降低冠狀動脈鈣化偽影的CT 技術進展

徐橙 王怡寧*

心血管疾病是當前全球范圍內死亡率最高的疾病，我國現患心血管病人數約2.9 億，其中冠心病病人約1 100 萬[1-2]。因此，對冠心病進行早期診斷十分重要。

1 冠狀動脈鈣化與冠心病

冠狀動脈的鈣化情況常采用CT 進行評估，通過計算鈣化積分可以定量評價冠狀動脈的鈣化程度。臨床上應用最廣泛的鈣化積分是Agatston 積分，計算方法是對單個層面上冠狀動脈鈣化的CT值賦予分值（130～199 HU 為1 分，200～299 HU 為2分，300～399 HU 為3 分，≥400 HU 為4 分），與鈣化面積相乘獲得鈣化積分，所有層面的鈣化積分相加得到總鈣化積分。根據鈣化積分劃分冠狀動脈鈣化程度：0 分，無鈣化；1～10 分，微少鈣化；11～100 分，輕度鈣化；101～400 分，中度鈣化；＞400 分，重度鈣化。在臨床實踐中，病人冠狀動脈鈣化程度常用于輔助亞臨床疾病的檢測、無癥狀個體的預后分層及預防策略的實施，冠狀動脈鈣化的進展與病人發(fā)生心血管事件的風險呈正相關[3]。

2 冠狀動脈的影像學檢查

冠狀動脈常用的影像學檢查包括有創(chuàng)性冠狀動脈血管造影（invasive coronary angiography，ICA）和冠狀動脈CT 血管成像（coronary computed tomographic angiography，CCTA）。ICA 能顯示冠狀動脈狹窄性病變的位置、程度和范圍，是目前診斷冠心病的金標準，但其為有創(chuàng)性檢查，不適合作為穩(wěn)定性冠心病的初步篩查方法。CCTA 由于其無創(chuàng)性特點，已經成為篩查和診斷冠心病的重要方法。多中心研究[4]證實，以ICA 為參照標準，CCTA 對狹窄程度≥50%病變的診斷敏感度達95%～99%，特異度達64%～83%，陽性預測值達48%～86%，陰性預測值達97%～99%，其較高的陰性預測值有利于排除冠狀動脈狹窄性疾病，避免非必要的ICA 檢查；但CCTA 的陽性預測值不高，主要原因是鈣化偽影以及呼吸運動偽影引起管腔狹窄程度被高估。

3 鈣化斑塊對CCTA 診斷準確性的影響

鈣化斑塊會降低CCTA 對冠狀動脈狹窄的診斷準確性。鈣化斑塊在CT 影像上會出現2 種偽影。一種是暈狀偽影，表現為高密度的鈣化邊緣出現星暈樣偽影，遮蓋正常冠狀動脈管腔，導致管腔狹窄程度被高估，進而影響診斷準確性。另一種是線束硬化偽影，表現為在鈣化后方形成低密度條帶。Arbab-Zadeh 等[5]的研究顯示，相比于鈣化積分＞600的病人，CCTA 對鈣化積分＜600 的病人診斷效能更高，診斷特異度從44%提高到90%，陰性預測值從50%提高到83%，CCTA 排除冠心病的價值明顯提高。因此，對于冠狀動脈嚴重鈣化的病人，CCTA 的診斷效能降低，診斷假陽性率較高，會使病人經受不必要的有創(chuàng)性檢查。

4 降低CCTA 鈣化偽影的影像技術

隨著多層螺旋CT 成像技術的進步，多種技術可用于降低鈣化偽影，如提高CT 空間分辨力，采用新的去偽影算法、雙能CT 成像技術、鈣化斑塊減影、迭代重建（iterative reconstruction，IR）及銳利卷積核重建技術等，從而有利于提高CCTA 對冠狀動脈中重度鈣化病人的診斷效能。

