CT肺动脉成像在急性肺栓塞诊断中的应用现状及研究进展

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查看1057 | 回复0 | 2018-2-9 12:43:17 | 显示全部楼层 |阅读模式
作者:杜倩妮,隋昕,宋伟,宋兰,徐晓莉,北京协和医院放射科
       急性肺栓塞是发病率仅次于冠状动脉粥样硬化性心脏病和高血压,病死率仅次于心肌梗死及脑卒中的一种常见的心脑血管疾病,肺栓塞患者临床表现缺乏特异性,部分患者无临床症状,易导致漏诊、误诊,以致延误治疗。临床上常用D-二聚体作为肺栓塞的检测指标,但特异性低,无法明确患者是否存在肺栓塞。
       肺栓塞的最终诊断需依靠影像学检查,主要包括肺动脉造影(pulmonary angiography,PA)、放射性核素通气-血流灌注比值显像(ventilation-perfusion ratioscan,V/Q)、CT肺动脉造影(CT pulmonary angiography,CTPA)及磁共振血管成像(magnetic resonance angiography,MRA)等。PA因其为有创性,且并发症发生率高而导致临床应用受限;放射性核素V/Q显像特异性低,仅能提供肺栓塞的一些间接征象,不能根据血栓进行分型以指导临床治疗;磁共振扫描时间长,图像伪影多,急诊设施无法应用,不适用于躁动和急危重患者。因此,以上三种影像检查方法已不作为临床首选检查方法。
       随着多排螺旋CT(multi-detector row spiral CT,MDCT)的迅猛发展和广泛应用,CTPA凭借其无创、扫描速度快、检查时间短的优势,成为肺栓塞的首选检查方法。现围绕CTPA在肺栓塞诊断中的应用现状及研究进展进行综述。
1.肺栓塞的早期诊断及预后评估
       1992年,Remy-Jardin等第一次应用螺旋容积CT扫描技术及对比剂团注技术,以PA为参照标准进行中央型肺栓塞的CT诊断。之后,Drucker等的研究结果表明,CTPA诊断肺栓塞的高特异性和低敏感性更适合作为V/Q显像结果怀疑肺栓塞后进一步确诊的检查方法。随着CT肺动脉成像技术的迅速发展,近年来多个关于肺栓塞的多中心研究结果显示,MDCT诊断肺栓塞的灵敏度为83%~90%,特异度为96%~100%,对低危人群的阴性预测值为89%~99%,高危人群阳性预测值为92%~96%。CTPA检查凭借无创、扫描速度快、检查时间短、诊断结果准确,并能够与其他肺部疾病(肺炎、胸膜炎、动脉夹层、动脉瘤破裂等)相鉴别的优势,成为肺栓塞患者早期诊断的首选检查方法。
        CTPA不仅是肺栓塞早期诊断的首选方法,而且在预后评估中也发挥重要作用。CTPA轴位图像上测得的一些参数,如右心室与左心室直径比(right ventricular to left ventricular diameter ratio,RV/LV)、室间隔偏移程度、下腔静脉和(或)肝静脉内对比剂逆流程度以及肺动脉栓塞指数(pulmonary artery obstruction index,PAOI)可对肺栓塞患者的预后进行评估,其中RV/LV与肺栓塞患者预后的相关性较好,RV/LV增大(>1.0)提示患者预后不良。
       双能量CT(dual energy CT,DECT)获得的CT肺灌注图像可用于评估肺栓塞患者的预后。学者相继提出了多种灌注缺损算法,如Chae等提出的肺灌注缺损积分法,Bauer等和Apfaltrer等提出的肺灌注缺损容积评估法及Meinel等提出的自动化肺灌注血容量定量法。以上DECT灌注缺损算法所测得的数值被证实与反映右心室负荷的参数(如RV/LV)、PAIO及临床预后具有良好的相关性,可用于临床评估肺栓塞患者的预后情况。
2.CTPA成像技术进展
       随着CTPA的广泛应用,CT检查所带来的放射剂量增加以及碘对比剂造成的肾毒性越来越受到关注。2005年美国科学院发布的电离辐射生物学效应报告中指出,癌症发生率与电离辐射之间存在线性非阈值的剂量响应关系。根据最低有效剂量原则(as low as reasonably achievable,ALARA),在保证CT图像质量的前提下,应用多种CT技术如低管电压技术、Flash炫速扫描成像技术、迭代重建算法(iterative reconstruction,IR)、智能最佳kV扫描技术(combined applications to reduce exposwe kV,CAREkV技术)及自动管电流调制技术(automatic tube current modulation,ATCM)等以期降低辐射剂量。
