低劑量冠狀動脈CTA支架成像研究

王曉瑜， 祁榮興 綜述 黃勝 審校

經皮冠狀動脈介入治療(percutaneous coronary intervention，PCI)已經成為冠狀動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再狹窄(in-stent restenosis，ISR)的發生率約11%～40%，即使是使用藥物涂層支架，其ISR的發生率仍然不可忽視[1]，因此PCI術后支架的隨訪具有重要意義。目前，侵入性冠狀動脈造影(invasive coronary angiography，ICA)仍是檢測ISR的金標準，但該方法有創，費用高且易出現并發癥[2]。而冠狀動脈CT血管成像(coronary computed tomographic angiography，CCTA)作為一種檢測支架內再狹窄、支架斷裂或支架內血栓形成等并發癥的方法[3]，其相對可靠和無創，在PCI術后隨訪中起到重要作用。根據國際放射防護委員會(International Commission of Radiological Protection，ICRP)提出的輻射防護最優化原則(as low as reasonably achievable，ALARA)，如何使PCI術后患者在CCTA檢查時既能保證圖像質量、達到診斷要求，又能降低輻射劑量，仍是現在關注的熱點之一。

CCTA支架成像技術現狀

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

隨著CT技術的不斷革新，PCI術后支架的非侵入性CTA評估已成為可能。目前，320排螺旋CT具有覆蓋范圍高達16 cm的探測器，可實現在單次機架旋轉或心臟跳動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/探測器系統的優勢獲得了75 ms單扇區時間分辨率[9]，特別是第三代雙源CT(SOMATOM Force,Siemens Healthcare,Forchheim,Germany)時間分辨率提高到66 ms，且配備了一個集成電路檢測器，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和高級迭代重建(advanced modeled iterative reconstruction，ADMIRE)技術[10]能提高支架的診斷準確性。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徑支架的管腔內可視化率，能量130 keV時直徑2.25 mm的支架平均可視率高達86%。近年來，冠脈功能學評估方法不斷發展，基于CCTA的數據應用流體力學方法得到血流儲備分數(fractional flow reserve,FFR)的技術稱FFR-CT，研究表明[12]FFR-CT對PCI術后患者的血運重建和療效的評估有重要意義。

CCTA支架成像的劑量現狀

隨著冠脈CTA的應用越來越普遍，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%的發病風險。因此，CCTA輻射劑量問題也越來越引起人們的關注和重視。

1.劑量參數

CT掃描時通常有許多劑量參數來描述輻射劑量，最常見的是CT劑量指數(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，美國放射協會認為[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機上提供的容積CT劑量指數(volume CT dose index，CTDIvol)和體型轉換系數所得。

2.傳統CCTA支架成像模式的劑量現狀

傳統的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心動周期，所以輻射劑量最大，高達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后心肌血流灌注情況，其平均有效輻射劑量達12 mSv[16]。而根據國際放射防護委員會對人體不同組織、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術后患者在CCTA檢查時既能保證圖像質量、達到診斷要求，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.管電壓調制

X線的輻射劑量與管電壓的平方呈正比，因此當管電壓降低時，患者的有效輻射劑量將大幅減低。文獻報道[18-21]CCTA支架成像的管電壓可從120 kV降低至100 kV，甚至80 kV進行對比研究，Lee等[18]采用高分辨率CT對正常身體質量指數(body mass index，BMI)患者進行低管電壓(100 kVp)與標準管電壓(120 kVp)進行冠狀動脈支架成像，研究發現低管電壓組與標準管電壓組圖像質量相當，可以達到支架的診斷要求，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時進行前瞻性心電門控采集，結合迭代重建技術優化圖像，既能降低輻射劑量(0.32 mSv)又具有合理的診斷準確性。

降低管電壓會降低X線的能量，提高腔內碘對比劑的CT值，間接增加了血管與鄰近組織的對比分辨率，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%，且對支架管壁及腔內情況的顯示更佳，更有助于檢測支架內膜增生、支架內再狹窄等并發癥。值得注意的是，降低管電壓雖能降低有效輻射劑量，但會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]研究發現第三代DSCT根據BMI應用自動管電壓選擇(automated tube voltage selection，ATVS)進行掃描，相關分析顯示管電壓和BMI之間存在中度關聯(r=0.639)，所以管電壓的選擇也要根據患者的BMI適當做出個體化調整，才能滿足臨床診斷的需要。

2.管電流調制

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

ECG相關性管電流調制:當患者心率低時，心臟在等容舒張期呈相對靜止狀態；當患者心率高時，舒張期縮短尤其顯著，心臟在等容收縮期呈相對靜止狀態，此時更宜采集成像。因此，能夠在預定的時間間隔內獲得最大的管電流而在其他時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中對冠狀動脈支架進行掃描成像，采用管電壓自動調控和前瞻性心電門控相關性管電流調制，研究顯示320排CT在評估支架內再狹窄上有一定的診斷效能，且內徑較大和管壁較薄的支架的可視化顯示比內徑小的支架更好，在75% R-R間隔內平均有效輻射劑量為(3.2±1.1) mSv，在65%～85% R-R間隔內平均有效輻射劑量為(7.1±1.7) mSv，對于需要測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的自動管電流調制:管電流降低會增加圖像噪聲，降低密度分辨率。而自動管電流調制技術是根據患者的體型、厚度、BMI大小等引起的衰減差異進行適時調整，在保證參考圖像質量的前提下，有效降低患者輻射劑量。Siemens公司推出的CARE Dose 4D技術是其中的一種。王苑丁等[23]在第三代雙源CT中，采用全自動CARE Dose4D(參考管電流180 mAs/rot)、CARE kV(參考管電壓100 kV)技術，有效輻射劑量僅(1.7±0.5) mSv。

