冠状动脉CTA中对比剂优化策略及应用进展

余　美，马　跃，王玉科，向纪卉，杨奕婧，侯　阳

（中国医科大学附属盛京医院放射科，辽宁 沈阳　110004）

◁综述▷

冠状动脉CTA中对比剂优化策略及应用进展

余美，马跃，王玉科，向纪卉，杨奕婧，侯阳

（中国医科大学附属盛京医院放射科，辽宁 沈阳110004）

冠状血管；体层摄影术，X线计算机；辐射剂量

冠状动脉CT血管成像 （Coronary CT angiography，CCTA）作为一种无创、快速且准确的冠状动脉病变检查方法，已被业界广泛认可。然而，随着对比剂在临床上的广泛应用，对比剂肾病（Contrast induced nephropathy，CIN）已成为医院获得性肾功能衰竭的第三大主要原因，占医院肾损伤发病率的12%和医院总死亡率的6%［1］，其对患者健康的损害及医疗成本的显著增加不容忽视。因此，在保证CCTA增强效果的前提下，优化对比剂的使用方案尤为重要。因而，本文对影响CCTA对比剂增强的主要因素及新技术下对比剂应用的进展作一综述。

1　影响CCTA对比剂增强效果的因素

影响CCTA增强效果的主要因素包括：对比剂因素，受检者因素及扫描因素3个层面。

1.1对比剂因素

1.1.1碘流率

碘流率为碘浓度与注射速率的乘积［2］，是决定血管强化峰值最重要的因素。血管内CT值的大小直接影响成像效果，此CT值的大小与血管中碘流率呈正相关。碘流率可以通过增加含碘对比剂浓度或者注射速率来增加。Becker等［3］认为冠状动脉CT增强后冠状动脉最佳CT值应在250～300 HU之间，不会掩盖冠状动脉壁钙化灶（＞350 HU）。Bea等［4］认为CT值300～350 HU足够用于CCTA诊断。CT值过低，管腔对比剂浓度相对不高，缩小了与软斑块的密度差，不利于斑块的观察和测量。过高的CT值则导致部分容积效应以及线束硬化效应，影响对钙化的观察。Mihl等［5］对使用不同浓度对比剂240～400 mgI/mL以相同的碘流率注射得到的血管强化程度进行比较，证实对比剂增强效果无显著差异。使用较高浓度对比剂，注射速度相对较低，降低了血管破裂的发生率，并且对心脏的瞬时容量负荷也相应减小。但高浓度对比剂其渗透压及黏滞度增高，对比剂的肾毒性增大，可能会增加对比剂肾病的发生概率［6］。使用低浓度对比剂，趋于等渗，肾毒性降低，但注射速度需相应提高，但由于血管所能承受的压力有限，对比剂注入速度不能无限增大，特别是对于血管弹性较差的病人如老年人等，易发生血管破裂，引起对比剂的外渗。目前，国内外学者的研究表明CCTA的注射速率一般为4～5 mL/s，这样既能保证扫描图像清晰，也可减少对比剂渗漏的发生［7-8］。

1.1.2对比剂剂量

对比剂剂量会影响对比剂强化峰值。增加对比剂剂量会导致强化峰值的升高［9］。对比剂剂量需根据受检者体质量来调节，体质量较大的受检者需要注射较多的对比剂剂量以达到合适的强化效果［10］。然而，当对比剂剂量足够时，继续增加对比剂剂量不会导致强化峰值的增加。Cademartiri等［11］在应用16排CT行CCTA时发现注射100 mL与注射140 mL对比剂的强化效果没有显著差异。

1.1.3注射时间

注射时间是强化峰值及达峰时间的重要决定因素。当注射速度一定，注射时间延长，由于对比剂的累积效应，会增加血管强化的效果。另外，注射时间延长会导致达峰时间延迟［12-13］。而注射时间的长短主要取决于受检者体型、血管的感兴趣区及期望增强水平［14］。一般来说，为了保证扫描时间内图像强化足够且均匀，注射时间应≥15 s［2］。

1.1.4团注形式和盐水冲洗

团注形式有单相注射和双相注射。双相注射对于扫描时间长的患者较好，因其无需增加对比剂剂量，但其动脉强化程度不及单相注射［15-17］。盐水冲洗的主要目的是为了提高对比剂的使用效率、增加对比剂的增强效果及消除头臂静脉及上腔静脉的伪影。