       第20届长城国际心脏病学会议中发布了《对比剂肾病中国专家共识》,提出了分层、水化、限量、等渗4个预防对比剂肾病的原则,其中减少患者检查所需的对比剂用量是有效预防对比剂肾病的有效手段。
2.1低管电压技术
       CT辐射剂量与管电流呈线性关系,与管电压的平方呈线性关系,因此降低管电压可更有效降低辐射剂量。以往有研究通过使用低管电压技术降低辐射剂量,其中Fanous等的研究表明,在保证其他扫描条件一致的前提下,将管电压由120kV降至100kV,辐射剂量将降低37%。Szucs-Farkas等的研究显示,采用不同管电压和管电流(80kV,150mAs和100kV,100mAs)的两组患者,其图像质量差异无统计学意义,但低管电压组(80kV,150mAs)患者的检查辐射剂量下降了41%。此外,降低管电压不仅能降低患者的辐射剂量,还可增加靶血管的强化程度。
       碘的K边缘值约为33keV,当X线的平均能量越接近其K值,光电作用会越大,强化效果越好。因此,在满足诊断的前提下,使用低管电压技术可明显降低对比剂的浓度、注射速度及使用总量。近年来不少研究证实了低管电压技术的可行性,其可降低受检者过敏反应的发生率、对比剂外渗的不良事件及对比剂肾病的发生率。
       综上,低管电压技术不仅明显降低了受检者的辐射剂量,还明显减少了对比剂的使用总量。
2.2Flash炫速扫描成像技术
       Flash炫速扫描成像技术,即采用大螺距螺旋采集模式进行图像采集。随着成像设备的改进、探测器排数的增加、双源CT(dual source CT,DSCT)的应用、各种重建算法的提出,使扫描螺距大幅度增大成为可能。当扫描范围一定时,增大螺距,可缩短扫描时间,降低辐射剂量。使用大螺距扫描模式行CTPA检查,可大幅度降低受检者的辐射剂量,Bolen等的研究结果显示,使用大螺距模式进行CTPA检查较常规模式辐射剂量明显降低,同时扫描时间的缩短意味着肺动脉管腔内对比剂维持峰值的时间也相应缩短,因此检查所用的对比剂用量也将减少。此外,大螺距扫描模式下的CTPA检查所用时间明显缩短,患者可在自然呼吸状态下进行扫描,这对于已存在心肺功能异常而无法配合屏气的患者尤为重要,可有效减少呼吸运动及心血管搏动所致的运动伪影。综上,肺动脉Flash炫速扫描成像技术最大的特点就是扫描速度极快,可在不到1s的时间内完成全肺的扫描,获得近乎真正的肺动脉期成像,患者无需屏住呼吸即可获得较好的图像,同时还可以减少对比剂的用量。
2.3IR
       自CT进入临床以来,滤波反投影算法(filtering back-projection,FBP)一直作为CT图像重建方法的“金标准”,该算法要求投影数据完备、精确定量,但此法易受统计波动的影响,投影数据量不足时,重建的图像质量就会明显下降,因此为获得满足临床诊断要求的图像,该算法对CT的辐射剂量也要求较高。此外,FBP在数据重建中,对数据采集过程做了很多简化和假定,未真实还原X射线的采集过程,并且忽略了统计噪声。与FBP算法相比,IR在有效克服FBP算法固有问题外,还有效地降低了图像噪声,改善图像质量,在保证图像质量的前提下,辐射剂量可以降低30%~65%。Wang等对78例肥胖患者(体质指数>30kg/m2)行冠状动脉CT血管造影检查,将患者随机分为两组,一组给予常规剂量120kV扫描和FBP重建,一组给予低剂量100kV扫描和基于原始数据的正弦图确定迭代重建技术(sinogram affirmed iterative reconstruction,SAFIRE)重建,结果显示,在保证相同图像质量的条件下,使用SAFIRE重建比FBP重建射线剂量可降低50%以上。
       Ohno等将常规剂量的CT图像与低辐射剂量、超低辐射剂量的CT图像联合IR进行比较,IR算法处理后的图像可明显降低图像噪声而获得较好的图像质量,并提高栓子检出率。Winklehner等将40例行体部CT血管造影(CT angiography,CTA)扫描患者的数据进行常规FBP重建及SAFIRE重建,结果显示,在保证图像质量的前提下,IR可使射线剂量降低50%以上。
2.4CAREkV技术
