寶石能譜CT冠狀動脈成像的臨床應(yīng)用進展

常 荷，田 騫，張喜榮

(1.陜西中醫(yī)藥大學(xué)醫(yī)學(xué)技術(shù)學(xué)院，陜西 咸陽 712000； 2.陜西中醫(yī)藥大學(xué)附屬醫(yī)院影像科，陜西 咸陽 712000)

近年來，冠心病的病死率呈逐年上升趨勢，嚴重危害人類健康[1]。隨著多排螺旋CT技術(shù)的不斷發(fā)展，心血管圖像的成像質(zhì)量不斷提高，CT檢查因無創(chuàng)性而逐漸取代了冠狀動脈造影在心血管病變診斷中的地位[2]。寶石能譜CT(以下簡稱能譜CT)采用石榴石添加稀有元素作為探測器材料，對高壓發(fā)生器、數(shù)模采集轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、動態(tài)變焦球管、自適應(yīng)統(tǒng)計迭代重建(adaptive statistical iterative reconstruction，ASIR)技術(shù)重建引擎等進行了一系列技術(shù)創(chuàng)新，顯著提升了影像圖片的空間分辨率、密度分辨率以及時間分辨率[3]。能譜CT具備多種技術(shù)算法及強大的后處理系統(tǒng)，如單能量圖像、基物質(zhì)圖像、能譜曲線、有效原子序數(shù)等，在降低對比劑劑量及輻射劑量、提升冠狀動脈圖像質(zhì)量、提高冠狀動脈疾病診斷率等方面取得了較大進展；此外，能譜CT能夠?qū)Π邏K的成分進行分析，為心血管病變的診斷提供了一種更為高效、便捷的影像學(xué)技術(shù)手段[4]。現(xiàn)通過比較常規(guī)CT與能譜CT的冠狀動脈成像特點，對能譜CT的成像原理、新技術(shù)應(yīng)用及其應(yīng)用于冠狀動脈病變診斷評估的進展予以綜述。

1 能譜CT的成像原理與創(chuàng)新

能譜CT成像是基于人體同一組織對不同光子能量以及不同組織對同一光子能量吸收能力的差異，即根據(jù)人體組織特異性和能量水平差異進行成像[5]。能譜CT的探測器為寶石，具有性質(zhì)穩(wěn)定、透氣，純度較高的特點，可提供更好的圖像質(zhì)量，且X線輻射劑量最低，此外，能譜CT探測器的動態(tài)變焦球管能夠自動選擇焦點進行匹配，可獲得更優(yōu)質(zhì)出色的影像圖像。能譜CT以高低電壓瞬時切換以及寶石探測器為技術(shù)核心，可在80 keV與140 keV之間進行能量瞬間切換，達到同時采集兩組數(shù)據(jù)的目的，從而獲得40～140 keV的任意能量圖像，并計算獲得最佳的對比噪聲比(contrast to noise ratio，CNR)，利用Optimal CNR軟件獲得最佳單能量圖像，減輕偽影對成像過程的影響。與常規(guī)CT圖像相比，能譜CT單能量圖像的信噪比和CNR均較好，圖像CT值相對純凈，且在不同患者、不同部位的CT值穩(wěn)定，為影像診斷醫(yī)師提供了更可靠的圖像信息[6-7]。此外，能譜CT能夠?qū)⒛撤N物質(zhì)的衰減轉(zhuǎn)化為兩種已知物質(zhì)的密度，并根據(jù)物質(zhì)吸收系數(shù)評價出其密度及空間分布，從而實現(xiàn)物質(zhì)的成分分析，獲得物質(zhì)分離圖像[8-9]。

2 能譜CT冠狀動脈成像的臨床應(yīng)用

冠狀動脈CT血管成像(CT angiography，CTA)是用于冠狀動脈疾病篩查的無創(chuàng)性檢查手段，在冠心病的診斷及評估方面已逐漸得到臨床醫(yī)師的認可，但仍存在輻射、鈣化、支架、對比劑過敏等問題。隨著影像技術(shù)的不斷發(fā)展，應(yīng)用于臨床的能譜CT各項技術(shù)不斷創(chuàng)新，為上述問題提供了較好的解決辦法，優(yōu)勢顯著。

