能譜CT在冠狀動脈成像中的應(yīng)用進(jìn)展

楊林林，侯 陽

(中國醫(yī)科大學(xué)附屬盛京醫(yī)院放射科，遼寧 沈陽 110004)

能譜CT的出現(xiàn)，使CT從單一依賴CT值衰減成像發(fā)展為能夠進(jìn)行多重能級成像及物質(zhì)分離的多元成像的影像學(xué)檢查方法。近年來，諸多先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用于冠狀動脈CTA[1]，在提高冠狀動脈CTA圖像質(zhì)量、精確分析量化冠狀動脈斑塊特征、降低輻射劑量等方面均已取得一定進(jìn)展。

1 能譜CT成像原理與技術(shù)

1.1 成像原理 能譜CT成像的物理基礎(chǔ)：①球管產(chǎn)生的X線具有連續(xù)的能量分布；②通過測量X線在物體中的吸收來成像，這種衰減能夠客觀反映X線的能量；③物體對X線的吸收通過光電效應(yīng)與康普頓效應(yīng)完成，二者共同決定物質(zhì)的衰減曲線；③任何物質(zhì)均有對應(yīng)的衰減曲線，可選擇2種相應(yīng)比例基物質(zhì)的組合來表達(dá)一個(gè)未知物質(zhì)對X線的吸收，醫(yī)學(xué)上常應(yīng)用碘與水進(jìn)行成像組合及物質(zhì)分離，通過計(jì)算碘與水的吸收曲線特性，得出相應(yīng)特定水平的單能量圖像?；谏鲜龌驹?，能譜CT在原有CT的基礎(chǔ)上增加能量分辨率及理化性質(zhì)分辨率參數(shù)，并將圖像信息由單一能量拓展到二維能量成像。

1.2 成像技術(shù) 能譜CT主要有5種不同成像技術(shù)：①雙球管雙能量成像，配備2套球管及探測器，每個(gè)探測器分別接收X線；②單源瞬時(shí)kVp切換技術(shù)，掃描時(shí)采用高、低能量管電壓快速切換，以單一探測器接收方式進(jìn)行數(shù)據(jù)采集；③雙層探測器技術(shù)，應(yīng)用混合能量管電壓，搭配雙層探測器分別接收高、低能量X線；④旋轉(zhuǎn)kVp切換技術(shù)，分別在2種不同管電壓條件下進(jìn)行2圈容積掃描，管電壓瞬時(shí)切換，以單一探測器進(jìn)行接收；⑤光子計(jì)數(shù)技術(shù)，對X線產(chǎn)生的能譜進(jìn)行光子分段計(jì)數(shù)，更加細(xì)化能譜區(qū)，以獲得更精準(zhǔn)的圖像，但尚未應(yīng)用于臨床。

2 能譜CT在冠狀動脈成像中的應(yīng)用

2.1 優(yōu)化冠狀動脈圖像質(zhì)量 低keV成像時(shí)，碘離子能譜衰減曲線與X線相近，光電效應(yīng)的影響增強(qiáng)，提高不同組織圖像對比度，可進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)低對比劑濃度掃描成像。將低能級的能譜成像應(yīng)用于心肌灌注及冠狀動脈掃描，與傳統(tǒng)CT相比，CNR及SNR均明顯增高[2]。Raju等[3]對102例患者進(jìn)行前瞻性研究，探討能譜CT降低碘負(fù)荷的可行性，發(fā)現(xiàn)將濃度為320 mgI/ml的對比劑稀釋10倍，60 keV重建圖像的CNR及SNR近乎等同于常規(guī)對比劑濃度掃描圖像，可在不影響診斷結(jié)果的前提下減少碘負(fù)荷50%以上。Carrascosa等[4]的研究也證實(shí)低濃度對比劑聯(lián)合50～60 keV成像時(shí)，圖像CNR及SNR與常規(guī)CTA圖像無明顯差別，且碘負(fù)荷可減少至60%。國內(nèi)學(xué)者[5]應(yīng)用濃度為270 mgI/ml的對比劑，在65 keV條件下進(jìn)行能譜CT成像，同樣發(fā)現(xiàn)圖像CNR、SNR及噪聲與常規(guī)CT 120 kVp下掃描差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2.2 診斷冠狀動脈狹窄 評估冠狀動脈狹窄程度對后續(xù)治療方案的制定具有決定性作用。常規(guī)冠狀動脈CTA在鈣化斑塊嚴(yán)重時(shí)常存在高估管腔狹窄的情況，應(yīng)用能譜CT不同算法及后處理技術(shù)能夠有效抑制硬化偽影，提高診斷準(zhǔn)確率。Carrascosa等[6]對480個(gè)冠狀動脈節(jié)段進(jìn)行分析，結(jié)果顯示能譜CT圖像的可評估率為96.7%，顯著高于傳統(tǒng)重建算法(87.9%)；且能譜CT對彌漫性鈣化血管能夠有效去除硬化偽影，提高圖像可評估率及質(zhì)量評分。此外，Carrascosa等[7]采用能譜CT對533個(gè)冠狀動脈節(jié)段進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)以冠狀動脈DSA為對照，經(jīng)運(yùn)動校準(zhǔn)后CT圖像的可評估率為98.5%，而傳統(tǒng)重建算法為96.6%。Scheske等[2]對比能譜CT與單能量CT，對39例冠狀動脈硬化患者進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)單能級重建>90 keV時(shí)，冠狀動脈圖像硬化偽影明顯較傳統(tǒng)掃描CT減少，圖像質(zhì)量評分更高。此外，Ruzsics等[8]應(yīng)用雙源雙能量CT在140 kV(70%)結(jié)合80 kV/100 kV(30%)雙能量掃描模式，對595個(gè)冠狀動脈動脈節(jié)段進(jìn)行分析，分別與SPECT和血管內(nèi)超聲診斷結(jié)果對照，發(fā)現(xiàn)CT的診斷敏感度為91%～92%、特異度為79%～91%、準(zhǔn)確率為90%～91%。

