Original Article

Acta Radiologica 2016, Vol. 57(7) 829–836

テストボーラス法を用いた大動脈 computed tomographic angiography 撮影タイミングの最適化
Optimization of scan timing for aortic computed tomographic angiography using the test bolus injection technique
星野貴志 1,2，市川勝弘 3，原 孝則 4，寺川彰一 5，細見和宏 1，西村健司 1，高山勝年 1
社会医療法人医真会八尾総合病院 放射線科
金沢大学大学院医学系研究科保健学専攻
3
金沢大学医薬保健研究域保健学系
4
中津川市民病院 医療技術部
5
大阪市立総合医療センター 中央放射線部
12

要約
背景：Computed tomography (CT) 装置の高速化に伴い，大動脈 CT angiography (CTA) では撮影が造影剤を追い越すリスクがある．
目的：造影剤追い越しのリスクを低減させるために考案した，大腿動脈におけるテストボーラスにて測定されたピーク到達時間から撮影開始タイミング (ST)および撮影速度を推測できる新しい方法 (femoral artery test bolus injection method: FTI method) の有用性を評価する．
対象と方法：30 例の大動脈 CTA にて 2 回テストボーラスを行い，上行大動脈 (TPA) および大腿動脈 (TPF) におけるピーク到達時間を測定した．TPF と造影剤通過時間 (TT = TPF – TPA) との関係式を用い，TPF から ST と TT を推測する方法を考案した．100 例の患者を FTI 法と従来法 (bolus tracking: BT)に無作為に選択しそれぞれ 50 例撮影し，上行大動脈，下行大動脈，大腿動脈の動脈内 CT 値を計測した．計測したすべての動脈内 CT 値が 300 HU以上を good case と定義し 2 群間で比較した．
結果：動脈内 CT 値は，FTI 法が BT 法に比べ有意に高かった (平均 CT 値: FTI, 388.3 ± 52.4; BT, 281.2 ± 59.1; P < 0.001)．BT 法における goodcase は 46.0 % であったのに対し FTI 法では 86.0 % だった．
結語：FTI 法は，造影剤投与量を増加することなく，大動脈 CTA における造影剤追い越しのリスクを低減するうえで非常に有効だった．
Keywords
Computed tomography (CT), vascular, CT angiography, test-bolus injection, bolus tracking

緒言

method の有用性について評価することである．

Multi-slice computed tomography (CT) 装置は，広範囲で高分解能撮影を可能とし(1-3)，静脈注入における CT angiography(CTA) の画質向上をもたらした (4-7)．しかし，撮影が高速化したため，大動脈などの広範囲を撮影する際に，造影剤を撮影が追い越すことにより造影不良となることがある (8,9)．過去の研究から，心血管障害や動脈瘤の存在により大動脈の血流速度を遅くすることはよく知られており，そのような疾患を有する患者において，造影剤を追い越すリスクが増大する可能性がある．
現在，多く使用されている撮影タイミングの決定技術は， test

対象と方法
造影剤通過時間の事前調査
大動脈 CTA 撮影時に行われた 2 部位でのテストボーラスを用いて，大動脈内を造影剤が通過する時間を実測した．本研究プロ
トコルは，当施設の倫理委員会にて承認され，各参加者からインフォームドコンセントを得ている．テストボーラスは本撮影の前に行われ，1 回目で上行大動脈 ( TPA ) 2 回目で大腿動脈 ( TPF ) のピーク濃度到達時間を測定した (Fig. 1)．

bolus injection method (TI method) (10,11) と bolus tracking
method (BT method) (10, 12-14) である．これらの方法は，撮影開始タイミングを決定するために有用だが，大動脈内を造影剤が通過する時間は考慮されていないため，造影剤追い越しのリスクを低減することはできない．
造影剤追い越しのリスクを低減し，大動脈 CTA の良好な造影効果を得る方法として，大腿動脈レベルでの 1 回のテストボーラスから得られる大腿動脈ピーク濃度到達時間から造影剤通過時間を推測する方法 (femoral artery test bolus injection method: FTImethod) を考案した．本研究の目的は，BT method と比較し FTI

Fig. 1. Measurement points of TPA and TPF (times to peak enhancement at
femoral artery and ascending aorta, respectively) and examples ofattenuation curves. TPF and TPA were measured in two independent test bolus
monitoring procedures before the main bolus.

