第二代雙源雙能量CT心肌灌注成像的初步應(yīng)用

王未， 周長(zhǎng)圣， 方曉堃， 張龍江， 盧光明

·雙能量CT影像學(xué)專(zhuān)題·

第二代雙源雙能量CT心肌灌注成像的初步應(yīng)用

王未， 周長(zhǎng)圣， 方曉堃， 張龍江， 盧光明

目的探討雙源雙能量CT進(jìn)行心肌灌注成像的臨床應(yīng)用價(jià)值。方法采用雙源CT雙能量心肌灌注成像方法對(duì)30例受檢者進(jìn)行掃描，對(duì)所有冠狀動(dòng)脈圖像質(zhì)量及心肌碘圖灌注程度進(jìn)行評(píng)分，并對(duì)冠狀動(dòng)脈狹窄程度進(jìn)行分級(jí)，然后對(duì)冠狀動(dòng)脈狹窄程度與心肌碘圖評(píng)分情況進(jìn)行對(duì)照分析。結(jié)果30例受檢者冠狀動(dòng)脈CTA圖像質(zhì)量均滿足診斷要求。30例受檢者中有19例共計(jì)36支冠狀動(dòng)脈分支出現(xiàn)不同程度的狹窄或閉塞，其中輕度狹窄22支，中度狹窄6支，重度狹窄7支，次全閉塞1支。30例受檢者心肌碘圖均可進(jìn)行碘分布情況評(píng)分。510個(gè)左室心肌節(jié)段中0分21個(gè)節(jié)段(4.1%)，1分75個(gè)節(jié)段(14.7%)，2分218個(gè)節(jié)段(42.7%)，3分196個(gè)節(jié)段(38.4%)。輕度、中度、重度狹窄及閉塞對(duì)應(yīng)2分以上心肌節(jié)段比例分別為85.6%、76.7%、93.0%及100.0%。冠狀動(dòng)脈狹窄程度與心肌灌注評(píng)分之間存在不一致。結(jié)論雙能量心肌灌注作為“一站式”完成冠狀動(dòng)脈及心肌灌注聯(lián)合評(píng)價(jià)的技術(shù)具有一定應(yīng)用潛力。目前校正雙能量掃描所產(chǎn)生的各種偽影，提高心肌灌注評(píng)分與冠狀動(dòng)脈狹窄程度的一致性是促進(jìn)該技術(shù)廣泛應(yīng)用于臨床的關(guān)鍵。

雙源雙能量CT；冠狀動(dòng)脈狹窄；心肌灌注成像；體層攝影術(shù)，X線計(jì)算機(jī)

2006年雙源CT的問(wèn)世使得臨床常規(guī)進(jìn)行雙能量數(shù)據(jù)采集成為可能[1]。目前，雙能量CT技術(shù)已用于各種肺動(dòng)脈疾病的解剖及功能學(xué)診斷[2]，特別是肺動(dòng)脈栓塞成像[3]、去骨CT頭頸血管成像[4]、腫瘤學(xué)能量成像[5]等，體現(xiàn)了較好的臨床應(yīng)用價(jià)值。然而，雙能量CT心肌灌注成像作為“一站式”完成冠狀動(dòng)脈及心肌灌注聯(lián)合評(píng)價(jià)的技術(shù)手段所具有的應(yīng)用潛力仍是目前臨床研究的熱點(diǎn)[6]，其成像特點(diǎn)及臨床意義備受關(guān)注。本研究旨在探討雙源雙能量CT進(jìn)行心肌灌注成像的臨床應(yīng)用價(jià)值。

材料與方法

1.研究對(duì)象

2014年4月-2014年6月共30例受檢者行雙能量CT心臟檢查，其中男16例，女14例，年齡42～81歲，平均(59.6±9.8)歲；心率46～80次/分，平均心率(61.4±8.8)次/分。其中24例受檢者臨床表現(xiàn)為胸痛、胸悶、心悸、心慌等癥狀，6例受檢者無(wú)臨床癥狀作常規(guī)篩查而行冠狀動(dòng)脈CT血管成像(CT angiography，CTA)檢查。排除標(biāo)準(zhǔn):呼吸配合不佳、心律不齊、心腎功能不全、碘過(guò)敏、冠狀動(dòng)脈支架植入者及孕婦。本研究受檢者未進(jìn)行SPECT以及常規(guī)有創(chuàng)性冠狀動(dòng)脈造影檢查。

2.雙源CT雙能量掃描

采用Siemens Definition Flash型雙源CT進(jìn)行雙能量心臟掃描。掃描前均給予硝酸甘油噴霧以擴(kuò)張冠狀動(dòng)脈，對(duì)心率高于70次/分且無(wú)禁忌證的受檢者給予口服倍他樂(lè)克控制心率。使用雙筒高壓注射器經(jīng)右側(cè)肘前靜脈以5 mL/s流率注射對(duì)比劑優(yōu)維顯(370 mg I/mL) 60～80 mL，然后再以相同流率注射40 mL生理鹽水。使用人工智能觸發(fā)掃描，觸發(fā)點(diǎn)定于平肺動(dòng)脈干層面的主動(dòng)脈根部，觸發(fā)閾值100 HU，延時(shí)4 s掃描。掃描范圍為自氣管分叉至心臟膈面下1 cm左右，屏氣掃描。掃描參數(shù):A球管電壓Sn140 kV，參考165 mAs/r；B球管電壓Sn100 kV，參考140 mAs/r。開(kāi)啟實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)劑量調(diào)節(jié)自動(dòng)曝光CARE Dose 4D，準(zhǔn)直器64×2×0.6 mm，視野260 mm×260 mm，旋轉(zhuǎn)時(shí)間0.28 s，螺距0.17～0.28(隨心率自動(dòng)調(diào)整)。采用75 ms單扇區(qū)重建時(shí)間窗自動(dòng)重建最佳舒張期圖像(層厚0.75 mm，重建間隔0.5 mm，卷積函數(shù)值D30f，圖像矩陣512×512)，用于冠狀動(dòng)脈血管重建；采用280 ms全期相時(shí)間窗得到3組數(shù)據(jù)(140 kV，100 kV，融合系數(shù)為0.5的平均加權(quán)圖像)用于雙能量心肌灌注成像。

