冠脈正常者雙層探測器能譜CT靜息態(tài)心肌灌注成像的作用

鄒 穎，劉鐵芳，李 濤，鄧薇薇，祁 磊，羅春材，楊 立

1中國人民解放軍總醫(yī)院海南醫(yī)院放射科，海南三亞572013 2中國人民解放軍總醫(yī)院第一醫(yī)學中心放射科，北京100853 3飛利浦臨床科學部，上海 200072

心肌血池成像是評價心肌微循環(huán)狀態(tài)和心血管疾病預后和不良事件的重要檢查方法[1]。雙能量CT心肌血池成像可以直接反映增強后心肌內碘的分布，從而間接反映心肌的血流灌注情況。使用不同的CT掃描儀進行雙能量成像，成像原理不盡相同，獲得的結果也不盡相同。目前只有少量的研究使用雙源CT和寶石能譜CT雙能量成像評價心肌缺血和梗死的研究[2- 3]，對于正常人心肌各節(jié)段靜息態(tài)血流灌注是否相同尚不清楚。雙層探測器能譜CT是近年新發(fā)展的雙能量CT技術，本研究使用雙層探測器能譜CT雙能量成像，評價靜息態(tài)的心肌血流灌注情況，探討其臨床應用價值。

對象和方法

對象本研究屬于前瞻性研究，所有患者已知掃描方案并簽署了知情同意書。前瞻性地連續(xù)入選2019年4至8月在中國人民解放軍總醫(yī)院海南醫(yī)院疑似冠心病的156例患者，行雙層探測器雙能量冠狀動脈CT血管成像(coronary CT angiography，CCTA)。納入標準：(1)竇性心律，心率<70次/min；(2)冠脈CCTA檢查結果提示冠狀動脈正常。排除標準：(1)碘過敏史；(2)嚴重心、肝、腎功能不全；(3)心律失常；(4)冠脈支架植入或冠脈旁路移植術后；(5)冠脈輕-重度不同程度的狹窄或閉塞；(6)冠脈淺表型或深在型心肌橋；(7)冠脈起源、行程或終止異常；(8)既往有心肌梗死或心肌病、心肌炎的病史；(9)安裝心臟起搏器；(10)不能配合屏氣的。28例患者納入研究，男性16例、女性12例，年齡28～67歲，平均(48.07±9.67)歲。

檢查方法采用雙層探測器能譜CT(IQon CT，Philips N.V.)先進行回顧性的心電門控冠脈CCTA掃描，之后立即行心肌灌注成像檢查。掃描范圍從氣管分叉下2 cm到膈肌水平。掃描前用20 G套管針穿刺肘靜脈，連接心電門控，并對患者進行呼吸訓練。采用頭足方向，團注追蹤技術監(jiān)測主動脈根部的CT值，使用雙筒高壓注射器，對比劑使用碘海醇(350 mg/ml，GE 醫(yī)療科技，USA)以4.5 ml/s的速度注入70 ml，然后再以同樣的速度注入30 ml生理鹽水，當主動脈根部CT值到達90 HU時，延遲5 s進行掃描。CCTA掃描參數：管電壓120 kVp，自動管電流，準直器寬度64×0.625 mm，探測器寬度40 mm，球管轉速270 ms，螺距0.18，層厚 0.625 mm。心肌灌注成像采用步進方式(step-shoot)進行前瞻性掃描，掃描參數包括：管電壓為120 kVp，管電流80 mAs，準直器寬度 64 ×0.625 mm，探測器寬度40 mm，層厚0.625 mm。

掃描后原始數據被重建成常規(guī)的120 kVp的混合能量圖像和能譜為基礎的圖像(spectral based image，SBI)。CCTA圖像采用回顧性心電門控，分別在最佳收縮期和舒張期以0.9 mm的層厚進行重建，重建間隔0.45 mm，采用IDose 3迭代重建算法。SBI的數據采用spectral 3的重建方式進行重建，重建層厚0.9 mm，重建間隔0.45 mm。所有重建的圖像傳到星云后處理工作站(IntelliSpace Portal，飛利浦醫(yī)療臨床醫(yī)學部)進行后處理。

圖像后處理方法CCTA圖像重建：將重建好的冠脈CCTA最佳收縮期以及舒張期橫軸位圖像調入全心分析軟件內，圖像經最大密度投影、曲面重建、容積再現等處理后，用于冠脈血管的評價。

