雙能量CT在冠狀動(dòng)脈CT血管造影中應(yīng)用的研究進(jìn)展

耿 雪，金瑜辰，周學(xué)文

（浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第二醫(yī)院放射科，浙江 杭州 310000）

近年來(lái)，醫(yī)學(xué)界在對(duì)冠狀動(dòng)脈硬化性心臟?。ü谛牟。┑念A(yù)防和治療方面都取得了豐碩的成果，但此病的發(fā)病率和相關(guān)死亡率仍在逐年升高[1]。在過(guò)去的幾十年里，計(jì)算機(jī)斷層掃描（Computed Tomography,CT）冠狀動(dòng)脈造影因其操作簡(jiǎn)便、無(wú)創(chuàng)的特點(diǎn)在診斷冠心病中得到了廣泛的應(yīng)用。有研究指出，CT 冠狀動(dòng)脈鈣評(píng)分可在一定程度上指導(dǎo)他汀類(lèi)藥物的應(yīng)用。目前，冠狀動(dòng)脈CT 血管造影已成為典型或非典型心絞痛、胸痛患者的首選檢查[2]。雙能量CT (DECT) 早在十多年前就已經(jīng)廣泛應(yīng)用于臨床[3]，并且也有一些應(yīng)用于心血管成像中的研究[4.5]。近幾年，DECT 在改善冠狀動(dòng)脈CT 血管成像等許多方面的應(yīng)用潛力得到了更多的討論和驗(yàn)證，如優(yōu)化圖像質(zhì)量和對(duì)冠狀動(dòng)脈管腔的評(píng)估、降低碘造影劑負(fù)荷、應(yīng)用虛擬平掃代替平掃圖像進(jìn)行冠脈鈣化評(píng)分等。本文對(duì)雙能量CT 在冠狀動(dòng)脈CT 血管造影中應(yīng)用的基本原理、科學(xué)背景和臨床應(yīng)用現(xiàn)狀作一簡(jiǎn)要綜述。

1 雙能量CT 原理

1.1 基本原理

傳統(tǒng)的單能量CT (SECT) 是利用X 射線球管產(chǎn)生的一束不同能量光子的混合X 射線成像，其最大能量等于X 射線管的峰值電壓(kVp)[6]，所得圖像的CT 值代表了每個(gè)體素中所有物質(zhì)的衰減。穿過(guò)組織的X 射線光子與人體的相互作用主要通過(guò)兩個(gè)過(guò)程：康普頓散射和光電效應(yīng)。雙能量CT 即應(yīng)用兩組不同能量獲取每個(gè)體素信息，得到兩組不同數(shù)據(jù)，依據(jù)不同光子對(duì)X 射線的吸收差異可區(qū)分不同原子序數(shù)的物質(zhì)[3]。

1.2 雙能量CT 掃描實(shí)現(xiàn)方法及分類(lèi)

依據(jù)雙能量CT 掃描實(shí)現(xiàn)方法及雙能量數(shù)據(jù)來(lái)源不同，雙能量CT 可以分為基于X 射線球管或探測(cè)器實(shí)現(xiàn)雙能量數(shù)據(jù)獲取的兩大類(lèi)，具體分類(lèi)方法見(jiàn)表1。

表1 雙能量CT 分類(lèi)

2 雙能量技術(shù)的臨床應(yīng)用

2.1 虛擬單能量圖像

傳統(tǒng)CT 的X 射線束是混合能量，圖像反映的是整個(gè)光譜的衰減。雙能CT 可以通過(guò)高、低能量?jī)商讛?shù)據(jù)計(jì)算模擬出單一keV 能量X 射線下生成的圖像，即虛擬單能圖像(Virtual Monoenergetic Images, VMI)，范圍可包括40 ～200 keV[7]。虛擬單能圖像的能量水平不同，對(duì)同一種組織可計(jì)算生成不同的密度和對(duì)比度的圖像。其中70 keV VMI 與傳統(tǒng)120 kVp 混合能量圖像類(lèi)似，其偽影和噪聲均較少。低能量段（＜70 keV）VMI 因更靠近碘k 邊界值（33 keV）而能夠明顯提高碘的CT 值，在血管成像中利用這一點(diǎn)可以降低碘造影劑的用量。高能量段（＞90 keV）VMIs 則利于消除金屬的線束硬化偽影[8.9]。

2.2 物質(zhì)分離圖像

（1）碘圖（碘基圖或無(wú)水碘圖）即根據(jù)不同物質(zhì)對(duì)特定能量X 射線吸收特性的不同，利用兩種不同能量獲得的圖像，通過(guò)衰減曲線來(lái)計(jì)算任意物質(zhì)的濃度[10]。雙能量CT 掃描可以重建出特定物質(zhì)濃度編碼的圖像，并以灰度或彩色疊加的方式顯示一些特定的物質(zhì)。最常用于臨床的是選擇性顯示碘、鈣或尿酸鹽的圖像。采用這種方法得到的各體素所含的碘濃度分布圖即碘圖[10]。它提高了圖像對(duì)比度和對(duì)特定物質(zhì)的量化能力。除使用黑白圖像展示外，還可以使用碘融合彩色圖以提升攝碘組織的可視化程度。（2）虛擬平掃圖像（Virtual Noncontrast Images, VNC）。除上述選擇性顯示的特定物質(zhì)外，DECT 同樣可以選擇性抑制碘和鈣等物質(zhì)，抑制增強(qiáng)掃描圖像中碘的顯示得到的就是虛擬平掃圖像，其也稱(chēng)為虛擬非對(duì)比圖像[3,6]。它可以用于替代常規(guī)平掃圖像，進(jìn)而降低受檢者的輻射劑量[4]。一些研究已將虛擬平掃圖像應(yīng)用于心臟和其他部位的檢查中，并成功地取代了相關(guān)非對(duì)比增強(qiáng)掃描期相[10]。

