Paper 1 - Intravenous contrast medium administration and scan timing at ct: considerations and ap...

题记

2021.06.06开始，计划每周阅读整理一篇论文，偏向临床应用类，以此拓展自己的技能树；此外，并不想做纯粹的中英文翻译，三方面考虑，英文的学习很忌讳中文思维的介入和干扰；另外想把有限的精力放在逻辑架构和整理上；最后论文的精髓应该是读者自己体会。
当然也是为了把刚买的大屏和即将购买的人体工学椅充分利用起来T_T；还有书房利用率的提高以及电视和手机的低使用...... Let's go!

题目：如题

• 期刊：Radiology
• 全文链接：https://pubs.rsna.org/doi/full/10.1148/radiol.10090908
• 摘要：过去几十年中，随着CT技术的不断发展，CT的图像质量和临床应用，以及新的CT临床应用也在不断提高和拓展中。但是新CT技术也给临床放射实践 带来了很多新挑战。其中一个就是，静脉对比剂注射管理和扫描时间规划。本文，将会针对与对比增强和扫描时间相关的4个因素（即对比剂药代动力学、病人、对比剂、和CT扫描），进行讨论。我们会讨论对比剂和生理相关的临床研究的公开数据。计算机模拟数据的讨论也会进行深层分析。本文的目的在于，基于临床需求和考虑，以此提供对比剂和CT扫描的方案。
• 正文：
  先前，CT技术一直致力于图像质量的提高和临床应用的拓展上。其中，多排CT的空间和时间分辨率的显著提高也保证了其它高技术依赖的临床应用，比如CTA和心脏CT。传统的基于导管的诊断造影技术也被CTA代替。许多机构中，尿路多排CT也以及带了了传统的静脉尿路。另外，功能CT，例如脑灌注CT也成为一种厂家的临床手段。
  新的CT技术也带了很多新的挑战。所以最佳标准的方案制定，也显得迫在眉睫。标准方案的制订，要考虑放射剂量、大图像的管理、以及保证诊断的效率性。保证最大化临床效益的提前下，克服技术挑战的最大问题就是静脉对比剂的应用。比如，尽管相比于单排CT，多排CT的应用提高了使用效率，但与此同时，怎样设置的扫描才能最大化增强的效果也是需要考虑的。
  在CT技术发展的同时，CT静脉对比剂的管理也在不断的改善中。新CT技术的更新迭代也将CT的使用变得更为复杂，就是说新CT设备、旧对比剂材料和扫描方案的配合使用在实际应用的很负责。举例，若干年前，螺旋CT时代，当时SOTA论文（1）介绍了肝脏对比剂管理的具体调整方案和需要考虑的方面。之后，多排CT研发且应用，先前的对比剂和扫描方案都要重新考虑。因此，本文将针对与对比剂相关的4个方面进行讨论，即药代动力学、病人、对比剂、CT扫描。

CT衰减，碘，X-ray能量

在目标器官或者血浆中，碘会引起x-ray辐射的吸收和散射。因此，CT成像中，会使用碘来增加CT的衰减和对比增强的效果。CT对比增强的效果直接与碘的量和x-ray能量（管电压）相关。碘浓度增加，对比增强效果越强。在特定电压条件下，碘浓度和对比增强效果成正比，比值可用常数表示，如图1。例如，120kVp下，碘浓度每增加1mg/ml，就会增加26HU。相反，电压越低，对比增强效果越强。不同扫描设备中间也存在偏差，通常100-120kVp + 1mg/ml碘对比剂，会有25-30HU的误差。

kVp和HU关系.png

发现，100kVp和80kVp低电压时，CT衰减较高，比120kVp，这是因为，在低电压时，x-ray的输出能量更接近碘的k边缘效应，33kev（补充：低管电压扫描条件下输出的X射线能量更接近33keV碘的k边缘值，增加了光电效应和较小的康普顿散射，故降低管电压可增加冠脉血管CT值，可降低辐射剂量和对比剂用量）。
相同碘浓度下，增加衰减能提高血管和薄壁组织的增强效果，同时也能减少辐射的吸收，当然在保证没有束散射或者大量软组织或者骨结构引起的图像衰减。因此，实际使用中，对成年人进行对比增强时，会使用80低管电压。此外，碘衰减随CT能量不同而改变的这一特点，可以使用在双源CT设备上，就是说，高衰减的组织（例如：骨和肾结石）。不过，还有一点需要注意就是，低管电压也会带来噪声的增加，尤其是大体型的病人。

key point：

• 相同碘浓度下，低电压，有高对比增强效果，这样可以减少CT辐射

体内的对比剂分布

体外静脉注射后，对比剂会到达右心房，通过肺循环，左心房，再到达主动脉系统。整个体内循环是通过心脏系统完成。对比剂会快速再次分布在各个器官下血管间隙里。因为碘对比剂含有相对较小的、弥散性的分子，所以对比剂的运输会更flow limited，而不是diffusion limited。也是因为这个flow limited的特点，循环系统对对比剂的运输很重要。例如肾、脾和肝脏这种灌注较好的器官，它们的对比效果比较强。
因为对比剂循环在体内，在循环系统中，它随着血液和血管移动，离注射点较远的器官里，对比剂的稀释效果就比较明显。简而言之，实际上，对比剂的达峰是个平台达峰形状，再循环系统也会造成部分造影效果。举例，脑循环中的血液到右心房的回流和再循环，就比门脉循环快很多。通常，正常循环的时间是15-40秒之间，主要由循环路径决定。对比剂的再循环会大大稀释，因为血流和组织灌注。
注射的时间长短会影响对比剂再循环的帆布。比如短注射（<15s），对比剂的分布达峰封端，比如主动脉达峰增强曲线类似于高斯曲线，即快升快降。相反，长注射，由于再循环和人体组织灌注等影响，对比剂是逐步式的达峰的，具体见图2

