雙源雙能量CT心肌灌注成像的研究進展

鄭雪 孫凱

014040，內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)包頭臨床醫(yī)學(xué)院，包頭市中心醫(yī)院影像科

雙源雙能量CT心肌灌注成像的研究進展

鄭雪 孫凱

014040，內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)包頭臨床醫(yī)學(xué)院，包頭市中心醫(yī)院影像科

近年來，雙源雙能量CT心肌灌注成像在臨床中的應(yīng)用及研究逐漸增多，能夠反映心肌微循環(huán)狀況，定性及定量地評價心肌血流狀態(tài)，檢測心肌微循環(huán)及心肌活性，并且可以在評估冠狀動脈的同時評估由于心肌缺血導(dǎo)致的心肌受損情況。其診斷心肌損傷的靈敏度、特異度、陰性預(yù)測值和陽性預(yù)測值與組織病理學(xué)檢查的一致性好。相對于其他檢查技術(shù)，雙能量心肌灌注成像能便捷地提供更豐富的臨床信息。筆者對雙源雙能量CT心肌灌注成像的研究進展進行綜述。

心肌灌注顯像；體層攝影術(shù)，X線計算機；雙能量

Fund program:National Natural Science Foundation of China（81560286）;Inner Mongolia Autonomous Region Health and Family Planning Commission（201302124）

心肌灌注成像（myocardial perfusion imaging，MPI）是指在團注碘對比劑后心肌組織密度隨時間而變化，根據(jù)不同的數(shù)學(xué)模型計算出組織的血流灌注量、血流容積等參數(shù)，進行定量評價心肌的灌注程度，是評價心肌微循環(huán)和判斷心血管疾病預(yù)后及不良事件的重要無創(chuàng)性檢查方法[1]。

1 MPI技術(shù)的比較

目前MPI技術(shù)主要有MR-MPI、PET/CT、SPECT、負荷超聲心動圖、CT-MPI等。核素MPI作為心肌灌注的經(jīng)典方法，多被認為是心肌灌注診斷冠心病的參考標(biāo)準(zhǔn)，在臨床上應(yīng)用較多，但其檢查程序復(fù)雜，檢查時間長，同時其空間分辨率低[2]，不能同時顯示心臟解剖細節(jié)和缺血區(qū)責(zé)任血管，尤其不能顯示心內(nèi)膜下心肌梗死或缺血，對早期、無癥狀冠心病的診斷不敏感，對于三血管平衡缺血區(qū)易產(chǎn)生假陰性，且不能顯示冠狀動脈的管腔結(jié)構(gòu)。負荷超聲心動圖檢查多通過負荷誘導(dǎo)心肌缺血從而顯示病變血管遠端區(qū)域的室壁運動異常[3]。超聲圖像分辨率低，需要足夠的聲學(xué)窗，且結(jié)果的判斷亦以觀察者的主觀印象為主，缺乏量化指標(biāo)，易受人為因素的影響，限制了其在臨床的廣泛應(yīng)用。MR-MPI的時間、空間分辨率尚可，可顯示心肌缺血的范圍和活力，但容易高估缺血程度，且MR-MPI屬于定性或半定量評價，不能定量地分析實際心肌血流量，MRI數(shù)據(jù)采集的時間長，技術(shù)難度也較大，對幽閉恐懼癥、攜起搏器等患者有一定限制。多層螺旋CT具有較好的時間、空間分辨率，CT-MPI可避免上述限制，在某些方面彌補其他灌注方式的不足。且雙源CT的迭代重建技術(shù)（sinogramaffirmed iterativereconstruction，SAFIRE）可通過降低圖像噪聲，提高信噪比，從而有效地減低輻射劑量。

2 CT-MPI的發(fā)展

2.1 CT動態(tài)MPI的發(fā)展

CT-MPI經(jīng)歷了電子束CT（electron beam computed tomography，EBCT）、普通多排螺旋CT（≤64螺旋CT）、超寬探測器CT（256排、320排）以及雙源CT心肌灌注的發(fā)展階段。CT灌注成像最早出現(xiàn)在20世紀(jì)80年代，利用EBCT發(fā)射的電子束轟擊掃描架上的靶環(huán)產(chǎn)生射線[4]。EBCT時間分辨率較高，可以在冠狀動脈成像的同時，得到全心靜息和負荷狀態(tài)下血流量以及灌注貯存比，但其空間分辨率低，對冠狀動脈或病變的細節(jié)顯示不清，不能達到臨床診斷的要求，且EBCT設(shè)備昂貴，檢查費用高，不適于臨床，現(xiàn)已基本被淘汰。

