclusion: The use of an 8s personalized contrast agent injection regimen can not only improve the overall image quality of pulmonary artery CTA but also reduce the amount of contrast agent used and shorten the injection duration.
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根据世界卫生组织死亡率数据库统计的数据显示，肺动脉栓塞仍是排在前3位的危及人类生命安全的心血管疾病[1-3]。肺动脉CTA（pulmonary artery CT angiography，CTPA）是诊断肺动脉栓塞的首选的检查方法，其敏感性和特异性分别为92.7%和95.5%[4-5]。随着对对比剂安全性使用的认识的不断提高，采用个性化的对比剂注射方案已经广泛被临床中采纳[6-7]。但是关于肺动脉CTA的个性化的注射方案目前尚缺乏统一的专家共识，特别关于个性化的注射方案中的注射时长的问题目前较少研究，本文通过对106例临床怀疑肺动脉栓塞患者采取不同时长的个性化对比剂注射方案进行研究，旨在探讨使用更短的注射时长和更少的注射剂量，在提升CTPA的图像质量的同时，能进一步减少对比剂的使用剂量，从而降低对比剂带来的潜在风险。
1. 材料和方法
1.1 一般资料
收集2023年1月到2024年10月期间上海市金山区亭林医院临床疑似肺动脉栓塞的106例患者作为研究对象,并随机将患者分为A组和B组,其中A组54人，B组52人。所有入选的患者在性别、年龄、身高、体重及阳性率上无显著的统计学差异(见表1)。
表 1 两组不同时长的个性化注射方案的一般情况比较Table 1. General comparison of two personalized injection regimens with different durations项目 组别 统计检验 A组 B组 t P 男/女 23/31 29/23 2.77 0.74 年龄/Y 68.94±17.99 71.10±12.84 0.73 0.67 身高/mm 165.70± 8.24 166.98± 8.80 2.25 0.07 体重/kg 62.61±10.57 65.62±12.83 0.58 0.10 肺栓塞阳性/阴性 13/41 11/41 0.23 0.32 纳入标准：①签字并同意入组的临床上高度疑似肺栓塞患者；②能顺利完成肺动脉CTA检查。排除标准：①甲亢患者。②既往有注射碘对比剂后出现中、重度过敏反应患者；③重度肾功能衰竭患者；④不能平卧的重度心衰患者。本研究项目存在的潜在风险与收益均经医院伦理委员会讨论、审核通过，患者及家属表示理解并签字。
1.2 机器设备、试剂和注射方案
CT机器型号为联影u760螺旋CT，双筒高压注射器型号为美德瑞达Salient（DC009 DW），对比剂选用350 mgI/mL碘海醇注射液。注射方式均采用三段式团注法，根据分组不同采用不同注射时长。A组为10 s个性化组，先注射20 mL生理盐水，再根据不同体重注入不同剂量对比剂，对比剂注射剂量=体重×0.6 mL，10 s注射完后，再注射30 mL生理盐水冲管，对比剂注射速率=对比剂注射剂量/10 s，生理盐水注射速率均为4.5 mL/s[8]。B组为8 s个性化组，注射方案为：先注射20 mL生理盐水，再根据不同体重注入不同剂量对比剂，对比剂用量=体重×0.48 mL，8秒注射完后，再注射30 mL生理盐水冲管，对比剂注射速率=对比剂用量/8 s，生理盐水注射速率均为4.5 mL/s。各组注射方案详见表2。
表 2 两组不同注射方案的图像质量比较Table 2. Comparison of image quality between two different injection schemes指标 分组 统计检验 A组 B组 t P 注射总量 40.74±4.43 34.42±3.05 4.13 0.01 注射时长 10.00±0.00 8.00±0.00 7.37 0.00 注射速度 4.07±0.44 4.10±0.37 12.63 0.06 上腔静脉CT值 740.02±542.05 460.54±211.20 7.60 0.00 肺动脉主干CT值 388.41±79.06 368.21±81.23 0.20 0.88 右肺动脉CT值 357.56±72.35 358.92±93.47 0.41 0.10 左肺动脉CT值 361.96±71.46 358.29±95.23 0.84 0.10 左房CT值 175.06±73.78 196.13±69.39 2.85 0.46 图像主观评分 4.12±0.74 4.59±0.73 1.77 0.04 1.3 检查方法
