負(fù)荷雙能量CT心肌灌注成像在冠心病診斷中的研究進(jìn)展

彭　鯤　湯光宇*

負(fù)荷雙能量CT心肌灌注成像在冠心病診斷中的研究進(jìn)展

彭鯤湯光宇*

冠狀動脈CT血管成像在評估冠狀動脈狹窄程度及檢測冠狀動脈粥樣硬化斑塊有著較高的準(zhǔn)確性，但不能提供病變血管所支配心肌區(qū)域的微循環(huán)信息。而雙能量CT心肌灌注成像能夠同時提供冠狀動脈的解剖學(xué)信息及生理學(xué)信息,其較傳統(tǒng)單能量CT心肌灌注有一定的優(yōu)勢，且具有相應(yīng)的臨床應(yīng)用潛力。綜述負(fù)荷雙能量CT心肌灌注成像在冠心病診斷中的研究進(jìn)展。

雙能量CT；心肌灌注成像；心肌梗死；心肌缺血；硬化束偽影

Int J Med Radiol，2016，39（5）：518-522

冠狀動脈疾?。╟oronary artery disease，CAD）是威脅人類健康的主要疾病之一。研究證實(shí)[1]，心肌血液供應(yīng)的減少不僅與冠狀動脈狹窄的程度有關(guān)，且與微血管功能障礙及易損斑塊的破潰相關(guān)，僅憑解剖學(xué)狹窄程度不能準(zhǔn)確預(yù)測其血流動力學(xué)改變。對于中等程度狹窄而未引起心肌缺血的病人，推遲血運(yùn)重建術(shù)不會增加其死亡率及急性心肌梗死發(fā)病率，CAD病人的血運(yùn)重建術(shù)應(yīng)以心肌灌注功能狀況為指導(dǎo)[1]。冠狀動脈CT血管成像（coronary CT angiography，CCTA)對評估冠狀動脈狹窄程度及檢測冠狀動脈粥樣硬化斑塊性質(zhì)有著較高的準(zhǔn)確性，但不能提供病變血管所支配心肌區(qū)域的微循環(huán)信息。傳統(tǒng)單能量CT心肌灌注（single energy CT myocardial perfusion，SECT-MPI）包括動態(tài)增強(qiáng)CT心肌灌注及首過CT心肌灌注，能夠同時檢測冠狀動脈及心肌血供情況，但易受線束硬化束偽影的影響。近年來雙能量CT技術(shù)不斷發(fā)展，尤其是負(fù)荷雙能量CT心肌灌注技術(shù)的發(fā)展，潛在性地實(shí)現(xiàn)了“一站式”CCTA，與SECT-MPI相比，負(fù)荷雙能量CT心肌灌注（dual-energy CT myocardial perfusion，DECT-MPI）檢查不易受硬化束偽影的影響，碘圖能夠敏感地發(fā)現(xiàn)心肌灌注缺損。本文就DECT-MPI技術(shù)、臨床應(yīng)用、優(yōu)勢及不足等方面進(jìn)行綜述。

1　DECT-MPI技術(shù)

1.1原理及技術(shù)條件DECT-MPI的成像原理是在進(jìn)行含碘對比劑增強(qiáng)掃描時，同時利用兩種不同kV能量的X射線對心臟進(jìn)行掃描，正常的心肌組織和發(fā)生缺血或梗死的心肌組織攝取含碘對比劑的能力是不同的，從而表現(xiàn)為CT值的差異，將這種分布差異用偽彩色標(biāo)注即得到雙能量CT心肌灌注圖，它能夠?qū)⑿募」δ軠y試與冠狀動脈解剖學(xué)分布情況相融合，對CAD進(jìn)行綜合診斷[2]。

目前能進(jìn)行DECT-MPI檢查的設(shè)備大致分為兩類，雙源雙能量CT以及單源瞬時快速kV切換CT[2-3]。前者具有一對相互獨(dú)立的互成90°或94°的球管探測器系統(tǒng)，能同時獲得高能（140 kV）和低能（80、100 kV）X射線，如西門子雙源CT（第一代雙源CT兩對球管探測器系統(tǒng)互成90°，而第二代雙源CT兩對球管探測器互成94°)；后者能通過單個球管在超短時間內(nèi)（＜0.5 ms)快速切換kV而獲得高、低能X射線（80～140 kV），如GE寶石能譜CT。雙源CT雙球管同時發(fā)射兩種不同能量X射線的方式對消除成像事件的前后差異具有優(yōu)勢，圖像匹配更精準(zhǔn)；而單源瞬時快速kV切換CT能夠有效降低散射線的劑量，減少由于心臟運(yùn)動而造成高、低電壓數(shù)據(jù)投影的不匹配現(xiàn)象。