短/长注射曲线图.png

key point

人体内对比剂的循环，受血流动力学生理、注射对比剂、心血管系统的影响。

人体内对比增强的数学模型

因为可以获得心血管系统相关的人体的生理数据，所以我们可以估算对比剂的传递和分布情况。对比剂在一个器官中的分布，主要依赖于灌注率、组织体积、器官的组织构成和器官中微血管即细胞相关的渗透性。基于以上的背景，我们可以用数学公式来计算药代动力学。基于计算机模式的生理结构的整个构成如下图.

药代动力学的人体生理传递结构.png

这些药代动力学数学模型，也通过临床数据来验证过了。
基于计算机建模的人体心血管系统可以应用于若干个临床目的。其中可以最优化扫描时间和对比剂的量，在兼顾该病人的身体特性和临床条件两者。这些对比剂分布的数学模型，可以给技师和放射医生提高理论依据，以此来自动设置CT扫描参数和对比剂注射的相关信息。总之，这些数学计算模型，可以提供给医生可靠的参数推荐，包括CT设备和对比剂的配置，在兼顾各种信息、条件、背景。相关的设置因素，如下图：

影响对比剂的各种因素.png

影响对比增强效果的3个因素

病人自身

• 体重、表面积、质量指数
  影响对比剂血管分布的最主要的人体相关的因素就是体重。目前有很多跟体重相关的对比剂研究。概况而言的结论就是，如公式1和2. 病人体型越大，ta的血管越大，对比剂流入血管稀释程度就越大。因此对比记得浓度降低，造影效果也降低了。血流体积和心血管代谢又跟年龄、性别、体重、身高相关。相关公式如下。

  
  
  男性BV公式.png
  
  
  女性BV公式.png
  
  
  心脏代谢公式.png
  
  
  体重影响HU的曲线对比图.png
  
  
  心脏代谢影响HU的曲线对比图.png
• 身高
• 心脏代谢和心血管循环
• 性别和年龄
• 静脉注射点
• 肝脏疾病
• 肾代谢

对比剂因素

• 注射时间

  
  
  不同量对比剂的曲线对比.png

• 注射速率

  
  
  不同浓度的对比剂曲线对比.png
• 注射血管成形（injection bolus shaping）

各个达峰时间点的图.png

不同器官CT扫描的时间点.png

key points

• 用高浓度的碘对比剂们可以替代快速注射碘对比剂，两者都能提高碘的传递速率
• 对多排CT，高传递速率可以最大化增强CTA，也能显影肿瘤。
• 缺点是，高浓度意味着高速度，病人或许不耐受。

对比剂的物理化学特点

除了浓度以外，对比剂的另外两个与临床息息相关的特点就是渗透度和黏稠性。
黏稠性增加对比剂浓度 。如果对比剂渗透性高，注射后，它的血流传播并不会增加，造影效果就不好。对比剂黏稠性又受温度影响，高温时，黏稠性低。因此如果加温对比剂，就会减少它的渗透性，增加小血管处理的造影效果。
加温对比剂，可以产生更好的对比增强效果，达峰需要的时间更短。

盐水冲刷

注射盐水帮助对比剂提高主血管内的体积，避免对比剂停留在注射的血管处和附近的静脉内。因此盐水注射能提高对比剂的使用效率和效果。另一个盐水冲刷的优点就是改善扭曲血管处的效果；减少胸腔CT中的条形伪影。等等
针对少量对比剂的注射，盐水冲刷是有效的。特别是在MR对比增强成像中。

key points

• 盐水冲刷提高效率
• 20 ~30 ml的盐水有效，再多就不会改善增强效果了。

CT 扫描因素

扫描时长，扫描方向，多起扫描

长时间的CT扫描，需要更久的对比剂注射，即long scanning & long injection. 扫描的总时间又与扫描速度，类型，CT扫描模式和临床应用相关。目前的多排CT，在对比增强CT成像所需时间< 10s。临床上CT应用需要长扫描的有：CTA（配套慢速率的对比剂注射）；心脏CTA需要高角度的扫描覆盖；多期扫描和灌注，需要配套不同的对比增强时间点。

对比剂到达时间的判断方式： test bolus V.s Bolus-tracking 两种方法

image.png

后记

结果发现，自己还是在翻译这篇论文，然后在翻译的过程中，发现无法中英模式转换，信达雅不够，不过paper的阅读更注重的是理解。另一个就是论文不错，但内容太多了，翻到后面就不想做了，觉得自己理解了就行。接下来的论文学习、记录、分享的具体模式还得不断调整过程中。第一篇，以上。或许之后会来修改本论文阅读记录。