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螺旋CT血管成像(CTA)是指利用螺旋CT在检查者靶血管内对比剂充盈高峰期进行连续解剖及病理、生理原始数据的立体采集,然后运用计算机后处理功能,最终重建出靶血管立体影像的血管成像技术 [1]而冠脉CTA是CT血管成像的最重要部分,64排手动触发CT冠脉造影必然会遇到时间-密度曲线的判读与应用,因为它是扫描过程中的第一个重要环节。如何判定该曲线的主动脉峰值、肺动脉峰值以及它的实际意义,是我们在CT冠脉造影中手动触发扫描面邻的一基本问题。靶血管峰值时间取值不准确或者没有考虑心率、流速的变化造成的影响,会使冠脉CTA扫描的失败。
1 关于对时间-密度曲线的概念
1.1 小剂量的循环测试是某个注射流率下、把一定的小量的对比剂和一定生理盐水经注射静脉以团注方式注入,循环至靶血管时在靶血管形成的强化密度与到达时间形成的关系曲线。它以注射血管为起点,以靶血管密度峰值时间为终点来记录循环时间。可是靶血管密度峰值时间却与心率、对比剂量相关,是个变量,所以说是这个循环时间并不固定,另外该峰值时间是以对比剂的量为基础的。20 ml与30 ml对比剂形成的密度峰值是截然不同的,量愈大其峰值时间愈长。
小剂量(20 ml对比剂)的循环测试在靶血管形成的峰值强化密度和实际扫描中的前20 ml对比剂在靶血管形成的强化密度是不一样的,因为实际扫描中除注射流速不变,对比剂量、盐水量是要增加的,对比剂和盐水的增加使得靶血管中的强化密度会产生相应的改变,这种变化不是在小剂量测试的时间密度曲线基础上原轨迹上的延长,而是整个钟形形态密度曲线的抬高与加宽,靶血管密度变化制约因素复杂,现在还不能准确预测[2~4]。
1.2 密度变化虽然如此复杂,但靶血管的峰值时间是可以基体上预测的,其大剂量峰值时间大约是小剂量峰值时间加上两者对比剂的量差除以注射流速。因为峰值时间与注射对比剂的时间呈正相关,大血管内对比剂峰值密度及峰值时间在常规剂量条件下由注射时间和对比剂流动时间决定[5],以5 ml/s的注射流速为例,在用20 ml对比剂+20 ml生理盐水进行循环测试得出主动脉根部峰值时间是20 s,那么40 ml+20 ml的生理盐水得出的主动脉峰值应该是20+(40-20)/5=24 s,因为后者多注射了4 s的对比剂。
1.3 启动扫描时间(DT)是小剂量测出的主动脉根部峰值的基础上加一定的延迟时间构成。而延迟时间目的是为了主动脉根部(即冠脉)达到诊断密度,在一定范围内延迟时间愈长靶血管强化密度愈高(特别在肺循环时间范围内),冠脉CTA一般为3～6 s。
1.4 扫描开始后,其后面必须有一定量对比剂跟进以满足采集数据的时间要求,有文献报道;扫描时间决定了维持冠状动脉内高峰浓度所需的对比剂量,由于64层螺旋CT冠状动脉成像扫描时间明显缩短,需要冠状动脉内对比剂维持高峰浓度的时间也相应缩短,因此,所需对比剂量也减少了[6]。理论上该量应该是:曝光时间*流速,而实际应用中从曝开始后一般只给3 s左右的量同,结果往往造成心脏整体图像的密度分层,虽然如此,但作到了在只达到冠脉诊断需要的情况下,最大减少对比剂用量的目的。64排CT曝光时的冠脉密度,它不是一个平台期,大部分是在一个曲线弧顶样密度期,这实际上对变速注射对比剂提出了进一步的要求。
3 小剂量循环测试的时间-密度曲线峰值时间的准确取值
小剂量偱环测试曲线形成后,如何准确判定峰值时间:我们会发现有以下四种情况:①为尖峰样峰值-直接取值即可;②为平台形峰值-取其中间值;③若前低斜平台峰值-须取后值减0.5 s;④如后低斜平台峰值-取前值加0.5 s。意义:可以使峰值时间准确精度提高至1 s,而1 s约代表一次心跳,一次心跳可以排出约80 ml强化血液,足以对冠脉密度的均匀性造成影响。