4.1 提高CT 空間分辨力 提高CT 的空間分辨力可以降低鈣化偽影。Motoyama 等[6]比較了超高分辨力CT（ultra-high-resolution CT，U-HRCT；1 792 通道，0.25mm 層厚，128 層）與傳統(tǒng)分辨力CT（conventionalresolution CT，CRCT；896 通道，0.5 mm 層厚，320 層）對冠狀動脈狹窄診斷的準確性，結果顯示U-HRCT對于鈣化斑塊引起的狹窄診斷效能高于CRCT，受試者操作特征曲線下面積（area under the curve，AUC）分別為0.98、0.80。另外，影響CT 空間分辨力的主要因素是探測器元件的尺寸。光子計數CT（photon-counting CT，PCCT）作為一種新的CT 技術，可直接將X 射線光子轉換為電信號并記錄單個光子產生的信號脈沖，PCCT 與傳統(tǒng)CT 相比，沒有獨立的閃爍晶體元件和隔板，但探測器元件更小，空間分辨率更高[7]。Sigovan 等[8]以支架為例，比較了PCCT、雙能CT 和常規(guī)CT 對暈狀偽影的改善效果，結果顯示PCCT 降低暈狀偽影效果最佳，可以將暈狀偽影的范圍降低到1 mm 以內。

4.2 新的去偽影算法 采用新的去偽影算法能夠降低鈣化偽影。Li 等[9]基于體模數據的研究發(fā)現鈣化斑塊的體積和鈣化導致的狹窄程度更接近真實水平，使用標準卷積核重建的CCTA 影像在去暈狀偽影算法處理后，診斷≥50%冠狀動脈狹窄的特異度從45.8%提高到75.0%，陽性預測值從69.8%提高到83.3%；此外，對基于真實病人的數據采用新算法處理后，CCTA 影像上鈣化斑塊的體積較前降低48.1%±10.3%，冠狀動脈的直徑狹窄程度較前降低52.4%±24.2%，面積狹窄程度較前降低51.1%±23.3%。Weir-McCall 等[10]也評價了新算法對CCTA 診斷準確性的影響，納入了鈣化積分>100 的40 例病人共548 個冠狀動脈節(jié)段，以血管節(jié)段為單位進行分析，結果顯示在去暈狀偽影算法處理后的CCTA 診斷≥50%冠狀動脈狹窄的特異度有所提高，而敏感度及準確度與處理前基本無差異；但以血管或病人為單位分析，使用新算法處理前后的CCTA 診斷效能無明顯差異。

4.3 雙能CT 成像技術 雙能CT 可以重建出不同能級的單能影像，高能級影像有助于降低線束硬化偽影，但管腔的CT 值降低，目前對于觀察鈣化斑塊的最佳能級尚無定論。Carrascosa 等[11]使用單球管快速切換管電壓技術分析45、65、85 keV 影像對不同鈣化程度病人的診斷效能，結果顯示對于無鈣化或輕度鈣化組，不同keV 單能影像的診斷效能無明顯差異；對于中度鈣化組，中、高keV 單能影像診斷效能提高，AUC 分別為0.92（45 keV）、0.96（65 keV）、0.95（85 keV），單能65 keV 影像診斷的敏感度、特異度、陽性預測值和陰性預測值分別為98.4%、93.3%、78.2%和99.6%；對于重度鈣化組，低、中、高keV 影像診斷的特異度分別為71.5%、85.2%、86.1%，與低keV 影像相比，中、高keV 影像的特異度明顯提高。Stehli 等[12]同樣使用單球管快速切換管電壓技術，比較單能50～140 keV 影像對不同成分斑塊所致狹窄的診斷效能，結果顯示單能影像能夠提高CCTA 的診斷效能，對于鈣化或部分鈣化斑塊導致的冠狀動脈狹窄，90 keV 影像的診斷效能最高；而對于非鈣化斑塊導致的狹窄，140 keV 影像的診斷效能最高。采用單球管快速切換管電壓技術或雙球管雙能量成像技術，影像采集無法在時間和空間上保持完全一致，無法達到去除線束硬化偽影的最佳效果。雙層探測器光譜CT 包括1 個球管和雙層探測器，能夠實現在投影空間的光譜迭代重建，有效降低線束硬化偽影。Hickethier 等[13]比較了雙層探測器光譜CT 與傳統(tǒng)CT 降低偽影的效果，結果顯示前者的單能級影像可以改善影像質量，高能級的影像可以降低線束硬化偽影。