隨著多排螺旋CT的應(yīng)用，研究顯示CT-MPI對心肌缺血診斷靈敏度、特異度可達78%～88%和70%～79%，與核素心肌灌注結(jié)果的一致性達83%～89%。2004年Hoffmann等[5]結(jié)扎豬的前降支建立急性心肌梗死模型，使用4節(jié)多探頭螺旋CT進行心肌灌注掃描，結(jié)果表明，梗死區(qū)心肌較正常心肌灌注減低并且和病理染色結(jié)果相一致。隨著超寬探測器CT進入臨床，256排、320排乃至640排超寬探測器斷層可進行全心臟同層動態(tài)CT-MPI，George等[6-7]和Ko等[8]分別使用超寬探測器 CT（256、320排）研究全心MPI診斷冠狀動脈疾病的靈敏度和特異度分別為81%、76%和85%、84%，且探測器面積可達160 mm，只需1圈不動床掃描即可完整覆蓋心臟，獲取全心臟范圍掃描數(shù)據(jù)，且不產(chǎn)生階梯狀偽影，受試者所受射線劑量較低，平均有效輻射劑量均在10 mSv以內(nèi)。雙源CT在后64層CT系列機型中具有獨特的成像結(jié)構(gòu)和優(yōu)勢，其獨有的大螺距動態(tài)穿梭掃描能力也使全心MPI成為可能，同時，由于采用與大螺距動態(tài)穿梭掃描相匹配的適宜準(zhǔn)直（與256、320排CT采用的超寬準(zhǔn)直不同），射線束較窄，減少了錐形束偽影的產(chǎn)生，可獲得較為準(zhǔn)確的心肌灌注參數(shù)，明顯增加射線束利用率，使輻射劑量進一步降低。

2.2 雙源雙能量CT-MPI（dual energy CT-MPI，DECT-MPI）的發(fā)展

2008年Ruzsice等[9]應(yīng)用第一代雙源CT對35例冠心病患者的冠狀動脈狹窄情況和心肌灌注情況進行評價，并與冠狀動脈造影以及SPECT心肌灌注進行比較，首次報道了DE-CT-MPI檢測心肌缺血具有較高的準(zhǔn)確率。2011年Feuchtner等[10]應(yīng)用第二代雙源CT行腺苷負荷實驗得到冠狀動脈圖像，與冠狀動脈造影MR-MPI相比，其診斷＞70%狹窄及心肌灌注缺損的準(zhǔn)確率較高。2012年Feuchtner等[11]應(yīng)用CT血管造影（CT angiography，CTA）、CT-MPI與SPECT核素心肌顯像進行對比，結(jié)果顯示，CTMPI及CTA診斷的靈敏度和特異度分別為92%、70.4%和95%、95.5%，因此CTA結(jié)合CT-MPI可以明顯提高診斷的陽性預(yù)測值。2014年Koonce等[12]采用體模驗證了第一代和第二代DE-CT-MPI掃描的準(zhǔn)確率，結(jié)果表明，第二代DE-CT-MPI的準(zhǔn)確率優(yōu)于第一代。

3 雙源DE-CT-MPI的成像特點

雙源CT具有兩套球管——探測器系統(tǒng)，被安裝在同一個旋轉(zhuǎn)機架上，能同時進行兩種不同能量的掃描[13]。雙源DE-CT-MPI技術(shù)的首過灌注可以在顯示冠狀動脈解剖和病變情況的同時顯示病變血管相應(yīng)供血范圍內(nèi)的心肌的血流灌注情況[14]，能夠完整地評價心臟的血流動力學(xué)情況。雙能量成像是依據(jù)高低密度物質(zhì)分別在高低能量下衰減特性的不同實現(xiàn)物質(zhì)成分分離，可直接反映組織內(nèi)碘濃度的差異，并可定量測量組織內(nèi)對比劑濃度。對比劑首次流入心肌組織時，其效應(yīng)不受對比劑再分布的影響，心肌的強化程度可以直接反映其血流量的變化。灌注缺損區(qū)心肌的對比劑濃度低于周圍正常心肌，即灌注缺損區(qū)CT值較周圍正常心肌低，利用其非線性融合技術(shù)和虛擬單譜成像技術(shù)可以提高延遲強化的程度，有助于鑒別灌注缺損心肌和正常心肌[15-16]。Bamberg等[17]研究表明動態(tài)心肌灌注可以量化心肌血流量，無創(chuàng)性地測定血流儲備分數(shù)，可在解剖學(xué)層面評估冠狀動脈的狹窄程度，其與血流動力學(xué)的相關(guān)性上具有重要臨床意義。雙源DECT-MPI能有效減少定位不準(zhǔn)和運動偽影，但上腔靜脈及心腔內(nèi)對比劑殘余、濃度不均及金屬支架等因素會導(dǎo)致組織不均勻吸收低能量光子而產(chǎn)生X線束硬化偽影[18]，其和缺血、梗死心肌的灌注缺損表現(xiàn)類似，難以區(qū)分。2014年Mangold等[19]研究認為雙能量CT成像具有物質(zhì)成分分析及線束偽影矯正功能，高低雙球管發(fā)出的混合能量X線可按任意混合比模擬生成40～190 keV的單能量圖像，純化的X線能有效減少能量的不均勻吸收，可以有效糾正線束硬化偽影。

