寶石能譜CT顯示支架內(nèi)腔及再狹窄——體模初步實(shí)驗(yàn)研究

齊 琳 毛定飚 畢正宏 滑炎卿

近年來(lái)，MSCT動(dòng)脈造影在顯示偽影較少的大動(dòng)脈支架再狹窄中的作用已被肯定，但由于心臟運(yùn)動(dòng)偽影的影響，顯示冠狀動(dòng)脈支架內(nèi)腔的能力仍是技術(shù)難點(diǎn)。一般認(rèn)為直徑＜3mm的各種支架內(nèi)腔可視度低，缺乏診斷價(jià)值。能譜CT成像（gemstone spectral imaging，GSI）能夠重建40～140千電子伏特（keV）范圍內(nèi)任一單能量圖像，并可進(jìn)行基于組織成分的物質(zhì)分離，為更好地顯示支架腔內(nèi)情況和減輕偽影提供了新的研究平臺(tái)。本研究討論能譜CT對(duì)不同程度狹窄的離體支架的顯示能力，提高對(duì)支架再狹窄的診斷能力。

方 法

1.模型制作

6枚雷帕霉素藥物涂層支架（Excel），規(guī)格均為2.75 mm×18mm，用球囊在體外用不同的壓力分別擴(kuò)張成直徑2.75mm、3.0mm、3.5mm的支架各兩枚，分為A、B、C三組，每枚支架分別建立0%、30%、50%、70%～80%的狹窄模型，分別代表無(wú)狹窄、輕度狹窄、中度狹窄和重度狹窄模型，置入模擬冠狀動(dòng)脈內(nèi)，注入含碘對(duì)比劑（碘必樂(lè)300 mg/ml，用生理鹽水稀釋為6.25mgI/ml）后密封，將其置入水箱內(nèi)，固定。管腔內(nèi)斑塊采用人造混合斑塊，平掃CT值約為40～100HU。

2.能譜CT掃描和圖像分析

使用GE Discovery CT750 HDCT掃描儀進(jìn)行能譜CT掃描，管電壓為單源瞬時(shí)切換模式，在小于0.5ms內(nèi)進(jìn)行80kVp與140kVp的高低能量切換，管電流600mA，轉(zhuǎn)速0.5s/r，F(xiàn)OV25.0cm，層厚0.625mm。通過(guò)儀器自備專用的能譜圖像分析軟件GSI-Viewer對(duì)物質(zhì)密度圖像和單能量圖像進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)量和分析，獲得碘、水基物質(zhì)密度圖像、40～140keV（間隔10keV）11組單能量圖像和140kVp混合能量圖像，混合能量圖像采用標(biāo)準(zhǔn)模式重建。支架圖像測(cè)量包括：

2.1支架成像質(zhì)量及內(nèi)腔顯示率的評(píng)估：測(cè)量A～C組狹窄0%時(shí)能譜圖像的最佳CNR，找出顯示支架內(nèi)腔的最佳的單能量圖像，分別在最佳單能量圖像、140kVp混合能量圖像、碘基圖、水基圖上測(cè)量支架有效直徑并計(jì)算支架內(nèi)腔的實(shí)際顯示率（CT上支架有效直徑與支架的實(shí)際直徑的比值）。最佳CNR的測(cè)量：于支架腔內(nèi)選擇感興趣區(qū)ROI1，大小為1.44mm2，于支架壁上選擇感興趣區(qū)ROI2作為背景，面積同樣為1.44mm2，能譜分析軟件自動(dòng)計(jì)算出最佳CNR。

