宝石能谱CT冠状动脉成像的临床应用进展

常 荷，田 骞，张喜荣

(1.陕西中医药大学医学技术学院，陕西 咸阳 712000； 2.陕西中医药大学附属医院影像科，陕西 咸阳 712000)

近年来，冠心病的病死率呈逐年上升趋势，严重危害人类健康[1]。随着多排螺旋CT技术的不断发展，心血管图像的成像质量不断提高，CT检查因无创性而逐渐取代了冠状动脉造影在心血管病变诊断中的地位[2]。宝石能谱CT(以下简称能谱CT)采用石榴石添加稀有元素作为探测器材料，对高压发生器、数模采集转换系统、动态变焦球管、自适应统计迭代重建(adaptive statistical iterative reconstruction，ASIR)技术重建引擎等进行了一系列技术创新，显著提升了影像图片的空间分辨率、密度分辨率以及时间分辨率[3]。能谱CT具备多种技术算法及强大的后处理系统，如单能量图像、基物质图像、能谱曲线、有效原子序数等，在降低对比剂剂量及辐射剂量、提升冠状动脉图像质量、提高冠状动脉疾病诊断率等方面取得了较大进展；此外，能谱CT能够对斑块的成分进行分析，为心血管病变的诊断提供了一种更为高效、便捷的影像学技术手段[4]。现通过比较常规CT与能谱CT的冠状动脉成像特点，对能谱CT的成像原理、新技术应用及其应用于冠状动脉病变诊断评估的进展予以综述。

1 能谱CT的成像原理与创新

能谱CT成像是基于人体同一组织对不同光子能量以及不同组织对同一光子能量吸收能力的差异，即根据人体组织特异性和能量水平差异进行成像[5]。能谱CT的探测器为宝石，具有性质稳定、透气，纯度较高的特点，可提供更好的图像质量，且X线辐射剂量最低，此外，能谱CT探测器的动态变焦球管能够自动选择焦点进行匹配，可获得更优质出色的影像图像。能谱CT以高低电压瞬时切换以及宝石探测器为技术核心，可在80 keV与140 keV之间进行能量瞬间切换，达到同时采集两组数据的目的，从而获得40～140 keV的任意能量图像，并计算获得最佳的对比噪声比(contrast to noise ratio，CNR)，利用Optimal CNR软件获得最佳单能量图像，减轻伪影对成像过程的影响。与常规CT图像相比，能谱CT单能量图像的信噪比和CNR均较好，图像CT值相对纯净，且在不同患者、不同部位的CT值稳定，为影像诊断医师提供了更可靠的图像信息[6-7]。此外，能谱CT能够将某种物质的衰减转化为两种已知物质的密度，并根据物质吸收系数评价出其密度及空间分布，从而实现物质的成分分析，获得物质分离图像[8-9]。

2 能谱CT冠状动脉成像的临床应用

冠状动脉CT血管成像(CT angiography，CTA)是用于冠状动脉疾病筛查的无创性检查手段，在冠心病的诊断及评估方面已逐渐得到临床医师的认可，但仍存在辐射、钙化、支架、对比剂过敏等问题。随着影像技术的不断发展，应用于临床的能谱CT各项技术不断创新，为上述问题提供了较好的解决办法，优势显著。

2.1降低辐射剂量与造影剂用量 CT是发现和诊断人体全身各系统疾病的有效影像学检查手段，但其X线成像原理所致的辐射损伤一直备受关注，尤其是冠状动脉CTA的辐射剂量不容忽视。能谱CT配有宽体探测器，心脏冠状动脉扫描的用时较常规CT明显缩短，此外，前瞻触发点扫描技术的应用使 X线曝光时间亦明显缩短，以此减少辐射剂量。黄科峰等[10]的研究表明，在不影响图像质量的前提下，能谱CT冠状动脉成像较常规CT的辐射剂量减少80%～90%。能谱CT可以显著减少辐射剂量，但前瞻性心电门控扫描对患者心率的要求较严格，若心率过快或心率变异>5 次/min时，图像质量降低，故检查前要求患者心率控制在65 次/min以下，如使用降心率药物、平复心情、减少运动等[11]。随着影像技术的不断发展，能谱CT可在低辐射剂量下完成扫描，并获得较高的图像质量，具有广阔的临床应用前景。