4 雙源DE-CT-MPI基本成像原理

由于高密度和低密度物質(zhì)對于X線的主要衰減方式不同，導(dǎo)致高、低密度物體分別在不同電壓條件下產(chǎn)生的X射線衰減值不同[20]。利用此差異性，采用兩種不同能量的X射線（最主要是電壓的變化）分別對被照射物體進行成像，根據(jù)衰減值的不同對被照射物體進行二維能量空間內(nèi)的定位和成像運算，從而實現(xiàn)對被照射物體的性質(zhì)識別、定量分析等。

雙源DE-CT-MPI的原理是在進行含碘的CT造影劑增強檢查時，正常的心肌組織和發(fā)生梗死或缺血的心肌組織對造影劑的攝取能力是不同的，正常的心肌組織增強正常，而發(fā)生梗死或缺血的心肌組織則沒有增強或增強程度降低[21]。把造影劑在心肌組織內(nèi)不同的分布情況用偽彩色表達出來，就得到了心臟雙源DE-CT-MPI。由于雙能量成像是在二維能量空間里進行造影劑的識別和表達，對造影劑分布濃度的識別敏感性要大于一維能量空間（如在80 kV或140 kV的單一條件下），所以能夠顯著地將造影劑濃度差異的分布（即心肌灌注情況）表達出來，同時還可以對碘含量進行定量計算。

雙源DE-CT-MPI與雙源CT的常規(guī)心臟成像一樣，可采用回顧性心電門控螺旋采集模式或心電圖前瞻性心電門控序列采集模式。為了降低輻射劑量，一般采用單次對比增強獲得冠狀動脈CTA和心肌灌注兩組信息。雙源DE-CT-MPI掃描條件分別采用100 kV和140 kV兩種管電壓，一般不采用80 kV和140 kV的管電壓組合，目的是為了提高體部的低千伏掃描圖像的信噪比。雙源DE-CT-MPI的評估主要在雙能量的形態(tài)學(xué)和心肌灌注血池容量算法軟件中完成[22]。將兩個球管產(chǎn)生的兩組數(shù)據(jù)分別重建，得到3組數(shù)據(jù)（高能140 kV、低能100 kV及高低能以一定比例的融合數(shù)據(jù)）。高、低能數(shù)據(jù)同時調(diào)入心肌灌注血池容量算法軟件后，通過雙能量的特殊算法，碘對比劑與軟組織影像得以分離從而獲取心肌內(nèi)碘分布圖和虛擬平掃圖。通過對兩者比例的調(diào)節(jié)，可同時顯示心肌內(nèi)碘的分布和相應(yīng)的解剖信息，進而對心肌灌注進行評價。

5 雙源DE-CT-MPI的臨床應(yīng)用

雙源DE-CT-MPI的臨床應(yīng)用目的是在對受檢者進行冠狀動脈評估的同時也能夠?qū)π募〉墓嘧⑶闆r進行評估，并能夠與對冠狀動脈的診斷評估結(jié)合在一起進行觀察，有利于醫(yī)師作出更全面準(zhǔn)確的診斷。雙源DE-CT-MPI技術(shù)利用采集到的雙能量心臟掃描數(shù)據(jù)經(jīng)過計算得到心肌的灌注情況，在數(shù)據(jù)采集過程中不需要對心臟進行平掃，只需利用造影劑的射線能量敏感性來進行處理計算。基于正常心肌組織和受損心肌組織對造影劑的攝取差異性，雙源DE-CT-MPI檢查能夠檢測出心肌內(nèi)很小的灌注缺損區(qū)，具有很高的靈敏度。

