研究背景冠心病是临床上最常见的心血管系统疾病,多在中年以上发病。冠心病的男性发病率明显高于女性。近年来冠心病的发病率逐年上升,发病人群有年轻化趋势。冠心病的死亡率较高,是全球最常见的死亡原因,死于冠心病的患者数量逐年上升,2013年全球约814万人死于冠心病,占全部死亡原因的16.8%,而我国每年至少有100万患者死于冠心病。冠心病是严重危害人类健康的疾病,因此冠心病的早期筛查、早期诊断和早期干预显得尤为重要。有创的冠状动脉造影(invasive coronary angiography,ICA)能较准确地评价冠脉动脉斑块的部位、狭窄程度以及远端血流情况并同时选择性行经皮冠状动脉介入治疗(percutaneous coronary intervention,PCI),长期以来被认为是评价冠状动脉狭窄程度的金标准。而冠状动脉造影的有创性限制了它的广泛应用,不能用来作为常规的筛查手段。计算机X射线断层扫描仪(Computed Tomography,CT)技术的不断进步使得CT血管造影(CTangiography,CTA)和心脏CT成为常规检查。传统的导管冠状动脉造影检查被CTA取代。然而,CT新技术给我们带来了新的挑战,包括如何优化标准化方案、降低辐射剂量、管理庞大的图像数据库以及保证诊断的准确性等。CT技术的进步使得扫描时间显著减少(<1-6s,取决于扫描模式),以及呼吸和冠状动脉搏动的伪影显著减少,在克服技术挑战的同时最大限度地提高临床受益。这些进步和临床受益同样适用于静脉对比剂(contrast medium,CM)的使用。扫描时间的缩短使得使用更小总碘剂量(total iodine dose,TID)的对比剂成为可能。尽管CT技术的进步允许更有效和灵活地使用对比剂,为更好地利用多排螺旋CT的优点,一些技术需求包括在相对最大强化程度的时间内进行扫描和最优的碘流率(iodine delivery rate,IDR)必须得到满足。以往的研究表明,冠状动脉的强化程度大于325亨氏单位(Hounsfield unit,HU)是保证诊断准确性所必需的。强化程度过低,动脉与周围组织结构的影像学对比不佳,容易导致漏诊或误诊;强化程度过高,对比剂碘浓度过高,容易产生线束硬化伪影,不利于微小病变的显示。动脉的强化程度由注射相关参数、扫描相关参数和患者相关因素等共同决定。注射相关参数包括对比剂浓度(mg/ml)、对比剂用量、注射速率(ml/s)、碘流率(gl/s)、碘总量、盐水冲刷、对比剂粘度、注射对比剂时的温度和注射针型等。扫描相关参数包括扫描模式、扫描持续时间、延迟扫描时间、管电压、管电流和重建参数等。患者相关因素包括心输出量、血容量、心率、身高、体重(bodyweight,BW)、身体质量指数(body mass index,BMI)、体表面积(body surface area,BSA)、呼吸控制、肝肾功能和其他各种病理状态等。已往常规的冠状动脉CT血管造影(coronary CT angiography,CCTA)方案未考虑患者相关因素,这导致冠状动脉的强化程度个体变异性较大。近年来,个体化CCTA方案越来越受到影像学同行关注。患者相关因素对血管内强化程度和达峰时间有显著影响,制定更加个体化的CCTA方案成为未来CCTA技术发展的重要目标和研究热点。既往研究主要关注体重、BMI等对血管内强化程度的影响。注射相同剂量对比剂条件下,血管内强化程度和患者体重之间的负相关性已经被研究证实,医生被建议根据患者的体重调整对比剂的用量。不考虑患者体重注射固定剂量的对比剂无疑将导致部分体重范围内的患者接受注射的对比剂剂量过多或多少,进而影响冠状动脉内的强化程度和成像质量。然而,体重相同的患者给予相同的对比剂注射参数和扫描条件,获得的实体脏器和血管内强化程度变异性仍然很大,原因在于根据体重调节对比剂用量的理论依据是体重和血容量之间简单的线性关系,相关性差,而且患者的心输出量和体脂含量等机体因素存在显著差异,因此单纯根据体重不能准确估计所需对比剂的用量。另有研究尝试根据BMI调节CCTA方案,然而,冠状动脉的强化程度仍然变异很大,这可能是由于不同血容量对团注对比剂的稀释程度不同。血容量与BSA呈正相关,且相关性高于体重,所以我们猜测BSA可能对调节对比剂注射参数有潜在的指导价值。研究目的本研究的目的是评价基于BSA调节的个体化对比剂注射方案对冠状动脉强化程度等指标的影响。研究方法连续收录2015年3月到9月间来我单位行冠脉CTA检查的受试者,入选标准包括门诊疑诊冠心病,年龄30～80岁的患者。