CT心臟成像技術(shù)及臨床應(yīng)用

李廣義 程起元 孫欣 郭執(zhí)章 山東大學(xué)附屬省立醫(yī)院醫(yī)學(xué)工程部 （濟(jì)南 250021）

CT心臟成像技術(shù)及臨床應(yīng)用

李廣義 程起元 孫欣 郭執(zhí)章 山東大學(xué)附屬省立醫(yī)院醫(yī)學(xué)工程部 （濟(jì)南 250021）

隨著電子計(jì)算機(jī)斷層掃描（computed tomography，CT）技術(shù)的不斷發(fā)展，超高端CT的出現(xiàn)，CT心臟成像已成為一種理想的無創(chuàng)心臟和冠脈疾病診斷工具。本文從CT心臟成像技術(shù)的空間分辨率、時(shí)間分辨率、低劑量輻射和心電門控等關(guān)鍵技術(shù)方面對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)探討，并呈現(xiàn)其在冠脈病變?cè)\斷、心肌灌注檢查、冠狀動(dòng)脈粥樣硬化檢測(cè)和早期預(yù)防等方面的臨床應(yīng)用，最后闡述了現(xiàn)階段超高端CT心臟成像的技術(shù)特點(diǎn)。

電子計(jì)算機(jī)斷層掃描 心臟成像 關(guān)鍵技術(shù) 臨床應(yīng)用

李廣義，碩士，副主任技師，美國(guó)臨床工程師（CE），山東省立醫(yī)院醫(yī)學(xué)工程部副主任，中華醫(yī)學(xué)會(huì)醫(yī)工學(xué)分會(huì)全國(guó)委員/全國(guó)青年委員，山東省醫(yī)學(xué)會(huì)醫(yī)工學(xué)分會(huì)副主任委員，山東計(jì)量測(cè)試學(xué)會(huì)醫(yī)學(xué)計(jì)量專業(yè)委員會(huì)副主任委員，山東省超聲醫(yī)學(xué)工程學(xué)會(huì)副主任委員，研究方向：醫(yī)學(xué)裝備管理、醫(yī)療器械維修。

1.引言

早期的冠脈成像是應(yīng)用20世紀(jì)80年代發(fā)明的電子束CT來完成的[1]。1972年Hounsfield和Cormack開發(fā)了X-CT成像技術(shù)，使影像檢查技術(shù)進(jìn)入一個(gè)新的發(fā)展階段。早期由于受時(shí)間和空間分辨率的限制，CT僅能用于頭顱等其他組織的檢查，不能用于心臟和冠狀動(dòng)脈成像。1998年推出4層螺旋CT，才開始嘗試對(duì)心臟進(jìn)行成像；2000年和2002年相繼推出的8層和16層螺旋CT已經(jīng)使心臟冠狀動(dòng)脈成像成為可能。2004年64層螺旋CT投入使用，冠狀動(dòng)脈檢杳的成功率和圖像質(zhì)量均明顯提高，越來越多的醫(yī)師和患者接受這種無創(chuàng)性的診查模式。隨著CT軟硬件技術(shù)的不斷提高，640層螺旋CT、寶石能譜CT、雙源CT等出現(xiàn)，極大地改善了CT成像的分辨能力和圖像的質(zhì)量?，F(xiàn)今，超高端CT可以在任何心率和心律條件下，一次心跳就可以完成心臟冠脈成像。對(duì)于高心率病人、心律不齊病人、房顫的病人和不能屏氣的兒童，也都可以完成高品質(zhì)的心臟CT成像。本文將針對(duì)CT成像的關(guān)鍵技術(shù)及臨床應(yīng)用進(jìn)行詳細(xì)的探討。

2.CT心臟成像的關(guān)鍵技術(shù)

