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双能 CT 肺灌注成像与 CT 肺动脉造影对急性肺栓塞临床 危险分层的比较

发布时间:2022-08-11 13:37
急性肺栓塞(APE)患者的危险分层对于建立合适的治疗和管理非常重要[1]。高死亡风险的急性肺栓塞(APE)患者可以接受溶栓治疗,并在重症监护环境中进行密切监测,低死亡风险的急性肺栓塞患者可以早期出院并进行居家抗凝治疗[1, 2]。目 前 APE 患者的临床危险分层主要基于临床和实验室参数[3]。临床危险分层的附加信息可以从用于检测肺栓塞的临床影像中获得。多层螺旋 CT 肺血管造影(MDCTPA)是目前应用最广泛的一线诊断方法[4],并提供了潜在的预后成像生物标志物。双能 CT 血管造影(DECTA)允许根据材料的吸能特性对其进行区分,并被提出作为一种用于 PE 诊断的方法[5]。DECTA 在肺部的碘图已被证明与平面闪烁成像和单光子发射计算机断层扫描(SPECT)上的肺灌注相对应[5, 6]。DECTA 可以同时评估肺血管系统和肺实质内碘分布,且不需要额外的辐射剂量[7]。双能 CT 碘图提高了闭塞性段和亚段级肺血管内血栓的检出率[8]。右心室功能障碍的 CT 征像和 CT 肺动脉造影(CTPA)肺血栓负荷的量化指数可用于评估肺栓塞的严重性[9, 10]。轴位或重建的心脏四腔心层面测量的右心室与左心室最大直径比(RV/LV)是右心室功能障碍应用最广泛的指标[11]。肺血栓负荷被量化为肺动脉阻塞指数,主要是 Qanadli[12] 或 Mastora[13],考虑到受累的节段动脉数量和阻塞的程度。一些研究认为肺动脉阻塞指数可以作为肺栓塞患者短期预后的
 
第 1 章 引言
生物标志物[9, 14-16],另一些研究表明,肺动脉阻塞指数与右心室应变没有明显的关系[17, 18]。这种争议的一个可能原因是肺动脉阻塞指数不能真正反映肺灌注的功能性阻塞。目前有一些研究开发了基于双能 CT 碘图肺灌注缺损体积的灌注缺损评分系统来量化肺灌注缺损[19, 20]。 一些文章表明灌注缺损体积是急性肺栓塞的独立预后因子[21]。灌注缺损评分与右心室功能应变具有良好的相关性,灌注缺损评分较高的患者具有更差的临床预后[22]。然而,很少有研究关注肺灌注缺损的量化对急性肺栓塞患者临床危险分层的有用性。本研究的目的是研究肺灌注缺损指数对急性肺栓塞患者临床危险分层的可行性,并比较肺灌注缺损指数与肺动脉阻塞指数对急性肺栓塞患者临床危险分层的有用性。
 
第 2 章 文献综述
双能 CT 在肺栓塞诊断的临床应用现状肺栓塞(Pulmonary embolism,PE)是一种缺乏特异性临床表现的潜在致命性疾病[23]。肺栓塞是仅次于缺血性心肌病和卒中的全球第三大致死性心血管疾病[24]。由于肺栓塞患者的临床症状无特异性,常导致 PE 的误诊或延迟诊断。早期准确诊断肺栓塞和危险分层可以明显改善肺栓塞患者预后[1, 2]。多层螺旋 CT 肺血管造影(MDCTPA)是目前诊断肺栓塞的金标准,其敏感性为 83%,特异性为 96%[4]。它是目前临床上评估 PE 患者最重要的影像学方法。CT 肺动脉造影(CTPA)不仅能用于 PE 诊断,还能提供一些定量参数来预测肺栓塞患者的临床预后[11, 25, 26]。RV/ LV直径比和 CT 肺动脉阻塞指数是目前最常用的定量参数。在 CTPA 横轴位或重建的心脏四腔心层面上测量的右心室与左心室直径比(RV/LV)是目前 CT 定量参数中应用最广泛的临床预后参数。肺动脉阻塞指数(Qanadli 或 Mastora)是肺动脉 CTA 对于肺血栓负荷的量化,也常用于评估肺栓塞严重程度。双能 CT 成像是一种超越了常规 CT 的新成像技术,它将 CT 的能力扩展到传统 CT 值评估之外。双能 CT 成像可以在一次对比剂增强扫描中同时提供肺的形态学和功能学信息。基于材料分解理论,双源双能 CT(DECT)可以利于两种不同能级的 X 射线来检测特定物
质[26, 27]。这种能力允许可视化肺组织中的碘分布。当发生肺动脉阻塞
 