1.2采集方式及圖像處理為了區(qū)分心肌灌注缺損屬可逆性還是不可逆性，大多數(shù)DECT-MPI掃描包括靜息相、負(fù)荷相以及延遲相數(shù)據(jù)采集。目前主要有4種藥物可用于負(fù)荷誘導(dǎo)的心肌充血，包括腺苷、類伽腺苷，多巴酚丁胺及雙嘧達(dá)莫。出于安全因素考慮，臨床主要應(yīng)用的有腺苷以及類伽腺苷。其中腺苷由于其半衰期短（＜10 s)，作用直接，不良反應(yīng)較輕微等優(yōu)點(diǎn)被臨床廣泛應(yīng)用。腺苷直接作用于腺苷受體，可產(chǎn)生直接、快速、短暫的血管擴(kuò)張作用。腺苷負(fù)荷雙能量CT采集需要在臨床醫(yī)生的指導(dǎo)下給予靜脈腺苷滴注2～5 min，流率140 μg/（kg·min）[3]。其主要的不良反應(yīng)包括室性心動過速，房室傳導(dǎo)阻滯。腺苷使用禁忌證包括：①高度房室傳導(dǎo)阻滯；②哮喘或慢性阻塞性肺部疾病；③竇性心動過緩；④系統(tǒng)性低血壓；⑤嚴(yán)重的頸動脈狹窄。類伽腺苷選擇性作用于腺苷A2A受體，適用于患有哮喘或慢性阻塞性肺部疾病的病人[4]。目前負(fù)荷雙能量CT心肌灌注掃描主要的采集方式有兩種，一種是先靜息掃描，后負(fù)荷掃描；另一種則與之相反。先進(jìn)行靜息掃描，在進(jìn)行功能檢測之前可以獲得CCTA用于分析冠狀動脈[5]；而先進(jìn)行負(fù)荷掃描，則避免了靜息掃描注射的對比劑污染，保證了缺血心肌與正常心肌之間的對比差異，易檢測心肌灌注缺損[6]，采集負(fù)荷圖像時所使用的腺苷等藥物會反射性引起心率加快而影響隨后靜息相影像質(zhì)量及CCTA的評估，可采用β受體阻滯劑降低心率的方法獲得較優(yōu)質(zhì)的靜息相影像。正確的采集時間是檢測心肌組織早期攝取碘含量的差別、確保診斷準(zhǔn)確性的根本。Bischoff等[7]認(rèn)為負(fù)荷相采集的最佳時間是主動脈根部CT值達(dá)100 HU后的6～18 s。延遲相的數(shù)據(jù)采集一般在其他相數(shù)據(jù)采集后的5～10 min進(jìn)行[8]。

DECT-MPI模式采集的高、低原始能量數(shù)據(jù)經(jīng)過后處理可重建得到4組數(shù)據(jù)：2組單能量影像（140 kV和100 kV影像）、融合影像（通常由50%～70%高能影像和30%～50%低能影像融合而成）和心肌內(nèi)碘分布圖。140 kV的影像噪聲低，100 kV的影像分辨率高，碘圖將高、低能量圖的優(yōu)勢相結(jié)合，能夠較清晰地顯示心肌灌注缺損[8-10]。

2　負(fù)荷DECT-MPI臨床應(yīng)用

負(fù)荷DECT-MPI有助于區(qū)分可逆性心肌缺血、心肌梗死及正常心肌。血流供應(yīng)減少的心肌節(jié)段對對比劑的攝取也相應(yīng)減少，灌注影像表現(xiàn)為密度減低區(qū)（灌注缺損），提示該節(jié)段心肌發(fā)生缺血或梗死。可逆性心肌缺血在靜息相與周圍正常心肌灌注差異不大，但是在負(fù)荷相，腺苷使正常冠狀動脈擴(kuò)張，而狹窄的冠狀動脈失去這種儲備能力，狹窄動脈供血區(qū)心肌血流量無明顯增加，與正常血管心肌供血區(qū)之間的血流分布差異增大，顯示為灌注缺損；而延遲相無明顯延遲強(qiáng)化[11-12]。梗死心肌在靜息相及負(fù)荷相均表現(xiàn)為灌注缺損，且出現(xiàn)延遲強(qiáng)化，這主要是由于心肌梗死后，心肌細(xì)胞損傷，細(xì)胞膜完整性破壞，細(xì)胞間隙增大，對比劑流入/流出時間較周圍正常心肌組織延長所致[13]。正常心肌在負(fù)荷、靜息及延遲相上均有正常灌注。正常、缺血和梗死心肌的雙能量CT表現(xiàn)見表1[7]。