除辐射损伤外，冠状动脉CTA时造影剂的应用也可能导致患者出现过敏、肾功能损害以及心功能损害等情况。造影剂损伤可能与增强扫描过程中一次性向患者体内注射高浓度造影剂有关[12]。能谱CT可在保证成像质量的前提下，减少造影剂用量，从而有效减少造影剂过敏的发生。唐皓等[13]应用低浓度对比剂结合能谱CT对冠状动脉的研究发现，采用100 kVp管电压、对比剂碘克沙醇浓度为270 mg/mL的研究组的对比剂用量较采用120 kVp管电压、对比剂碘普罗胺浓度为370 mg/mL的对照组降低(P<0.05)；两组冠状动脉图像质量比较，差异无统计学意义(P>0.05)，表明减少对比剂用量对能谱CT的成像质量无影响，且图像能够满足诊断要求。古丽娜· 阿扎提等[14]应用能谱CT结合低浓度对比剂行冠状动脉CT成像的研究发现，降低患者碘摄入量仍可获得与常规120 kVp前瞻性心电门控扫描相当的图像质量，对减少患者造影剂损害的不良影响有重要意义。陈娇等[15]采用100 kVp前瞻性心电门控扫描联合低浓度对比剂(碘浓度300 mg/mL)得到的图像质量高于常规CT，并在减少碘造影剂用量的同时，降低了辐射剂量。以上研究均表明，能谱CT低辐射低对比剂条件下冠状动脉CTA的图像质量优于常规冠状动脉CTA，或两者相当，可充分满足临床诊断的需要。

2.2提高冠状动脉CTA的图像质量

2.2.1最佳单能量的应用 能谱CT可在140 kVp高能扫描后瞬时切换为80 kVp的低能扫描，并获得2组能量采样数据，经过数据分析重建获得40～140 keV的多组单能量图像，其中，处于最佳信噪比的单能量图像无硬化伪影。较低能量条件下所采集图像的不同组织间的对比度较高，可较好地显示病灶及微小血管[16]。李娇娇等[17]采用能谱CT对40～140 keV能量下每间隔5 keV的能量图像进行重建，得出21组单能量图像，并测量每组图像的噪声，计算出正常组和病变组冠状动脉前降支、左回旋支及右冠状动脉的信噪比、CNR及病变组中斑块的CNR的研究表明，60～70 keV水平的能谱CT冠状动脉成像能量图像的信噪比和CNR较高，图像噪声较低，表明该区间可作为能谱冠状动脉CTA的最佳单能量范围。

能谱CT单能量图像不仅能够清晰显示正常的冠状动脉图像，还能提供较高质量的支架置入后再狭窄的冠状动脉图像。近年来，随着经皮冠状动脉介入术(percutaneous coronary intervention，PCI)的广泛应用，急性冠状动脉综合征患者的治疗及预后情况得到显著改善，PCI术后支架内再狭窄的评价也逐渐受到重视[18]。高学正[19]应用能谱单能量图像评价冠状动脉支架置入术后再狭窄患者冠状动脉狭窄程度的研究显示，能谱CT评价患者支架内再狭窄程度的结果与PCI比较，差异无统计学意义，可见，能谱CT可作为PCI患者术后随访或初步筛查的检查手段。

2.2.2ASIR技术 能谱CT采用ASIR技术将迭代重建与能谱重建整合，通过迭代技术抑制图像噪声，提高图像质量，特别是可显著提升精细结构的显示效果，从而获得具有良好空间及密度分辨率的图像，有利于疾病的准确诊断，并可校正影像，使图像更真实、误差最小，从而在低辐射剂量下获得清晰优质的影像图像[20]。与常规CT扫描相比，ASIR胸部扫描可在图像噪声无明显增加的条件下，降低50%以上的X线辐射剂量[21]。Leipsic等[22]运用ASIR技术行冠状动脉CTA发现，在保证患者图像质量的前提下，采用40%和60%的ASIR重建技术能够降低图像的噪声。ASIR技术与能谱CT最佳单能量联合应用可以在有效降低辐射剂量的同时，进一步优化冠状动脉CTA的成像效果[23]。陈晓侠等[24]应用ASIR技术针对每例受检患者的身高、体重等信息，制订出个体化的检查方案，并经过单能量图像重建减少辐射剂量，有效降低了患者碘造影剂的使用量。

2.2.3冠状动脉运动追踪冻结技术(snapshot freeze，SSF)技术 SSF技术是针对冠状动脉运动分析及冻结的新技术，在硬件设备提升前提下通过算法分析冠状动脉运动，采集邻近心动周期的冠状动脉图像信息，分析目标期相及其相邻两个期相的数据，从而获得冠状动脉的运动轨迹，对冠状动脉及心脏运动伪影进行校正，改善图像质量[25]。SSF技术根据冠状动脉分支在1个心动周期不同期相中的运动规律，通过数学模型进行记录并分析其数据信息，追踪运动轨迹，准确定位和消除运动伪影，从而获得清晰真实的冠状动脉图像，该技术是当前能谱CT冠状动脉造影扫描技术临床应用的新方向。