将受试者随机分成3组对比剂注射方案:对照组固定注射体积75ml,固定注射流速5ml/s;根据体重(body weight,BW)调节对比剂组,对比剂的用量为0.9ml/kg×体重(kg),流速为0.06ml/s/kg×体重(kg);根据体表面积(body surface area,BSA)调节对比剂组,对比剂的用量为,36.5ml/m2×BSA(m2),流速为2.4ml/s/m2×BSA(m2)。所有受试者的冠脉CTA检查均使用德国西门子医疗系统有限公司生产的128层螺旋CT(SOMATOM Definition Flash CT)进行扫描,采用前瞻性心电触发自适应性序列扫描。将触发点设在降主动脉,触发阈值设为100HU,达到阈值后延迟6s开始扫描,扫描方向为头-足方向,扫描范围为气管分叉下2cm至膈肌水平。重建层厚0.75mm,层间距0.5mm,重建算法(卷积核)(reconstruction kernel)I26f1(SAFIRE迭代1次)。所有数据上传至图像存档和传输系统(picture archiving and communicating system,PACS),两名独立的放射科诊断医生在不知受试者的临床资料及重建算法下分别在人体水平(受试者基本资料)、血管水平及节段水平评估图像质量及管腔狭窄程度,使用标准的窗宽(windowwidth,WW)及窗位(window level,WL)(600及300)。利用SPSSv19.0(SPSS,Inc.Chicago,Illinois)软件进行统计学分析。比较两组间连续型变量资料时,根据正态性检验和方差齐性检验的结果选择非配对t检验、Welch’ s检验或Mann-WhitneyU检验。分类变量采用Chi-square检验。双侧P<0.05时认为差异有统计学意义。研究结果受试对象的基本特征本试验共入组270例受试者,传统对比剂方案对照组、体重调节组和BSA调节组每组各90例。3组受试者在性别、年龄、体重、身高、BMI、BSA、心率、血压、病史及危险因素等方面均无明显统计学差异。图像质量评价对照组不根据受试者的体重或BSA进行个体化调整,所有受试者注射相同剂量的对比剂,注射速率相同。结果显示,对照组受试者冠状动脉的强化程度变异很大(398±157HU),瘦小受试者的冠状动脉强化程度过高,容易造成线性硬化伪影,而肥胖受试者的冠状动脉强化程度较低,甚至达不到诊断水平;体重调节组和BSA调节组的冠状动脉图像清晰度更高,强化程度更均匀;其中BSA调节组效果最佳,瘦小受试者和肥胖受试者均能得到清晰的强化程度高的图像,强化程度变异性最小。体重调节组和BSA调节组受试者的冠状动脉强化程度变异性相对较小,平均强化值较高,两个调节组的冠状动脉内CT值均高于对照组,且差异有统计学意义(P<0.01)。BSA调节组受试者的冠状动脉内CT值高于体重调节组(476HU vs.447HU),标准差低于体重调节组(89HUvs.106HU),CT值的差异有统计学意义(P<0.05)。与对照组(3.76±0.95)相比,体重调节组的图像质量评分轻度升高(3.93±0.62),但差异无统计学意义(P>0.05);与对照组相比,BSA调节组的图像质量评分显著提高(4.15±1.12;P=0.01);与体重调节组相比,BSA调节组的图像质量评分轻度升高,但无显著性差异(P>0.05)对比剂的用量和流速3种对比剂注射方案中,对照组不根据受试者的体重或BSA进行个体化调整,比体重调节组和BSA调节组的对比剂用量大,平均注射流速快,差异有明显统计学意义(P<0.01)。体重调节组和BSA调节组两组间的对比剂用量和流速均未见明显统计学差异(P>0.05)。安全性评价3组受试者所接受的辐射剂量无显著性差异(P>0.05)。所有受试者在行CCTA检查的过程中均未出现明显的不良反应。3组之间不良反应无统计学差异(P>0.05)。研究结论基于BSA调节的个体化对比剂注射方案能减少冠状动脉成像中对比剂的用量和流速,提高冠脉的强化程度、强化效果的均匀性及图像质量。BSA调节方案比体重调节方案和传统方案的冠状动脉成像效果更佳,安全性更高。本研究结论尚需大样本多中心前瞻性临床试验进一步证实。研究背景冠状动脉造影的有创性限制了它的广泛应用,近年来无创性的冠状动脉CT血管造影(coronary CT angiography,CCTA)越来越受到关注并被广泛应用。目前64排及以上的CT设备包括64排螺旋CT、后64排非双源CT和后64排双源CT(dual source CT,DSCT),均能够满足心脏和冠状动脉成像的要求。