事前調査には，30 名の連続した患者（男性 19 名，女性 11 名；
平均年齢，67.5 歳，年齢範囲，35-89 歳）が登録された．患者背景

Table 1. Patient characteristics of TT measurements.の要約を Table 1 に示す．すべての患者において，300 mg I/mLの イ オ パ ミ ド ー ル (Iopamiron 300; Bayer Healthcare, Osaka,Japan) を肘静脈に留置された 20 ゲージのカテーテルからインジェクタ (DUAL SHOT GX; Nemoto Kyorindo, Tokyo, Japan) を用いて注入した．造影剤投与量は，患者の体重に合わせて調整した．テストボーラスでは，60 mg I/kg を 3 秒間注入し，メインボーラ
スでは 300mg I/kg を 15 秒間注入した．造影剤注入後には生理食塩水 30mL を造影剤と同じ注入速度で投与した．テストボーラ
スは気管分岐レベルの上行大動脈と恥骨結合レベルの大腿動脈にて撮影された．すべての撮影は，64 スライス CT (SOMATOMSensation 64; Siemens Medical Systems, Forchheim, Germany) にて行った．TPA および TPF 測定用の撮影は，それぞれ 120 kV,20 mAs で撮影され，撮影開始時間は造影剤投与開始後それぞれ 10 秒と 15 秒後に設定した．テストボーラスで撮影された CT 画
像の上行大動脈と左右の大腿動脈に regions of interest (ROIs)をそれぞれ配置し time-attenuation curves を作成した．得られた
time-attenuation curves から TPA および TPF （左右の平均値）を測定し，上行大動脈と大腿動脈間の通過時間 ( TT = TPF - TPA )を求めた．

Fig. 2. Plots of TPF versus TT (contrast medium transit time in aorta,calculated by TPF - TPA) and regression line. A highly positive correlation
between TPF and TT was indicated (P<0.01).

TPA および TPF は連続した時点なので，両方の指標を 1 回のテストボーラスから測定することが可能なら予測された TT である
TT’ は，TPF と TT (TPF - TPA ) の測定された関係から推測できる
近似関数 TT’ = f ( TPF ) によって TPF のみから推測できると仮定した．
Fig. 2 に 30 例の大動脈 CTA で測定された TPF と TT との関係を示す．TPF と TT の間には，非常に強い正の線形相関を認めた (r = 0.869, P < 0.01)．したがって，TPF と TT’ との関係は，
TT’ = 0.652 TPF – 5.902(1)

さらに，撮影開始時間 ( ST ) は，以下の式を用いて TPF から推測可能だと仮定した．
ST = TPF – TT’ + k(2)Fig. 3. Plots of TPA versus TT and regression line. TPA was not wellcorrelated with TT.

なお k はメインボーラスとテストボーラスの注入持続時間の差である．ピーク濃度到達時間と造影剤注入持続時間との既知の関FTI 法の手順係によれば，ピーク濃度到達時間は注入持続時間に依存し，注本論文で提案する FTI 法の概要を Fig. 4 に示す．TPF は，入持続時間が長いほどピーク濃度到達時間は遅延する (15-17)．

メインボーラスの前に実施されたテストボーラスから測定され，式したがって，メインボーラスの真の TPF は k だけ遅れると推測さ(1) および式 (2) を用いて TT’ および ST を求めた．続いて，れる．Fig. 3 に示すように TPA と TT はあまり相関していないた

メインボーラスの撮影持続時間（テーブルスピード）を，計算された

め，TPA から TT を推測することは難しいことがわかる．

造影剤通過時間 ( TT’ ) となるように回転時間およびピッチファク

タの設定により調整した．次に，撮影開始時間を ST に設定し本

れぞれ 0.45 – 1.5, 0.33 – 1.0 s であった．撮影持続時間を TT’ と撮影を行った．

同じ値に調整できなかった場合，撮影持続時間は TT’ に最も近い値に設定した．
Table 3. Scan, reconstruction, and contrast medium injection parameters for
FTI and BT method.

*mAs setting of CT automatic exposure control system.
CM, contrast medium; NA, not applicable.

造影効果の評価：造影効果を評価するために，動脈内 CT 値
Fig. 4. Outline procedure of FTI method.