表1　不同心肌在DECT-MPI上的表現(xiàn)

一些臨床實(shí)驗(yàn)分別以單光子發(fā)射體層成像（single photon emission CT，SPECT）、有創(chuàng)冠狀動脈造影（invasive coronary angiography，ICA）及MR心肌灌注成像（magnetic resonance-myocardial perfusion imaging，MR-MPI）為標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)現(xiàn)負(fù)荷DECT-MPI在診斷可逆性及固定性心肌灌注缺損的敏感度和特異度分別達(dá)到77%～94%和74%～94%，陽性預(yù)測值及陰性預(yù)測值分別為53%～91%和85%～98%[14-19]，見表2。近期研究亦認(rèn)為DECT-MPI與CCTA聯(lián)合評估心肌缺血可降低假陽性率，提高診斷準(zhǔn)確性[9,19]。Ruzsics等[2]對35例已知或懷疑為CAD的病人利用雙源CT進(jìn)行靜息相DECT-MPI掃描，以SPECT結(jié)果為參考，其檢測心肌灌注缺損的敏感度、特異度分別約92%、94%，且鑒別出了90%的固定性灌注缺損和88%的可逆性灌注缺損。其可能與CT較SPECT具有更高的空間分辨力，可以檢測到SPECT無法檢測到的微小的、心內(nèi)膜下的心肌缺血，且碘對比劑本身具有一定的擴(kuò)血管作用而引起心肌充血，可增加小灶性心肌缺血的檢出率。在一個小樣本研究中，Weininger等[20]以MR心肌灌注及動態(tài)CT心肌灌注為參考，負(fù)荷DECT-MPI檢測心肌灌注缺損的敏感度、特異度分別為93%、99%，并認(rèn)為DECT-MPI和動態(tài)CT心肌灌注檢測灌注缺損的一致性較好。有研究者[21]對冠狀動脈旁路移植術(shù)后的病人DECT檢測結(jié)果與延遲增強(qiáng)MR成像進(jìn)行比較，在受到胸骨線及植入的金屬物質(zhì)影響下，DECT檢測心肌梗死的敏感度、特異度、陽性預(yù)測值及陰性預(yù)測值達(dá)到了77%、97%、85%及96%，診斷準(zhǔn)確度為94%，且認(rèn)為重建的虛擬120 kV影像評估灌注缺損的效能最不易受金屬植入物影響。Wichmann等[22]以延遲增強(qiáng)MR成像為參考，評估DECT延遲相各組單色圖及標(biāo)準(zhǔn)線性融合圖檢測慢性心肌梗死的能力，得出80 keV圖及標(biāo)準(zhǔn)線性融合影像可敏感地評估延遲強(qiáng)化，但DECT所示心肌梗死透壁范圍都大于MRI所顯示的心肌梗死范圍。

3　負(fù)荷DECT-MPI的技術(shù)優(yōu)勢

負(fù)荷DECT-MPI是在靜脈注射腺苷的狀況下對心肌血流灌注進(jìn)行評估，腺苷直接作用于冠狀動脈引起短暫的擴(kuò)張血管作用，而病變血管失去這種擴(kuò)張功能，其供血區(qū)域的心肌血流量較周圍正常冠狀動脈供血區(qū)域心肌組織血流灌注量差異增大，表現(xiàn)為灌注缺損。而在靜息相由于冠狀動脈的儲備功能，病變血管所支配心肌節(jié)段與正常血管支配心肌節(jié)段灌注差異不大，靜息相DECT灌注成像不能敏感檢測出可逆性灌注缺損。因此使用負(fù)荷DECTMPI可以提高檢測可逆性灌注缺損的敏感性[11]，為冠心病風(fēng)險度評估及臨床是否需要積極干預(yù)提供依據(jù)。傳統(tǒng)單能量CT心肌灌注由于X線的多色性及其衰減的能量依賴性，高密度物質(zhì)對低能X線大量吸收，引起X線束能量水平增高而產(chǎn)生硬化束偽影，出現(xiàn)心內(nèi)膜下心肌缺血假象，會導(dǎo)致診斷準(zhǔn)確性下降以及假陽性率的升高。雙能量CT掃描模式通過從雙能量數(shù)據(jù)重建獲得多能量水平單色圖像，與傳統(tǒng)CT心肌灌注相比，不易受硬化束偽影的影響[23]，且基于投影數(shù)據(jù)空間的影像重建方式有助于減少硬化束偽影[8]。有研究分析認(rèn)為，虛擬高能量單色圖像可減少高密度物質(zhì)所引起的硬化束偽影的影響[24]。從理論上來講，每個體素內(nèi)碘含量反映了心肌組織的灌注量，將缺血區(qū)心肌組織與正常心肌組織或心室腔進(jìn)行歸一化處理來定量計(jì)算每個體素內(nèi)的碘含量，可間接反映心肌血流量[25]。Koonce等[25]采用DECT心臟掃描模式對擬人胸部模型進(jìn)行碘含量的定量評估，所測量的碘濃度與真正的碘濃度之間顯示了良好的相關(guān)性（r=0.994～0.997,P＜0.000 1），提示DECT-MPI測量心肌碘含量可以作為一種替代方式來定量測量心肌血液供應(yīng)。