这些CT设备的机架转速越来越快(0.3～0.4秒/圈;0.27～0.35秒/圈;0.25～0.33秒/圈),时间分辨率越来越高(150～200ms;135～175ms;66～83ms),探测器覆盖范围越来越宽(4cm;4～16cm;48cm),对心率的要求越来越低(≤65 bpm;≤80bpm;≤90bpm,甚至不受心率限制),并且能提供前瞻性心电门控扫描模式和自动管电压调节技术以降低患者的辐射剂量。西门子第二代128层4D炫速双源CT(SOMATOM Definition Flash)和第三代Force开源CT(SOMATOM Force)可提供前瞻性心电门控大螺距扫描模式(螺距可达3.4),能进一步降低辐射剂量,达到亚毫西弗(≤1.0mSv)的成像。对比剂(contrast media,CM)是为增强影像观察效果而引入(注入或服用)到人体组织或器官的化学制品。对比剂是放射诊断中最常使用的药物之一,主要用于血管和体腔的显示。CT强化常用的对比剂主要是碘对比剂(iodinated contrast medium,ICM)。离子型对比剂副反应发生率高,机体的耐受性差;而非离子型对比剂较离子型对比剂毒副作用小,机体的耐受性好。对比剂可按药物的渗透压分为高渗对比剂(>1500 mOsm/kgH2O)、次高渗对比剂(600-850 mOsm/kgH20)和等渗对比剂(290～320 mOsm/kgH2O)(相对于血浆渗透压)。高渗对比剂主要是离子型单体对比剂,副反应发生率高,肾脏耐受性差。目前临床上使用最广泛的对比剂是第二代次高渗非离子型单体对比剂,主要药物有碘海醇、碘帕醇、碘佛醇和碘普罗胺等。应用对比剂可能产生对比剂反应,主要包括特异质反应(荨麻诊、血管性水肿、喉头水肿、支气管痉挛、严重低血压和猝死等)和物理化学反应(恶心、呕吐、潮红、发热及局部疼痛等),前者与个体体质有关而与对比剂用量无关,后者的发生率及严重程度与对比剂用量有明确的关系。物理化学反应的发生与对比剂的渗透压、水溶性、电荷、粘稠度等相关。由于目前常用对比剂的渗透压均明显高于血浆渗透压(是其2～5倍),容易产生各种组织和脏器损害,包括内皮和血脑屏障损害、红细胞损害、高血容量、肾毒性、肝毒性、心脏毒性、疼痛与血管扩张等。对比剂的碘浓度不仅影响其渗透压,还影响其粘稠度。对比剂用量是对比剂肾病(contrast-induced nephropathy,CIN)的独立危险因素。Cigarroa等提出对比剂用量的计算公式:5ml×体重(Kg)/血肌酐(SCr,mg/dL),最大用量不超过300ml。超过阈值用量者,对比剂肾病发生率为21%～37%,未超过阈值者为O%～2%[2]。因此选择最优的对比剂、最优的碘浓度,在达到精确诊断的基础上尽可能减少对比剂用量,才能尽可能降低对比剂的物理化学反应。既往研究表明,冠状动脉强化程度大于325亨氏单位(hounsfield unit,HU)是获得最佳诊断所必需的。冠状动脉强化程度取决于患者相关因素、注射相关参数和扫描相关参数等。患者相关因素包括血容量、心率、心输出量、呼吸控制、身高、体重(body weight,BW)、体质指数(body mass index,BMI)、体表面积(body surface area,BSA)等。注射相关参数包括对比剂碘浓度、对比剂剂量、总碘量(total iodine dose,TID)、碘流率(iodine delivery rate,IDR)、注射速度、注射持续时间、盐水冲刷、注射对比剂的针型和温度等。扫描相关参数包括扫描模式、扫描持续时间、延迟扫描时间、管电流、管电压和重建参数等。这些因素之间存在交互作用,使冠状动脉CTA的临床应用存在一些新的挑战。最近有研究建议根据体重或BMI调整CCTA方案。然而,冠状动脉的强化程度仍然变异很大,这可能是由于不同血容量对团注对比剂的稀释程度不同。与体重或BMI相比,BSA与血容量相关性更高,呈正相关。Bae等认为患者的BSA和BMI指标较体重能更精准地指导应用对比剂,并建议根据BMI、去脂体重和BSA来调整对比剂的注射剂量和速度。Aju P.Pazhenkottil等的研究也验证了基于BSA调节的对比剂方案能使不同BSA患者获得一致的冠状动脉强化程度,并且能减少对比剂用量。我们的第一部分研究结果也证实根据BSA调节对比剂的注射参数比不调整或单纯根据体重调整更加合理。因此,BSA对调节对比剂注射参数具有潜在的指导价值。