第 2 章 文献综述
时,双能 CT 碘图可显示对应的楔形肺灌注缺损[28, 29]。这可以提供更多关于肺栓塞血栓负荷的信息,因为碘灌注图像和血管造影图像都是在一次对比剂增强扫描后获得,并不会增加患者辐射剂量。因此,DECT 是一种可行的 PE 评价方法[7, 30]。与常规 CTPA 成像相比,DECTA 成像可以提供更多 PE 患者预后的信息。MDCTA 可以直观的显示肺动脉内血栓的形态、部位及血管阻塞程度。其直接征像为肺动脉内充盈缺损,部分或完全包围在高密度影剂内(轨道征),或表现为完全充盈缺损,远端肺动脉不显影。间接征像为肺内楔形、条带状高密度影或盘状肺不张,肺动脉干增宽、远端肺动脉分支稀疏、消失。双能 C T(DECT)成像通过特定物质在不同能级 X 线照射下具有不同衰减系数的原理实现 DECT 的双能量模式成像。一种物质在特定能级 X 线的吸收系数都可以由两种基础物质在相同能量 X 线下吸收系数的权重和来表示的原理达到物质分离的目的[27]。西门子双源双能 CT 血管成像可以仅通过一次成像得到低 KV 与高 KV 水平两组数据,通过相应后处理软件可以得到肺灌注成像和 CT 肺动脉造影 (computed tomography pulmonary angiography,CTPA)图像的融合图像,肺灌注血容量(PBV)图。肺 PBV 图允许同时评估肺血管形态和肺实质内碘分布。DECT 的主要优点是可以直接可视化显示肺动脉闭塞引起的肺实质灌注缺陷[8, 31]。DECT PBV 图提供了一种快速显示肺灌注缺损的方法,并且可以定量分析灌注缺陷体积[19, 20]。这种定量评估的方法与肺灌注显像和单光子发射计算机断层成像术(SPECT)评估肺栓塞的方法类似[5, 6]。
 
第 2 章 文献综述
DECT 肺灌注成像可以提高肺栓塞的诊断率。已经发表的一些小样本量的研究表明,DECT 诊断急性肺栓塞的敏感性和特异性分别为60-90%、88-99%[5, 31-36]。以肺灌注显像或 SPECT 为参考标准,DECT诊断慢性肺栓塞的敏感性和特异性分别为 96-100%、76-96%[37, 38]。DECT PBV 图像可以提高肺栓塞的诊断准确性。在最近一项包含 1035名患者的大型回顾性研究中,DECT 碘图检测出了约 1%在 CTPA 图像中未发现的段或亚段级肺动脉内血栓[8]。由于分辨率的影响,CTPA对于外周段、亚段或更小的肺血管内栓子的检测一直存在问题。然而,肺 PBV 图除了可以显示肺动脉内血栓外,还能显示由小血栓导致的局部肺实质碘灌注缺损。PBV 图有极高的观察者间和观察者内一致性,极大提高了肺栓塞诊断的准确性。DECT 虚拟低单能重建图像可以提高血管内造影剂密度和对比噪声比[39]。这意味着可以使用更少的碘造影剂,而不会降低图像质量。对于肾功能不全患者,DECT 可以减少患者在增强扫描时肾脏负荷,减少肾脏损伤。在辐射剂量方面,最初的研究报道 DECT 比单能量 CT 具有更高的辐射暴露[40]。然而,许多研究报告说,DECT 不具有常规 CT 所需的额外剂量[41]。一项体模研究报告称,140/80 kVP 和 SN140/100 kVP 条件下 DECT 肺血管造影的放射剂量分别为 2.61msV 和 2.69MSV,与标准 120 kVP 协议胸部 CT 的 2.70-MSV 剂量相似 [41]。随着第三代 DECT 的发展,双能量电压组合和更厚的薄滤光片具有更精确的 x 射线光谱分离,与第二代 DECT 或单能量 CT 相比,CTPA 检查的辐射暴露更低,图像质量仍保持不变[42]。随着技术的进步,DECT 相比常规 CT 在辐射剂量,
 