4 小剂量循环测试的时间-密度曲线灵活应用
4.1 小剂量是相对的,不是不变的,一般情况下采用20 ml对比剂跟20 ml生理盐水法,当采用15 ml对比剂跟25 ml生理盐水时其峰值会减小1 s,当采用10 ml对比剂跟进30 ml盐水时,其峰值会减少2 s。反之亦然。临床应用中发现,小剂量循环测试时的总注射量(对比剂+盐水)应该是一致的,在注射总量一致的情况下,其峰值时间与对比剂量的关系比较稳定。
4.2 小剂量循环测试中的峰值与心率的关系 心率愈快,峰值时间愈靠前,心率愈漫则峰值时间愈靠后,实际应用中发现其关系是:心率每分增加5次,峰值时间前移大于1 s。心率每减少5次,峰值时间后移大于1秒。一般患者测试心率与扫描心率基本一至,峰值时间是可信的,也有屏气时间较长扫描时心率明显减慢者,应注意调整延迟时间。
4.3 流速与峰值时间的关系
注射流速愈快侧峰值时间愈前,注射流速愈漫侧峰值时间愈后移,因为在量一定的情况下,注射速度与注射对比剂时间成反比,注射时间愈长,则峰值时间愈后。在相同剂量条件下,随着注射速率的提高, 肺动脉、主动脉的强化峰值提高, 峰值时间缩短[5],所以扫描中如想改变的注射速度,那么按以前的流速测试的峰值已不适用,非调整不可。实践中发现:注射流速每秒每增加1 ml流量,峰值前移约4 s,反之亦然。
5 关于64排冠脉自动触发CTA对比剂优化方案概况及改进方向
冠脉CTA较早的对比剂用量经典经验公式认为:小剂量循环测试时间密度曲线爬升时间和主动脉峰值后的延迟时间是注射对比剂时间,注射对比剂时间与流速的乘积为对比剂的用量。延迟时间为3~4 s,盐水为40 ml。平均对比剂用量大于80 ml以上[7]。
卫生部北京医院从日本带回的体重流速法是:流速根据个体重量而定(即体重*0.8/12),对比剂用量为体重的0.8倍。CT的曝光启动时间根据测试TDC主动脉峰值时间加4~5 s。盐水为40 ml,其中流速根据体重调整是其精髓。对比剂平均用量有所减少,约在70 ml以下。
目前还有多浓度对比剂注射法、多流速对比剂注射法等等,在此不再赘述。我院采用体重与注射流率匹配原理规定流速,根据CTA曝光时间、主动脉峰值后延迟时间来调整对比剂用量,确定恰当的延迟时间保证主动脉根部增强密度,同时保证曝光期间的持续给约,盐水采用启动扫描时停止法,使其用量随测试的主动脉峰值而变,以上诸参数的改进在减少图像密度分层现像、增加冠脉前后密度均匀性、节省对比剂等方取得了很好的结果。
有学者认为在再循环形成前,对比剂的循环通道是:对比剂经手背或肘前静脉注射后在上腔静脉-右心房-右心室-肺动脉-肺毛细血管-肺静脉-左心房-左心室这-循环通道,笔者认为,这一通道上对比剂受到稀释原因主要有两个方面:①上、下腔静脉在右房的右心前稀释;②肺内和左心房的左心前稀释。
上、下腔静脉血的混合稀释在很长一段时间被人们乎视了,以至于一开始并不态注意注射对比剂流率与体重的匹配。已经有研究显示,体重与体部血管的强化成负相关[7]。越是体重大者,静脉血回流越多其稀释对比剂的能力越强,所以注射对比剂流率应增加,因为流速越快对比剂受稀释机会越少,肺动脉CTA扫描中发现,40 ml对比剂经肘静脉注入,到锁骨下静脉内的对比剂密度约3000HU左右,而到达肺动脉时密度降致400左右,足以证明右室前的稀释作用之大。
