低劑量冠狀動(dòng)脈CTA支架成像研究

王曉瑜， 祁榮興 綜述 黃勝 審校

經(jīng)皮冠狀動(dòng)脈介入治療(percutaneous coronary intervention，PCI)已經(jīng)成為冠狀動(dòng)脈粥樣硬化性心臟病(coronary artery disease，CAD)最有效的治療手段之一，但研究顯示使用金屬裸支架出現(xiàn)再狹窄(in-stent restenosis，ISR)的發(fā)生率約11%～40%，即使是使用藥物涂層支架，其ISR的發(fā)生率仍然不可忽視[1]，因此PCI術(shù)后支架的隨訪具有重要意義。目前，侵入性冠狀動(dòng)脈造影(invasive coronary angiography，ICA)仍是檢測(cè)ISR的金標(biāo)準(zhǔn)，但該方法有創(chuàng)，費(fèi)用高且易出現(xiàn)并發(fā)癥[2]。而冠狀動(dòng)脈CT血管成像(coronary computed tomographic angiography，CCTA)作為一種檢測(cè)支架內(nèi)再狹窄、支架斷裂或支架內(nèi)血栓形成等并發(fā)癥的方法[3]，其相對(duì)可靠和無創(chuàng)，在PCI術(shù)后隨訪中起到重要作用。根據(jù)國際放射防護(hù)委員會(huì)(International Commission of Radiological Protection，ICRP)提出的輻射防護(hù)最優(yōu)化原則(as low as reasonably achievable，ALARA)，如何使PCI術(shù)后患者在CCTA檢查時(shí)既能保證圖像質(zhì)量、達(dá)到診斷要求，又能降低輻射劑量，仍是現(xiàn)在關(guān)注的熱點(diǎn)之一。

CCTA支架成像技術(shù)現(xiàn)狀

目前，隨著PCI技術(shù)的發(fā)展和廣泛應(yīng)用，支架術(shù)后的隨訪成為CCTA的主要適應(yīng)證之一[4]。CCTA通過肉眼觀察支架內(nèi)管腔(是否存在內(nèi)膜增生等)情況和測(cè)量PCI術(shù)后管腔內(nèi)密度衰減梯度值及定量分析，或觀察支架遠(yuǎn)端血管充盈情況[5]，直接或間接地對(duì)支架內(nèi)再狹窄的程度作出評(píng)估。研究顯示[6-7]CCTA評(píng)估支架的主要限制因素有時(shí)間及空間分辨率不足，部分容積效應(yīng)及支架線束硬化偽影等，這些因素造成支架管腔內(nèi)的情況顯示欠清，從而影響支架評(píng)估的準(zhǔn)確性。Kitagawa等[6]研究表明使用16排螺旋CT進(jìn)行CCTA支架成像，對(duì)內(nèi)徑≥3.5 mm的不銹鋼或鈷制支架的腔內(nèi)情況可評(píng)估率高達(dá)88.6%，而內(nèi)徑為2.5 mm的支架由于金屬偽影和部分容積效應(yīng)的影響大多無法評(píng)估。

隨著CT技術(shù)的不斷革新，PCI術(shù)后支架的非侵入性CTA評(píng)估已成為可能。目前，320排螺旋CT具有覆蓋范圍高達(dá)16 cm的探測(cè)器，可實(shí)現(xiàn)在單次機(jī)架旋轉(zhuǎn)或心臟跳動(dòng)中完成心臟的全掃描[8]；第二代雙源CT(dual-source computed tomography,DSCT)以其兩套球管/探測(cè)器系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)獲得了75 ms單扇區(qū)時(shí)間分辨率[9]，特別是第三代雙源CT(SOMATOM Force,Siemens Healthcare,Forchheim,Germany)時(shí)間分辨率提高到66 ms，且配備了一個(gè)集成電路檢測(cè)器，能夠獲得更高的Z軸方向的空間分辨率，其特有的單能譜技術(shù)和高級(jí)迭代重建(advanced modeled iterative reconstruction，ADMIRE)技術(shù)[10]能提高支架的診斷準(zhǔn)確性。Mangold等[11]的體外模型研究顯示雙能量CT單能譜重建提高了小內(nèi)徑支架的管腔內(nèi)可視化率，能量130 keV時(shí)直徑2.25 mm的支架平均可視率高達(dá)86%。近年來，冠脈功能學(xué)評(píng)估方法不斷發(fā)展，基于CCTA的數(shù)據(jù)應(yīng)用流體力學(xué)方法得到血流儲(chǔ)備分?jǐn)?shù)(fractional flow reserve,FFR)的技術(shù)稱FFR-CT，研究表明[12]FFR-CT對(duì)PCI術(shù)后患者的血運(yùn)重建和療效的評(píng)估有重要意義。