第 2 章 文献综述
图像质量上都有明显优势。未来随着成本的降低、技术的普及,DECT将会更多的应用于临床工作中。危险分层对于急性肺栓塞患者的临床管理起重要作用,基于患者不同的危险分组,可以指导临床选择合适的治疗方式[1]。对于大多数低危险组患者可以仅抗凝治疗或早期出院治疗,中低危险组患者需要住院抗凝治疗[43]。 中高危组患者存在血流动力学失代偿的可能性,这可能导致患者出现急性右心功能衰竭甚至导致患者死亡。因此,中高危组患者早期需要密切监护患者生命体征,早期溶栓治疗可能改善患者预后[1]。早期识别有临床恶化风险的真正高危患者,可以早期溶栓、介入或更进步治疗以改善患者预后、拯救患者生命[44, 45]。目 前肺栓塞危险分层依赖于多种临床、实验室和影像学参数建立的危险分层模型[1]。CT 不仅仅可用于肺栓塞的诊断,对于患者预后和临床危险评估也有巨大的潜在价值。目前许多 CT 参数已经被提出作为肺栓塞患者严重程度和临床结果的潜在预后因子[9-11, 25, 36]。在这些参数中,右心室功能障碍的 CT 定量参数是最强有力的预后参数[11]。右心室与左心室直径比(RV/ LV)是最常用的右心室功能障碍参数。RV/LV≥1常用于诊断右心室功能障碍。S D Qanadli 和 Ioana Mastora 各自提出了一种基于肺动脉栓塞位置与血管栓塞程度定量的方法来定量或半定量评估肺栓塞严重程度。Mastora 与 Qanadli 两组评估方法是对于患者肺动脉内血栓负荷的量化,基于对肺动脉内血栓栓塞血管级别及血管栓塞程度进行目视评估。急性肺血栓患者肺动脉血栓负荷的量化可用于评估急性肺栓塞严重程度。Ghaye B、A Ghuysen 等人[15, 16]认
 
第 2 章 文献综述
为肺动脉阻塞指数与急性肺栓塞严重性强烈相关,可以作为急性肺栓塞患者短期死亡率的预测因子。然而,Araoz PA、Moroni AL 等人[17,18, 46]的研究发现肺动脉阻塞指数与急性肺栓塞严重程度无明显关系。这种争议可能与以下事实有关:其中一些研究为小样本量,只有少数将其结果与患者的临床表现和发病率状况相关联。最近一些学者尝试将 DECT 用于评估肺栓塞严重程度和预测患者临床结局[47, 48]。一些研究报道称,肺血容量图(PBV)可用于评估肺栓塞导致的肺灌注缺损[49, 50]。目前关于 DECT 检测的肺灌注缺损与肺功能改变相关性的文章很少。仅有一些发表的小样本量的研究表明肺灌注缺损与评估肺栓塞严重程度的一些临床参数关系密切。RocioPerez-Johnston 等人的研究发现双能灌注成像中灌注缺损的出现与评急性肺栓塞严重程度的一些参数相关,灌注缺损程度越高的肺栓塞患者越容易发生右心室功能障碍[22]。先前的研究证明了灌注缺损程度越高的肺栓塞患者发生临床不良结局的可能性越高[44, 45]。一些研究发现,基于 DECT 的定量参数被认为是一种新的影像学生物标志物,可用于评估 PE 患者的严重程度[47, 48]。在先前的一项包含 30 名肺栓塞患者的研究中,DECT 灌注缺损评分被用于评估肺栓塞严重程度。肺灌注缺损评分与 RV/ LV 直径比(r = 0.69, p < 0.001)和肺动脉阻塞评分 (r = 0.87, p < 0.001) 关系密切[19]。最近开发了一种可以快速自动量化肺灌注缺损体积的软件[51]。这种软件可以较好的应用于评估肺栓塞严重程度。先前的初步研究表明,在 DECT 图像上测量的肺灌注缺损体积不
 