2.1降低輻射劑量與造影劑用量 CT是發(fā)現(xiàn)和診斷人體全身各系統(tǒng)疾病的有效影像學(xué)檢查手段，但其X線成像原理所致的輻射損傷一直備受關(guān)注，尤其是冠狀動脈CTA的輻射劑量不容忽視。能譜CT配有寬體探測器，心臟冠狀動脈掃描的用時較常規(guī)CT明顯縮短，此外，前瞻觸發(fā)點掃描技術(shù)的應(yīng)用使 X線曝光時間亦明顯縮短，以此減少輻射劑量。黃科峰等[10]的研究表明，在不影響圖像質(zhì)量的前提下，能譜CT冠狀動脈成像較常規(guī)CT的輻射劑量減少80%～90%。能譜CT可以顯著減少輻射劑量，但前瞻性心電門控掃描對患者心率的要求較嚴格，若心率過快或心率變異>5 次/min時，圖像質(zhì)量降低，故檢查前要求患者心率控制在65 次/min以下，如使用降心率藥物、平復(fù)心情、減少運動等[11]。隨著影像技術(shù)的不斷發(fā)展，能譜CT可在低輻射劑量下完成掃描，并獲得較高的圖像質(zhì)量，具有廣闊的臨床應(yīng)用前景。

除輻射損傷外，冠狀動脈CTA時造影劑的應(yīng)用也可能導(dǎo)致患者出現(xiàn)過敏、腎功能損害以及心功能損害等情況。造影劑損傷可能與增強掃描過程中一次性向患者體內(nèi)注射高濃度造影劑有關(guān)[12]。能譜CT可在保證成像質(zhì)量的前提下，減少造影劑用量，從而有效減少造影劑過敏的發(fā)生。唐皓等[13]應(yīng)用低濃度對比劑結(jié)合能譜CT對冠狀動脈的研究發(fā)現(xiàn)，采用100 kVp管電壓、對比劑碘克沙醇濃度為270 mg/mL的研究組的對比劑用量較采用120 kVp管電壓、對比劑碘普羅胺濃度為370 mg/mL的對照組降低(P<0.05)；兩組冠狀動脈圖像質(zhì)量比較，差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)，表明減少對比劑用量對能譜CT的成像質(zhì)量無影響，且圖像能夠滿足診斷要求。古麗娜· 阿扎提等[14]應(yīng)用能譜CT結(jié)合低濃度對比劑行冠狀動脈CT成像的研究發(fā)現(xiàn)，降低患者碘攝入量仍可獲得與常規(guī)120 kVp前瞻性心電門控掃描相當?shù)膱D像質(zhì)量，對減少患者造影劑損害的不良影響有重要意義。陳嬌等[15]采用100 kVp前瞻性心電門控掃描聯(lián)合低濃度對比劑(碘濃度300 mg/mL)得到的圖像質(zhì)量高于常規(guī)CT，并在減少碘造影劑用量的同時，降低了輻射劑量。以上研究均表明，能譜CT低輻射低對比劑條件下冠狀動脈CTA的圖像質(zhì)量優(yōu)于常規(guī)冠狀動脈CTA，或兩者相當，可充分滿足臨床診斷的需要。

2.2提高冠狀動脈CTA的圖像質(zhì)量

2.2.1最佳單能量的應(yīng)用 能譜CT可在140 kVp高能掃描后瞬時切換為80 kVp的低能掃描，并獲得2組能量采樣數(shù)據(jù)，經(jīng)過數(shù)據(jù)分析重建獲得40～140 keV的多組單能量圖像，其中，處于最佳信噪比的單能量圖像無硬化偽影。較低能量條件下所采集圖像的不同組織間的對比度較高，可較好地顯示病灶及微小血管[16]。李嬌嬌等[17]采用能譜CT對40～140 keV能量下每間隔5 keV的能量圖像進行重建，得出21組單能量圖像，并測量每組圖像的噪聲，計算出正常組和病變組冠狀動脈前降支、左回旋支及右冠狀動脈的信噪比、CNR及病變組中斑塊的CNR的研究表明，60～70 keV水平的能譜CT冠狀動脈成像能量圖像的信噪比和CNR較高，圖像噪聲較低，表明該區(qū)間可作為能譜冠狀動脈CTA的最佳單能量范圍。

能譜CT單能量圖像不僅能夠清晰顯示正常的冠狀動脈圖像，還能提供較高質(zhì)量的支架置入后再狹窄的冠狀動脈圖像。近年來，隨著經(jīng)皮冠狀動脈介入術(shù)(percutaneous coronary intervention，PCI)的廣泛應(yīng)用，急性冠狀動脈綜合征患者的治療及預(yù)后情況得到顯著改善，PCI術(shù)后支架內(nèi)再狹窄的評價也逐漸受到重視[18]。高學(xué)正[19]應(yīng)用能譜單能量圖像評價冠狀動脈支架置入術(shù)后再狹窄患者冠狀動脈狹窄程度的研究顯示，能譜CT評價患者支架內(nèi)再狹窄程度的結(jié)果與PCI比較，差異無統(tǒng)計學(xué)意義，可見，能譜CT可作為PCI患者術(shù)后隨訪或初步篩查的檢查手段。

