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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

2022-12-12刘曦孔令文刘翠芳李其根梁旭倩梁仁容张德川陈玉洪

中国医学影像学杂志 2022年11期
关键词:肺动脉峰值图像

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。

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