       CAREkV技术是CT系统根据检查目的和受检者的体型及衰减特征,按照预先设定的图像质量水平,自动计算出不同管电压下(70、80、100、120和140kV)所需管电流的基准值和变化曲线,同时计算出CT剂量指数(CTdoseindex,CTDI)进行比较。然后从低到高依次选择管电压,如果CT球管系统硬件允许,则选择最低的管电压进行曝光扫描,否则选择次低的管电压进行曝光。CAREkV技术在获得最佳图像质量的同时,可降低辐射剂量。已经有不少学者应用CAREkV技术在获得满意的图像质量的前提下,降低了受检者的辐射剂量。其中,张俊等的研究表明,行冠状动脉CTA检查时,在保证图像质量的前提下,将打开CAREkV技术与未打开CAREkV技术的两组患者进行研究,两组参考管电压、参考管电流均为100kV、400mAs,打开CAREkV技术组患者的辐射剂量较未打开CAREkV技术组降低了40%。
       Goetti等对行腹主动脉动脉瘤修复术后患者体部的CTA随诊发现,使用CAREkV技术扫描的容积CT剂量指数较常规扫描方式(120kV)减低约16%。
2.5ACTM
       ACTM是基于个体化因素、解剖结构的不对称性以及扫描区域内组织构成对X线衰减差异较大这一事实,通过对X轴、Y轴、Z轴以及时间四维空间实时分析每例患者的解剖部位,按照事先设定的图像质量参考水平,实时调制管电流输出,减少不同投照角度上不必要的X线输出。胸廓自上向下范围内,在肺尖部肌肉较发达、骨骼较多,曝光量相应增高;在中间层面,肺组织较多、胸壁较薄,曝光量应相应减少;在肺底部因与肝脏等腹部脏器重叠,曝光量又需变高。
       应用ATCM技术就可以保证肺尖及肺底部有足够的放射线以保证图像质量,同时又可有效减少胸廓中间层不必要的辐射。研究表明,与固定管电流扫描模式相比,正确应用ATCM技术可使辐射剂量降低15%~40%。此外,在减少辐射剂量的同时还可优化图像质量。张晓锦等应用ATCM技术行胸部平扫检查,与固定管电流(40mAs)比较,前者肺尖部的噪声低于后者,主观质量评分优于后者。
3.DECT成像技术
       CTPA是目前诊断肺动脉栓塞的主要手段,一般用于观察肺动脉五级及五级分支以上的肺动脉有无栓塞,而对六级及六级分支以下的肺小动脉栓塞尚有困难。DECT肺灌注能显示六级以下肺动脉栓塞引起的局部肺循环异常并检出。DECT技术的迅速发展,突破了以往的一些技术瓶颈,如早期CT设备空间分辨率低、CT值不稳定以及扫描时间长等问题,近年来DECT成像技术的临床应用范围不断扩展和深入,显示出重要的临床价值。DECT成像技术在肺部的应用主要集中在肺动脉内栓子的检测和肺栓塞患者的预后评估。DECT成像技术应用于PA成像时,仅通过一次扫描即可在获得常规肺动脉成像图像的同时获得肺灌注图像,即能够在一次检查中提供全肺的结构、功能(灌注和通气)信息。DECT肺灌注图像通过显示肺栓塞后异常的肺血流分布以提示肺栓塞。
       张龙江等将DECT肺灌注成像应用于兔子模型发现,双源CT特有的双能灌注可区别兔子肺正常及异常区域的血流灌注,显示的异常血流灌注区较常规肺动脉CTA图像提高了对肺栓塞的检出能力。Pontana等将DECT肺灌注图像同A、B管球融合图像相比较,前者更易发现外周性小栓子。此外,DECT成像技术还可以利用肺血管增强软件自动选择性识别肺血管内碘含量的彩色编码,从而提示可能发生肺栓塞的肺血管,尤其是细小的肺血管,从而提高微小栓子的检出率,降低漏诊率。Tang等发现,肺血管增强软件对于发现外周性小栓子具有较高的敏感性。与Krissak等的研究结果一致,肺血管增强软件通过提高外周性小栓子的检出率,对排除外周性肺栓塞具有重要意义。
4.小结
       CTPA是诊断和评价肺栓塞最常用的影像学检查方法,但CT检查的电离辐射致癌性以及检查过程中对比剂使用所诱发的对比剂肾病也引起了越来越多的重视。近年来,随着CT技术的迅速发展以及专家的共同努力,CTPA在保证图像质量满足临床诊断工作的前提下,可大幅度地减少受检者的辐射剂量以及对比剂用量。此外,以往受CT设备的限制,CTPA检查所需时间较长,对于呼吸困难、喘憋严重的患者难以配合呼吸指令,从而导致图像伪影较重,图像质量显著降低,影响诊断。近年来DMCT技术以及Flash炫速成像技术的出现,明显缩短了扫描时间,患者无需屏住呼吸即可获得较佳的图像质量。而且,以往CTPA检查所获得的图像不易检测出外周小分支血栓,而随着DECT技术的发展,双能量灌注成像技术的日趋成熟以及CT重建层厚及层间距的减小,CTPA联合DECT肺灌注图像检测肺外周性小栓子的敏感性明显提高。相信随着CT技术的不断发展,CTPA诊断肺栓塞的效能将会进一步提高,在临床预后评估中将会有更广阔的前景。
      来源:杜倩妮, 隋昕, 宋伟,等. CT肺动脉成像在急性肺栓塞诊断中的应用现状及研究进展[J]. 医学综述, 2017(17):3479-3483.

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