心肌靜息態(tài)灌注成像圖像評價：將心肌灌注成像數據調入光譜瀏覽器軟件內，原始橫軸位圖像重建成心臟短軸位圖像，根據美國心臟協(xié)會17段心臟節(jié)段分析方法[4]，分別在常規(guī)混合能量圖像、碘密度圖、有效原子序數圖上測量主動脈根部及心肌的CT值、碘密度以及有效原子序數。感興趣區(qū)在常規(guī)混合能量圖像上進行勾畫，自動拷貝到碘密度圖和有效原子序數圖上，因此感興趣區(qū)的大小和位置在各參數圖上均一致。圓形的感興趣區(qū)分別放置在主動脈根部，左心室基底部層面，心室中部層面，心尖部層面的前壁、前間壁、下間壁、下壁、下側壁、側壁，大小約14 mm2，注意避免放置在心肌外及心腔內，分別測量心肌各個節(jié)段的CT值、碘密度、有效原子序數。絕對值即為測量值，相對值為各個測量值與主動脈根部測量值的比值。

統(tǒng)計學處理建立Microsoft Excel數據庫，采用MedCalc Version 18.0統(tǒng)計包進行統(tǒng)計學分析[5- 6]。Kolmogorov-Smirnov檢驗計量資料是否符合正態(tài)分布，符合正態(tài)分布用均值±標準差表示。非正態(tài)分布用中位數和四分位數區(qū)間來表示。比較正常人靜息態(tài)心肌各個節(jié)段的CT值、碘密度、有效原子序數的差異，滿足正態(tài)分布的采用單因素重復測量方差分析(Anova)檢驗，兩兩比較采用Bonferroni校正檢驗；不滿足正態(tài)分布的采用Friedman非參數檢驗，兩兩比較采用Covoner(1999)事后檢驗[7]。P<0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

結 果

碘密度對心肌各節(jié)段碘密度絕對值進行比較，結果顯示第1～6心肌節(jié)段碘密度絕對值差異無統(tǒng)計學意義(P=0.100)；第7～12心肌節(jié)段碘密度絕對值差異有統(tǒng)計學意義(P<0.001)，第7、10～12段均與8、9段不同；第13～16心肌節(jié)段碘密度的絕對值差異無統(tǒng)計學意義(P=0.180)。對心肌各節(jié)段碘密度相對值進行比較顯示心底部第1～6心肌各節(jié)段采用Friedman分析差異均無統(tǒng)計學意義(P=0.100)；心室中部層面第8、9段均與7、10～12段不同；心尖部第13～16心肌各節(jié)段碘密度相對值差異無統(tǒng)計學意義(P=0.134)(表1)。

有效原子序數對心肌各節(jié)段有效原子序數絕對值比較顯示第1～6心肌節(jié)段有效原子序數絕對值差異無統(tǒng)計學意義(P=0.420)；第7～12心肌節(jié)段有效原子序數絕對值差異有統(tǒng)計學意義(P<0.001)，其中第7段與8、9段不同，第8段與7、10～12段不同，第9段與7、11、12段不同，第10段與8段不同，第11、12段均與8、9段不同；第13～16心肌節(jié)段有效原子序數的絕對值差異無統(tǒng)計學意義(P=0.340)。對心肌各節(jié)段有效原子序數相對值比較顯示第1～6心肌節(jié)段差異無統(tǒng)計學意義(P=0.420)；心室中部層面結果顯示第7、8節(jié)段不同(P=0.001)，第8和12節(jié)段不同(P=0.015)；第13～16心肌節(jié)段有效原子序數相對值差異無統(tǒng)計學意義(P=0.266)(表1)。

常規(guī)混合能量CT值對心肌各節(jié)段常規(guī)混合能量CT值絕對值比較顯示第1～6心肌各節(jié)段CT值的絕對值差異無統(tǒng)計學意義(P=0.396)；第7～12心肌節(jié)段CT值的絕對值差異有統(tǒng)計學意義(P=0.046)，但兩兩比較差異均無統(tǒng)計學意義(P均>0.05)；第13～16心肌節(jié)段CT值的絕對值差異有統(tǒng)計學意義(P<0.001)，其中第14段與13、15、16段差異有統(tǒng)計學意義(P<0.001，P=0.016，P=0.013)。對心肌各節(jié)段常規(guī)混合能量CT值相對值比較顯示第1～6心肌節(jié)段差異無統(tǒng)計學意義(P=0.260)；第7～12心肌節(jié)段差異無統(tǒng)計學意義(P=0.190)；第14段與13、15、16段差異有統(tǒng)計學意義(P<0.001，P=0.027，P=0.0133)(表1)。

討 論

本研究顯示冠脈正常人左室中部層面各節(jié)段的碘密度及有效原子序數差異有統(tǒng)計學意義，基底部層面及心尖部層面心肌各節(jié)段的碘密度值及有效原子序數差異無統(tǒng)計學意義。