2.3 有效原子序數(shù)圖

有效原子序數(shù)圖即各體素物質(zhì)的有效原子序數(shù)和電子密度加權(quán)圖像。利用每個(gè)體素的兩組X 射線衰減值，可以計(jì)算有效原子序數(shù)(Z effective)，確定組織的組成。有效原子序數(shù)指體素中所有物質(zhì)原子序數(shù)的平均值。有效原子序數(shù)圖可用于區(qū)分動(dòng)脈管腔內(nèi)碘造影劑和管壁鈣化兩種高密度結(jié)構(gòu)，但目前其臨床應(yīng)用較少[9]。

3 雙能量CT 在CCTA 中的應(yīng)用

3.1 降低輻射劑量

CT 檢查對(duì)人體的電離輻射危害一直是限制其發(fā)展應(yīng)用的因素之一，如何降低輻射劑量也備受相關(guān)專(zhuān)家和設(shè)備廠商的重視。隨著技術(shù)進(jìn)步，前瞻性心電門(mén)控技術(shù)、管電壓和管電流自動(dòng)調(diào)制技術(shù)、迭代重建算法的發(fā)展和應(yīng)用，很大程度上降低了冠狀動(dòng)脈CT 血管造影的輻射劑量。雙能量CT 降低CCTA 檢查輻射劑量的原理是，利用對(duì)比增強(qiáng)圖像重建出虛擬平掃圖像可以替代非對(duì)比增強(qiáng)掃描[10]。已有一些研究表明，應(yīng)用虛擬平掃圖像計(jì)算出的冠脈鈣化積分與常規(guī)平掃圖像之間存在很強(qiáng)的相關(guān)性[10]。

3.2 降低碘對(duì)比劑用量

低能量段（＜70 keV）VMIs 因更靠近碘k 邊界值（33 keV）而能夠明顯提高碘的CT 值。如果使用與傳統(tǒng)單能CT 相同劑量和流速的碘造影劑，可以提高血管強(qiáng)化效果，并提高CNR ；使用較小劑量的碘造影劑就可獲得與傳統(tǒng)CT 類(lèi)似的強(qiáng)化效果。Rotzinger DC 等[10]的研究結(jié)果顯示，低keV VMI 可降低40%的碘造影劑量和注射速率，同時(shí)圖像強(qiáng)化水平可用于診斷，且管腔與脂肪和肌肉之間的對(duì)比度得到了提高。由于碘造影劑具有腎毒性，減少其用量，尤其有益于腎功能較差的患者。低能VMI 對(duì)碘的敏感性較高，可以增強(qiáng)對(duì)冠脈更小分支或強(qiáng)化較差血管的顯示，可用于挽救血管強(qiáng)化不佳的檢查[10]。

3.3 去金屬偽影

由于高密度結(jié)構(gòu)（如金屬夾、支架或大量高密度鈣化）對(duì)X 射線光子的吸收比周?chē)M織高得多，當(dāng)混合X 射線束穿過(guò)這些物質(zhì)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生偽影。冠脈支架和手術(shù)夾產(chǎn)生的放射狀偽影是冠狀動(dòng)脈CTA 中評(píng)估血管管腔時(shí)遇到的較棘手的問(wèn)題之一，也是高估狹窄程度的原因之一[11]。VMI 中高能量段（＞90 keV）圖像可以極大地減少高密度金屬結(jié)構(gòu)偽影[6]。然而，碘在高keV 圖像上同樣被抑制，這使得在對(duì)冠狀動(dòng)脈進(jìn)行評(píng)估時(shí)應(yīng)結(jié)合應(yīng)用高低keV 圖像進(jìn)行分析。

3.4 分析冠狀動(dòng)脈斑塊成分

區(qū)分冠狀動(dòng)脈斑塊的不同病理成分對(duì)改善患者的預(yù)后具有重要意義。近年來(lái)，DECT 對(duì)軟組織的辨別能力有很大的進(jìn)步，它是否可以對(duì)斑塊成分進(jìn)行鑒別是目前研究的熱點(diǎn)之一。已有一些研究對(duì)鈣化斑塊與纖維鈣化斑塊、鈣化斑塊與其他亞型斑塊進(jìn)行了區(qū)分，但對(duì)纖維鈣化斑塊、纖維性斑塊和富含脂質(zhì)斑塊的區(qū)分鑒別仍比較困難[12]。斑塊在DECT 中的表征還需要進(jìn)一步研究，將有效原子序數(shù)信息與不穩(wěn)定斑塊的CT 特征相結(jié)合來(lái)確定動(dòng)脈粥樣硬化斑塊的性質(zhì)也是研究的方向之一。

4 結(jié)語(yǔ)與展望

雙能量CT 的臨床應(yīng)用取得了很大的進(jìn)展。應(yīng)用雙能量CT 進(jìn)行冠狀動(dòng)脈CT 血管造影檢查的主要優(yōu)勢(shì)是可以降低輻射劑量和碘對(duì)比劑的用量，同時(shí)保證圖像質(zhì)量，并最大程度減少圖像偽影。與其他臨床診斷方法相比，雙能量CT 在心肌灌注成像、冠狀動(dòng)脈斑塊表征和支架通暢度評(píng)估中的應(yīng)用價(jià)值仍需要進(jìn)一步研究探索。