CCTA支架成像的劑量現(xiàn)狀

隨著冠脈CTA的應(yīng)用越來越普遍，冠脈疾病人群的檢查輻射劑量隨之增加。研究表明[13]CT掃描的輻射劑量可提高惡性腫瘤2%的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)。因此，CCTA輻射劑量問題也越來越引起人們的關(guān)注和重視。

1.劑量參數(shù)

CT掃描時(shí)通常有許多劑量參數(shù)來描述輻射劑量，最常見的是CT劑量指數(shù)(CT dose index，CTDI)、有效輻射劑量(effective dose，ED)。目前，新的研究顯示患者所接受的劑量需取決于體型，美國放射協(xié)會(huì)認(rèn)為[14]特異性體型估算值(size specific dose estimates，SSDE)估算患者的輻射劑量更為精確，該值是利用CT機(jī)上提供的容積CT劑量指數(shù)(volume CT dose index，CTDIvol)和體型轉(zhuǎn)換系數(shù)所得。

2.傳統(tǒng)CCTA支架成像模式的劑量現(xiàn)狀

傳統(tǒng)的CCTA支架成像模式包括前瞻性心電門控掃描、回顧性心電門控掃描、大螺距掃描、雙能量心肌灌注成像等，其中回顧性心電門控掃描需采集整個(gè)心動(dòng)周期，所以輻射劑量最大，高達(dá)13～24 mSv(平均18.5 mSv)[15]。雙能量心肌灌注可以利用碘圖來反映支架植入術(shù)后心肌血流灌注情況，其平均有效輻射劑量達(dá)12 mSv[16]。而根據(jù)國際放射防護(hù)委員會(huì)對(duì)人體不同組織、器官所能夠接受的CT有效輻射劑量提出的要求[17]：胸部5～7 mSv，冠脈鈣化積分1～3 mSv，冠脈CTA 5～12 mSv。

因此，如何使PCI術(shù)后患者在CCTA檢查時(shí)既能保證圖像質(zhì)量、達(dá)到診斷要求，又能降低輻射劑量是目前亟待解決的問題。

3.低劑量支架成像策略

1.管電壓調(diào)制

X線的輻射劑量與管電壓的平方呈正比，因此當(dāng)管電壓降低時(shí)，患者的有效輻射劑量將大幅減低。文獻(xiàn)報(bào)道[18-21]CCTA支架成像的管電壓可從120 kV降低至100 kV，甚至80 kV進(jìn)行對(duì)比研究，Lee等[18]采用高分辨率CT對(duì)正常身體質(zhì)量指數(shù)(body mass index，BMI)患者進(jìn)行低管電壓(100 kVp)與標(biāo)準(zhǔn)管電壓(120 kVp)進(jìn)行冠狀動(dòng)脈支架成像，研究發(fā)現(xiàn)低管電壓組與標(biāo)準(zhǔn)管電壓組圖像質(zhì)量相當(dāng)，可以達(dá)到支架的診斷要求，但患者的有效輻射劑量降低了近50%。Eisentopf等[19]研究顯示在管電壓、管電流分別降低至80 kV、165 mA時(shí)進(jìn)行前瞻性心電門控采集，結(jié)合迭代重建技術(shù)優(yōu)化圖像，既能降低輻射劑量(0.32 mSv)又具有合理的診斷準(zhǔn)確性。