目前尚无文献或指南根据患者BSA或体重制定出一个标准化的对比剂注射方案,以进一步探讨对比剂碘浓度对冠状动脉强化程度等指标的影响。研究目的在本研究中,我们固定单位BSA的碘流量,制定更加个体化的基于BSA调整的对比剂注射方案,以进一步评价不同浓度对比剂在冠状动脉成像中的个体化应用效果和安全性。研究方法连续收录2016年2月到10月间来我单位行冠脉CTA检查的受试者,入选标准包括门诊疑诊冠心病,年龄30～80岁的患者。将受试者随机分为3个不同浓度对比剂方案组:碘普罗胺370组、碘佛醇350组和碘佛醇320组。对比剂用量的计算公式为:11667BSA/碘浓度,流速的计算公式为:11667BSA/(碘浓度×15s)。固定注射时间15s。所有受试者的冠脉CTA检查均使用德国西门子医疗系统有限公司生产的128层螺旋CT(SOMATOM Definition Flash CT)进行扫描,采用前瞻性心电触发自适应性序列扫描。将触发点设在降主动脉,触发阈值设为100HU,达到阈值后延迟6s开始扫描,扫描方向为头-足方向,扫描范围为气管分叉下2cm至膈肌水平。重建层厚0.75mm,层间距0.5mm,重建算法(卷积核)(reconstruction kernel)I26f1(SAFIRE迭代1次)。所有数据上传至图像存档和传输系统(picture archiving and communicating system,PACS),两名独立的放射科诊断医生在不知受试者的临床资料及重建算法下分别在人体水平(受试者基本资料)、血管水平及节段水平评估图像质量及管腔狭窄程度,使用标准的窗宽(windowwidth,WW)及窗位(window level,WL)(600及300)。利用SPSS v19.0(SPSS,lnc.Chicago,Illinois)软件进行统计学分析。比较两组间连续型变量资料时,根据正态性检验和方差齐性检验的结果选择非配对t检验、Welch’ s检验或Mann-WhitneyU检验。分类变量采用Chi-square检验。双侧P<0.05时认为差异有统计学意义。研究结果受试对象的基本特征本试验共入组270例受试者,传统对比剂方案对照组、体重调节组和BSA调节组每组各90例。3组受试者在性别、年龄、体重、身高、BMI、BSA、心率、血压、病史及危险因素等方面均无明显统计学差异(P>0.05)。图像质量评价碘普罗胺370组、碘佛醇350组和碘佛醇320组噪声分别为21.14±5.15HU、21.43±5.22HU 和 21.86±5.31 HU,升主动脉根部 CT值分别为473±106HU、485±102HU和 485±131HU,RCA的CT值分别为443±116HU、453±108HU和446±123HU,LM的CT值分别为476±130HU、466±119HU和472±139HU,LAD的CT值分别为457±102HU、455±89HU和451±93HU,LCX的CT值分别为429±95HU、441±82HU和432±113HU。3组受试者的噪声、主动脉、RCA、LM、LAD和LCX的强化程度均无明显统计学差异(P>0.05)。3组受试者的图像质量评分分别为4.16±0.73、4.13±0.73和4.11±0.74,三组之间无明显统计学差异(P>0.05)。对比剂的用量和流速碘普罗胺370组、碘佛醇350组和碘佛醇320组对比剂的用量分别为56.98±5.68ml、60.20±5.19ml和65.21±5.21ml,三组之间两两有统计学差异(P<0.01)。3 组对比剂的流速分别为 3.80±0.38ml/s、4.01±0.35ml/s、4.35±0.35ml/s,三组之间两两有统计学差异(P<0.01)。使用低浓度的对比剂需要更多的对比剂用量和更快的流速,使用相对高浓度的对比剂则需要较少的对比剂用量和较低的流速。安全性评价3组受试者所接受的辐射剂量无显著性差异(P>0.05)。碘佛醇350组有1例受试者出现轻度荨麻疹,其余两组未发现明显不良反应。所有受试者在行CCTA检查的过程中均未出现严重的不良反应。3组之间不良反应无统计学差异(P>0.05)。研究结论在冠状动脉成像中个体化应用碘佛醇320、碘佛醇350和碘普罗胺370 3种不同浓度对比剂,组间冠状动脉强化程度、图像质量评分、辐射剂量和不良反应均无显著性差异。因此,3种不同浓度对比剂的冠脉成像效果和安全性相似。无论使用何种浓度的对比剂,只要根据受试者不同的BSA来固定相对应的碘流率,不同浓度对比剂间的冠状动脉增强图像质量无差异。研究结论尚需大样本多中心前瞻性临床试验进一步证实。