2.2支架狹窄程度的判斷：①最佳單能量圖像的選擇：在模擬混合斑塊處選擇感興趣區(qū)ROI1，支架內(nèi)腔無(wú)斑塊處選擇ROI2作為背景，使用OPTIMAL CNR 曲線獲得最佳CNR的單能量圖像；②重建每個(gè)狹窄模型支架的最佳CNR單能量圖像、水基圖、混合能量圖像，分別由兩名從事冠狀動(dòng)脈CT造影5年以上的放射科醫(yī)生單盲法評(píng)估其狹窄程度，若意見不一致時(shí)，協(xié)商解決；③選擇不同狹窄程度的支架內(nèi)腔斑塊處感興趣區(qū)為ROI1，同一支架內(nèi)腔支架偽影處選擇兩處感興趣區(qū)分別為ROI2、ROI3，面積均為1.44mm2，利用能譜原子序數(shù)圖像分析支架內(nèi)腔斑塊處原子序數(shù)分布與支架偽影造成的“假斑塊”的原子序數(shù)分布是否存在差別。

結(jié) 果

1.無(wú)狹窄的支架內(nèi)腔顯示情況

用能譜分析軟件分析A～C組6枚無(wú)狹窄的支架能譜圖像，獲得40～140keV單能量 CNR曲線，均呈遞增趨勢(shì)，140keV時(shí)達(dá)到最大值。于140keV、碘基圖、水基圖、140kVp混合能量圖像上測(cè)得的支架有效直徑和顯示率見表1。140keV單能圖像和水基圖對(duì)支架內(nèi)腔顯示率高于混合能量和碘基圖。重建40keV、60keV、80keV、100keV、120keV、140keV、水基圖、混合能量的支架長(zhǎng)軸面MPR圖像，肉眼評(píng)估140keV和水基圖金屬線束偽影最少，但水基圖腔內(nèi)結(jié)構(gòu)顯示不清，而140keV支架內(nèi)腔的顯示優(yōu)于水基圖（圖1～9）。且隨著支架直徑的增加，CT對(duì)其內(nèi)腔的顯示率也相應(yīng)增加。

2.狹窄程度的評(píng)估

對(duì)A、B、C組輕、中、重度狹窄模型的圖像進(jìn)行能譜分析，均在混合斑塊取單能量圖像的50～60keV具有較好的圖像質(zhì)量，獲得最佳CNR（圖10）。

重建0%、30%、50%、70%、80%狹窄支架的60keV單能量圖像和水基圖。兩名放射科醫(yī)生的診斷結(jié)果與實(shí)際狹窄程度對(duì)照，60keV支架狹窄的診斷準(zhǔn)確率分別為100%（6/6）、83.33%（5/6）、83.33%（5/6）、100%（6/6），140kVP混合能量支架狹窄的診斷準(zhǔn)確率分別為83.33%（5/6）、50%（3/6）、66.67%（4/6）、83.33%（5/6），而水基圖內(nèi)腔均顯示不清，無(wú)法判斷再狹窄程度（圖11～13）。

選擇不同狹窄程度的支架內(nèi)腔斑塊處感興趣區(qū)為ROI1，同一支架內(nèi)腔支架偽影處選擇兩處感興趣區(qū)分別為ROI2、ROI3，面積均為1.44mm2，利用能譜分析軟件獲得原子序數(shù)圖像，斑塊的原子序數(shù)與偽影處內(nèi)腔的原子序數(shù)在原子序數(shù)圖像上有明顯區(qū)別（圖14，15）。

表1 無(wú)狹窄的支架內(nèi)腔顯示率的評(píng)價(jià)

圖13 水基圖。雖然支架偽影較少，但腔內(nèi)結(jié)構(gòu)顯示不清。圖14 斑塊的能譜分析。藍(lán)圈表示支架腔內(nèi)混合斑塊處ROI，紫圈和綠圈均為支架內(nèi)非斑塊處金屬偽影的ROI。圖15 支架偽影的能譜分析。原子序數(shù)能譜分析圖證實(shí)支架再狹窄處和偽影造成的“假斑塊”的區(qū)別。