心臟是一個(gè)不斷快速跳動(dòng)的器官，鑒于心臟的特殊性，需要較高的成像時(shí)間分辨力消除高心率心臟搏動(dòng)產(chǎn)生的偽影。同時(shí)，需要高的空間分辨力來呈現(xiàn)亞毫米級(jí)的心血管。在各個(gè)方向上獲取類似的空間分辨率，即各向同性空間分辨率，是CT心臟成像追求的一個(gè)目標(biāo)[2]。目前的超高端CT能夠以0.27 s/r以內(nèi)的速度旋轉(zhuǎn)，與大約20年前典型的1 s/r的掃描速度相比，時(shí)間分辨率提高了近4倍。鑒于人們對(duì)輻射低劑量的追求，低劑量技術(shù)也是CT心臟成像關(guān)鍵技術(shù)之一，成為科研人員關(guān)注的焦點(diǎn)。

2.1 CT心臟成像的空間分辨力

較高的掃描時(shí)間分辨率的同時(shí)達(dá)到亞毫米的各向同性體素的空間分辨率，對(duì)于醫(yī)師的肉眼觀察已經(jīng)可以滿足診斷的要求。但進(jìn)一步提高圖像的空間分辨率仍然有其必要性，特別是在心臟成像中冠狀動(dòng)脈支架、粥樣斑塊等診斷領(lǐng)域。通過減小X線管焦點(diǎn)尺寸和探測(cè)器單元的像素尺寸可以大幅提高空間分辨率[3]。作為衡量CT圖像質(zhì)量的一個(gè)重要參數(shù)，空間分辨率是測(cè)試一幅圖像的量化指標(biāo)，是指在密度分辨率大于10%的情況下鑒別細(xì)微組織結(jié)構(gòu)的能力，即顯示最小體積病灶或結(jié)構(gòu)的能力。

2.2 CT心臟成像的時(shí)間分辨率

時(shí)間分辨率的提高主要是縮短機(jī)架旋轉(zhuǎn)時(shí)間、探測(cè)器的響應(yīng)時(shí)間和圖像重建時(shí)間等?，F(xiàn)今的超高端CT掃描360度所用的時(shí)間在0.28 s以內(nèi)，心臟掃面物理單扇區(qū)時(shí)間分辨率（非等效）在100 ms以內(nèi)。2013年GE公司在第99屆北美放射學(xué)會(huì)年會(huì)上推出的Revolution CT，2015年西門子公司在中國(guó)首發(fā)了世界上最高端CT系統(tǒng)之一的第三代雙源SOMATOM Force CT和2013年飛利浦公司推出的Brilliance iCT Elite FHD CT都可以在極速下完成心臟的掃描，與傳統(tǒng)的CT相比其時(shí)間分辨率大為提高，CT心臟成像也逐漸脫離患者配合時(shí)代。高時(shí)間分辨率在不服用藥物控制心率的情況下可得到無偽影高質(zhì)量的圖像。

2.3 CT心臟成像的低劑量技術(shù)

高端CT大都是采用多層螺旋技術(shù)，心臟冠狀動(dòng)脈多層螺旋CT成像主要是利用小螺距及薄層掃描獲取清晰圖像，進(jìn)而其輻射劑量相對(duì)上升，為常規(guī)影像技術(shù)的3～5倍[4]。若采取常規(guī)掃描參數(shù)其輻射劑量明顯比常規(guī)影像技術(shù)多，易引發(fā)輻射相關(guān)不良反應(yīng)，存在安全隱患[5]。因此，減少CT心臟成像中輻射劑量成為CT的一個(gè)重要研究方向。影響CT成像輻射劑量的因素主要有以下幾種[6]：管電壓、管電流、Z軸掃描覆蓋范圍、心臟仿形前置濾波器、電流調(diào)制技術(shù)、螺距、心臟后置濾波器、前瞻性心電圖（ECG）觸發(fā)軸掃技術(shù)、探測(cè)器覆蓋寬度、重建算法等。在滿足圖像質(zhì)量的前提下，可以通過改變以上各因素參數(shù)使輻射劑量相對(duì)降低。