1.2受检者因素

影响CCTA成像效果的受检者因素主要包括：体型、心输出量、心率、性别、年龄和静脉入路。

1.2.1体型

人的体型是由体质量、身高、体质量指数（Body mass index，BMI）及体表面积等共同决定的。通常来说，体型大的人血容量更大。给予同等剂量的对比剂，体型大者血池内碘浓度偏低，血管强化程度减低。为了保证血管强化程度，可通过提高注射速率、对比剂浓度及增加对比剂总量来改善。有研究建议体质量每增加一倍，对比剂总量应增加2/3［4］。

1.2.2心输出量

心输出量是影响对比增强时间最重要的患者因素，心输出量与动脉增强呈负相关。心输出量减小时，基于碘对比剂的稀释效应及廓清作用减弱，Becker等［13］在冠脉研究中证实血管强化峰值增高，达峰时间延迟。Bae等［3］在猪的模型上研究表明，减少心输出量会增加主动脉增强效果。

1.2.3心率

心率是影响对比剂增强效果的另一因素。心率过快会导致心动周期缩短，且舒张期缩短时间较收缩期更加明显，舒张期缩短会减少冠状动脉的血流，使得血管内对比剂充盈减少，降低CT冠状动脉强化程度。

1.2.4性别和年龄

在同等注射条件及身体条件时，由于女性的血容量较男性小，达峰时间略缩短且峰值略高于男性［18］。另外，在相同碘负荷时，老年人强化程度高于年轻人，建议将碘负荷及流率降低10%［19］。

1.2.5静脉入路

考虑到可行性，并尽量缩短与中央静脉的距离减少碘对比剂的稀释效应，认为以右肘前静脉最佳。

1.3扫描因素

扫描延迟时间的确定是CT冠脉造影是否成功的重要因素，因受检者的具体情况（年龄、身高、体质量、心率、血液动力学和心功能等）不同，对比剂在主动脉根部达峰的时间也不同，因此需要根据每位受检者的具体情况来确定。确定扫描延迟时间主要有小剂量团注试验法（Test bolus）和团注追踪技术（Bolus-tracking）两种。Test bolus技术通过注射小剂量对比剂，在升主动脉根部层面行同层动态扫描，根据软件自动生成的时间密度曲线，确定扫描延迟时间，其优点是能准确把握主动脉达峰时间，但是需额外应用对比剂，扫描总体时间延长。Bolus-tracking技术是指冠脉血管腔内对比剂浓度达到设定阈值（在升主动脉内某一层面）后，自动智能触发扫描，其优点是操作简单，无需额外应用对比剂，但是扫描时机的把握不及前者准确［20］。此外，扫描方向和扫描时机也会影响对比剂增强效果［9］。

2　CCTA新技术条件下对比剂应用的进展

近年来，低电压技术，迭代重建算法，大螺距扫描，能量成像等新技术在CCTA上的应用层出不穷。扫描方式的变革极大的促进了对比剂注射方式的优化。

2.1降低管电压对CCTA对比剂应用的影响

在低管电压条件下X线的平均能量更接近于碘离子的吸收能谱，可以增加光电效应，提高血管的对比度，进而减少对比剂的使用。Komatsu等［21］研究证实了低电压对对比剂剂量、辐射剂量及图像质量影响：在设定冠脉内CT值为350 HU时，管电压80 kV的对比剂使用量15 mL，仅为常规管电压120kV（30mL）的1/2，辐射剂量降低73%（0.7mSv vs 2.6mSv），然而80 kV组图像噪声高于120 kV组。Cao等［22］对120名患者行回顾门控CCTA研究表明，在维持血管CT值不变的情况下，管电压80 kV的对比剂使用量（57.1 mL）较常规管电压120 kV（82.1 mL）减少30.5%，有效辐射剂量降低了57.8%，但其对比噪声比（Contrast-to-noise ratio，CNR）较管电压120 kV有所下降。故降低管电压可以在维持血管强化程度的同时，减少对比剂的用量，但其会导致图像噪声的增高和CNR降低。