患者取仰卧位，足先进，双手上举交叉置于前额部，右侧肘静脉埋置18 G静脉套管针。扫描范围从肺尖顶部至肋膈角最低下2 cm处。平静呼吸下屏住呼吸，检查前进行呼吸训练，ROI置于肺动脉根部，激发阈值为150 HU，到达激发阈值后延迟3秒后开始扫描。扫描参数：管电压为120 KV；管电流采用自动管电流调节技术进行调节；扫描螺距：0.98，螺旋速度：0.5 m/s;所得数据进行拆薄为1.00 mm及5 mm发送至影像工作站，在工作站上做出VR、MIP及MPR图像。
1.4 评判标准
1.4.1 客观评判
在1.00 mm层面的图片上分别测量上腔静脉的CT值、肺动脉主干的CT值、左肺动脉及右肺动脉的CT值、左房的CT值作为客观依据进行分析。
1.4.2 主观评分
采用双盲肺动脉5分值+上腔静脉减分项的综合评分法[9-10]。5分，图像质量优秀：肺动脉主干、左右动脉及其肺动脉第5~6级血管属支均可清晰、锐利地显示，能够精准显示细微的血管解剖及病变。4分，图像质量良好；肺动脉主干、左右动脉及其肺动脉第4~5级血管属支清晰可见，相较于5分在细节呈现上稍有逊色。3分，图像质量尚可，能够清晰呈现肺动脉主干、左右动脉及其肺动脉第3~4级血管属支，对于一些较为明显的病变仍具有较高的诊断价值，可作为初步诊断的重要依据。2分，图像质量勉强：肺动脉第1~2级血管属支，其余肺动脉部分显示欠佳，需要结合其他检查信息进行综合判断。1分，图像质量差：仅能显示肺动脉主干，其余肺动脉模糊不清，几乎无法从中获取有效的诊断信息，极易导致漏诊、误诊。上腔静脉减分项：上腔静脉对比剂高浓度、大剂量潴留从而造成放射状线束硬化伪影干扰，为−1分；上腔静脉对比剂潴留少、浓度低，未形成放射状伪影，为0分。
1.5 统计学方法
本研究采用SPSS 21.0软件对所得数据进行分析：针对两组间的上腔静脉的CT值、肺动脉主干的CT值、左肺动脉及右肺动脉的CT值、左房的CT值，以及图像质量主观的综合评分，运用独立样本t检验进行比较，以P < 0.05为具有统计学意义；采用Kappa检验评判两名主治医师间的主观评分的一致性，大于0.80为一致性良好。
2. 结果
2.1 两组患者的基线资料详细比较结果
在年龄方面，A组患者平均年龄为（68.94±17.99）岁，B组为（71.10±12.84）岁，经独立样本t检验，t值为0.73，P值为0.67，表明两组年龄差异无统计学意义；身高上，A组均值为（165.70±8.24）mm，B组为（166.98±8.80）mm，t值2.25，P值0.07，差异同样无统计学意义；体重方面，A组平均体重（62.61±10.57）kg，B组（65.62±12.83）kg，t值0.58，P值0.10，亦不存在显著差异；性别构成比上，无明显差异。在注射总量方面，A组为（40.74±4.43）mL，B组为（34.42±3.05）mL，经独立样本t检验，t值为4.13，P值为0.01，表明B组对比剂注射总量显著低于A组，差异具有高度统计学意义；注射时长上，A组固定为（10.00±0.00）s，B组为（8.00±0.00）s，t值7.37，P值0.00，B组明显短于A组，差异同样极为显著；注射速度方面，A组平均为（4.07±0.44）mL/s，B组（4.10±0.37）mL/s，t值12.63，P值0.06，两组间无统计学差异（表1）。
2.2 两组上腔静脉、肺动脉主干、右肺动脉、左肺动脉、左房CT值对比
在上腔静脉CT值方面，A组为（740.02±542.05）HU，B组为（460.54±211.20）HU，经独立样本t检验，t值为7.60，P值为0.00，表明两组间上腔静脉CT值差异具有明显统计学意义，B组明显低于A组。肺动脉主干CT值，A组是（388.41±79.06）HU，B组为（368.21±81.23）HU，t值0.20，P值0.88，两组无统计学差异；右肺动脉CT值，A组357.56±72.35 HU，B组（358.92±93.47）HU，t值0.41，P值0.10，差异不显著；左肺动脉CT值，A组（361.96±71.46）HU，B组（358.29±95.23）HU，t值0.84，P值0.10，同样无明显差异；左房CT值，A组（175.06±73.78）HU，B组（196.13±69.39）HU，t值2.85，P值0.46，两组间差异无统计学意义（表3）。
2.3 两组间的图像质量主观评分、阳性率比较及一致性评估
两组间的图像资料主观评分分别为：A组4.12±0.74、B组4.59±0.73；有统计学差异（P=0.04），并且B组＞A组。两组106例肺动脉CTA共检出肺动脉栓塞24例，A组阳性13例，阴性41例，阳性率为13/54，B组阳性11例，阴性41例，阳性率11/52，经检验，t值0.23，P值0.32，两组间无统计学差异（表1）。采用Kappa检验评价两名医师间对所得106例图像质量主观评分的一致性良好，Kappa=0.84。