Tanami等[26]对冠状动脉狭窄患者行冠状动脉CTA检查时发现，由于运动伪影的干扰，对直径<2 mm的血管进行评估时，易发生过度诊断，诊断的假阳性率高达86.5%，而能谱CT的SSF技术能够避免心律异常对冠状动脉造影图像质量的影响。高玉杰等[27]应用能谱CT对SSF技术及不同期相重建技术改善冠状动脉图像质量的研究表明，能谱CT冠状动脉成像SSF算法重建技术能够显著提高冠状动脉的图像质量，其中左前降支SSF算法重建75%期相的图像质量优于45%期相，右状动脉SSF算法重建45%期相的图像质量优于75%期相。

2.3能谱CT在冠状动脉病变中的临床应用及其优势

2.3.1显示冠状动脉斑块，判断狭窄程度 对心血管系统进行CT扫描时，碘对比剂所产生的硬化伪影常常干扰血管周围的邻近结构，影响图像的清晰显示，严重时可能造成误诊或漏诊。此外，冠状动脉内的钙化斑块也可影响医师对血管的评价，且冠状动脉钙化程度越严重，管腔狭窄的评价越困难。

能谱CT以宝石作为探测器材料，对瞬时变能高压发生器、动态变焦球管、数模采集转换处理系统等进行了一系列的创新，大幅度提高了图像的空间分辨率，使全身成像空间分辨率达到0.23 mm，冠状动脉直径分辨率达到1 mm，同时能够有效控制冠状动脉中的硬化伪影，从而提供了高质量的影像图片，为提高冠状动脉病变的检出准确率及诊断可靠性提供技术支持[28]。此外，根据成分的不同，能谱CT可将斑块分为软斑、钙化斑及混合性斑块，随后处理软件能够定量分析冠状动脉狭窄的范围、直径及面积等，并根据CT值的差异将动脉斑块、管壁及管腔显示为不同颜色，以便影像医师对管腔狭窄程度进行精确测量和定量分析[29]。

2.3.2分析斑块成分 在常规CT检查中，多以CT值来分析斑块的成分，而能谱CT具备能谱曲线、有效原子序数图等，能够更加直观、定量、准确地分析斑块成分，判断斑块性质，可靠性更高。研究发现，能谱曲线能够准确区分动脉粥样硬化斑块中的不同成分，脂质斑块与钙化斑块的能谱曲线不同，前者呈弓背上抬型，而后者呈弓背下降型，由此可对动脉粥样硬化斑块的稳定性进行有效评估，从而指导临床治疗[30-31]。可见，能谱CT为分析斑块成分提供了新的检查方法，能够对不稳定斑块进行早期诊断及鉴别，尽早临床干预，从而降低脑血管疾病的发生率。田小荀[32]应用宝石能谱CT成像结合血清标志物分析对118例冠心病患者的冠状动脉粥样硬化斑块特征的研究发现，宝石能谱CT能够对动脉粥样硬化斑块的性质进行准确分析及判断，具有较高的临床意义及应用价值。

2.3.3冠状动脉支架的能谱分析 冠状动脉内支架置入是治疗冠状动脉狭窄的主要方法之一，能够有效改善冠状动脉狭窄引起的血流动力学改变，减轻患者症状，临床应用较为广泛。然而，冠状动脉支架术后血管再狭窄的发生严重影响患者预后，患者生活质量也明显减低。因此，客观评估冠状动脉支架术后再狭窄和闭塞等并发症的发生情况，对冠状动脉狭窄患者具有重要的意义，逐渐受到医师及患者的重视。冠状动脉造影是诊断冠状动脉狭窄及评估狭窄程度的“金标准”，但为有创检查。对心脏内存在支架或心脏起搏器的患者，常规CT检查时，体内的金属(如支架等)会产生硬化伪影，降低图像质量，影响血管腔的成像[33]。140 keV的能谱CT图像能够清晰显示冠状动脉支架置入术后冠状动脉管腔情况，避免支架金属硬化伪影的影响，与常规CT图像相比，140 keV的单能量能谱CT图像和水基图能够明显提高支架内腔的显示率，有利于影像医师对支架置入术后患者的冠状动脉进行观察及诊断[34]。

3 小 结

与传统CT成像相比，能谱CT冠状动脉成像对冠状动脉狭窄、冠状动脉支架置入术后的成像质量以及低剂量成像方面均具有显著优势。能谱CT单能量图像能够降低图像硬化伪影的影响，提高冠状动脉图像质量，并可通过单能量图像精确评价PCI术后再狭窄的严重程度。ASIR技术的应用实现了低造影剂用量与低辐射剂量的能谱CT冠状动脉检查。综上所述，能谱CT冠状动脉检查是冠状动脉CT检查的重要手段，拥有重要临床应用价值和广阔的科研前景。