降低管電壓會(huì)降低X線的能量，提高腔內(nèi)碘對(duì)比劑的CT值，間接增加了血管與鄰近組織的對(duì)比分辨率，使CCTA支架成像的雙低掃描成為可能。楊帆等[20]研究顯示與常規(guī)掃描組(120 kV、370 mg I/mL)相比，雙低掃描組(80 kV、270 mg I/mL)在滿足診斷要求的前提下，有效輻射劑量降低了近32%，且對(duì)支架管壁及腔內(nèi)情況的顯示更佳，更有助于檢測(cè)支架內(nèi)膜增生、支架內(nèi)再狹窄等并發(fā)癥。值得注意的是，降低管電壓雖能降低有效輻射劑量，但會(huì)降低支架圖像信噪比(signal noise ratio，SNR)，因此，不能一味地降低管電壓。Mangold等[21]研究發(fā)現(xiàn)第三代DSCT根據(jù)BMI應(yīng)用自動(dòng)管電壓選擇(automated tube voltage selection，ATVS)進(jìn)行掃描，相關(guān)分析顯示管電壓和BMI之間存在中度關(guān)聯(lián)(r=0.639)，所以管電壓的選擇也要根據(jù)患者的BMI適當(dāng)做出個(gè)體化調(diào)整，才能滿足臨床診斷的需要。

2.管電流調(diào)制

X線的輻射劑量與管電流呈正比，因此當(dāng)管電流降低時(shí)，患者的有效輻射劑量將相應(yīng)降低。管電流調(diào)制通常包括心電門控(ECG)相關(guān)性管電流調(diào)制與依賴BMI的自動(dòng)管電流調(diào)制(automatic tube current modulation，ATCM)[22]。

ECG相關(guān)性管電流調(diào)制:當(dāng)患者心率低時(shí)，心臟在等容舒張期呈相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)；當(dāng)患者心率高時(shí)，舒張期縮短尤其顯著，心臟在等容收縮期呈相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)，此時(shí)更宜采集成像。因此，能夠在預(yù)定的時(shí)間間隔內(nèi)獲得最大的管電流而在其他時(shí)間間隔使用較低的管電流，可以更好的降低患者的有效輻射劑量。Fleur等[8]在320排CT中對(duì)冠狀動(dòng)脈支架進(jìn)行掃描成像，采用管電壓自動(dòng)調(diào)控和前瞻性心電門控相關(guān)性管電流調(diào)制，研究顯示320排CT在評(píng)估支架內(nèi)再狹窄上有一定的診斷效能，且內(nèi)徑較大和管壁較薄的支架的可視化顯示比內(nèi)徑小的支架更好，在75% R-R間隔內(nèi)平均有效輻射劑量為(3.2±1.1) mSv，在65%～85% R-R間隔內(nèi)平均有效輻射劑量為(7.1±1.7) mSv，對(duì)于需要測(cè)量左室功能的患者平均有效輻射劑量為(10.7±3.6) mSv。

依賴BMI的自動(dòng)管電流調(diào)制:管電流降低會(huì)增加圖像噪聲，降低密度分辨率。而自動(dòng)管電流調(diào)制技術(shù)是根據(jù)患者的體型、厚度、BMI大小等引起的衰減差異進(jìn)行適時(shí)調(diào)整，在保證參考圖像質(zhì)量的前提下，有效降低患者輻射劑量。Siemens公司推出的CARE Dose 4D技術(shù)是其中的一種。王苑丁等[23]在第三代雙源CT中，采用全自動(dòng)CARE Dose4D(參考管電流180 mAs/rot)、CARE kV(參考管電壓100 kV)技術(shù)，有效輻射劑量僅(1.7±0.5) mSv。