3. 讨论
肺动脉CTA作为一种无创且具有高分辨率的影像学检查手段，不仅能够清晰显示肺动脉的解剖结构，还能应用于肺动脉栓塞、肺动脉高压等多种疾病的诊断与评估中。目前肺动脉CTA开始采用个性化的注射方案，即根据不同体重或体重指数，给予不同的注射剂量和流速，从总体上来减少对比剂的用量、降低流速，提高图像质量[11]。根据国际上碘对比剂多采用碘流率/体重=25 mgI/（s·kg）的标准，经过换算公式得出350 mgI/mL的碘海醇用量为体重×0.6 mL，关于注射时间目前国内外大多数学者都采用10 s为标准。据此，我们得出A组的注射方案为：对比剂注射剂量=体重×0.6 ml，10秒注射完后[8,10]。在之前的研究中[8]，已经证实这种注射方案是可行的。同时该方案也存在一个问题，体重大于75 kg时，对比剂的用量要大大超过常规固定的注射方案。
随着螺旋CT技术的不断发展，CT扫描速度以及触发后的启动扫描时间也不断缩短，一般从激发启动到完成扫描全肺的时间只需要4~7 s。另外，正常情况下经肘静脉注入对比剂后，采用团注追踪法，经过2~3心动周期（一般等3~4 s）后，即可灌注到5~6级分支血管，理论上只需在扫描启动到扫描结束后肺动脉内维持住足够的浓度即可完成肺动脉CTA[12-13]。而多余的对比剂大部分都潴留在上腔静脉内，这不仅仅是一种浪费，同时还会产生放射状的线束硬化伪影，影响右肺动脉干上附壁血栓的观察，会导致漏诊误诊的可能[9-10]。同时，过多的对比剂本身可加重肾脏负担，可引起对比剂肾病。
国外Leila等[14]学者根据患者体重指数对一组148人的个性化组的注射方案与一组147人标准注射方案进行比较，研究证明基于体重指数的对比剂注射方案的肺动脉干、左、右肺动脉血管的CT值得到提高，肺动脉CTA的图像质量得到提升，同时个性化的使用对比剂剂量有减少，但对比剂注射流速得到增高，注射时长为20 s。国外Mario等[15]学者的一项107例超小剂量（20 mL）的高浓度的碘美普尔（400 mgI/mL）对比剂的研究中，其采用3 mL/s固定注射速率推注，注射时长约6.7 s，也取得40 mL相似的效果，虽然部分肺动脉栓塞的病例的图像噪声较大，图像质量不稳定，但是可证明较短的注射时长是可行的。国内学者王素平[16]采用小剂量测试法，通过时间密度曲线来明确扫描时间，以取得良好的图像质量，但其操作流程较复杂，造影剂总量35 mL，虽然总量少，但对比剂是固定的剂量和固定的注射速度。
以此，本研究提出采用8 s的注射时长的个性化注射方案，即：对比剂注射剂量=体重×0.6 ml×8 s/10 s=体重×0.48 mL。本研究表明：A组54例患者采用基于体重的个性化的注射方案，注射时长为10 s，虽然在对比剂的总量较固定的注射方案减少，以及图像质量也得到提高，但上腔静脉内仍有对比剂潴留，CT值在（740.02±542.05）HU，高峰时能达到
1000 HU以上，可产生放射状伪影（图1）；而本研究中B组52例病例中，采用同样的基于体重的个性化注射方案，将注射时长压缩在8 s，不仅对比剂用量进一步减少，注射时长缩短，同时图像结果显示：上腔静脉虽有对比剂，但是CT值明显下降，为（460.54±211.20）HU，明显低于A组（图1和图2），形成放射状伪影的机会也明显减少。同时肺动脉主干、左右肺动脉及各级肺动脉显示清晰，CT值分别为（388.41±79.06）HU、（368.21±81.23）HU、（357.56±72.35）HU、（358.92±93.47）HU、（361.96±71.46）HU、（358.29±95.23）HU，与A组比较无统计学差异；由于上腔静脉的对比剂潴留的减少，图像整体质量评分也得到提高。因此，采用8 s的个性化对比剂注射方案，不仅肺动脉CTA的图像质量得到提升，同时所使用的对比剂的总量和注射时长均低于A组，降低对比剂给患者带来的潜在风险。![]()
图 1 A组注射方案的VR、MIP、MPR及横断位图注：患者体重：60 kg，对比剂总量：36 mL，注射流速：3.6 mL/s。图像显示：肺动脉主干、左右动脉及其第5~6级细小肺动脉血管显示清晰，5分；上腔静脉内见少量对比剂潴留，横断位上腔静脉内对比剂有放射状伪影-1分，综合评分：4分。Figure 1. VR, MIP, MPR, and cross-sectional map of injection regimen of Group A![]()
