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如何做好宠物的CTA？

萌宠菠菠乐园
2024-09-14 11:43

原创赵喜同学 XI区

CT血管造影（CTA）是影像诊断领域最重要的成就之一。CTA是在20世纪90年代初随着螺旋CT的出现而发展起来的（更多内容，参见：）。螺旋CT的连续机架旋转和检查床移动能够快速覆盖有限的身体区域，因此注射对比剂后血管结构的瞬时增强可以通过一次扫描显示出来。1998年，大多数制造商推出了四排探测器，旋转时间为0.5秒的扫描仪，与单层CT相比，这大大提高了扫描性能。

21世纪初，多排探测器CT血管造影（MDCTA）首次用于狗和猫。虽然这种模式立即显示出在小动物中的各种临床应用的巨大潜力，但它在兽医实践中的推广却花费了10年时间。最初，兽医放射医生并不知道高级成像领域正在发生一场革命。

MDCT扫描仪的初始成本是MDCT推广延迟的另一个可能原因。在过去几年中，随着全新和翻新的扫描仪在全球许多大学医院放射科和私人诊所的安装，MDCTA现在被广泛接受为血管成像的标准技术。

MDCTA是一种高度标准化的成像技术。它提供了有关血管系统的三维（3D）信息，可以同时评估血管腔、血管壁和周围结构。

然而，CT技术进步非常快，甚至超过了放射科医生以最佳的方式使用这些先进扫描仪的能力。了解MDCTA的主要技术因素对于持续获得高质量结果至关重要，尤其是在兽医患者中。

造影剂分布

必须使用造影剂（CM）进行MDCTA检查。CM通常通过静脉留置针进行注射。当注入头静脉时，CM先到达心脏，然后随着心血管循环中穿过全身。

血管内、间质和细胞内空间是人体内三个主要的液体腔室。CM仅在血浆中运输，不与生物体相互作用，因为它不穿透细胞膜（肝细胞除外）。

因此，CM分布包括两个阶段：初始，血管内阶段和第二，血管外阶段，在此阶段CM从血管重新分布到器官的间质空间（图1）。

图1 CM在体内分布的阶段。第一阶段或血管内阶段对血管检查很有用。第二阶段或间质阶段是血管外阶段，对组织灌注检查有用。

体内CM分布的第一阶段（血管内）对CTA有用。CM在这一阶段的输送取决于循环动力学。第二阶段（间质）有助于组织灌注研究。在第二阶段，CM增强取决于血容量和每个特定组织或器官的通透性。在第一阶段，血流动力学生理学和生理病理学变化以与血液相同的方式指导CM在体内的分布。

只有动脉血供的器官，如肺、脾和肾，在右心房的第一次血流中迅速增强。在第二阶段，混合在血液中的CM被输送到循环系统的外围，在那里它通过毛细血管内皮细胞的孔隙进入间质。在此阶段，CM分布的调节因素是血浆渗透压、流体静力压和毛细血管壁的通透性。图2总结了人体内的CM动力学。

图2 外周注射（经头静脉cephalic vein）后血管系统CM分布示意图

对比增强

解剖覆盖率、CM协议、采集和重建参数以及后处理技术都是设计MDCTA协议时需要考虑的重要因素。实践中的目标是在一定时间内（对比度增强的时间）使感兴趣的血管区域充分不透明（对比度增强的幅度），并在整个扫描过程中保持一致的增强水平（对比剂的成形）

血管对比度增强受多种因素的影响，这些因素可分为三组：（1）患者相关因素，（2）CM相关因素，（3）MDCT扫描仪相关因素（图3）。患者和CM相关因素高度相关，决定CM药代动力学，从而决定对比度增强的动力学。它们可以在不同程度上影响对比增强的时间模式和幅度。扫描技术不会直接影响增强效果，但一些依赖于扫描仪的因素通过在特定增强时间点采集数据和提供高质量的容积数据（在时间和空间分辨率方面）发挥着关键作用。