表2　不同雙能量CT心肌灌注研究比較

4　負(fù)荷DECT-MPI的不足與展望

DECT-MPI拓寬了常規(guī)CCTA單純解剖學(xué)評估的應(yīng)用范圍，能夠同時評估冠狀動脈管腔信息和心肌血液供應(yīng)情況，但是該方法尚有不足與限制：①由于雙能量CT系統(tǒng)及掃描方式的缺陷，整個心臟數(shù)據(jù)的采集來源于幾個不同的心動周期，引起從心底部至心尖部的異構(gòu)衰減，隨著心動周期的延遲，正常心肌與缺血心肌之間的碘濃度差異將縮小，不利于灌注缺損的評估，易導(dǎo)致假陰性的升高[7]。②文獻(xiàn)[6]報道正確的采集時間為主動脈根部CT值達(dá)100 HU后的6～18 s，但是仍有可能錯過對比劑濃度峰值時間，且對比劑濃度峰值時間受心臟輸出量及對比劑注射速度等因素的影響，如未能在最佳采集時間對病人進(jìn)行掃描，可導(dǎo)致灌注缺損的檢出率下降。③掃描方案至今尚未統(tǒng)一，與MR-MPI延遲增強(qiáng)掃描相比，CT延遲增強(qiáng)掃描影像信噪比低，檢測心肌梗死更加具有挑戰(zhàn)性，增加了輻射劑量卻并沒有顯著增加其臨床診斷價值，延遲掃描是否為必須的掃描程序仍有待于進(jìn)一步研究[26]。④理論上雙能量CT碘圖能夠?qū)π募」?jié)段的碘含量進(jìn)行量化，達(dá)到定量評估心肌灌注的目的，但是目前該方法仍未應(yīng)用于臨床，其可靠性有待于進(jìn)一步研究。⑤在輻射劑量方面，雖然自動化管電流調(diào)制技術(shù)、前瞻性心電觸發(fā)技術(shù)、大螺距掃描，迭代重建法等的應(yīng)用使得CCTA的輻射劑量降低至亞毫西伏水平[27]，目前文獻(xiàn)報道DECT-MPI輻射劑量要低于SPECT[28]，但是部分研究DECT-MPI的輻射劑量仍達(dá)到12 mSv以上[20,26]，因此DECT-MPI輻射劑量的減低仍有待于進(jìn)一步研究。DECT-MPI在輔助CCTA診斷心肌梗死以及心肌缺血方面具有良好的應(yīng)用前景，但若作為冠心病診斷的常規(guī)檢查，則要求其在CT設(shè)備、輻射劑量、掃描方案及檢查成功率方面有著更進(jìn)一步的研究。

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（收稿2015－09－28）

The research progress of the stress dual-energy CT myocardial perfusion imaging in the diagnosis of coronary

artery disease

PENG Kun,TANG Guangyu.Department of Radiology,Clinical Medical College of Shanghai Tenth People’s

Hospital of Nanjing Medical University,Shanghai 200072,China

Coronary CT angiography has a high accuracy for non-invasive assessment of coronary artery stenosis severity and the atherosclerotic plaque,but the microcirculation in the territory of the stenozed artery still can not be evaluated.Dual-energy CT myocardial perfusion imaging can provide both anatomical and physiological information.It has certain advantages over the traditional single energy CT myocardial perfusion,and has potential clinical application which have been mentioned in the previous reports.This review describes the progress of stress dual-energy CT myocardial perfusion imaging in detecting coronary artery disease.

Stress dual-energy CT;Myocardial perfusion imaging;Myocardial infarction;Myocardial ischemia; Beam-hardening artifacts

10.19300/j.2016.Z3733

R541.4；R445.3

A

南京醫(yī)科大學(xué)上海十院臨床醫(yī)學(xué)院放射科，上海200072

湯光宇，E-mail：tgy17@126.com

*審校者