寶石能譜CT冠狀動脈成像的臨床應用進展

常 荷，田 騫，張喜榮

(1.陜西中醫藥大學醫學技術學院，陜西 咸陽 712000； 2.陜西中醫藥大學附屬醫院影像科，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技術的不斷發展，心血管圖像的成像質量不斷提高，CT檢查因無創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，對高壓發生器、數模采集轉換系統、動態變焦球管、自適應統計迭代重建(adaptive statistical iterative reconstruction，ASIR)技術重建引擎等進行了一系列技術創新，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具備多種技術算法及強大的后處理系統，如單能量圖像、基物質圖像、能譜曲線、有效原子序數等，在降低對比劑劑量及輻射劑量、提升冠狀動脈圖像質量、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能夠對斑塊的成分進行分析，為心血管病變的診斷提供了一種更為高效、便捷的影像學技術手段[4]。現通過比較常規CT與能譜CT的冠狀動脈成像特點，對能譜CT的成像原理、新技術應用及其應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，具有性質穩定、透氣，純度較高的特點，可提供更好的圖像質量，且X線輻射劑量最低，此外，能譜CT探測器的動態變焦球管能夠自動選擇焦點進行匹配，可獲得更優質出色的影像圖像。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據的目的，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值穩定，為影像診斷醫師提供了更可靠的圖像信息[6-7]。此外，能譜CT能夠將某種物質的衰減轉化為兩種已知物質的密度，并根據物質吸收系數評價出其密度及空間分布，從而實現物質的成分分析，獲得物質分離圖像[8-9]。

2 能譜CT冠狀動脈成像的臨床應用

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。隨著影像技術的不斷發展，應用于臨床的能譜CT各項技術不斷創新，為上述問題提供了較好的解決辦法，優勢顯著。

2.1降低輻射劑量與造影劑用量 CT是發現和診斷人體全身各系統疾病的有效影像學檢查手段，但其X線成像原理所致的輻射損傷一直備受關注，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CT明顯縮短，此外，前瞻觸發點掃描技術的應用使 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，在不影響圖像質量的前提下，能譜CT冠狀動脈成像較常規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、平復心情、減少運動等[11]。隨著影像技術的不斷發展，能譜CT可在低輻射劑量下完成掃描，并獲得較高的圖像質量，具有廣闊的臨床應用前景。

除輻射損傷外，冠狀動脈CTA時造影劑的應用也可能導致患者出現過敏、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注射高濃度造影劑有關[12]。能譜CT可在保證成像質量的前提下，減少造影劑用量，從而有效減少造影劑過敏的發生。唐皓等[13]應用低濃度對比劑結合能譜CT對冠狀動脈的研究發現，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量比較，差異無統計學意義(P>0.05)，表明減少對比劑用量對能譜CT的成像質量無影響，且圖像能夠滿足診斷要求。古麗娜· 阿扎提等[14]應用能譜CT結合低濃度對比劑行冠狀動脈CT成像的研究發現，降低患者碘攝入量仍可獲得與常規120 kVp前瞻性心電門控掃描相當的圖像質量，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合低濃度對比劑(碘濃度300 mg/mL)得到的圖像質量高于常規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的圖像質量優于常規冠狀動脈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的圖像質量

2.2.1最佳單能量的應用 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組能量采樣數據，經過數據分析重建獲得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，還能提供較高質量的支架置入后再狹窄的冠狀動脈圖像。近年來，隨著經皮冠狀動脈介入術(percutaneous coronary intervention，PCI)的廣泛應用，急性冠狀動脈綜合征患者的治療及預后情況得到顯著改善，PCI術后支架內再狹窄的評價也逐漸受到重視[18]。高學正[19]應用能譜單能量圖像評價冠狀動脈支架置入術后再狹窄患者冠狀動脈狹窄程度的研究顯示，能譜CT評價患者支架內再狹窄程度的結果與PCI比較，差異無統計學意義，可見，能譜CT可作為PCI患者術后隨訪或初步篩查的檢查手段。

2.2.2ASIR技術 能譜CT采用ASIR技術將迭代重建與能譜重建整合，通過迭代技術抑制圖像噪聲，提高圖像質量，特別是可顯著提升精細結構的顯示效果，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質的影像圖像[20]。與常規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技術行冠狀動脈CTA發現，在保證患者圖像質量的前提下，采用40%和60%的ASIR重建技術能夠降低圖像的噪聲。ASIR技術與能譜CT最佳單能量聯合應用可以在有效降低輻射劑量的同時，進一步優化冠狀動脈CTA的成像效果[23]。陳曉俠等[24]應用ASIR技術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技術(snapshot freeze，SSF)技術 SSF技術是針對冠狀動脈運動分析及凍結的新技術，在硬件設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據，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，改善圖像質量[25]。SSF技術根據冠狀動脈分支在1個心動周期不同期相中的運動規律，通過數學模型進行記錄并分析其數據信息，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，該技術是當前能譜CT冠狀動脈造影掃描技術臨床應用的新方向。

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

2.3能譜CT在冠狀動脈病變中的臨床應用及其優勢

2.3.1顯示冠狀動脈斑塊，判斷狹窄程度 對心血管系統進行CT掃描時，碘對比劑所產生的硬化偽影常常干擾血管周圍的鄰近結構，影響圖像的清晰顯示，嚴重時可能造成誤診或漏診。此外，冠狀動脈內的鈣化斑塊也可影響醫師對血管的評價，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，對瞬時變能高壓發生器、動態變焦球管、數模采集轉換處理系統等進行了一系列的創新，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支持[28]。此外，根據成分的不同，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，可靠性更高。研究發現，能譜曲線能夠準確區分動脈粥樣硬化斑塊中的不同成分，脂質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定性進行有效評估，從而指導臨床治療[30-31]。可見，能譜CT為分析斑塊成分提供了新的檢查方法，能夠對不穩定斑塊進行早期診斷及鑒別，盡早臨床干預，從而降低腦血管疾病的發生率。田小荀[32]應用寶石能譜CT成像結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現，寶石能譜CT能夠對動脈粥樣硬化斑塊的性質進行準確分析及判斷，具有較高的臨床意義及應用價值。

2.3.3冠狀動脈支架的能譜分析 冠狀動脈內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改變，減輕患者癥狀，臨床應用較為廣泛。然而，冠狀動脈支架術后血管再狹窄的發生嚴重影響患者預后，患者生活質量也明顯減低。因此，客觀評估冠狀動脈支架術后再狹窄和閉塞等并發癥的發生情況，對冠狀動脈狹窄患者具有重要的意義，逐漸受到醫師及患者的重視。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”，但為有創檢查。對心臟內存在支架或心臟起搏器的患者，常規CT檢查時，體內的金屬(如支架等)會產生硬化偽影，降低圖像質量，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腔的顯示率，有利于影像醫師對支架置入術后患者的冠狀動脈進行觀察及診斷[34]。

3 小 結

與傳統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后的成像質量以及低劑量成像方面均具有顯著優勢。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量，并可通過單能量圖像精確評價PCI術后再狹窄的嚴重程度。ASIR技術的應用實現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，擁有重要臨床應用價值和廣闊的科研前景。