图3 影响CM在体内分布的因素

影响对比增强的患者相关因素

影响血管增强的患者生理特征包括心输出量（心率和每搏输出量）和体重。这两个特征在兽医患者中极其多变，他们的体型和心跳范围都很广。此外，不同靶血管（主动脉、肺动脉、髂动脉等）的峰值强化时间不同，这取决于各种因素，如与静脉通路的距离和潜在的病理状况。其他因素，如患者位置、麻醉方案和血管异常，也可能影响CM分布

在血管和实质检查中，体重是影响增强幅度的最重要的患者相关因素。体重与对比增强程度呈负相关。在较大的患者中，给药的CM被稀释到较大的血室中。对比增强的时间不受体重的影响。通过调整总碘量（增加CM容积和/或碘浓度）和增加与体重成比例的注射速率，可以减少血管对比增强的个体间差异。兽医文献中已报告CM剂量为300–800 mgI/kg，这取决于所研究的血管区和所使用的扫描仪。

心输出量和心血管循环是影响对比增强时间模式的主要患者相关因素。心输出量与动脉强化程度成反比（尤其是在首过动力学中）。在心输出量正常的患者中，注射CM后不久即可达到峰值动脉造影增强。使用单层CT扫描仪在正常狗身上进行的研究表明，颅腹主动脉峰值增强的平均时间为2到12秒，门脉峰值增强的中位时间为23到46秒。最近一项使用不同CM方案对一小群正常猫进行的研究表明，主动脉峰值增强的时间为11到25.5秒。主动脉峰值增强的时间范围很广，反映了患者的生理和病理变化。患者在CT扫描开始时的心输出量始终未知。这对于兽医患者尤其如此，因为他们的体形多变，注射CM期间的心血管变化，以及麻醉对心脏参数也会产生影响。

一般来说，在心输出量和血容量减少的患者中，CM分布和清除缓慢，导致延迟和持续的峰值动脉和实质增强。在为具有更快速图像采集的高端MDCT扫描仪设计CM协议时，必须牢记这一影响，因为快速扫描可能会超过CM团注，并在对比增强峰值之前获取数据（即，更多的远端血管区域不会被增强）。对于心输出量较高的患者（如心输出量的正常小型/玩具犬种和猫，或与各种临床条件相关，如贫血和败血症），CM分布不可预测。因此，不建议使用固定的扫描延迟时间。

个性化延迟时间

对于MDCTA，两种方法可以使用：用于预测CM在给定患者中的行为（例如，团注测试），或用于实时注射以个性化扫描延迟时间（例如，监测触发）

对于团注测试法，注入少量CM，并在感兴趣区域（ROI）上进行同层多次低剂量扫描，直到在所选血管中显示对比。该方法确定CM到达该血管的时间，从而确定该患者的最佳扫描延迟时间。对于慢速扫描仪（从单层CT到4层MDCT设备），此时间始终直接用作后续CTA的扫描延迟。当使用更先进、CM注入时间更短的MDCT扫描仪时，此方法不适用。必须包括额外的时间以获得诊断延迟（可以根据扫描长度计算），确保目标血管中的最佳对比增强。选择适当的扫描延迟时间对于更快速的MDCT扫描仪（64层MDCT及以上）至关重要。计算最佳扫描延迟时，应考虑CM到达时间、扫描速度和CM注入持续时间（图4）。

图4 单次CM注射后血管和实质区域对比度增强示意图。红色、绿色和蓝色线分别代表肝脏的动脉期、门静脉期和静脉期。棕色线代表肝实质的增强曲线。TTP，主动脉强化峰值时间。对于最先进的MDCT扫描仪，主动脉达到最大增强的单个到达时间不能用作扫描延迟。虚线表示TTP和扫描开始之间所需的额外延迟。这种延迟取决于器官的固有血流动力学、CM方案和扫描仪特征。