4.4 冠狀動脈減影技術 減影CCTA 是利用增強的影像數據減去平掃的影像數據，減影后的影像去除了鈣化斑塊，僅保留冠狀動脈血管。對于準確配準的影像，減影CCTA 可以明顯降低鈣化偽影導致的假陽性。減影CCTA 需要2 次掃描，其輻射劑量高于常規(guī)CCTA。Fuchs 等[14]的研究顯示減影CCTA的平均有效輻射劑量為（5.5±1.7）mSv。Takamura等[15]采用低劑量減影掃描方式取得了良好診斷效能，同時將平均有效輻射劑量降低至1.2 mSv。

減影CCTA 掃描方法分為單次屏氣法和兩次屏氣法。單次屏氣法是指通過1 次屏氣完成平掃及增強掃描，影像配準較好，但病人屏氣時間長；兩次屏氣法即2 次掃描中病人分別屏氣，對屏氣時間的要求不高，但影像配準相對較差。冠狀動脈嚴重鈣化的老年病人通常患有阻塞性肺疾病，無法長時間屏氣，單次屏氣減影掃描方案在這一人群中使用受限。Yoshioka 等[16-17]使用改進的單次屏氣減影掃描方案，將屏氣時間縮短到15 s 以內，同時提高CCTA檢查的影像質量及診斷效能，與傳統(tǒng)CCTA 相比，影像質量評分由2.1±0.9 提高到3.1±0.7，在基于血管節(jié)段的分析中，AUC 由0.722 提高到0.892。Guo等[18]使用改進的兩次屏氣法對嚴重鈣化節(jié)段進行分析，結果顯示與傳統(tǒng)CCTA 相比，減影CCTA 的影像質量明顯升高，診斷特異度（70%和87%）、準確度（79%和89%）及陽性預測值（61% 和79%）均明顯提高。

4.5 IR 技術 IR 技術可以降低影像噪聲，與濾過反投影（filtered back projection，FBP）技術相比，IR能夠在更低的管電流采集條件下獲得相同乃至更好的影像質量[19]。FBP 技術沒有考慮系統(tǒng)光學因素及系統(tǒng)噪聲因素，因此投影值不夠準確，鈣化斑塊在CT 影像上會產生嚴重的偽影；而IR 技術考慮到上述因素，能夠降低鈣化偽影。Renker 等[20]的研究納入鈣化積分＞400 的55 例病人，比較FBP 和IR 技術顯示鈣化斑塊體積的大小和診斷冠狀動脈狹窄程度的效能，結果顯示在采用IR 技術的影像上測得的鈣化斑塊體積明顯小于FBP 組，對狹窄程度的診斷效能更高（準確度95.9%和91.8%；特異度95.8%和91.2%；陽性預測值76.9%和61.1%）。Károlyi等[21]的研究結果顯示，采用IR 技術的影像質量更高，顯示的斑塊體積更小，而非鈣化斑塊的體積和冠狀動脈管腔的體積變化不大，表明IR 技術能夠降低鈣化偽影。

4.6 銳利卷積核重建技術 通常采用銳利卷積核重建影像評估嚴重鈣化和支架。這種技術通過衰減鈣化斑塊或支架周圍的信號，使鈣化或支架邊緣顯示得更加銳利，能夠降低暈狀偽影的影響。Zhou等[22]的研究顯示，與平滑卷積核重建相比，采用銳利卷積核重建可以將支架腔內的噪聲降低27%。Sun等[23]的研究納入50 例可疑冠心病的病人，以ICA 為金標準，比較不同重建方式對CCTA 診斷效能的影響，結果表明采用銳利卷積核重建可以降低暈狀偽影，顯著提高診斷特異度和陽性預測值。

5 小結

隨著CT 成像技術的進步，心臟CT 影像上的冠狀動脈鈣化偽影得到越來越好的處理，心臟CT 對冠狀動脈鈣化病人的診斷效能明顯提高。CT 空間分辨力提高、新的去偽影算法、能譜CT 成像技術、冠狀動脈減影技術、IR 技術及銳利卷積核重建技術降低了鈣化斑塊在CCTA 影像上的偽影，了解這些技術有助于最大限度地發(fā)揮心臟CT 在冠狀動脈中重度鈣化病人中的臨床應用價值。