原创 赵喜同学 XI区
几十年来，模温机静脉注射（IV）造影剂一直用于辅助解剖结构的诊断成像。随着CT技术的发展和对造影剂使用量减少的需求，近年来通过优化注射协议和采用新技术，如低千伏成像和虚拟单能量图像，显著减少了造影剂的使用。然而，这种减少也降低了操作的容错率，使得精确控制注射过程中的各项参数变得更加重要。
在优化造影剂注射协议时，传统上关注的是患者相关因素、CT扫描相关因素和注射相关因素。然而，研究表明还有一组被忽视的重要变量，这些变量虽然不直接影响其他因素，但会受到其他因素的影响，并对最终的增强效果产生显著影响。如果不考虑这些因素，将阻碍造影剂注射方案的进一步优化。
根据近日发表在Insights into Imaging上的一篇教育综述，有七个关键但经常被忽视的因素对CT造影剂的给药产生负面影响。
由荷兰马斯特里赫特大学医学中心的Michael C. McDermott博士领导的研究小组写道，静脉注射造影剂的方式无疑是CT成像变异性的一个来源，而揭示导致这种变异性的隐藏因素是改善患者护理的关键。
静脉注射造影剂的方式是CT成像可变性的一个很少被考虑的来源，以前关于CT造影剂注射的研究主要集中在扫描采集参数（管电压、管电流）、患者相关因素（体重、心输出量）以及造影剂注射方案的变化（流速、体积、浓度）。
注射方案优化三要素以及对造影剂增强诊断程序结果有重大影响的错误诱发变量缺失类别
但有些变量往往没有被考虑到，它们会影响造影剂的使用，以下是7个容易忽略的因素：
选择最佳的静脉注射套管针
在临床实践中，静脉注射套管针的选择至关重要，常见的套管针规格包括20号（20G）、18号（18G）和22号（22G）等。套管针的规格数值越小，直径越大，通常用于较高流速的应用。然而，套管针的选择不仅仅取决于其规格号，还需考虑其“重力流速”这一关键指标。重力流速是指在仅受重力作用下，特定体积的水通过导管的流速，这一指标间接反映了套管针在注射过程中产生的压力。研究表明，导管的重力流速与注射压力之间存在强烈的相关性，选择高重力流速的套管针可以在不增加注射压力的情况下实现较高的流速。
选择静脉注射套管针时应考虑的关键因素。a）根据压力表用不同颜色编码的各种套管针；（b）突出显示重力流速的静脉注射套管针示例；（c）以 2、4、6 和 8 ml/s的速度注射两种不同极端造影剂（箭头所示子数据集）时的注射压力与套管针重力流速的关系图。
研究进一步发现，即使是同一规格的套管针，不同品牌之间的重力流速也存在显著差异。因此，在选择静脉套管针时，应优先考虑导管的重力流速，而非仅仅依赖规格号和颜色标识。通过优化套管针选择，可以有效减少注射压力，提高注射效率，避免因压力过大导致的注射中断或成像质量下降。作者建议，22G套管针的重力流速应至少达到30 ml/min，20G套管针应达到60 ml/min，18G套管针则应达到95 ml/min。这种基于重力流速的套管针选择方法有助于优化临床操作，同时不会显著增加成本。
因管道较长而导致造影剂性能下降
在CT扫描中，使用过长的输液管会影响注射流速和剂量准确性。由于空间限制和设备摆放位置的原因，许多诊所倾向于使用比标准250cm更长的输液管，甚至在管道末端增加额外的管道或阀门，以增加操作的灵活性或节省成本。然而，这种做法会导致两个问题：首先，较长的管道会增加注射时的压力，从而降低流速；其次，流速的下降会影响剂量的准确性，尤其是在进行需要高碘剂量的血管造影检查时。
在两种不同条件下，最大流速与管道长度的对比图。在两种不同的温度（RT，室温）下，使用两种不同的对比介质获得的最大流速随管道长度的增加而下降。