想减少对比剂在肺内及左房内稀释主要靠增加注射对比剂的时间来解决,注射对比剂时间越长其稀释能力越小,当注射时间等于肺循环时间时,其稀释能力近似为零。大量的小循环测试发现主动脉峰值密度与肺动脉值密度相差约100HU以内,足以说明其稀释作用是有限的。因为肺循环只有一个进口-肺动脉,因为没有其他静脉血的混合,其稀释能力随对比剂的连续注入而逐渐减小,当连续注射对比剂接近到肺循环时间时,其稀释能力大大减弱、主动脉根部的增强密度会升到最大效益的高度,如果肺循环为8S,连续向肺内注入8S的对比剂,那么第8S时左房内对对比剂稀释能力在理论上应该为零。在克服肺循环的稀释后,主动脉根部的强化密度接近肺动脉的峰值强化密度,如果肺动脉强化密度进入平台期,持续注射对比剂8 s后主动脉根部也会形成一个相对高密度平台期。
冠脉CTA扫描中,与体重匹配的流速可以把高浓度的强化血液提供给肺动脉,恰当的给药时间可以把高浓度的强化血液提供给主动脉根部,准确的曝光时间内持续注入对比剂,能使冠脉形成密度高且密度较均匀的图像,以上三者缺一不可[8]。冠脉是体循环中离心脏最近的血管,并且循环速度快,除了肺动脉造影,它因该是CT血管造影中最节省对比剂的,可目前它的用量却不是如此,这可能是冠状动脉只能接收20%的主动脉的强化血液的缘固。
先进的多流速高压注射器(可变6个流速以上),为扫描中改变对比剂注射流率提供了可能,加之对各器官增强因素的全面认识,势必在冠脉及血管呈像技术中的对比剂使用更加合理,用量更加减少。
采用进入注入高流速对比剂-以克服上下腔静脉稀释而增加对右房强化程度;采用同流速盐水跟进,减少静脉内对比剂的滞留并充分利用;采用变速注射对比剂以使其靶血管在曝光扫描时密度尽量均匀以达到节省对比剂用量;以上三者综合改进将会在64排CT冠脉造影时减少对比剂用量取得进一步突破。目前双流速法已经在胸痛三联、室间隔显示方面取得了很好的效果。
5 结语
不论对比剂使用优化方案如何改进,手动脉触发冠脉CTA的小剂量循环测试是最基础的一环,判读时间-密度曲线是非常重要的,取值不准会直接影响对比剂用量的准确性、延迟时间选择的准确性、启动扫描时间制定的准确性及曝光期间内使用对比剂的准确性。准确取值再结合患者心率的变化加以调整,可提高冠脉CT造影的成功率。
参考文献
[1] Du XK,Zhu XQ,Shen FX,et al.Spiral computed tomographyangiography.Chin J Radiol,1995,29(3):202-204.
[2] 杜湘珂,朱锡强,沈复兴,等.螺旋CT血管造影.中华放射学杂志,1995,29(3):202-204.
[3] Hoffmann MHK,Shi H,Schmitz BL,et al. Noninvasive CoronaryAngiography wit h Multislice Computed Tomography. JAMA,2005,293(20):2471-2478.
[4] Schoepf UJ,Zwerner PL,Savino G,et al. Coronary CT Angiogra2phy. Radiology,2007,244 (1):48-63.[5] Silverman PM,Robert s S, Tefft MC,et al. Helical CT of t he Liv2er:Clinical Application of an Automated Computer Technique,Smart Prep,for Obtaining Images wit h Optimal Cont rast Enhance2 ment.AJ R,1995,165(1):73-78.
[6] 中国医学影像技术,2009,25(9).