2.2迭代重建技术在低对比剂CCTA中的应用

迭代重建算法是近年来兴起的低剂量CT技术，其基本原理是：首先对X线光子分布进行原始估计，在此基础上估算每个投影方向上探测器获得的可能计数（即正投影），再将正投影数据与探测器实际采集的投影数据进行比较，用于更新原始估计数据；不断重复此过程，直至下一次迭代结果无限接近［23］。

目前已有一些文献［24-26］通过比较迭代重建（Iterative reconstruction，IR）和滤过反投影（Filtered back projection，FBP）两种重建算法，证实IR较FBP可降低图像噪声，提高CNR。Nakaura等［27］对68名偏瘦患者研究表明，与常规管电压结合FBP相比，低管电压（80 kV）结合IR能在保持诊断图像质量、降低辐射剂量74%（1.4 mSv vs 5.4 mSv）的同时，使对比剂剂量（29.4 mL vs 64.2 mL）降低54%。Wu等［28］和Zheng等［29］认为，当联合应用低电压和正弦图确定迭代重建（Sinogram affirmed iterative reconstruction，SAFIRE）时，使用低浓度对比剂（270 mgI/mL），可获得与常规电压结合FBP、使用对比剂（370 mgI/mL）相当的冠状动脉图像质量，同时能降低碘负荷和辐射剂量。因此，适当减低管电压并结合迭代重建算法，即可以增加强化后血管的CT值，又能补偿低电压引起的噪声增高，为降低对比剂剂量提供了前提条件。

2.3低对比剂技术在双源大螺距CCTA中的应用

当扫描范围一定时，增大螺距，扫描时间缩短，辐射剂量及对比剂剂量相应降低。大螺距扫描方式仅能在二代双源CT使用，目前CCTA的采集螺距已增加到3.4。Lembcke等［30］研究显示，双源CT大螺距扫描可使CCTA的对比剂用量减少至30～40 mL，而不影响图像诊断。Liu等［31］应用前瞻性心电门控、大螺距扫描技术使得对比剂用量降至0.5 mL/kg，辐射剂量降至1 mSv以下。近来一些研究表明［32-33］使用双源CT大螺距模式、80kV、SAFIRE算法、低浓度对比剂，可获得与100kV结合FBP、使用对比剂（370 mgI/mL）相当的图像质量，碘负荷减少13.5%～27.0%，辐射剂量减少50%～54.4%，证实了联合应用低电压、迭代及大螺距扫描技术，可以减轻患者的辐射剂量和碘负荷，同时图像质量不受影响。

2.4低对比剂技术在CCTA能量扫描中的应用

CT能量成像技术是指CT在两种能量的X射线条件下（最主要是管电压的变化）分别对被照射物质进行成像，利用被照射物质在不同管电压条件下产生的X射线衰减值的差异性，在二维能量空间内对被照射物质进行定位和成像显示，从而可实现对被照射物质的识别、定性和定量分析，提高CT图像质量，减少X射线辐射剂量及对比剂剂量等应用。Raju等［34］对102名患者行双源能量CCTA扫描和常规CCTA扫描，结果表明两者图像质量无统计学差异，但能量扫描对比剂使用量仅为 35 mL，相比常规扫描的 80 mL降低了56.3%。

综上所述，降低管电压、结合迭代重建、双源大螺距及能量扫描等新技术的应用，为降低对比剂剂量提供了前提条件。随着CCTA的广泛开展，对比剂肾病问题日益凸显［35］，如何更好地联合应用各种不同技术，在保证诊疗需要的基础上，优化对比剂方案，降低对比剂剂量值得更深入的研究。

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Progresses and strategies of optimizing contrast medium in coronary CT angiography

YU Mei，MA Yue，WANG Yu-ke，XIANG Ji-hui，YANG Yi-jing，HOU Yang
（Department of Radiology，Shengjing Hospital of China Medical University，Shenyang 110004，China）

R543.3；R814.42

B

1008-1062（2015）10-0745-03

2015-05-18；

2015-06-22

余美（1989-），女，陕西榆林人，硕士研究生。现工作单位为第四军医大学唐都医院放射科。

侯阳，中国医科大学附属盛京医院放射科，110004。

辽宁省自然科学基金（项目编号：2013021076）。