2.2.2ASIR技術(shù) 能譜CT采用ASIR技術(shù)將迭代重建與能譜重建整合，通過迭代技術(shù)抑制圖像噪聲，提高圖像質(zhì)量，特別是可顯著提升精細結(jié)構(gòu)的顯示效果，從而獲得具有良好空間及密度分辨率的圖像，有利于疾病的準確診斷，并可校正影像，使圖像更真實、誤差最小，從而在低輻射劑量下獲得清晰優(yōu)質(zhì)的影像圖像[20]。與常規(guī)CT掃描相比，ASIR胸部掃描可在圖像噪聲無明顯增加的條件下，降低50%以上的X線輻射劑量[21]。Leipsic等[22]運用ASIR技術(shù)行冠狀動脈CTA發(fā)現(xiàn)，在保證患者圖像質(zhì)量的前提下，采用40%和60%的ASIR重建技術(shù)能夠降低圖像的噪聲。ASIR技術(shù)與能譜CT最佳單能量聯(lián)合應(yīng)用可以在有效降低輻射劑量的同時，進一步優(yōu)化冠狀動脈CTA的成像效果[23]。陳曉俠等[24]應(yīng)用ASIR技術(shù)針對每例受檢患者的身高、體重等信息，制訂出個體化的檢查方案，并經(jīng)過單能量圖像重建減少輻射劑量，有效降低了患者碘造影劑的使用量。

2.2.3冠狀動脈運動追蹤凍結(jié)技術(shù)(snapshot freeze，SSF)技術(shù) SSF技術(shù)是針對冠狀動脈運動分析及凍結(jié)的新技術(shù)，在硬件設(shè)備提升前提下通過算法分析冠狀動脈運動，采集鄰近心動周期的冠狀動脈圖像信息，分析目標期相及其相鄰兩個期相的數(shù)據(jù)，從而獲得冠狀動脈的運動軌跡，對冠狀動脈及心臟運動偽影進行校正，改善圖像質(zhì)量[25]。SSF技術(shù)根據(jù)冠狀動脈分支在1個心動周期不同期相中的運動規(guī)律，通過數(shù)學(xué)模型進行記錄并分析其數(shù)據(jù)信息，追蹤運動軌跡，準確定位和消除運動偽影，從而獲得清晰真實的冠狀動脈圖像，該技術(shù)是當前能譜CT冠狀動脈造影掃描技術(shù)臨床應(yīng)用的新方向。

Tanami等[26]對冠狀動脈狹窄患者行冠狀動脈CTA檢查時發(fā)現(xiàn)，由于運動偽影的干擾，對直徑<2 mm的血管進行評估時，易發(fā)生過度診斷，診斷的假陽性率高達86.5%，而能譜CT的SSF技術(shù)能夠避免心律異常對冠狀動脈造影圖像質(zhì)量的影響。高玉杰等[27]應(yīng)用能譜CT對SSF技術(shù)及不同期相重建技術(shù)改善冠狀動脈圖像質(zhì)量的研究表明，能譜CT冠狀動脈成像SSF算法重建技術(shù)能夠顯著提高冠狀動脈的圖像質(zhì)量，其中左前降支SSF算法重建75%期相的圖像質(zhì)量優(yōu)于45%期相，右狀動脈SSF算法重建45%期相的圖像質(zhì)量優(yōu)于75%期相。

2.3能譜CT在冠狀動脈病變中的臨床應(yīng)用及其優(yōu)勢

2.3.1顯示冠狀動脈斑塊，判斷狹窄程度 對心血管系統(tǒng)進行CT掃描時，碘對比劑所產(chǎn)生的硬化偽影常常干擾血管周圍的鄰近結(jié)構(gòu)，影響圖像的清晰顯示，嚴重時可能造成誤診或漏診。此外，冠狀動脈內(nèi)的鈣化斑塊也可影響醫(yī)師對血管的評價，且冠狀動脈鈣化程度越嚴重，管腔狹窄的評價越困難。