第 2 章 文献综述
仅仅可以作为一种替代标志物,还可以被用作急性肺栓塞患者右心室功能障碍的预后生物标志物[47, 48]。在另一项包含 60 名患者的肺栓塞患者的研究中,在 DECT 碘图上肺灌注缺损程度是不良临床结局的预后标志物。灌注缺损程度越高的患者在 60 天内入住 ICU 或死亡的概率越高。一项涉及 115 名无血管内血栓的疑似肺栓塞患者的多中心回顾性研究发现,肺灌注缺损是患者预后的预测因子[52]。基于上述已发表的文章,DECT 的量化参数有可能作为急性肺栓塞患者的预后标志物[47, 48]。然而,现有的一些研究都是基于小样本量的研究,且都仅单一的与来源于 CTPA 的形态学参数相关联。目前肺栓塞患者的临床危险分层基于影像学参数、实验室指标和一些临床参数。上述已发表的文章与最新更新的肺栓塞管理指南有不少的出入。目前尚未有研究将 DECT 定量参数与 CT 形态学参数、实验室指标同时关联。RV/ LV 直径比是目前应用最广泛、效果最好的预后指标,与RV/ LV 直径比相比,目前已经报道的 DECT 定量参数并不具有更好效能[21]。除此之外,DECT 的定量参数在急性肺栓塞患者的愈后和危险分层中的应用还存在争议。最近一项包含 172 名患者的研究证明RV/ LV 直径比可以作为预测肺栓塞患者 30 天内死亡率和肺栓塞相关死亡的有效生物标记物[21]。与 RV/ LV 直径比相比,DECT 定量参数在预测肺栓塞患者 30 天内死亡率和肺栓塞相关死亡的效用没有明显的提升。在一项倾向匹配分析研究中,比较了 DECT 定量参数与RV/ LV 直径比在急性肺栓塞患者中的预测价值[53]。这项倾向匹配分析研究包含 240 名在 CTPA 上诊断为急性肺栓塞患者与 240 名在 DECT
 
第 2 章 文献综述
上诊断为肺栓塞的急性肺栓塞患者。根据研究结果,在 DECT 上测量的 灌 注 评 分 在 预 测 患 者 30 天 内 死 亡 率 的 价 值 与 RV/ LV 相 当(C-statistics: 0.80, 0.83, p = 0.097)。目前的研究证明了 DECT 定量参数与评估急性肺栓塞严重程度一些影像或实验室参数相关,可用于评估肺栓塞严重性。人工智能(AI)在放射学领域的应用也越来越广泛[54]。AI 也可以用于诊断肺栓塞[55]。在 Blackmon 等人的早期研究中[56],他们使用机器学习开发了一种用于肺栓塞的计算机辅助检测算法。这种算法高了初级放射科医师检测肺栓塞的灵敏度。在最近的一项研究中,Liu等人采用深度学习算法[57],使用 MDCT 检测和计算急性肺栓塞的血块负荷。深度学习算法在辅助检测血管内血栓方面具有良好的效能。通过使用深度学习算法自动计算血栓负荷可以有效的减少放射科医师工作负担。AI 可以有效的应用于一些复杂的工作中,例如检测肺栓塞中小的外周血栓、自动量化血栓负荷和 RV/ LV 直径比。目前关于 AI 在 DECT 中应用的研究报道很少。一项最近报道的研究发现,基于深度学习的自动肺段、肺叶或肺分区定量肺灌注分析有助于检测肺栓塞。但这项研究的样本量仅 88 例[57]。未来需要进一步更大规模的研究 AI 在肺栓塞 DECT 成像中的应用。DECT 可以使用 AI 作为辅助诊断工具,通过基于深度学习算法的软件自动量化肺灌注缺损体积作为肺栓塞患者预后因子[51]。在目前的肺栓塞临床指南中,DECT 尚不被视为 PE 评估中的常规诊断成像。DECT 相对于常规 CT 可以降低患者造影剂用量,减少
 
