2023, Vol. 43
CT肺动脉成像(computed tomography pulmonary angiography，CTPA)是现今诊断肺栓塞的首选影像学方法，CTPA图像质量直接影响肺栓塞的诊断准确率和疗效评估。肺动脉的显示需要足够的强化程度和较低的图像噪声、较佳的图像对比度，决定图像质量的因素不仅与CT扫描条件及技术密切相关，也包括被检者的个体差异。存在心血管及呼吸系统基础疾病的被检者血流动力学发生一系列变化，客观表现在CT图像上则是血管管径的改变，研究显示肺动脉主干的管径及肺动脉主干与升主动脉管径比值对肺动脉高压(pulmonary hypertension，PH)有一定的预测性，且能够估计PH的严重性[1-4]。文献报道肺动脉主干管径＞30 mm诊断肺动脉高压的敏感性为90.8%、特异性为66.7%，肺动脉主干与升主动脉直径比值＞1的诊断敏感性94.3%、特异性55.6%[5-6]。因此本研究根据CT图像肺动脉主干管径30 mm为界限进行分组，回顾性研究不同肺动脉管径的光谱CTPA图像，探讨肺动脉管径对低对比剂CTPA图像质量的影响。
资料与方法1. 患者分组：回顾性分析2022年3-8月于郑州大学第一附属医院行双层探测器光谱CT肺动脉成像的被检者的影像资料，其中，肺动脉主干直径≥30 mm的被检者34例(组1)，男22例，女12例，年龄30~95岁，平均年龄(65.6±14.0)岁。肺动脉主干直径＜30 mm的患者57例(组2)，男31例，女26例，年龄18~88岁，平均年龄约(60.0±14.8)岁。
经超声心动图检查疑诊为肺动脉高压被检者共30例，组1中包含23例，组2中包含7例，轻度肺动脉高压者13例，中度肺动脉高压者9例，重度肺动脉高压者8例。疑诊的30例被检者经临床循证最终诊断为肺动脉高压，特发性肺动脉高压1例并经右心导管检查确诊，结缔组织病相关的肺动脉高压2例，先天性心脏病相关的肺动脉高压4例，左心疾病所致肺动脉高压8例，肺部疾病所致肺动脉高压6例，慢性血栓栓塞性肺动脉高压9例。所有被检者检查前均签署对比剂增强同意书。
2. 仪器与方法：采用双层探测器光谱CT(IQon Spectral CT Netherlands, 荷兰Philips公司)。增强扫描采用小剂量测试法，首先经肘正中静脉注入浓度为350 mg I/ml的碘对比剂10 ml，注射速率4.0 ml/s, 同流速跟注生理盐水20 ml。将气管隆突下2 cm设为同层动态监测扫描层面, 扫描延迟时间5 s, 扫描时间1 s, 扫描间隔时间1 s, 预设扫描20次, 管电压120 kV, 管电流40 mA。待升主动脉对比剂浓度开始下降后停止监测。运用时间密度曲线软件测得肺动脉主干的时间-密度曲线, 计算肺动脉的达峰时间。肺动脉的达峰时间=(主动脉峰值时间-肺动脉峰值时间)/2+肺动脉峰值时间。CTPA正式扫描经肘正中静脉以4 ml/s的注射速率注入30 ml对比剂(浓度为350 mg I/ml)，以相同速率跟注生理盐水30 ml。扫描参数：管电压120 kVp, 自动管电流范围80 ~290 mA, 机架旋转时间0.27 s，螺距1.26 mm, 扫描层厚5 mm、间隔5 mm，重建层厚1 mm、重建间隔0.7 mm。扫描范围从胸廓入口到肺底。
3. 图像后处理及分析：图像采用iDose4 level4重建，光谱数据包自动重建。在星云工作站软件利用Spectral CT View软件(Netherlands，荷兰Philips公司)进行图像分析。肺动脉主干直径在距离主肺动脉分叉3 cm范围内测量，测量肺动脉主干最宽部分的直径；在测量肺动脉主干直径的同层面，测量升主动脉的短径(图 1)。计算肺动脉主干与升主动脉直径的比值(the ratio of main pulmonary artery to aortic diameter, rPA)。
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图 1 肺动脉主干及同层面升主动脉短径的测量 Figure 1 Measurement of the diameter of pulmonary artery trunk and ascending aorta on the same section image |