研究表明，标准管道长度增加150cm，会使可实现的流速下降40%到55%，这对大体型患者的诊断质量影响尤为显著。因此，建议诊所尽量将注射系统靠近患者，以减少使用过长输液管的需求，尽可能提高注射效率和准确性。
与机械注射系统技术相关的变异性
在CT扫描中，注射系统的机械结构对造影剂的输送效果有重要影响。虽然动力注射系统相比手动注射能够提供更高的流速和更稳定的注射，但其性能受限于塑料耗材的材料和设计。常见的注射系统包括活塞式、蠕动泵式和液压式三种类型。无论是哪种类型，塑料耗材在高注射压力下都会发生膨胀和变形，这会影响注射剂量的准确性。
研究显示，当注射压力较高时，塑料耗材的膨胀会导致实际输送到患者体内的造影剂量低于预期。这种膨胀会延迟造影剂的注入，并在注射结束时将多余的体积释放到患者体内，影响成像效果。实验结果表明，长管道和高压力会显著降低可实现的流速，并对注射剂量的准确性产生负面影响。不同类型的注射系统和不同的造影剂粘度也会导致相同注射协议下的造影效果差异。
单相注射的理想注射流速与经验注射流速的浓度-时间曲线图。阴影区域表示理想流速（虚线）与经验流速（实线，由两个不同系统测量得出）之间的偏差，这是塑料一次性用品膨胀等干扰因素造成的。
尽管无法从临床实践中直接解决这一问题，但制造商可以通过提高材料强度或使用数学模型来预测和补偿塑料耗材的膨胀效应。目前，临床上还没有现成的解决方案来处理这一现象，因此，了解这一影响因素对提高注射准确性和成像质量至关重要。
四种不同注射系统（两种活塞泵、两种蠕动泵）在两种不同注射方案下对比剂和生理盐水的分布图。两种注射方案如图所示。随着时间推移的灰度阴影与每种设置下在静脉通路装置近端测量到的注射液浓度相关联。
操作失误（如注射器或储液器填充不正确）
在使用活塞式注射系统时，操作不当可能导致造影剂的不足注射，从而影响诊断质量。活塞式注射系统通过手动或自动填充注射器，能提供比蠕动泵系统更一致的流速和更高的碘剂输送率。然而，如果在填充注射器时活塞未能完全向前推动，机械系统中的间隙可能会导致注射液体量不足。举例来说，每0.5至0.75mm的机械间隙可能导致1ml液体的不足注射。实践中，一些技术人员在填充过程中未能充分驱动活塞，导致每次注射平均少注射3.6ml，有时甚至高达12ml。
示例图显示在典型的活塞式注射系统中可观察到松弛的位置
这一问题可以通过使用自动填充功能或确保手动填充后活塞完全向前推动来避免。通过调整操作程序，研究显示在修正后的设置下，没有再出现此类错误。虽然这种差异看似较小，但在现代程序中，3.6ml的不足注射可能占到总注射量的5%至10%。因此，建议放射技师团队评估注射系统设置的变异性，并制定标准操作程序，以确保注射的体积准确性。
因重力和密度而导致不必要的液体交换（即造影剂与生理盐水交换位置）
在临床实践中，碘造影剂和盐水（NaCl）由于密度差异，可能会在注射过程中发生意外的“位置交换”。碘造影剂的密度通常在1.3到1.45 g/cm⊃3;之间，而盐水的密度约为1.0 g/cm⊃3;。当使用活塞式注射系统或蠕动泵系统时，这种密度差异会导致盐水从注射管中上升到造影剂供应中，而造影剂则填充了管道。这一过程在正常条件下平均需要不到30秒。
显示造影剂与生理盐水交换位置的一组管道（上），（下）造影剂与生理盐水界面的放大视图。随着造影剂密度的增加，储液器中的造影剂（绿色）向下移动，与生理盐水交换位置。带箭头的放大图显示，这两种液体在重力之外没有其他驱动力的情况下分层并相互滑过。
这种现象会导致前期注射的患者接受到的造影剂量高于预期，而后期的患者则会因为造影剂被稀释而接受到较低的剂量。最坏情况下，这种误差可以达到26ml。此外，如果造影剂的注射开始在管道的末端而非起始端，这可能会影响造影剂的到达时间，从而影响影像质量。因此，建议确保在使用开放系统时，注射管的位置高于流体供应源，以减少这一现象的影响。