图 2 B组注射方案的VR、MIP、MPR及横断位图注：患者体重：63 kg，对比剂总量：30 mL，注射流速：3.8 mL/s。图像显示：肺动脉主干、左右动脉及其第5~6级细小肺动脉血管显示清晰，评分5分，上腔静脉内见密度较淡对比剂，横断位上腔静脉内对比剂未见放射状伪影，0分，综合评分：5分。Figure 2. VR, MIP, MPR, and cross-sectional map of injection regimen of Group B本研究的不足。鉴于本研究样本量相对较小且为单中心研究，存在一定的局限性，后续研究有必要进一步扩大样本量，联合多中心开展合作研究，纳入不同地区、不同层级医院的患者，以增强本研究结论的普适性。同时，深入开展针对特殊情况患者的研究，通过多模态影像学检查手段，全面评估患者心肺功能及解剖结构异常，根据不同特殊情况制定个性化的对比剂注射方案，如适当提高肺动脉CTA的触发阈值、灵活调整注射时长等，以满足特殊情况患者的精准诊断需求，不断提升肺动脉CTA的质量，为临床治疗决策提供更为可靠的依据。
4. 结论
采用8秒时长的个性化对比剂注射方案在肺动脉CTA检查中具有显著优势；该方案不仅可以提高肺动脉CTA的总体图像质量，同时还可以有效减少对比剂用量，缩短注射时长，降低了患者因对比剂使用带来的的潜在风险。
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图 1 A组注射方案的VR、MIP、MPR及横断位图
注：患者体重：60 kg，对比剂总量：36 mL，注射流速：3.6 mL/s。图像显示：肺动脉主干、左右动脉及其第5~6级细小肺动脉血管显示清晰，5分；上腔静脉内见少量对比剂潴留，横断位上腔静脉内对比剂有放射状伪影-1分，综合评分：4分。
Figure 1. VR, MIP, MPR, and cross-sectional map of injection regimen of Group A
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图 2 B组注射方案的VR、MIP、MPR及横断位图
注：患者体重：63 kg，对比剂总量：30 mL，注射流速：3.8 mL/s。图像显示：肺动脉主干、左右动脉及其第5~6级细小肺动脉血管显示清晰，评分5分，上腔静脉内见密度较淡对比剂，横断位上腔静脉内对比剂未见放射状伪影，0分，综合评分：5分。
Figure 2. VR, MIP, MPR, and cross-sectional map of injection regimen of Group B
表 1 两组不同时长的个性化注射方案的一般情况比较
Table 1 General comparison of two personalized injection regimens with different durations
项目 组别 统计检验 A组 B组 t P 男/女 23/31 29/23 2.77 0.74 年龄/Y 68.94±17.99 71.10±12.84 0.73 0.67 身高/mm 165.70± 8.24 166.98± 8.80 2.25 0.07 体重/kg 62.61±10.57 65.62±12.83 0.58 0.10 肺栓塞阳性/阴性 13/41 11/41 0.23 0.32 
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表 2 两组不同注射方案的图像质量比较
Table 2 Comparison of image quality between two different injection schemes
指标 分组 统计检验 A组 B组 t P 注射总量 40.74±4.43 34.42±3.05 4.13 0.01 注射时长 10.00±0.00 8.00±0.00 7.37 0.00 注射速度 4.07±0.44 4.10±0.37 12.63 0.06 上腔静脉CT值 740.02±542.05 460.54±211.20 7.60 0.00 肺动脉主干CT值 388.41±79.06 368.21±81.23 0.20 0.88 右肺动脉CT值 357.56±72.35 358.92±93.47 0.41 0.10 左肺动脉CT值 361.96±71.46 358.29±95.23 0.84 0.10 左房CT值 175.06±73.78 196.13±69.39 2.85 0.46 图像主观评分 4.12±0.74 4.59±0.73 1.77 0.04
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期刊类型引用(2)
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百度学术
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