[7] 邱建星,王继琛,刘剑,等.64层CT冠状动脉成像对比剂注射剂量的优化研究中国医学影像技术,2006,22(10):C-hin J Med Imaging Tech-nol,2006,22(1).
[8] Brink J A.Use of high concentration contrast media(HCCM):principles and rationale- body CT.Eur J Radiol,2003,45(Suppl1):53-58.
1 关于对时间-密度曲线的概念
1.1 小剂量的循环测试是某个注射流率下、把一定的小量的对比剂和一定生理盐水经注射静脉以团注方式注入,循环至靶血管时在靶血管形成的强化密度与到达时间形成的关系曲线。它以注射血管为起点,以靶血管密度峰值时间为终点来记录循环时间。可是靶血管密度峰值时间却与心率、对比剂量相关,是个变量,所以说是这个循环时间并不固定,另外该峰值时间是以对比剂的量为基础的。20 ml与30 ml对比剂形成的密度峰值是截然不同的,量愈大其峰值时间愈长。
小剂量(20 ml对比剂)的循环测试在靶血管形成的峰值强化密度和实际扫描中的前20 ml对比剂在靶血管形成的强化密度是不一样的,因为实际扫描中除注射流速不变,对比剂量、盐水量是要增加的,对比剂和盐水的增加使得靶血管中的强化密度会产生相应的改变,这种变化不是在小剂量测试的时间密度曲线基础上原轨迹上的延长,而是整个钟形形态密度曲线的抬高与加宽,靶血管密度变化制约因素复杂,现在还不能准确预测[2~4]。
1.2 密度变化虽然如此复杂,但靶血管的峰值时间是可以基体上预测的,其大剂量峰值时间大约是小剂量峰值时间加上两者对比剂的量差除以注射流速。因为峰值时间与注射对比剂的时间呈正相关,大血管内对比剂峰值密度及峰值时间在常规剂量条件下由注射时间和对比剂流动时间决定[5],以5 ml/s的注射流速为例,在用20 ml对比剂+20 ml生理盐水进行循环测试得出主动脉根部峰值时间是20 s,那么40 ml+20 ml的生理盐水得出的主动脉峰值应该是20+(40-20)/5=24 s,因为后者多注射了4 s的对比剂。
1.3 启动扫描时间(DT)是小剂量测出的主动脉根部峰值的基础上加一定的延迟时间构成。而延迟时间目的是为了主动脉根部(即冠脉)达到诊断密度,在一定范围内延迟时间愈长靶血管强化密度愈高(特别在肺循环时间范围内),冠脉CTA一般为3～6 s。
1.4 扫描开始后,其后面必须有一定量对比剂跟进以满足采集数据的时间要求,有文献报道;扫描时间决定了维持冠状动脉内高峰浓度所需的对比剂量,由于64层螺旋CT冠状动脉成像扫描时间明显缩短,需要冠状动脉内对比剂维持高峰浓度的时间也相应缩短,因此,所需对比剂量也减少了[6]。理论上该量应该是:曝光时间*流速,而实际应用中从曝开始后一般只给3 s左右的量同,结果往往造成心脏整体图像的密度分层,虽然如此,但作到了在只达到冠脉诊断需要的情况下,最大减少对比剂用量的目的。64排CT曝光时的冠脉密度,它不是一个平台期,大部分是在一个曲线弧顶样密度期,这实际上对变速注射对比剂提出了进一步的要求。
3 小剂量循环测试的时间-密度曲线峰值时间的准确取值
小剂量偱环测试曲线形成后,如何准确判定峰值时间:我们会发现有以下四种情况:①为尖峰样峰值-直接取值即可;②为平台形峰值-取其中间值;③若前低斜平台峰值-须取后值减0.5 s;④如后低斜平台峰值-取前值加0.5 s。意义:可以使峰值时间准确精度提高至1 s,而1 s约代表一次心跳,一次心跳可以排出约80 ml强化血液,足以对冠脉密度的均匀性造成影响。
4 小剂量循环测试的时间-密度曲线灵活应用