討 論

血管內(nèi)支架植入術(shù)是治療冠狀動(dòng)脈狹窄的主要方法，可改善冠狀動(dòng)脈的血流動(dòng)力學(xué)及臨床癥狀，但術(shù)后20%～30%的再狹窄率仍是影響介入治療遠(yuǎn)期預(yù)后的嚴(yán)重問(wèn)題，所以及時(shí)正確評(píng)價(jià)是否發(fā)生術(shù)后再狹窄及閉塞等并發(fā)癥正日益受到重視[1-2]。多年以來(lái)，冠狀動(dòng)脈造影術(shù)（CAG）為評(píng)價(jià)冠脈狹窄程度的“金標(biāo)準(zhǔn)”，但其創(chuàng)傷性、技術(shù)難度較大和費(fèi)用高等缺點(diǎn)使其應(yīng)用受限，其中與操作相關(guān)的死亡率和并發(fā)癥分別為0.15%和1.5%，不宜作為支架術(shù)后評(píng)估的常規(guī)檢查。

目前64排螺旋CT廣泛用于冠狀動(dòng)脈成像和支架術(shù)后評(píng)價(jià)，已經(jīng)能夠替代部分診斷性CTA，但常規(guī)CTA仍存在一些局限性，如：易受支架偽影的干擾，對(duì)直徑≤3mm的支架內(nèi)腔顯示率差，支架所在管壁的鈣化斑塊影響內(nèi)腔顯示。能譜CT與常規(guī)CT冠狀動(dòng)脈造影相比有諸多新的性能，利用瞬時(shí)高低能量切換技術(shù)，通過(guò)一次性掃描即可獲得40～140keV的101幅單能量圖像和常規(guī)混合能量圖像，由于物質(zhì)在不同能量水平的衰減不同，在某一能量水平病灶與周圍組織之間衰減差異可以達(dá)到最大而噪聲值最低，這一能量水平就是該病灶的最佳keV值，利用CT能譜成像OPTIMAL CNR曲線可以獲得感興趣去與背景的最佳對(duì)比的單能量圖像，從而更準(zhǔn)確地顯示其與背景的差異，最好地達(dá)到診斷目的。它在顯示支架的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在：①能譜CT單能量圖像及最佳單能技術(shù)可以提高目標(biāo)血管的CNR從而優(yōu)化支架及血管的顯示效果；②單能量圖像和MARs技術(shù)能夠降低支架造成的金屬硬化偽影；③物質(zhì)分離技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)支架與血管的分別顯示[3]。

支架的金屬偽影在CT圖像上主要表現(xiàn)為由投影數(shù)據(jù)缺失引起的從金屬區(qū)域發(fā)出的條狀偽影，由X線硬化引起支架內(nèi)的暗帶區(qū)域，降低了支架內(nèi)腔的清晰度，從而低估了支架內(nèi)腔直徑、高估了支架厚度，影響支架內(nèi)腔再狹窄的診斷。由于支架內(nèi)腔金屬條狀偽影容易掩蓋內(nèi)腔低密度斑塊造成的再狹窄，造成漏診，影響病人的預(yù)后甚至發(fā)生急性冠狀動(dòng)脈事件，故減少條狀偽影的意義高于X線硬化偽影造成再狹窄的診斷，故本研究中，感興趣區(qū)ROI1選擇在支架內(nèi)條狀偽影處，背景選擇在支架壁支柱部分，OPTIMAL CNR曲線表明，140keV圖像最適合去除支架的金屬硬化偽影。而物質(zhì)分離圖像中，水基圖與常規(guī)的混合能量圖像相比，幾乎無(wú)金屬硬化偽影，故140keV單能量圖像和水基圖可使支架內(nèi)腔顯示率達(dá)到最大值，使2.75mm、3.0mm、3.5mm支架內(nèi)腔顯示率較140kVp混合能量圖像分別提高17.1%、10%、8.72%，證明這兩種重建圖像能較好的減少支架的金屬偽影。文獻(xiàn)認(rèn)為[4-5]，影響支架內(nèi)腔顯示率的因素主要是支架直徑和厚度，直徑＞3mm者有較高的內(nèi)腔顯示率及診斷準(zhǔn)確率，而≤3mm者診斷特異度及陽(yáng)性預(yù)測(cè)值低，占研究中不能分析支架的大部分。本研究中直徑2.75mm的混合能量圖像內(nèi)腔顯示率僅為37.45%，不能達(dá)到準(zhǔn)確診斷再狹窄的篩查要求，而140keV圖像內(nèi)腔顯示率提高到54.55%，基本符合檢出明顯再狹窄的要求。另外，受冠狀動(dòng)脈舒縮、支架所在管壁存在鈣化斑塊等因素的影響，植入體內(nèi)的支架容易發(fā)生變形、扭曲，而變形的支架容易刺激內(nèi)膜增生產(chǎn)生再狹窄，本實(shí)驗(yàn)中獲得的140keV和水基圖偽影較少，較好地顯示了支架的支柱和連接部分，為診斷支架變形提供了基礎(chǔ)，該部分有待于后續(xù)研究的證實(shí)。