造影剂浪费和低效的生理盐水冲洗
在临床中，盐水冲洗用于清除注射管道中的剩余造影剂，以减少浪费和提高图像质量。然而，如果盐水冲洗的量不足，会导致造影剂的浪费和图像质量的下降。
盐水与造影剂在密度上差异较大，盐水密度约为1.0 g/cm⊃3;，而造影剂为1.3到1.45 g/cm⊃3;。盐水在冲洗过程中与造影剂混合，会在管道壁上留下残余造影剂。
管道横截面上生理盐水和造影剂在四个时间点的边界层现象。中央蓝色区域代表生理盐水，外围绿色区域代表造影剂。如果生理盐水不足，则无法完全清除造影剂残留层。
流速和冲洗体积对清除效果至关重要，研究显示高流速（≥4 mL/s）和足够的盐水体积能更有效地清除造影剂。在实际操作中，盐水冲洗体积通常不足，导致每次注射平均浪费1.4 mL造影剂，最多可达3.8 mL。每年可能浪费22.5升造影剂，这不仅浪费资源，还增加了成本和环境负担。建议临床机构评估并优化盐水冲洗的体积，以减少造影剂浪费，并提高注射效果。
在流速低于 4 ml/s或高于 4 ml/s的情况下，清除不同浓度造影剂所需的最小生理盐水冲洗量曲线图。要清除以较低流速注入的高浓度造影剂，需要较大的生理盐水冲洗量
注射流速偏离设定
注射系统的流量偏差问题是临床中常被忽视的一个方面。虽然动力注射系统被认为能够提供比手动注射更稳定的流量和体积，但实际情况往往与预期存在差距。不同类型的注射系统，包括蠕动泵、活塞泵和液压系统，都可能出现流量波动。例如，蠕动泵由于滚轮对管道的挤压和放松，会导致流量呈现周期性波动，这种现象在实际应用中已被证明。
活塞泵和液压系统也会出现流量变化，尽管幅度较小。在注射造影剂和盐水的过渡阶段，由于低粘度盐水的到来，压力会发生显著变化。这种压力的急剧下降会导致塑料耗材的弹性回缩，进而推动额外的液体流出系统，造成流量的瞬时偏差。
a 采用蠕动注射法时的流速波动（黑色曲线）；b 采用活塞注射法时的流速波动，在将造影剂转换为生理盐水时流速会出现过渡性下降（绿色曲线）；c 采用活塞注射法时的流速波动，塑料耗材的顺应性影响较小（蓝色曲线）。
这些流量波动可能对图像质量的影响有限，因为肺部的容积效应可以平滑这些变化。然而，仍需进一步研究这些流量偏差对静脉套管针位移和可能的药物渗漏的影响。
为了消除不理想的CT造影剂给药情况，McDermott及其同事建议放射科评估所用导管的重力流速；改用较短的导管组；评估造影剂增强检查的 "价值链"，从注射系统和操作员技能到检查设置程序。
无论如何，意识到这些鲜为人知的因素并加以解决，都会带来更好的患者护理、质量改进和经济效益。
当造影剂增强效果不理想时，我们往往会归咎于患者的内在因素，或者只是感到困惑而不知所措。了解这些关键但通常被忽视的技术因素是一个机会，可以让我们更广泛地认识并在可能的情况下进行纠正。这些改进不仅能带来即时好处，还有助于未来通过预测模型实现标准化和优化的造影剂注射。
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文献原文：McDermott MC, Wildberger JE, Bae KT. Critical but commonly neglected factors that affect contrast medium administration in CT. Insights Imaging. 2024 Aug 28;15(1):219. doi: 10.1186/s13244-024-01750-4. 仅供专业人士交流目的，不用于商业用途。