理论上，团注测试技术不仅具有为单个受试者定制动脉增强峰值的优势，而且还具有使用药代动力学模拟计算CM注射参数的优势。换句话说，它不仅可以用来确定CM在特定患者体内的分布时间，还可以用来确定CM在特定患者体内的分布方式。对于心功能受损的患者，首选这项技术，因为患者的动脉-静脉传输时间可能更快、更可变。兽医实践中团注测试技术的一个缺点是，碘化CM的容积通常为几毫升，并且由于基于体重的CM剂量，团注测试可能在小患者的总对比剂剂量中包含不成比例的大部分。

使用监测触发技术，无需进行试验注射。所有最先进的MDCT系统都具有此选项。在CM注入期间，以同层动态扫描方式在ROI上获得多个图像。ROI内的衰减值将持续监控，并在监视器上显示。当血管内密度超过预定的Hounsfield单位（HU）值时，自动启动扫描，或在达到视觉阈值时手动启动（在第一代MDCT扫描仪中）（图5）。这项技术比团注测试技术耗时更少，并且在大多数情况下，它提供了始终如一的良好CTA图像质量。

图5 监测触发期间CT控制台上监视器的外观示例（Lightspeed 16；GE Medical Systems）。（a）通过隔膜的圆顶进行预监测扫描。注意降主动脉上的圆形ROI（1）。（b）CM注入期间获得的动态序列的图像。注意心血管结构的增强。（c）显示增强曲线的时间图。使用此扫描仪，当ROI内达到预定阈值（此处为30 HU）时，手动启动扫描。

影响对比增强的CM相关因素

碘剂是最常用的注射型CM，用于狗和猫的增强CT检查。这些CM的诊断用途是基于碘吸收X射线的能力，这会增加血浆和靶器官中的HU值，从而增强血管结构和高血管病变。CM浓度和注射方案影响血管增强。碘的含量和X射线能量水平直接影响增强的程度。注射CM后，给定组织中不透明度的增加与该组织中达到的碘浓度成正比（例如，在120 kV下，对比增强增加1 mgI/mL=26 HU），与X射线能量水平成反比（较低的kV会导致更多的血管对比增强）。

CM的选择取决于各种因素，包括扫描仪类型、注射器系统和成本。市售静脉注射CM具有不同的碘浓度，范围为240至400 mgI/mL。表1总结了一些已发表的在狗和猫的几种临床情况下使用不同扫描仪进行CTA的方案。

表1 CTA建议方案

一般来说，需要调整CM浓度和注射方案，以利用所用MDCT扫描仪的功能。例如，对于更快速的MDCT扫描仪，首选高浓度碘CM（高达370毫克/毫升），以实现高的碘流率，从而最大限度地增强MDCTA的动脉增强。使用高碘浓度CM是提高CM注射速率以获得良好血管增强的另一种方法（图6）。这种方法可能适用于高注射速率可能存在问题的患者，例如那些身材矮小、患有心血管疾病或静脉非常脆弱的患者。

图6 使用恒定碘浓度和可变注射速率（mL/s）的理论动脉增强行为示意图

可能改变靶血管增强的注射方案参数包括注射持续时间（体积 : 速率）、速率和体积（持续时间×速率）。碘注射的持续时间影响血管区域对比增强的幅度和时间。动脉增强取决于流速（毫升/秒）。注射速率的增加缩短了血管动脉增强的时间并增加了其幅度（即，当使用高浓度团注时）。此外，在肝脏、胰腺和胃肠系统血管研究的多期检查中，更快的注射速率可以改善不同血管期的区分，从而提高高血管病变的检测（图7）。然而，短时间、高速率CM注射并不适合于实质器官检查。实质强化峰值出现时间晚于动脉强化，需要延长注射时间。多期（多血管期）方法对于腹部检查是必要的，以评估血管和实质器官。

图7 使用恒定碘浓度和可变注射速率（mL/s）的理论动脉增强行为示意图。注射速度越快，血管动脉增强的时间越短，增强的幅度也越大。更快的注射可以使用更快速的扫描仪出色地获取多期数据，改善不同血管期的区分。箭头表示使用128-MDCT和16-MDCT扫描仪进行腹部假设扫描方案的比较。黄色虚线表示使用更快速的128-MDCT避免超过对比剂团注所需的扫描延迟。