在判斷支架狹窄程度部分，診斷者需要區(qū)分斑塊和線束硬化偽影造成的暗區(qū)，從而有效避免患者進(jìn)一步進(jìn)行不必要的有創(chuàng)性介入檢查。故ROI1選擇在人造混合斑塊處，偽影暗區(qū)作為背景，OPTIMAL CNR顯示55～65keV單能量圖像可獲得最好的CNR。因較低的keV單能量圖像可有效的提高組織分辨率，而高的keV水平會(huì)降低圖像的對(duì)比度，減少金屬偽影[6]，故在肉眼識(shí)別斑塊時(shí)，50～60keV單能量圖像可達(dá)到最佳的平衡點(diǎn)，從而符合識(shí)別斑塊的要求。本研究中，該作用可在診斷輕度和中度狹窄的支架中體現(xiàn)出來(lái)，60keV單能量圖像優(yōu)于140kVp混合能量圖像。盡管水基圖支架偽影較小，但支架內(nèi)腔的組織分辨率較差，不能滿足區(qū)分斑塊的要求。而碘基圖金屬條狀偽影和線束硬化偽影均較重，內(nèi)腔顯示率較差，也無(wú)法準(zhǔn)確分辨斑塊與偽影。

本研究還發(fā)現(xiàn)，有效原子序數(shù)圖對(duì)鑒別支架內(nèi)斑塊和線束硬化偽影有一定幫助，在支架內(nèi)腔斑塊和肉眼較難鑒別的硬化偽影暗區(qū)造成的“假斑塊”處選擇三個(gè)感興趣區(qū)，兩處偽影暗區(qū)的原子序數(shù)分布基本重疊，而兩者與人造混合斑塊處的原子序數(shù)分布有明顯的不同。因?yàn)樵有驍?shù)圖是基于對(duì)物質(zhì)X線衰減理論的分析，其分布取決于物質(zhì)的有效原子序數(shù)的大小，進(jìn)而可以區(qū)分密度相似、CT值相近的物質(zhì)，了解其真實(shí)物質(zhì)成分，從而幫助鑒別支架內(nèi)斑塊與硬化偽影造成的低密度暗區(qū)，減少再狹窄的漏診和誤診。

本研究的局限性在于：靜止?fàn)顟B(tài)下的體模研究，與在體支架的動(dòng)態(tài)成像尚存在一定差異；支架的種類單一，支架的例數(shù)較少，不能對(duì)診斷準(zhǔn)確率、內(nèi)腔顯示率等指標(biāo)做統(tǒng)計(jì)分析；斑塊成分單一，未用能譜研究不同性質(zhì)斑塊的鑒別；上述不足有待于下一步的深入研究。

總之，140keV單能量圖像使支架內(nèi)腔很好顯示，尤其適用于無(wú)再狹窄的支架。水基圖可較好地顯示支架的支柱和連接部分，幫助診斷支架變形，但對(duì)顯示支架內(nèi)斑塊沒(méi)有幫助。60keV單能量圖像適合顯示支架內(nèi)斑塊。而有效原子序數(shù)分析對(duì)鑒別支架內(nèi)斑塊和線束硬化偽影有一定意義。根據(jù)需要觀察的部位靈活運(yùn)用，多種手段結(jié)合可幫助診斷支架再狹窄并減少支架偽影。