3.前瞻性心電門控掃描

心電門控采集數據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提前設置的采集時相或心動周期的R-R間隙進行曝光采集，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PCI術后復查的患者進行前瞻性與回顧性心電門控掃描聯合迭代重建算法來評估支架的圖像質量及腔內情況，兩組圖像質量無明顯差異，前者輻射劑量降低79%(2.28 mSv vs 11.34 mSv)。楊耀華等[25]應用“雙低”掃描技術(80 kVp，270 mg I/mL)在iCT 256層螺旋CT機中對PCI術后患者進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管電壓為140 kV時，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再狹窄的可見度。相對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，對支架評估的準確性卻沒有降低。以ICA為金標準，Andreini等[15]研究表明基于各組可評估的支架中，前瞻性心電門控組診斷支架內再狹窄的準確度、特異度、陽性預測值(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有一定的局限，比如不能對全心進行功能分析、對受檢患者的心率有一定限制等。隨著多排螺旋CT圖像的時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自適應性前瞻性心電門控掃描對高心率(70～110次/分)患者是可行的，且主觀圖像質量評分與回顧性心電門控掃描相似，同時有效輻射劑量降低了近57%。在256層螺旋CT中，羅開選等[28]研究顯示對于高心率患者(≥80次/分)，采用自適應性前瞻性心電門控CCTA成像，其評估冠脈狹窄的程度與侵入性冠狀動脈造影結果相一致，且敏感性、陰性預測值高達96.8%、97.7%。

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

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脈血管成像的顯示；銳利核值盡管會增加圖像噪聲，降低圖像質量，但其能銳化支架管壁，更好地顯示支架的細微結構[30]。因此，使用銳利核不僅可以減少支架壁的金屬偽影，改善支架內徑的顯示，還能提高診斷支架內再狹窄的準確性[32,33]。Zhou等[30]研究結果顯示觀察CCTA支架成像的最佳圖像是由銳利核聯合圖像域迭代重建所得。

近年來IR廣泛應用在CCTA支架成像的研究中，相比于濾波反投影算法(filtered back-projection，FBP)，IR有減弱金屬偽影、減小噪聲、改善圖像質量的重要作用[34-38]，但增加迭代權重會造成圖像失真、蠟像感顯著。Yang等[35]將前瞻性大螺距結合IR技術應用于CCTA支架成像中，有效輻射劑量僅(1.4±0.5) mSv，圖像質量提高，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]心臟體模研究對冠狀動脈支架進行成像，分別用80 kV結合IR和120 kV結合FBP成像，結果表明兩組圖像主觀評分無統計學意義，但FBP成像組的平均內徑顯示率為37.73%，IR成像組的平均內徑顯示率達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仍能改善冠狀動脈支架的圖像評估，有著提高支架內再狹窄的檢測準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，該迭代基于原始數據域、圖像域和模型域，通過不斷地將由正向投影產生的“虛擬原始數據”與探測器實際采集的數據進行比較，進而減少偽影、減少輻射、減低噪聲[10]。Nils等[39]在心臟體模研究中，ADMIRE聯合銳利核重建的圖像提高了支架內徑的可視化率。

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

因此，采用IR技術可在使用銳利核、降低kV、mAs引起的圖像噪聲増加時，對圖像質量進行優化，實現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，則掃描時間越短，因此，增大螺距不僅可以縮短掃描的時間，減少掃描過程中的心臟搏動偽影，還可以大大降低患者的輻射劑量。螺距從傳統的0.2到現在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、標準螺距及低螺距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量相當，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行分組對比研究，管電壓設為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)聯合IR技術，診斷支架內再狹窄的陰性預測值在內徑>3 mm的支架中高達100%，在內徑≤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，但是其對受檢者的心率要求非常嚴格，心率需穩定且低于65次/分，因此在臨床應用中，對于滿足要求的患者可采用大螺距掃描，既能保證圖像質量、達到診斷要求，又能降低輻射劑量。

小結與展望

隨著多排螺旋CT圖像的空間分辨率與時間分辨率不斷地提高，冠脈CTA成像對檢測支架內再狹窄的準確性顯著上升，非侵入性CTA在PCI術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制、管電流調制、前瞻性心電門控掃描、大螺距掃描等方式來降低輻射劑量，結合迭代重建技術來優化圖像質量、達到診斷要求。能否在降低輻射劑量的條件下，保證支架的圖像質量和小內徑支架的管腔內顯示是現在CCTA支架成像的研究熱點之一。第三代DSCT時間分辨率達66 ms，聯合ADMIRE技術，未來低劑量CCTA在PCI術后隨訪復查中對支架成像的應用將更加廣泛。