碘作為對比劑，在不同能量X線吸收特點不同，可以重建出在心肌的分布圖像。定量分析不同區(qū)域碘含量的差異，可以間接反映不同區(qū)域血液灌注和血容量信息[8]。理論上，在靜息狀態(tài)下可根據對比劑在心肌的分布定量評價心肌血流。事實上心肌對比劑靜息分布圖反映在特定時刻心肌血供情況，也被稱為“灌注成像”。雙能量CT成像較傳統(tǒng)的單能量CT碘密度圖對心肌灌注缺損的顯示更加明顯[9]。目前，也有一些研究使用能譜CT評價心肌缺血[10- 11]，然而，國內外沒有使用能譜CT評價冠脈正常者心肌的碘分布情況。本研究顯示冠脈正常的情況下，基底部、心尖部心肌各節(jié)段碘密度無差異，心室中部層面心肌各節(jié)段碘密度差異有統(tǒng)計學意義，表明冠脈正常的情況下心室中部層面心肌各節(jié)段血流灌注仍有差異，其原因可能是由于心肌本身的復雜結構和血液供應有關。心肌由橫行和縱行的肌纖維交織而成。心室的肌纖維排列復雜，呈螺旋狀排列，大致呈內縱、中環(huán)、外斜3層。而心肌膜的心肌纖維束又分為表淺球螺旋束、表淺螺旋肌束、深球螺旋肌、深螺旋肌，間質充滿結締組織。而且，肌纖維的排列在不同的個體心臟之間有很大的區(qū)域性差異。而心肌的血液供應除了心外膜支以外，還有分布到心肌內層、肉柱、乳頭肌的直型支。毛細血管走行方向與心肌平行，排列成層，數目與心肌纖維的數目接近1∶1[12]。因此，心肌結構的復雜性導致心肌節(jié)段血流灌注的差異性。本研究對冠脈正常者靜息態(tài)心肌瞬時碘分布給出一個參考值，初步了解冠脈正常者瞬間心肌不同層面的各個節(jié)段碘密度分布是否有差異，從而可以更好地解釋異常。

表1 心肌各個節(jié)段碘密度、有效原子序數、混合能量CT值的絕對值和相對值

有效原子序數圖是基于組織的有效原子序數不同獲得的彩色編碼圖，有效原子序數與物質的組成成分及比例有關，代表更高水平的物質差異[13]。不同區(qū)域的有效原子序數差異，提示這些區(qū)域物質化學組成成分及比例不同。本研究顯示正常人左心室中段層面心肌各節(jié)段有效原子序數不同，這可能跟心室中部層面各節(jié)段碘密度不同有關，因此，物質組成的比例不同導致了其有效原子序數不同。

心肌灌注成像的準確性易受X線束中低能級X線光子形成的線束硬化偽影的影響，表現為黑色的點狀或條紋狀的陰影。線束硬化偽影遇到高密度的物質如金屬、骨等高對比的界面會被放大[14]。測量心肌內的碘密度分布時，由于心腔內造影劑濃度高，形成的線束硬化偽影重。為了克服這一缺點，本研究沒有在CCTA這一期圖像上進行碘密度的測量，而是在其后立即以前門控方式進行一期低劑量掃描的圖像進行碘濃度的測量，此時心腔內碘的濃度已經明顯降低，線束硬化偽影也大大下降了。

雙層探測器能譜CT的一個優(yōu)勢在于可以最大限度地降低線束硬化偽影。雙能量CT物質分離可以在X線投射水平進行，也可以在成像空間進行[15]。X線投射水平的物質分離要求高能和低能X線在時間和空間上配準，因此，這種方法只適用于快速切換kVp和雙層探測器能譜CT，雙源雙能CT使用的是成像為基礎的方法進行物質分離。文獻報道X線投射水平的物質分離比成像水平的物質分離可以更好地校正線束硬化偽影[16]。雙層探測器能譜CT是使用立體的雙層探測器分別探測單源的持續(xù)的管電壓發(fā)出的一束X線中的高能級及低能級光子，轉換成兩組能量數據，并重建出能量圖像，從而實現“同時、同源、同向”的能譜成像[17- 18]，由于具有極好的空間和時間的配準，允許在X線投射空間進行物質分離，能夠更好地進行線束硬化偽影的校正[16]，有利于碘濃度等測量的準確性。有研究顯示雙層探測器能量CT能夠準確地測量碘濃度[19]。

本研究具有一定的局限性。第一，前瞻性研究的樣本量比較小，下一步需要進一步擴大樣本量。第二，本研究并沒有對圖像質量進行評價。由于本研究納入的患者都是心率低于70次/min的竇性心律患者，且屏氣配合好，所以圖像質量都達到冠脈檢查的診斷要求，因此并沒有進行圖像質量的客觀評價。

綜上，雙層探測器能譜CT可以定量分析心肌各節(jié)段的碘濃度和有效原子序數，冠脈正常者左心室中部層面各節(jié)段的碘濃度和有效原子序數不同，反映冠脈正常者左心室中部層面各節(jié)段的灌注不同。