4.1 小剂量是相对的,不是不变的,一般情况下采用20 ml对比剂跟20 ml生理盐水法,当采用15 ml对比剂跟25 ml生理盐水时其峰值会减小1 s,当采用10 ml对比剂跟进30 ml盐水时,其峰值会减少2 s。反之亦然。临床应用中发现,小剂量循环测试时的总注射量(对比剂+盐水)应该是一致的,在注射总量一致的情况下,其峰值时间与对比剂量的关系比较稳定。
4.2 小剂量循环测试中的峰值与心率的关系 心率愈快,峰值时间愈靠前,心率愈漫则峰值时间愈靠后,实际应用中发现其关系是:心率每分增加5次,峰值时间前移大于1 s。心率每减少5次,峰值时间后移大于1秒。一般患者测试心率与扫描心率基本一至,峰值时间是可信的,也有屏气时间较长扫描时心率明显减慢者,应注意调整延迟时间。
4.3 流速与峰值时间的关系
注射流速愈快侧峰值时间愈前,注射流速愈漫侧峰值时间愈后移,因为在量一定的情况下,注射速度与注射对比剂时间成反比,注射时间愈长,则峰值时间愈后。在相同剂量条件下,随着注射速率的提高, 肺动脉、主动脉的强化峰值提高, 峰值时间缩短[5],所以扫描中如想改变的注射速度,那么按以前的流速测试的峰值已不适用,非调整不可。实践中发现:注射流速每秒每增加1 ml流量,峰值前移约4 s,反之亦然。
5 关于64排冠脉自动触发CTA对比剂优化方案概况及改进方向
冠脉CTA较早的对比剂用量经典经验公式认为:小剂量循环测试时间密度曲线爬升时间和主动脉峰值后的延迟时间是注射对比剂时间,注射对比剂时间与流速的乘积为对比剂的用量。延迟时间为3~4 s,盐水为40 ml。平均对比剂用量大于80 ml以上[7]。
卫生部北京医院从日本带回的体重流速法是:流速根据个体重量而定(即体重*0.8/12),对比剂用量为体重的0.8倍。CT的曝光启动时间根据测试TDC主动脉峰值时间加4~5 s。盐水为40 ml,其中流速根据体重调整是其精髓。对比剂平均用量有所减少,约在70 ml以下。
目前还有多浓度对比剂注射法、多流速对比剂注射法等等,在此不再赘述。我院采用体重与注射流率匹配原理规定流速,根据CTA曝光时间、主动脉峰值后延迟时间来调整对比剂用量,确定恰当的延迟时间保证主动脉根部增强密度,同时保证曝光期间的持续给约,盐水采用启动扫描时停止法,使其用量随测试的主动脉峰值而变,以上诸参数的改进在减少图像密度分层现像、增加冠脉前后密度均匀性、节省对比剂等方取得了很好的结果。
有学者认为在再循环形成前,对比剂的循环通道是:对比剂经手背或肘前静脉注射后在上腔静脉-右心房-右心室-肺动脉-肺毛细血管-肺静脉-左心房-左心室这-循环通道,笔者认为,这一通道上对比剂受到稀释原因主要有两个方面:①上、下腔静脉在右房的右心前稀释;②肺内和左心房的左心前稀释。
上、下腔静脉血的混合稀释在很长一段时间被人们乎视了,以至于一开始并不态注意注射对比剂流率与体重的匹配。已经有研究显示,体重与体部血管的强化成负相关[7]。越是体重大者,静脉血回流越多其稀释对比剂的能力越强,所以注射对比剂流率应增加,因为流速越快对比剂受稀释机会越少,肺动脉CTA扫描中发现,40 ml对比剂经肘静脉注入,到锁骨下静脉内的对比剂密度约3000HU左右,而到达肺动脉时密度降致400左右,足以证明右室前的稀释作用之大。
想减少对比剂在肺内及左房内稀释主要靠增加注射对比剂的时间来解决,注射对比剂时间越长其稀释能力越小,当注射时间等于肺循环时间时,其稀释能力近似为零。大量的小循环测试发现主动脉峰值密度与肺动脉值密度相差约100HU以内,足以说明其稀释作用是有限的。因为肺循环只有一个进口-肺动脉,因为没有其他静脉血的混合,其稀释能力随对比剂的连续注入而逐渐减小,当连续注射对比剂接近到肺循环时间时,其稀释能力大大减弱、主动脉根部的增强密度会升到最大效益的高度,如果肺循环为8S,连续向肺内注入8S的对比剂,那么第8S时左房内对对比剂稀释能力在理论上应该为零。在克服肺循环的稀释后,主动脉根部的强化密度接近肺动脉的峰值强化密度,如果肺动脉强化密度进入平台期,持续注射对比剂8 s后主动脉根部也会形成一个相对高密度平台期。