3.前瞻性心電門控掃描

心電門控采集數(shù)據(jù)分為前瞻性心電門控(prospective ECG-gating)和回顧性心電門控(retrospective ECG-gating)。前瞻性心電門控掃描是對(duì)提前設(shè)置的采集時(shí)相或心動(dòng)周期的R-R間隙進(jìn)行曝光采集，可以大大降低CCTA成像輻射劑量[15,24-27]。Cui等[24]在高分辨率CT中對(duì)PCI術(shù)后復(fù)查的患者進(jìn)行前瞻性與回顧性心電門控掃描聯(lián)合迭代重建算法來評(píng)估支架的圖像質(zhì)量及腔內(nèi)情況，兩組圖像質(zhì)量無明顯差異，前者輻射劑量降低79%(2.28 mSv vs 11.34 mSv)。楊耀華等[25]應(yīng)用“雙低”掃描技術(shù)(80 kVp，270 mg I/mL)在iCT 256層螺旋CT機(jī)中對(duì)PCI術(shù)后患者進(jìn)行前瞻性與回顧性心電門控掃描，前瞻性組輻射劑量低至(1.90±0.26) mSv。Horiguchi等[26]心臟模型研究表明當(dāng)管電壓為140 kV時(shí)，前瞻性心電門控掃描輻射劑量較回顧性掃描降低了近75%，但仍然可以改善支架內(nèi)再狹窄的可見度。相對(duì)于回顧性心電門控的支架成像，前瞻性心電門控掃描在降低有效輻射劑量的情況下，對(duì)支架評(píng)估的準(zhǔn)確性卻沒有降低。以ICA為金標(biāo)準(zhǔn)，Andreini等[15]研究表明基于各組可評(píng)估的支架中，前瞻性心電門控組診斷支架內(nèi)再狹窄的準(zhǔn)確度、特異度、陽性預(yù)測(cè)值(99%、100%、100%)高于回顧性心電門控組(95%、97%、91%)，而有效輻射劑量明顯減低。

然而，前瞻性心電門控掃描也會(huì)有一定的局限，比如不能對(duì)全心進(jìn)行功能分析、對(duì)受檢患者的心率有一定限制等。隨著多排螺旋CT圖像的時(shí)間分辨率不斷地提高，使得CCTA前瞻性心電門控掃描受心率的影響很微小。Lei等[27]研究顯示雙源CT自適應(yīng)性前瞻性心電門控掃描對(duì)高心率(70～110次/分)患者是可行的，且主觀圖像質(zhì)量評(píng)分與回顧性心電門控掃描相似，同時(shí)有效輻射劑量降低了近57%。在256層螺旋CT中，羅開選等[28]研究顯示對(duì)于高心率患者(≥80次/分)，采用自適應(yīng)性前瞻性心電門控CCTA成像，其評(píng)估冠脈狹窄的程度與侵入性冠狀動(dòng)脈造影結(jié)果相一致，且敏感性、陰性預(yù)測(cè)值高達(dá)96.8%、97.7%。

4.卷積核和迭代重建(iterative reconstruction，IR)技術(shù)

冠脈CTA支架成像通常使用的卷積核包括平滑核與銳利核[24,29-31]。平滑核值常用于冠狀動(dòng)脈血管成像的顯示；銳利核值盡管會(huì)增加圖像噪聲，降低圖像質(zhì)量，但其能銳化支架管壁，更好地顯示支架的細(xì)微結(jié)構(gòu)[30]。因此，使用銳利核不僅可以減少支架壁的金屬偽影，改善支架內(nèi)徑的顯示，還能提高診斷支架內(nèi)再狹窄的準(zhǔn)確性[32,33]。Zhou等[30]研究結(jié)果顯示觀察CCTA支架成像的最佳圖像是由銳利核聯(lián)合圖像域迭代重建所得。

近年來IR廣泛應(yīng)用在CCTA支架成像的研究中，相比于濾波反投影算法(filtered back-projection，F(xiàn)BP)，IR有減弱金屬偽影、減小噪聲、改善圖像質(zhì)量的重要作用[34-38]，但增加迭代權(quán)重會(huì)造成圖像失真、蠟像感顯著。Yang等[35]將前瞻性大螺距結(jié)合IR技術(shù)應(yīng)用于CCTA支架成像中，有效輻射劑量僅(1.4±0.5) mSv，圖像質(zhì)量提高，不能診斷的支架的概率較FBP減少(2.5% vs 5.7%，P<0.05)。趙春榮等[36]心臟體模研究對(duì)冠狀動(dòng)脈支架進(jìn)行成像，分別用80 kV結(jié)合IR和120 kV結(jié)合FBP成像，結(jié)果表明兩組圖像主觀評(píng)分無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，但FBP成像組的平均內(nèi)徑顯示率為37.73%，IR成像組的平均內(nèi)徑顯示率達(dá)43.31%，較FBP成像組提高了近5.4%，而且有效輻射劑量明顯降低。Ebersberger等[38]研究顯示即使在輻射劑量降低50%的情況下，IR仍能改善冠狀動(dòng)脈支架的圖像評(píng)估，有著提高支架內(nèi)再狹窄的檢測(cè)準(zhǔn)確性并減少假陽性率的潛力。