を測定した．測定のための ROI は，気管分岐レベルの上行大動
FTI 法と BT 法の比較

脈 (AAo), 第１腰椎レベルの下行大動脈 (DAo)，および恥骨結患者：FTI 法を検証するために，FTI 法と BT 法にて撮影さ合レベルの左右大腿動脈に配置した．大腿動脈に設定した 2 つれた大動脈 CTA の造影効果について比較した．100 人の連続の ROI の平均値を大腿動脈の CT 値 (FA) とした．大動脈側した患者 （男性：39 名，女性：61 名，平均年齢；67 歳，範囲 42-83

枝を評価するためには，300 HU が必要とされているため (18)，3歳）を対象とし，各プロトコルを交互に割り当てた (FTI 群，50 名，点の計測部位全ての CT 値が 300 HU 以上を good case，１部BT 群，50 名)．両群の年齢，体重，大動脈疾患を含む患者背景位でも 300 HU 未満な場合を poor case と分類した．FTI 法とを Table. 2 に示す．これらの患者背景について両群間に有意差BT 法との有意差を，Mann-Whitney U 検定を用い，有意水準は認められなかった．

P < 0.01 で評価した．統計解析には，SPSS version 11 (IBMCorporation, Armonk, NY, USA) を用いた．

Table 2. Patient backgrounds of the FTI and BT method groups.

結果
Fig. 5 に 3 部位で計測された動脈内 CT 値の平均値を示す．
平均 CT 値は，BT 法に比べ FTI 法が有意に高かった (FTI法：388.3±52.4 HU, BT 法：281.2±59.1 HU, P < 0.001)．3 部位それぞれの平均 CT 値も，FTI 法が有意に高かった (P < 0.05)．両方の手法ともに 3 部位間の CT 値に差は認めなかった (P > 0.05)．
Fig. 6 に FTI 法と BT 法で撮影された maximum intensity
projection 像の例を示す．FTI 法の poor case では，Fig. 6 c に
撮影パラメータ： FTI 法および BT 法の撮影，再構成，造影示すように，上行大動脈の造影効果が十分ではなかったが，poor剤注入パラメータを Table. 3 に示す．BT 法では上行大動脈のcase の上行大動脈の平均 CT 値は 279 HU であり，good case

CT 値が 120 HU 上昇から 5 秒後に撮影した．各造影剤投与後の閾値 (300 HU) に近い値だった．BT 法を用いた poor caseに，造影剤と同じ速度で 30 mL の生理食塩水を投与した．FTI 法

では，造影剤を撮影が追い越すことにより，上行大動脈と大腿動でのテストボーラスとメインボーラスの造影剤注入時間はそれぞれ脈との造影効果の差が顕著であった．Table 5 に FTI 法における3 秒と 15 秒なので，式 (2) の k-factor は 12 (15 – 3) に設定した．

各部位の平均 CT 値と標準偏差，撮影開始時間，撮影持続時

本撮影では，大動脈の上縁から恥骨結合の範囲を頭尾方向に撮間を示す．FTI 法では，大腿動脈において良好な造影効果が得影した．FTI 法で使用したピッチファクタと回転時間の範囲は，そられるため，poor case においても造影剤追い越しの問題は克服

された．Poor case の撮影開始時間と撮影持続時間は，good case

Table 5. Means and standard deviations of CT values for good cases andpoor cases in FTI method.に比べ有意に延長していた ( P < 0.01 )．FTI 法と BT 法のgood case の割合は，それぞれ 86.0 % と 46.0 % であった．BT法の good case と FTI 法の poor case の平均 CT 値は，それぞれ 340.66±25.69 HU および 342.51±22.66 HU であり，両群間に有意差は認めなかった ( P = 0.96 )．

Nakaya らは，PAOD, 腹部大動脈瘤および大動脈炎のような血管性疾患を有する 42 人の大動脈から膝窩動脈までの造影剤通過速度は，34.2-136.7 mm/s であったと報告している (9)．64-128 列検出器 (32-80 mm の検出器幅) を有する装置の撮影速度は，ピッチファクタ 0.8 および回転速度 0.5 s で約 50-130 mm/s である．大動脈領域 （撮影範囲：大動脈弓から大腿動脈まで） と大動脈から膝窩間の造影剤通過速度が類似していると仮定すると，大動脈内を通過する造影剤を追い越す可能性は，撮影速度の増加
Fig. 5. Box plots of mean CT values over three ROIs (AAo, DAo, and FA)
for FTI methods.

とともに高くなる．造影剤追い越しのリスクを低減させるために，
Fleischmann と Rubin は，注入持続時間の延長と撮影タイミングTable 4. Means and standard deviations of CT values of three ROIs for FTIand BT methods.