CM注射的类型包括单期、两期和多期注射。对于单期注射，整个CM团以恒定注射速率输送。使用这种注射，对比增强会增加到一个峰值，然后下降。CTA包括CM分布曲线的上坡和下坡，在容积采集过程中增强不均匀。该特征对于短扫描范围（如颈部或胸部CTA）不太重要，但对于较大的血管区域（如较大的患者或周围血管CTA）可能会有问题。

双期注射（第一阶段快速注射，然后是缓慢注射）和多期指数减速技术（多期速率注射，速率呈指数递减）在更长的平台期提供更均匀的增强。这些技术适用于需要覆盖更大血管区域的临床应用或慢速CT扫描仪。

高压注射器是MDCTA不可缺少的设备。所有高压注射器都允许对CM容积和流量进行预设，并设置压力限制。大多数系统允许单期和多期注入。可以使用带有两个不同注射器（一个注满CM，另一个注满盐水）的双管系统冲洗进入静脉并推动CM团。盐水冲洗可改善动脉增强，延长动脉增强时间。在兽医患者中，高、均匀的对比增强和高z轴分辨率对于诊断血栓、栓塞、血管侵犯和血管异常以及充分分割3D容积渲染图像至关重要。

当不使用盐水冲洗时，一些注射的造影剂可能会在头静脉中残留；该CM清除非常缓慢，导致胸部入口出现明显的条纹伪影。此外，残余CM不会促进动脉增强。在注射CM后以相同的速率和一半到相同的体积使用生理盐水冲洗（使用双管注射器系统）可有效改善造影剂分布，允许在采集期间将完全注射的造影剂输送到整个血管系统。当使用少量CM（即用于评估玩具犬的血管异常）时，生理盐水冲洗对小患者尤其有用。

影响对比增强的扫描仪相关因素

MDCT扫描仪技术和协议可能会通过允许在特定的增强时间点采集数据间接影响血管检查的成功。扫描参数的差异与可用的扫描仪类型和扫描仪性能有关。即使对特定患者的检查和CM特征进行了优化，CT扫描参数不足也会导致无法预测的血管增强结果。

随着放射科医生从单层螺旋CT向多层螺旋CT技术过渡，以及在不同的多层螺旋CT扫描仪时代，CT协议的实质性变化至关重要。MDCT扫描仪中的探测器排数逐渐增加，扫描时间显著缩短。自20世纪80年代中期以来，扫描仪的性能大约每两年翻一番。与4-MDCT扫描仪相比，64-MDCT扫描仪的性能提高了20多倍，这是由于探测器排数和旋转速度的增加。最新的双源CT扫描仪具有两个探测器阵列，可实现高达0.25 s的旋转时间和高达737 mm/s的容积覆盖速度。

在MDCTA中，决定扫描仪性能的最重要因素是扫描速度和z轴分辨率之间的关系（最大检查床速度和可使用该检查床速度重建的最薄截面宽度）。对于兽医患者的高质量血管检查，各向同性（x=y=z）分辨率是必需的。使用第一代MDCT扫描仪（4、8和16排），可以获取相对较小容积的高空间分辨率纵向（z轴）数据，但不能覆盖整个腹部或身体。在这些情况下，获得高质量血管造影检查的策略是将扫描范围限制在感兴趣的血管区域，并在整个扫描过程中维持CM注射。当需要覆盖更大的范围时，慢速MDCT扫描仪的一种可能策略是获取具有50%重建重叠的近似各向同性数据。

在血管造影系列之前获取直接扫描可能会导致X射线管发热，从而限制了使用4–8–16层MDCT扫描仪的高质量MDCTA系列的电流。在大多数情况下，对于血管检查，平扫对增强MDCT图像没有显著的诊断价值，无需获取。