测量两组图像肺动脉主干至亚段肺动脉、左肺动脉干同层面脊柱旁肌肉组织的CT值和标准差(standard deviation，SD)，计算信噪比(signal-to-noise ratio，SNR)、对比噪声比(contrast-to-noise ratio，CNR)。为了尽量避免线束硬化伪影、坠积效应、容积效应等的影响，选择位于左肺上叶的肺动脉进行测量。SNR=肺动脉CT值/肺动脉SD值，CNR=(肺动脉CT值-肌肉CT值)/肺动脉SD值。测量CT值时避开有栓子的管腔，感兴趣区(ROI)面积≥管腔最大层面的1/2。所有数据均测量3次，取平均值。记录辐射剂量参数有CT容积剂量指数(CT dose index volume，CTDIvol)、有效剂量长度乘积(dose-length production，DLP)。计算有效剂量(effective dose, E)=DLP×k，k为胸部有效剂量权重因子，胸部的有效剂量权重因子为0.014 mSv·mGy-1·cm-1。
4. 主观评价：两位10年以上工作经验的医师采用双盲法对CTPA图像评估，包括图像噪声、对比度、肺动脉强化程度及远端分支的显示、上腔静脉及右心房伪影、肺部病变及呼吸伪影对肺动脉显示的影响，并进行评分。
评价标准：3分为图像质量良好，轴位图像能满足诊断，肺动脉CT值＞300 HU，肺动脉远端分支强化程度良好，上腔静脉、右心房对比剂少，无放射状伪影，肺部无明显呼吸伪影，肺部病变对肺动脉显示无影响；2分为图像质量尚可，轴位图像能满足诊断，肺动脉CT值＞300 HU，肺动脉远端分支强化程度尚可，不影响诊断小栓子，上腔静脉、右心房内有对比剂，无放射状伪影或者有少许伪影不影响诊断，肺部存在呼吸伪影，肺部病变影响肺动脉显示，但可以诊断；1分为图像质量较差，轴位图像不能满足诊断，肺动脉CT值＜300 HU，肺动脉远端分支强化程度低，无法明确诊断小栓子，上腔静脉、右心房内有大量对比剂存留，放射状伪影明显影响诊断，肺部存在明显呼吸伪影，肺部病变影响肺动脉显示，且无法做出诊断。
5. 统计学处理：采用SPSS 25.0软件进行分析。数据符合正态分布的以x±s表示。患者年龄差异采用Wilcoxon秩和检验进行比较，性别比采用χ2检验。比较2组图像肺动脉的CT、SD、SNR及CNR值，数据符合正态分布及方差齐时采用两独立样本的t检验，方差不齐时采用校正的t′检验。数据不符合正态分布时，采用Wilcoxon检验。两位医师对图像整体质量评价的一致性采用Kappa分析，Kappa值＞0.7为一致性好, 0.4≤ Kappa值≤0.7为一致性较好，Kappa值＜0.4为一致性差。绘制受试者工作特征曲线(ROC)，评价肺动脉主干管径和肺动脉主干/升主动脉管径比值在不同界值时预测肺动脉高压的敏感度和特异度。P＜0.05为差异有统计学意义。
结果1. 一般资料比较：列于表 1。由表 1可知，两组被检者性别比、体质量指数(BMI)、心率差异均无统计学意义(P＞0.05)。肺动脉主干平均管径分别为(34.8±4.3)和(25.1±3.0)mm，肺动脉主干管径间差异具有统计学意义(Z=-7.95，P＜0.001)。肺动脉主干/升主动脉管径比值差异具有统计学意义(Z=-6.19，P＜0.001)。肺动脉主干管径≥30 mm组的被检者平均年龄大于肺动脉主干管径＜30 mm组的被检者(Z =-2.08，P＜0.05，表 1)。
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表 1 91例被检者一般资料(x±s) Table 1 Comparison of information of 91 cases(x±s) |
2. 肺动脉CT值、SD值比较：两组图像肺动脉主干、左肺动脉干CT值差异无统计学意义(P＞0.05)。左肺上叶动脉、段动脉、亚段动脉CT值组1低于组2(t=-2.13、-2.17，Z=-2.33，P＜0.05)。组1中有11例肺动脉CT值低于300 HU，11例中有10例经超声疑诊为肺动脉高压。组2中有10例肺动脉CT值低于300 HU，其中2例经超声疑诊为肺动脉高压。肺动脉主干、段动脉SD值组1高于组2(t=2.27，Z=-2.23，P＜0.05)。左肺动脉干、左肺上叶动脉、亚段动脉SD值两组之间差异无统计学意义(P＞0.05)。详见表 2，3和图 2。将两组中总共21例肺动脉CT值低于300 HU的图像进行低单能级重建，40、50、60 keV的图像肺动脉CT值见表 4。
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表 2 91例被检者肺动脉CT值比较(HU, x±s) Table 2 Comparison of CT value of 91 cases (HU, x±s) |
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表 3 91例被检者肺动脉SD值比较(x±s) Table 3 Comparison of SD value of 91 cases(x±s) |