2.4 心臟成像門控技術(shù)

目前CT冠脈成像可分為回顧性心電門控掃描和前瞻性心電門控掃描，前者輻射劑量較高于后者[7]。目前CT冠脈成像多為回顧性心電門控掃描，它將R波作為標(biāo)識(shí)進(jìn)行觸發(fā)掃描，掃描過程中球管和探測(cè)器連續(xù)旋轉(zhuǎn)，掃描床連續(xù)移動(dòng)，采集完整的心動(dòng)周期數(shù)據(jù)。前瞻性心電門控技術(shù)是一種可降低輻射劑量的方法，在保證圖像質(zhì)量的同時(shí)，明顯降低輻射劑量，但對(duì)患者心率有較高的要求，一般均需控制在65次/分以下。心電門控技術(shù)應(yīng)用，使無創(chuàng)診斷冠狀動(dòng)脈疾病的方法得到改進(jìn)[8]。

3.心臟成像技術(shù)的臨床應(yīng)用

目前CT的心臟成像主要應(yīng)用于綜合評(píng)價(jià)冠狀動(dòng)脈狹窄、冠脈鈣化評(píng)分、冠脈畸形變異、冠脈支架通暢和心肌缺血等方面。多層螺旋冠脈CT成像對(duì)于評(píng)估重度狹窄的冠脈有較高的敏感性、特異性、陽性預(yù)測(cè)值及陰性預(yù)測(cè)值，是一種比較可靠、簡(jiǎn)便而且安全的冠脈病變無創(chuàng)的檢查手段[9]。

在寶石能譜CT冠脈成像在冠心病診斷中的臨床研究中發(fā)現(xiàn)，寶石能譜CT冠脈成像技術(shù)在診斷冠心病的冠脈鈣化與狹窄率檢出率方面略高于冠狀動(dòng)脈造影[10]。對(duì)冠狀動(dòng)脈支架再狹窄評(píng)估時(shí)，臨床中常用的方法為多層螺旋CT冠狀動(dòng)脈造影。CT冠脈成像檢測(cè)準(zhǔn)確性高，有利于醫(yī)生對(duì)患者冠脈支架置入情況的正確判斷，有利于術(shù)后評(píng)估及治療[11]。曾苗雨等[12]利用多層螺旋CT冠脈成像方法，得到此種方法其敏感性和準(zhǔn)確性都較高，而且影像具有一定的特征性，對(duì)狹窄的診斷能力比較強(qiáng)，具有無創(chuàng)檢查的優(yōu)勢(shì)。因此，CT心臟成像技術(shù)可以作為冠狀動(dòng)脈支架植入術(shù)后患者隨訪檢查的一種理想檢查方式，值得在臨床廣泛推廣。冠狀動(dòng)脈先天性變異與畸形的研究在冠脈成像研究中占有重要地位，在CT心臟成像時(shí)采用前置性門控技術(shù)掃描，既可以大幅降低冠脈血管（CTA）的輻射劑量又可以準(zhǔn)確清晰顯示冠狀動(dòng)脈先天性變異與畸形[13]。

在雙源CT心肌灌注成像的臨床研究中，關(guān)鍵是辨別心肌內(nèi)的心肌成分、測(cè)定碘含量[14]。觀察圖像時(shí)，較為常用的方法是根據(jù)美國(guó)心臟協(xié)會(huì)（AHA）的標(biāo)準(zhǔn)[15]。心肌缺血在CT上常表現(xiàn)出直接征象和間接征象。直接征象為心肌內(nèi)低密度及灌注缺損（PD），間接征象有冠狀動(dòng)脈嚴(yán)重狹窄或閉塞、梗死區(qū)不成比例心肌層變薄、附壁血栓形成、心包炎、胸膜炎、心肌鈣化、肺內(nèi)斑片影等。雙能量CT心肌灌注成像技術(shù)在不降低圖像質(zhì)量的情況下，能夠顯著降低患者的有效輻射量，具有很高的臨床應(yīng)用價(jià)值。