能譜CT以寶石作為探測器材料，對瞬時變能高壓發(fā)生器、動態(tài)變焦球管、數(shù)模采集轉(zhuǎn)換處理系統(tǒng)等進行了一系列的創(chuàng)新，大幅度提高了圖像的空間分辨率，使全身成像空間分辨率達到0.23 mm，冠狀動脈直徑分辨率達到1 mm，同時能夠有效控制冠狀動脈中的硬化偽影，從而提供了高質(zhì)量的影像圖片，為提高冠狀動脈病變的檢出準確率及診斷可靠性提供技術(shù)支持[28]。此外，根據(jù)成分的不同，能譜CT可將斑塊分為軟斑、鈣化斑及混合性斑塊，隨后處理軟件能夠定量分析冠狀動脈狹窄的范圍、直徑及面積等，并根據(jù)CT值的差異將動脈斑塊、管壁及管腔顯示為不同顏色，以便影像醫(yī)師對管腔狹窄程度進行精確測量和定量分析[29]。

2.3.2分析斑塊成分 在常規(guī)CT檢查中，多以CT值來分析斑塊的成分，而能譜CT具備能譜曲線、有效原子序數(shù)圖等，能夠更加直觀、定量、準確地分析斑塊成分，判斷斑塊性質(zhì)，可靠性更高。研究發(fā)現(xiàn)，能譜曲線能夠準確區(qū)分動脈粥樣硬化斑塊中的不同成分，脂質(zhì)斑塊與鈣化斑塊的能譜曲線不同，前者呈弓背上抬型，而后者呈弓背下降型，由此可對動脈粥樣硬化斑塊的穩(wěn)定性進行有效評估，從而指導(dǎo)臨床治療[30-31]?？梢?，能譜CT為分析斑塊成分提供了新的檢查方法，能夠?qū)Σ环€(wěn)定斑塊進行早期診斷及鑒別，盡早臨床干預(yù)，從而降低腦血管疾病的發(fā)生率。田小荀[32]應(yīng)用寶石能譜CT成像結(jié)合血清標志物分析對118例冠心病患者的冠狀動脈粥樣硬化斑塊特征的研究發(fā)現(xiàn)，寶石能譜CT能夠?qū)用}粥樣硬化斑塊的性質(zhì)進行準確分析及判斷，具有較高的臨床意義及應(yīng)用價值。

2.3.3冠狀動脈支架的能譜分析 冠狀動脈內(nèi)支架置入是治療冠狀動脈狹窄的主要方法之一，能夠有效改善冠狀動脈狹窄引起的血流動力學(xué)改變，減輕患者癥狀，臨床應(yīng)用較為廣泛。然而，冠狀動脈支架術(shù)后血管再狹窄的發(fā)生嚴重影響患者預(yù)后，患者生活質(zhì)量也明顯減低。因此，客觀評估冠狀動脈支架術(shù)后再狹窄和閉塞等并發(fā)癥的發(fā)生情況，對冠狀動脈狹窄患者具有重要的意義，逐漸受到醫(yī)師及患者的重視。冠狀動脈造影是診斷冠狀動脈狹窄及評估狹窄程度的“金標準”，但為有創(chuàng)檢查。對心臟內(nèi)存在支架或心臟起搏器的患者，常規(guī)CT檢查時，體內(nèi)的金屬(如支架等)會產(chǎn)生硬化偽影，降低圖像質(zhì)量，影響血管腔的成像[33]。140 keV的能譜CT圖像能夠清晰顯示冠狀動脈支架置入術(shù)后冠狀動脈管腔情況，避免支架金屬硬化偽影的影響，與常規(guī)CT圖像相比，140 keV的單能量能譜CT圖像和水基圖能夠明顯提高支架內(nèi)腔的顯示率，有利于影像醫(yī)師對支架置入術(shù)后患者的冠狀動脈進行觀察及診斷[34]。

3 小 結(jié)

與傳統(tǒng)CT成像相比，能譜CT冠狀動脈成像對冠狀動脈狹窄、冠狀動脈支架置入術(shù)后的成像質(zhì)量以及低劑量成像方面均具有顯著優(yōu)勢。能譜CT單能量圖像能夠降低圖像硬化偽影的影響，提高冠狀動脈圖像質(zhì)量，并可通過單能量圖像精確評價PCI術(shù)后再狹窄的嚴重程度。ASIR技術(shù)的應(yīng)用實現(xiàn)了低造影劑用量與低輻射劑量的能譜CT冠狀動脈檢查。綜上所述，能譜CT冠狀動脈檢查是冠狀動脈CT檢查的重要手段，擁有重要臨床應(yīng)用價值和廣闊的科研前景。