冠脉CTA扫描中,与体重匹配的流速可以把高浓度的强化血液提供给肺动脉,恰当的给药时间可以把高浓度的强化血液提供给主动脉根部,准确的曝光时间内持续注入对比剂,能使冠脉形成密度高且密度较均匀的图像,以上三者缺一不可[8]。冠脉是体循环中离心脏最近的血管,并且循环速度快,除了肺动脉造影,它因该是CT血管造影中最节省对比剂的,可目前它的用量却不是如此,这可能是冠状动脉只能接收20%的主动脉的强化血液的缘固。
先进的多流速高压注射器(可变6个流速以上),为扫描中改变对比剂注射流率提供了可能,加之对各器官增强因素的全面认识,势必在冠脉及血管呈像技术中的对比剂使用更加合理,用量更加减少。
采用进入注入高流速对比剂-以克服上下腔静脉稀释而增加对右房强化程度;采用同流速盐水跟进,减少静脉内对比剂的滞留并充分利用;采用变速注射对比剂以使其靶血管在曝光扫描时密度尽量均匀以达到节省对比剂用量;以上三者综合改进将会在64排CT冠脉造影时减少对比剂用量取得进一步突破。目前双流速法已经在胸痛三联、室间隔显示方面取得了很好的效果。
5 结语
不论对比剂使用优化方案如何改进,手动脉触发冠脉CTA的小剂量循环测试是最基础的一环,判读时间-密度曲线是非常重要的,取值不准会直接影响对比剂用量的准确性、延迟时间选择的准确性、启动扫描时间制定的准确性及曝光期间内使用对比剂的准确性。准确取值再结合患者心率的变化加以调整,可提高冠脉CT造影的成功率。
参考文献
[1] Du XK,Zhu XQ,Shen FX,et al.Spiral computed tomographyangiography.Chin J Radiol,1995,29(3):202-204.
[2] 杜湘珂,朱锡强,沈复兴,等.螺旋CT血管造影.中华放射学杂志,1995,29(3):202-204.
[3] Hoffmann MHK,Shi H,Schmitz BL,et al. Noninvasive CoronaryAngiography wit h Multislice Computed Tomography. JAMA,2005,293(20):2471-2478.
[4] Schoepf UJ,Zwerner PL,Savino G,et al. Coronary CT Angiogra2phy. Radiology,2007,244 (1):48-63.[5] Silverman PM,Robert s S, Tefft MC,et al. Helical CT of t he Liv2er:Clinical Application of an Automated Computer Technique,Smart Prep,for Obtaining Images wit h Optimal Cont rast Enhance2 ment.AJ R,1995,165(1):73-78.
[6] 中国医学影像技术,2009,25(9).
[7] 邱建星,王继琛,刘剑,等.64层CT冠状动脉成像对比剂注射剂量的优化研究中国医学影像技术,2006,22(10):C-hin J Med Imaging Tech-nol,2006,22(1).
[8] Brink J A.Use of high concentration contrast media(HCCM):principles and rationale- body CT.Eur J Radiol,2003,45(Suppl1):53-58.