第 2 章 文献综述
患者辐射剂量并提高图像质量。DECT 相对于常规 CT 可以提供更多患者的影像信息。DECT 对于诊断 PE、评估 PE 的严重程度、预测预后具有巨大潜力。因此,在以后的工作应当推广 DECT 在肺栓塞的临床应用。目前仅有少量小样本量的研究关注 DECT 在评估肺栓塞严重程度,大多数研究着重于 DECT 对于肺栓塞的诊断能力或相对于常规CT 的技术优势。对于 DECT 在实际临床应用的研究很少,未来需要更多研究关注 DECT 在解决肺栓塞实际临床问题中的应用。
 
第 3 章 材料与方法
3.1 实验对象
我们收集了自 2019 年 6 月 1 日至 22021 年 12 月 31 日于吉林大学中日联谊医院诊断为急性肺栓塞并接受了双能 CTPA 检查的患者共 61 例。排除标准:患者血管强化程度低、运动伪影重;严重肺部实变;充血性心力衰竭和心肌梗死阳性病史,提示心脏储备功能受损;慢性阻塞性肺疾病阳性病史,提示呼吸储备功能受损。所有患者均在同一台西门子第三代双源 CT 行肺动脉造影检测,通过双能量成像模式同时获得低 KV 与高 KV 两组数据。所有患者临床电子病历数据完整(患者出、入院信息,实验室、影像学检查、个人病史)。根据最新的 2019 ESC 指南对患者进行分组,如表 3.1.1 所示。表 3.1.1 急性肺栓塞患者临床危险分层危险指标早期死亡风险 休克或 简化的肺栓塞严重 超声或 CT 肺动脉造影心脏实验室标志低血压 指数(sPESI) ≥ 1 示右心室功能障碍 物 a高危 + (+)b + (+)b中-高危 − + 两者均为阳性 中危中低危 − + 一者(或无)阳性低危 - - 选择性评估;
如果评估, 二者均为阴性a 心肌损伤标志物 (血清肌钙蛋白 I 或 T 浓度升高), 或右心室功能衰竭标志物 (血清利钠肽升高),大于正常限值。b 对于低血压或休克的患者,既不需要计算简化的 PESI,也不需要进行实验室检测。


材料与方法
3.2 设备及参数采用西门子第三代双源 CT(Siemens Somatom Force Dual Source)及 Medtron 双筒高压注射器。患者常规先行胸部平扫,待平扫完成后行双能量模式增强扫描。两个球管的电压分别为 90KV、150KV,有效管电流分别为 150mAs、80mAs,层厚 3mm,球管旋转 1 周时间0.25s,螺距 0.55,准直 64mm×0.6mm,视野 33cm×33cm,扫描时间2.81s。对比剂使用碘伏醇(350mg(I)/ml 或 320mg(I)/ml),经肘正中静脉注射,扫描方向设定为头足方向,扫描范围设定为自胸廓入口至膈肌水平,对比剂用量 70-100m(l 1.5ml/kg),注射速率为 4.5ml/s。以同样的速率注射生理盐水 50ml 以减少上腔静脉的残留,感兴趣区开始自动扫描。
3.3 图像后处理及分析
双能量模式成像数据的后处理在软件(Syngo.via Client, LungPBV)中进行,生成肺灌注成像与 CTPA 融合的肺 PBV 图(如图 3.3.1所示)。肺 PBV 图中灌注图像中无病变区呈大致均匀且较为明亮的红色,异常区表现为暗红色或黑色的大致楔形灌注缺损,可以同时观察到与灌注缺损想对应的肺血管内栓子。
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