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注：A图中上腔静脉内存在对比剂滞留，但没有明显放射状伪影，远端分支显影良好，图像评分为2分；B图肺动脉显影浅淡，CT值低于300 HU，远端分支显示不佳，图像评分为1分 图 2 肺动脉MIP图像 A.肺动脉主干管径＜30 mm；B.肺动脉主干管径＞30 mm Figure 2 MIP image of main pulmonary artery A. Showed the diameter < 30 mm; B. Showed thediameter >30 mm |
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表 4 21例低CT值被检者单能级图像的肺动脉CT值(HU, x±s) Table 4 CT Values of virtual monochromatic images of 21 cases with low CT values (HU, x±s) |
3. 肺动脉SNR值、CNR值比较：肺动脉主干、左肺动脉干、左肺上叶动脉、段动脉SNR值组2高于组1(Z=-2.45、-2.57、-2.09、-3.58，P＜0.05)。肺动脉主干、左肺动脉干、左肺上叶动脉、段动脉CNR值组2高于组1(Z=-2.33、-2.42、2.07、-3.45，P＜0.05)。亚段动脉SNR值、CNR值两组间差异无统计学意义(P＞0.05，表 5，6)。
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表 5 91例被检者肺动脉SNR值比较(x±s) Table 5 Comparison of SNR value of 91 cases(x±s) |
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表 6 91例被检者肺动脉CNR值比较(x±s) Table 6 Comparison of CNR value of 91 cases(x±s) |
4.辐射剂量：肺动脉主干直径＜30 mm被检者的平均CTDIvol、DLP和E分别为(5.2±0.9)mGy、(196.0±36.0)mGy·cm和(2.7±0.5)mSv，肺动脉主干直径≥30 mm被检者的平均CTDIvol、DLP和E分别为(5.9±1.3)mGy、(224.0±51.2)mGy·cm和(3.1±0.7)mSv。
5. 主观评价：两名观察者对91例被检者的图像进行评估，少部分上腔静脉及右心房内存在对比剂滞留，但均没有明显放射状伪影，肺部病变较重者常常存在呼吸伪影，部分图像肺动脉强化程度与外周肺动脉的显示存在差异。57例肺动脉主干直径＜30 mm被检者图像中10例肺动脉CT值较低，远端分支显影浅淡，其中2例经超声疑诊为中度肺动脉高压。34例肺动脉主干直径≥30 mm被检者图像中11例肺动脉CT值较低，远端分支显影浅淡，其中10例经超声疑诊为肺动脉高压。两名观察者的评分情况具体见表 7。两名观察者对图像质量评分的一致性良好(Kappa值＞0.75，P＜0.05)。
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表 7 2名观察者图像评分 Table 7 Scores of images by 2 observers |
6. 诊断准确性：ROC曲线分析显示肺动脉主干管径预测肺动脉高压的曲线下面积为0.847(0.761~0.932，P=0.000)，肺动脉主干/升主动脉管径比值预测肺动脉高压的曲线下面积为0.788(0.684~0.892，P=0.000，图 3)。以肺动脉主干管径30 mm为界值，诊断肺动脉高压的敏感度76.7%，特异度81.2%；以肺动脉主干/升主动脉管径比值0.9为界值，诊断肺动脉高压的敏感度40.0%，特异度93.7%。
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图 3 受试者工作特征曲线 Figure 3 ROC curve |
讨论
肺动脉高压(pulmonary hypertension，PH)是肺动脉压和肺血管阻力进行性升高，导致右心负荷增加[7]。PH患者的肺动脉主干扩张，段和亚段肺动脉管径突然缩小，因此肺动脉管径与肺动脉压高度相关。CTPA不仅可以直观显示肺动脉内栓子，还可以测量血管、心腔的径线，因而通过测量肺动脉主干管径和肺动脉主干/升主动脉管径比值可以评估PH的可能性和严重性，同时也能够发现肺部及心脏大血管的病变，为临床提供诊断肺动脉高压的证据。文献[3, 8-9]报道正常肺动脉主干管径平均为(24.2±2.2)mm，最高限是28.4 mm，正常成人平均rPA为(0.77±0.09)。