遅延を組み合わせた方法を提案した (8)．しかし，この方法では造影剤投与量の増加は避けられない．したがって，撮影タイミングの遅延と組み合わせた注入持続時間の延長は，追い越しのリスクを低減させることに有効だが，造影剤投与の増加による腎機能障害のリスクが問題となる (19-21)．
この問題に対処する方法の１つは，検査ごとに大動脈と大腿動脈でそれぞれ造影剤到達時間を測定し，2 つの測定された到達時間から推測された TT に従って撮影速度を調整することであろう．Laswed らは，1 回の造影剤投与後に 2 部位で動脈 CT 値を計測した結果から大動脈膝窩間の造影剤通過時間を測定し CTA撮影速度を最適化した．しかし，装置によっては上行大動脈と大腿動脈との間のテーブル移動が間に合わないことがある．
本研究で測定された大動脈の推定通過速度は 12.8-82.1 mm/sの範囲であり，我々が使用した装置のピッチファクタ (0.45-1.5),

Fig. 6. Maximum intensity projection image examples of goodcases for (a) FTI method and (b) BT method; poor cases for (c) FTI
method and (d) BT method. Respective scan start times/scandurations (s) were (a) 34.0/30.1, (b) 25.0/9.3, (c) 27.0/30.2, and, (d)35.0/17.8.

回転時間 (0.33-1.0 s) の範囲内で撮影速度を調整することができた．Fleischmann と Rubin によって報告された 177 mm/s の最高速度は，今回使用した装置のように，最高速度 87.3 mm/s のシステムでは不可能であったため，十分な造影効果を得るためには，考察
大動脈 CTA の撮影範囲は広範囲であり，造影剤の通過速度は個人差が大きい．Fleischmann と Rubin の報告によると，末梢動脈閉塞性疾患 (PAOD) の患者における大動脈と膝窩動脈との間の通過速度は 29-177 mm/s であった (8)．

より長い注入持続時間の設定が必要かもしれない．そのような場合には，造影剤投与量の増加は避けられない．しかし，近年普及している 40 mm 程度の検出器幅を有する最近の 64 スライス
MSCT システムの最大撮影速度が 180 mm/s に達すると，造影剤を増量させることなく FTI 法を安全に行うことができるだろう．

FTI 法で撮影された 7 例の poor case では，上行大動脈の CT
値が 300 HU 未満 ( 289.7±7.1 HU ) であり，他の 2 部位では全て 300 HU (DAo, 302,5-398,1 HU; FA, 309.4-448.3 HU) 以上の十分な造影効果を示した．Table 5 に示すように，FTI 法によるpoor case の平均 TT は，29±7.1 秒であり，good case の 13.7±3.6 秒よりも有意に長かった．したがって，poor case における撮影持続時間と撮影開始時間は，good case に比べ有意に延長していた．この問題を防ぐために，TT に応じて，注入持続時間を延長させる必要がある．本研究では，低濃度 (300mgI/mL) の造影剤を使用した．したがって，より高濃度な造影剤の使用が，結果に影響を及ぼす可能性がある．しかし，BT 法の poor case における有意に低下した大腿動脈の CT 値 (最小 60.6 HU) は，高濃度製剤を使用しても 300 HU 以上に改善されるとは考えにくい．
FTI 法にはいくつかの欠点がある．本法は，閉塞性動脈硬化症や大動脈解離などの疾患により，大腿動脈の両側完全閉塞を有する場合には適用できない．さらに TT が短い場合，高速撮影に対応するため高ピッチファクタが必要となり，画質が劣化してしまう可能性がある (23,24)．しかし，本研究で使用した装置よりも幅の広い 40 mm の検出器幅を有する 64 列 MSCT が標準となっているため，画質に影響を与える過剰なピッチファクタを使用することなく，高速血流を管理することが可能である．本研究にはいくつかの限界がある．まず，第１に我々の研究集団中の被検者の数と選択は，大動脈疾患患者の全集団を代表しているわけではないかもしれない．さらに FTI 法は，1 回のテストボーラスから，大腿動脈でのピーク到達時間の測定を行い，ST ( TT’ ) の推定，および撮影速度の調整を本撮影前に行わなければならないため簡単ではない．
結論として，大動脈での単一のテストボーラスのみから大動脈CTA の正確な撮影開始タイミングおよび撮影速度を決定することが可能な FTI 法は，BT 法および TI 法と比較して追加の被ばくや造影剤量を必要とせずに，造影剤追い越しのリスクを低減するとともに，造影効果を向上させるために非常に有効であった．

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