2.3 斑塊成分分析 斑塊是導(dǎo)致冠狀動脈狹窄的直接原因，可分為非鈣化斑塊、鈣化斑塊及混合斑塊。利用能譜CT可對X線混合能量進(jìn)行高、低能區(qū)分，并搭配能譜曲線及有效原子序數(shù)等重建算法，有效抑制硬化偽影，更加細(xì)化分析斑塊的成分及穩(wěn)定性。目前對顯示不同類型斑塊應(yīng)選擇何種能級進(jìn)行重建尚存在一定爭議。朱曉紅等[9]認(rèn)為60 keV低能級重建可更好地顯示組織對比度，有利于觀察冠狀動脈內(nèi)非鈣化斑塊；而Stehli等[10]應(yīng)用單源雙能量(0.3～0.5 ms)快速切換CT對37例患者124處冠狀動脈斑塊進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)90 keV重建能級對鈣化及混合斑塊顯示效果最佳，而140 keV更利于顯示非鈣化斑塊。Ohta等[11]研究顯示，70 keV及120 keV重建時(shí)對非鈣化斑塊顯示較清晰。在精細(xì)分析斑塊成分方面，Barreto等[12]早期研究結(jié)果顯示，利用能譜CT能夠精準(zhǔn)區(qū)分鈣化、非鈣化斑塊及混合斑塊，但尚不能區(qū)分非鈣化斑塊亞型(脂質(zhì)、纖維斑塊)。Haghighi等[13]進(jìn)行體外實(shí)驗(yàn)，以病理學(xué)檢查為標(biāo)準(zhǔn)，分別在100 kV及140 kV條件下掃描2種密度及有效原子序數(shù)不同的非鈣化斑塊，發(fā)現(xiàn)利用能譜CT有效原子序數(shù)成像能夠有效區(qū)分不同亞型非鈣化斑塊，且利于發(fā)現(xiàn)脂質(zhì)斑塊中的微鈣化成分。Nakajima等[14]以冠狀動脈血管內(nèi)超聲為對照，對18例患者的冠狀動脈脂質(zhì)及纖維斑塊進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)有效原子序數(shù)可用于分析非鈣化斑塊成分，區(qū)分纖維與脂質(zhì)斑塊的ROC曲線AUC為0.91，顯著高于70 keV能級重建時(shí)以CT值區(qū)分纖維與脂質(zhì)斑塊的AUC(0.79，P<0.05)。

2.4 冠狀動脈支架植入術(shù)后 MSCT為冠狀動脈支架植入術(shù)后的首選復(fù)查方法[15]，但金屬支架產(chǎn)生的容積重疊偽影及射線硬化偽影可降低成像質(zhì)量并干擾支架可視化程度，直徑為3 mm的支架可視率約為80%，直徑<3 mm支架可視率僅為33%[16]。能譜CT的出現(xiàn)改善了傳統(tǒng)MSCT冠狀動脈支架成像的弊端，可有效減少支架帶來的暈狀偽影和硬化偽影[17]。