Ruzsics等[9]的初步研究結(jié)果顯示，與SPECT相比，雙源DE-CT-MPI檢測心肌缺血的靈敏度、特異度分別為84%、94%；而同時以導(dǎo)管法冠狀動脈造影為參照標(biāo)準(zhǔn)，雙源DE-CT-MPI診斷≥50%冠狀動脈狹窄的靈敏度、特異度分別是98%、88%。彭晉和張龍江[23]研究表明，以組織病理學(xué)檢查為金標(biāo)準(zhǔn)，雙源DE-CT-MPI診斷心肌損傷的靈敏度、特異度、陰性預(yù)測值和陽性預(yù)測值分別為89.3%、93.5%、78.1%，97.1%；Kappa值為0.79，與組織病理學(xué)檢查結(jié)果的一致性好。Ko等[24]與Weininger等[25]分別進行了負荷雙源DE-CT-MPI的研究，靈敏度和特異度可分別達98%、93%和100%、99%，較SPECT診斷準(zhǔn)確率有了進一步的提高；Weininger等[25]的臨床研究發(fā)現(xiàn)，雙源DECT-MPI診斷冠狀動脈疾病的靈敏度達84%，特異度94%，準(zhǔn)確率92%，同時Ko等[24]發(fā)現(xiàn)，雙源DECT-MPI對于狹窄程度＞50%的冠狀動脈評估的靈敏度也達到了98%，特異度達88%，準(zhǔn)確率達92%。孫凱等[26]建立豬急性心肌梗死的模型研究表明，利用第二代雙源DE-CT-MPI的掃描方式可實現(xiàn)“一站式”獲得心肌灌注和冠狀動脈的圖像，進一步提高了心臟CT檢測心肌梗死的準(zhǔn)確率，有效輻射劑量低。綜上所述，雙源DE-CT-MPI能夠評估冠狀動脈的同時評估由于心肌缺血導(dǎo)致的心肌受損情況。國內(nèi)外學(xué)者關(guān)于雙源DE-CT-MPI的檢測性能評價見表1。

表1 雙源雙能量CT對急性心肌梗死及冠心病的檢測性能（%）Table 1 Dual-source and dual energy CT detection performance in monitoring of acute myocardial infarction and coronary heart disease（%）

6 展望

雙源DE-CT-MPI不僅可以準(zhǔn)確評價冠狀動脈和心臟的解剖學(xué)信息，又可同時評價心肌灌注學(xué)，實現(xiàn)了冠狀動脈成像聯(lián)合心肌灌注一站式解剖學(xué)與功能學(xué)的結(jié)合，更利于對患者病情的真實情況進行全面分析。2015年推出的第三代雙源 CT即FORCE CT，時間分辨率達66 ms，雙能量能譜更純化，掃描時間縮短，具有明顯的優(yōu)勢。然而，目前國內(nèi)尚未見關(guān)于FORCE CT雙能量MPI的研究，值得進一步探索。

利益沖突 本研究由署名作者按以下貢獻聲明獨立開展，不涉及任何利益沖突。

作者貢獻聲明 鄭雪負責(zé)論文撰寫；孫凱負責(zé)提出命題、論文審閱。

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Progress of dual-energy myocardial perfusion imaging by dual-source computed tomography

Zheng Xue,Sun Kai
Department of Image,Inner Mongolia Medical University,Baotou Central Hospital,Baotou 014040,China

Sun Kai,Email：Henrysk@163.com

In recent years,dual-energy myocardial perfusion imaging via dual-source CT has been extensively used in clinical diagnoses and research.This technique can reflect the condition of myocardial microcirculation blood flow,qualitatively and quantitatively evaluate myocardial blood flow,identify myocardial microcirculation and myocardial viability,assess myocardial damage caused by myocardial ischemia,and assess the coronary artery.The sensitivity,specificity,negative predictive value,and positive predictive value of the diagnosis of myocardial damage demonstrated good consistency with pathologic tissue examination.Compared with other techniques,dual-energy myocardial perfusion imaging provides more detailed clinical information.This paper reviews the progress of dual-energy myocardial perfusion imaging via dual-source CT in clinical applications.

Myocardial perfusion imaging;Tomography,X-ray computed;Dual energy

孫凱，Email：Henrysk@163.com

10.3760/cma.j.issn.1673-4114.2016.04.013

國家自然科學(xué)基金（81560286）；內(nèi)蒙古自治區(qū)衛(wèi)生和計劃生育委員會項目（201302124）

2016-04-11）