肺动脉主干和升主动脉管径容易受到年龄、性别、体型、肺总量、基础疾病、PH类型及严重程度等因素的影响，存在一定的误差。本研究通过ROC曲线分析验证得出，将肺动脉主干管径和肺动脉主干/升主动脉管径比值两者结合，能够更准确地预测和诊断PH。右心导管检查是诊断和评价PH的金标准，一般是在需要进一步查找肺动脉高压病因或者采取一些治疗措施的情况下应用。超声心动图通过三尖瓣返流速度法估测肺动脉收缩压，可以评估PH的可能性，虽然结果常常受到检查者经验的影响，但也是发现PH最简便、无创的方法[10]。本研究中91例被检者经超声心动图疑诊为肺动脉高压者30例，最后均经临床循证诊断为肺动脉高压。本研究以肺动脉主干直径30 mm为界分组，34例肺动脉主干直径≥30 mm的被检者中，有23例经超声心动图疑诊为肺动脉高压，符合率达67.6%，其中17例肺动脉主干/升主动脉管径比值＞0.9，经超声疑诊为中重度肺动脉高压。该组中11例肺动脉CT值低于300 HU，评分偏低，其中10例疑诊为肺动脉高压，且组1肺叶到亚段肺动脉的CT值低于组2，组1肺动脉主干到段动脉的信噪比和对比噪声比均低于组2。这些数据验证了肺动脉阻力升高对血管的显示存在一定的影响，尤其是外周肺动脉。在进行CTPA检查时，通过简单测量肺动脉主干管径和肺动脉主干/升主动脉管径比值可以初步了解肺血管压力的变化，尤其是肺动脉主干管径＞30 mm同时肺动脉主干/升主动脉管径比值＞0.9，提示存在肺动脉高压的可能，从而调整扫描方案，以保证肺动脉的充分显示。
CT肺动脉成像是筛查肺栓塞的首选影像学方法[11]。CTPA的成像效果决定了诊断的准确性。根据“尽可能合理低(as low as reasonably achievable，ALARA)”原则，降低对比剂用量不仅可以减轻肾脏排泄负担，同时可以减少锁骨下静脉、上腔静脉内高浓度残留对比剂对CTPA图像的影响[12-13]。以往报道CT肺动脉成像常规对比剂用量在50~80 ml[14-16]，虽然能使肺动脉充分显示，但是也造成了上腔静脉及肺静脉内高浓度对比剂的污染。
CTPA检查的增强扫描触发方式主要有2种，即智能跟踪触发扫描Bolus-Tracking、小剂量对比剂团注测试法Bolus-Test [17-19]。小剂量测试法是先注入少许对比剂，连续监测大血管内对比剂达峰时间，再根据时间密度曲线计算出肺动脉达峰时间，从而可以获得比较准确的扫描时间窗。在连续监测的过程中，可以初步了解到肺循环的情况，同时通过测量肺动脉主干管径及肺动脉主干/升主动脉管径比值这种简便的方法，初判被检者是否存在肺血管压力的变化，从而选择适当的对比剂用量及扫描方案。本研究中采用30 ml低剂量对比剂以及小剂量测试法进行CTPA扫描，肺动脉管径＜30 mm的被检者肺动脉CT值基本能够达到300 HU以上，同时减少了上腔静脉内的对比剂污染。但是肺动脉管径增宽可疑PH患者特别是中重度者的CTPA图像中，肺动脉远端分支没有充分的显示。
双层探测器光谱CT采用双Z轴探测器实现高低能X射线转化，可以同源、同时、同向和同步进行能量扫描。利用光谱数据生成40~200 keV的单能级图像和物质分离图像，获得丰富的诊断信息[20-21]。低单能级图像(40~60 keV)可以显著提高肺动脉强化程度，提高诊断性能，避免重复检查。将21例低于300 HU的肺动脉图像重建后发现，40、50、60 keV图像肺动脉CT值较120 kVp图像分别提高了约60%、50%、30%，40、50 keV图像段、亚段肺动脉CT值达到500 HU以上，肺动脉远端分支得到了充分的显示。Kröger等[22]研究发现肺动脉CT值高于500 HU时栓子检出率为67.9%，诊断准确率可达93.3%，假阳性率显著降低。
本研究存在一定的不足。首先，没有使用确诊肺动脉高压的金标准；其次，肺动脉、升主动脉管径容易受到年龄、性别、体型、PH类型及严重程度、基础疾病等因素的影响，存在一定的误差。最后，样本数较少，仅根据肺动脉主干的管径进行分组，没有结合肺动脉主干/升主动脉管径比值，从而对结果的评估不够严谨，且对疑诊PH的患者没有进一步分类。
综上所述，光谱CT肺动脉成像30 ml低剂量对比剂结合小剂量测试法可以得到满足诊断的CTPA图像，部分肺动脉主干管径＞30 mm尤其是疑诊PH的患者肺动脉远端分支显示不佳。对于肺动脉没有充分显示的图像，可通过光谱数据进行单能级重建，提高肺动脉CT值和远端分支的显示。
利益冲突 所有人研究者未因进行该研究而接受任何不正当的职务或财务利益, 在此对研究的独立性和科学性予以保证
作者贡献声明 梁晓雪负责选题和文章撰写、整理病历资料、数据测量; 高剑波负责论文修改; 李睿负责收集整理病历资料、数据测量; 王小鹏、苏蕾负责统计分析
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