最先进的MDCT扫描仪（双源CT）具有改进的时间和空间分辨率，能够在几秒钟内在更大的扫描范围内实现各向同性体积采集，从而能够在不影响整体、胸部和腹部区域或周围血管的情况下使用多期方法。

MDCTA数据的后处理

对于大多数MDCT应用，各向同性腹部血管成像可能为每个系列提供数千张图像。重建和查看MDCTA数据集的方法几乎是无限的，但没有一种是完全正确的。与二维多平面和三维可视化相比，轴位图像的审查耗时且精度较低，尤其是对于血管结构而言。

轴位图像对于分析MPR或容积渲染图像上的可疑伪影仍然有用。现在，大多数3D重建都是实时交互式的，最复杂的处理技术（如自动骨骼移除）都是即时完成的，或者只需几秒钟即可完成。

这里简要介绍临床实践中用于MDCTA数据集的最常见2D和3D后处理技术：

多平面重建（MPR）是一种二维实时技术（2D），可以同时显示同一容积的多个视图，包括矢状面、冠状面、横断面或任意斜面。多平面重建的质量与图像层厚直接相关。当使用各向同性分辨率时，任何平面上重建图像的质量实际上与原始轴位图像相同。MPR使放射科医生能够将数据作为一个容积进行交互，而不是单独查看数百或数千个横断面切片。

最大密度投影（MIP）是一种3D实时技术，它使用计算机算法，沿着从观察者的眼睛到图像的一条线计算每个体素，并选择具有最大密度的体素作为相应显示像素的值。它是CT血管造影血管可视化中使用最广泛的三维（3D）技术。

容积渲染（VR）是最灵活的三维可视化工具。与MIP不同的是，在VR中，每个体素用于计算最终图像，而MIP中仅使用CT值最大的体素。通过基于衰减值为检查容积中的每个体素指定一个不透明度值（从0%到100%，总透明度到总不透明度）来生成图像。通过选择图像预设或交互更改参数，可以应用颜色来增强组织之间的区分，直到达到所需的效果。

腔内成像或“虚拟内窥镜”是一种透视VR技术，允许用户可视化解剖或病理结构的内腔。虚拟内窥镜可以成功地显示含气结构，如气管支气管树，但也可应用于高密度结构，如增强血管。

通常MDCTA数据分析包括2D正交和MPR视图的交互评估，以及血管树的3D薄层MIP和容积渲染图。在临床实践中，厚度为5–20 mm的薄层MIP非常适合描述CM填充结构。MIP和VR提供出色的3D血管图。然而，重要的是，只有最大CT值（HU）内的体素投影在MIP图上，并且使用这种3D技术对结构之间的深度关系的感知受到影响。与MIP不同的是，在VR中，每个体素用于计算最终图像，而MIP仅使用CT值最大的体素。可以通过多种不同的方式操纵容积，以可视化所需的解剖结构。例如，使用各向同性数据集的3D VR评估血管异常可大大简化对小血管或复杂血管关系过程的解释。生成的容积渲染图像包含更多信息，可能比2D图像更有用。重要的是，VR结果的质量在很大程度上取决于原始数据集的质量和用户优化渲染参数的技能。

表2给出了MDCTA优化的建议。

表2 MDCTA优化建议

关于双源CT在宠物中的应用，参见：更多干货

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参考文献：

G. Bertolini (ed.), Body MDCT in Small Animals, DOI 10.1007/978-3-319-46904-1_2

此外，北京中农大动物医院有限公司、中国农业大学、北京小动物诊疗行业协会起草，中国兽医协会2020年发布了T/CVMA 58—2020《犬猫CT扫描操作规程》团体标准，文件规定了动物诊疗机构在犬猫临床工作中应用计算机断层扫描技术进行疾病检查和影像诊断的操作规程，包括CT辐射防护、犬猫CT扫描前准备、不同部位的CT扫描技术、图像显示及后处理技术。可以结合当前机构的CT设备的具体情况参考使用。