能譜CT高keV能級成像對顯示支架優(yōu)于低keV能級成像，可有效降低金屬支架的硬化偽影及暈狀偽影，更接近真實(shí)[18-20]。Halpern等[21]在早期體模實(shí)驗(yàn)中將能譜CT掃描方式分為高能量、低能量及傳統(tǒng)CT掃描，對內(nèi)徑為2.5、3.5、4.0 mm的支架進(jìn)行分析，結(jié)果顯示傳統(tǒng)CT掃描成像支架內(nèi)徑被低估50%；高能量成像與低能量掃描成像相比，支架管壁厚度降低24%，而內(nèi)徑增加25%。Mangold等[22]應(yīng)用雙源雙能量CT對內(nèi)徑2.25、3.00 mm體模冠狀動脈支架進(jìn)行評估，發(fā)現(xiàn)130 keV重建時(shí)，內(nèi)徑2.25 mm支架可視率為86%，內(nèi)徑3.00 mm支架為82%，而單能量CT掃描結(jié)果分別為64%和62%。Secchi等[23]應(yīng)用能譜CT掃描7例冠心病患者冠狀動脈支架，對掃描圖像分別進(jìn)行40、60、80、100、120 keV重建，發(fā)現(xiàn)隨能級增高，支架金屬偽影寬度從(5.9±1.1)mm(40 keV)逐漸降至(2.7±1.1)mm(100、120 keV)，其中80～120 keV時(shí)偽影差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。王彥懿等[17]報(bào)道，80 keV重建冠狀動脈支架內(nèi)徑顯示差(artificial lumen narrowing， ALN)最小，為(36.1±3.7)%，圖像主觀質(zhì)量評分也較高，為31分。Carrascosa等[7]對21例患者共62枚支架進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)能譜CT在重建能級≤80 keV時(shí)，冠狀動脈支架的暈狀偽影較大，影響支架的可評估性。應(yīng)用能譜CT的高能級單能量重建，有利于提高冠狀動脈支架的可視率，提高評估支架再狹窄的準(zhǔn)確性。

2.5 輻射劑量 有學(xué)者[24]認(rèn)為，能譜CT與單能量CT的輻射劑量大致相當(dāng)，掃描同一組織時(shí)，雙能量CT輻射劑量并非同等條件下單能量CT的2倍。Han等[25]利用能譜CT對56例冠心病患者進(jìn)行雙能量混合掃描，輻射劑量為(6.1±1.5)mSv。Raju等[3]對102例患者的前瞻性研究發(fā)現(xiàn)，冠狀動脈能譜CT輻射劑量為2.31 mSv，常規(guī)CTA輻射劑量為2.23 mSv。Mangold等[22]應(yīng)用90 kV/150 kV混合雙能量掃描患者冠狀動脈支架，發(fā)現(xiàn)輻射劑量較常規(guī)120 kV掃描降低49%。關(guān)于能譜CT的單源瞬時(shí)kVp切換、雙層探測器及雙球管雙能量技術(shù)的輻射劑量問題，國外學(xué)者[26-27]研究發(fā)現(xiàn)，在保證相同CNR的前提下，雙層探測器雙能量CT輻射劑量約為雙球管雙能量CT的2～5倍，單源瞬時(shí)kVp切換能譜CT的輻射劑量約為雙球管雙能量CT的3倍。

利用能譜CT特有的虛擬平掃技術(shù)可從1次冠狀動脈CTA掃描中獲知與真實(shí)平掃相似的冠狀動脈鈣化情況[28-29]，有利于節(jié)約掃描時(shí)間及降低輻射劑量，通過虛擬去碘重建得出的鈣化積分與無碘掃描時(shí)鈣化積分高度一致[28-29]。此外，Yamada等[30]發(fā)現(xiàn)能譜CT虛擬去碘重建較傳統(tǒng)無碘掃描可降低20%的輻射劑量；Fuchs等[31]的研究同樣證實(shí)采用虛擬去碘重建替代無碘掃描可使輻射劑量降低51%。雖然以上研究[30-31]結(jié)果具有較好的指導(dǎo)性，但虛擬平掃技術(shù)現(xiàn)仍處于起步階段，需進(jìn)行大量精確后處理操作與算法糾正才能避免將真正的鈣化成分被錯(cuò)誤地去除。

3 能譜CT冠狀動脈成像的局限性

能譜CT在冠狀動脈成像中仍存在一定局限性：①對冠狀動脈斑塊成分細(xì)化分析技術(shù)尚不成熟；②低keV重建時(shí)圖像對比度雖明顯提高，但同時(shí)也增大了背景噪聲，影響圖像質(zhì)量；③當(dāng)冠狀動脈狹窄程度≥50%時(shí)，僅依據(jù)冠狀動脈解剖形態(tài)的狹窄程度難以判斷心肌血流狀況，還需結(jié)合心肌灌注CT、超聲心動圖等其他檢查綜合診斷。

綜上所述，能譜CT多樣化的技術(shù)算法及后處理方法，使其在優(yōu)化對比劑應(yīng)用、改善冠狀動脈圖像質(zhì)量、提高冠狀動脈狹窄診斷準(zhǔn)確性及冠狀動脈支架可視率、降低輻射劑量方面均取得較大進(jìn)展，且在斑塊成分精準(zhǔn)分析中具有一定潛力，有望在今后為臨床提供更多有價(jià)值的診斷信息。