ADMIRE是西門子公司推出的三代迭代重建技術(shù)，該迭代基于原始數(shù)據(jù)域、圖像域和模型域，通過不斷地將由正向投影產(chǎn)生的“虛擬原始數(shù)據(jù)”與探測(cè)器實(shí)際采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，進(jìn)而減少偽影、減少輻射、減低噪聲[10]。Nils等[39]在心臟體模研究中，ADMIRE聯(lián)合銳利核重建的圖像提高了支架內(nèi)徑的可視化率。

東芝320排CT的基于正投影模型的迭代重建(forward projected modelbased iterative reconstruction solution，F(xiàn)IRST)和自適應(yīng)迭代劑量降低技術(shù)(adaptive iterative dose reduction 3D，AIDR 3D)也屬于IR技術(shù)。Tatsugami等[40,41]研究表明與AIDR 3D相比，F(xiàn)IRST的冠狀動(dòng)脈支架圖像質(zhì)量更佳，支架內(nèi)CT值凈增比更低，且檢測(cè)支架內(nèi)再狹窄的靈敏度及陰性預(yù)測(cè)值高達(dá)100%。

因此，采用IR技術(shù)可在使用銳利核、降低kV、mAs引起的圖像噪聲増加時(shí)，對(duì)圖像質(zhì)量進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)CCTA支架成像的低劑量檢查。

5.大螺距掃描

螺距定義為掃描床的速度與層厚之比，螺距越大，則掃描時(shí)間越短，因此，增大螺距不僅可以縮短掃描的時(shí)間，減少掃描過程中的心臟搏動(dòng)偽影，還可以大大降低患者的輻射劑量。螺距從傳統(tǒng)的0.2到現(xiàn)在3.4，輻射劑量可減少到1 mSv左右[34,35,42]。Xia等[34]通過大螺距、標(biāo)準(zhǔn)螺距及低螺距3種掃描方式，患者心率≤65次/分，研究表明三者之間支架的圖像質(zhì)量相當(dāng)，但是采用大螺距掃描的有效輻射劑量最低，僅為(1.0±0.5) mSv。Wichmann等[42]在第二代雙源CT采用大螺距掃描和前瞻性心電門控掃描進(jìn)行分組對(duì)比研究，管電壓設(shè)為100 kV，前者的有效輻射劑量[(1.27±0.62) mSv]低于后者[(2.04±0.94) mSv]。Yang等[35]采用前瞻性大螺距掃描(螺距為3.4)聯(lián)合IR技術(shù)，診斷支架內(nèi)再狹窄的陰性預(yù)測(cè)值在內(nèi)徑>3 mm的支架中高達(dá)100%，在內(nèi)徑≤3 mm的支架中為90%，有效輻射劑量僅(1.4±0.5) mSv。

大螺距掃描可以顯著的降低輻射劑量，但是其對(duì)受檢者的心率要求非常嚴(yán)格，心率需穩(wěn)定且低于65次/分，因此在臨床應(yīng)用中，對(duì)于滿足要求的患者可采用大螺距掃描，既能保證圖像質(zhì)量、達(dá)到診斷要求，又能降低輻射劑量。

小結(jié)與展望

隨著多排螺旋CT圖像的空間分辨率與時(shí)間分辨率不斷地提高，冠脈CTA成像對(duì)檢測(cè)支架內(nèi)再狹窄的準(zhǔn)確性顯著上升，非侵入性CTA在PCI術(shù)后的隨訪中扮演著越來越重要的角色。CCTA支架成像可以通過管電壓調(diào)制、管電流調(diào)制、前瞻性心電門控掃描、大螺距掃描等方式來降低輻射劑量，結(jié)合迭代重建技術(shù)來優(yōu)化圖像質(zhì)量、達(dá)到診斷要求。能否在降低輻射劑量的條件下，保證支架的圖像質(zhì)量和小內(nèi)徑支架的管腔內(nèi)顯示是現(xiàn)在CCTA支架成像的研究熱點(diǎn)之一。第三代DSCT時(shí)間分辨率達(dá)66 ms，聯(lián)合ADMIRE技術(shù)，未來低劑量CCTA在PCI術(shù)后隨訪復(fù)查中對(duì)支架成像的應(yīng)用將更加廣泛。