現(xiàn)今的Revolution CT可以實(shí)現(xiàn)高心率1-Beat心臟成像、心律不齊1-Beat心臟成像、房顫1-Beat心臟成像、動(dòng)態(tài)心肌灌注成像。在心肌灌注研究中有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：一次檢查即可完成冠脈檢查和心肌灌注分析；全心覆蓋的軸掃使每次掃描處于同一時(shí)相及時(shí)間點(diǎn)，無灌注誤差；分組設(shè)定掃描參數(shù)，不但保證了冠脈檢查的質(zhì)量，還可以降低總的掃描劑量。房顫等心律失常情況會(huì)自動(dòng)識(shí)別，自動(dòng)推薦掃描相位。SOMATOM Force CT前所未有的轉(zhuǎn)速0.25 s/r，66 ms單扇區(qū)時(shí)間分辨率，全面“凍結(jié)”人體生理運(yùn)動(dòng)，擺脫血流、呼吸、心跳的束縛，甚至可以擺脫心電門控的束縛，實(shí)現(xiàn)自由無“線”心臟CT掃描，0.13 s三全心掃描，0.6 s完成頭頸心血管CTA同時(shí)成像。iCT利用最新一代全模型迭代技術(shù)（IMR）在大幅降低成像劑量的前提下，不僅關(guān)注了冠脈成像的整體圖像質(zhì)量，同時(shí)還著重評(píng)估了冠脈中遠(yuǎn)段細(xì)小分支的顯示質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)了放射成像的低劑量與高質(zhì)量的完美結(jié)合。隨著CT軟硬件技術(shù)的不斷提高，一些新的應(yīng)用如兒童先心病、心功能的評(píng)價(jià)也在逐步拓展。

4.小結(jié)

在一次心跳中完成全心成像包括對(duì)冠狀動(dòng)脈解剖結(jié)構(gòu)、冠狀動(dòng)脈斑塊成分、局部心室壁運(yùn)動(dòng)、心肌灌注及瓣膜運(yùn)動(dòng)的評(píng)價(jià)，并且無需控制心率，無運(yùn)動(dòng)偽影，這將是未來研究的重點(diǎn)。低對(duì)比劑、低輻射量成像的研究逐步成熟，未來可著眼于心臟CT掃描參數(shù)的進(jìn)一步優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)圖像質(zhì)量的準(zhǔn)確顯示，使其成為心臟一站式檢查的重要手段。隨著CT技術(shù)進(jìn)步，不論是CT的掃描速度、精度、圖像質(zhì)量都在不斷地進(jìn)步，心臟成像也必然向著高時(shí)間分辨率、高空間分辨率、低輻射劑量并脫離門控技術(shù)的方向發(fā)展，一些新的臨床應(yīng)用和臨床學(xué)科也必定出現(xiàn)。

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Technology and Clinical Applications of Cardiac Computed Tomography Imaging

LI Guang-yi CHENG Qi-yuan SUN Xin GUO Zhi-zhang Shandong Provincial Hospital affliated to Shandong University (Jinan 250021)

With the continuous development of computed tomography technology and the appearance of ultra premium computed tomography (CT), cardiac computed tomography imaging has become a perfect noninvasive tool for diagnosing the coronary and cardiac disease. The key technology of cardiac computed tomography image, including spatial resolution, temporal resolution, low doses of radiation and electrocardiogram-gating, was investigated detailedly. Moreover, this paper presents the clinical applications of cardiac computed tomography imaging in diagnosis of coronary artery lesions, myocardial perfusion and coronary atherosclerosis. Finally, the technical characteristics of ultra premium CT were elaborated.

computed tomography(CT), cardiac imaging, key technology, clinical applications

1006-6586(2017)01-0005-04

R814.42

A

2016-11-03