3.CT冠狀動(dòng)脈重建與分析

將自動(dòng)重建的最佳舒張期融合組數(shù)據(jù)導(dǎo)入Inspace和Circulation軟件分別進(jìn)行容積再現(xiàn)(volume rendering，VR)、最大密度投影(maximum intensity projection，MIP)和多平面重組(multiplanar reconstruction，MPR)用以評(píng)價(jià)冠狀動(dòng)脈，主要包括右冠狀動(dòng)脈(近段、中段、遠(yuǎn)段)、左主干、左前降支(近段、中段、遠(yuǎn)段)、左回旋支(近段、中段、遠(yuǎn)段)。由2位觀察者分別對(duì)所有冠狀動(dòng)脈圖像進(jìn)行分段觀察并評(píng)分，判斷是否存在狹窄并對(duì)狹窄程度進(jìn)行分級(jí)，將冠狀動(dòng)脈分支最狹窄處的狹窄程度作為該支冠狀動(dòng)脈狹窄分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)果不一致者共同討論得出一致結(jié)論。根據(jù)血管狹窄程度分為輕度狹窄(<50%)、中度狹窄(50%～75%)、重度狹窄(75%～99%)、完全閉塞(100%)。

4.心肌灌注成像與分析

將140 kV及100 kV兩組數(shù)據(jù)調(diào)入Heart PBV軟件，通過(guò)雙能量特殊算法得到心肌內(nèi)碘灌注分布圖(即碘分布圖)。根據(jù)冠狀動(dòng)脈對(duì)心肌支配具有的特定性, 采用美國(guó)心臟學(xué)會(huì)推薦的左室17段標(biāo)準(zhǔn)分法：在左室短軸位將左室分為心底、中部、心尖三個(gè)層面，心底層面為二尖瓣至乳頭肌尖水平，中部層面包括乳頭肌全長(zhǎng)，心尖層面為乳頭肌以遠(yuǎn)到心臟末端。對(duì)每個(gè)層面進(jìn)行分段及命名。心底部：1前壁、2前間隔壁、3下間隔壁、4下壁、5下側(cè)壁、6前側(cè)壁；中部：7前壁、8前間隔壁、9下間隔壁、10下壁、11下側(cè)壁、12前側(cè)壁；心尖部：13前壁、14間隔壁、15下壁、16側(cè)壁；另外加17心尖。前壁、前間隔壁、間隔壁及心尖(1、2、7、8、13、14、17)主要由前降支發(fā)出分支供血，下間隔壁、下壁(3、4、9、10、15)主要由右冠狀動(dòng)脈發(fā)出分支供血，下側(cè)壁、前側(cè)壁及側(cè)壁(5、6、11、12、16)主要由回旋支發(fā)出分支供血。心肌灌注評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：碘圖采用4級(jí)評(píng)分法[7]，0分正常,1分稀疏，2分明顯稀疏，3分缺損。2分以上為灌注異常。

5.冠狀動(dòng)脈狹窄程度與心肌灌注對(duì)照

根據(jù)各冠狀動(dòng)脈分支對(duì)應(yīng)的心肌灌注區(qū)域，分別按照冠狀動(dòng)脈狹窄的輕度、中度、重度、閉塞四個(gè)等級(jí)，統(tǒng)計(jì)對(duì)應(yīng)的0～3分各分值的心肌節(jié)段數(shù)，計(jì)算各級(jí)狹窄冠狀動(dòng)脈分支對(duì)應(yīng)的2分以上心肌節(jié)段比例。由于左主干供血區(qū)域包括左前降支和左回旋支的供血范圍，為避免重復(fù)統(tǒng)計(jì)，當(dāng)左主干和其分支同時(shí)出現(xiàn)狹窄時(shí)，只評(píng)價(jià)狹窄程度高的血管的供血心肌節(jié)段。

結(jié)果

1.冠狀動(dòng)脈狹窄程度

30例受檢者冠狀動(dòng)脈CTA圖像質(zhì)量均滿足診斷要求。30例受檢者中有19例共計(jì)36支冠狀動(dòng)脈出現(xiàn)不同程度的狹窄或閉塞，分別為冠狀動(dòng)脈輕度狹窄22支(左前降支9支，左回旋支3支，左主干3支，右冠狀動(dòng)脈7支)、中度狹窄6支(左前降支3支，左主干1支，右冠狀動(dòng)脈2支)、重度狹窄7支(左前降支4支，左回旋支1支，右冠狀動(dòng)脈2支)及1支左回旋支次全閉塞。

2.左室心肌灌注評(píng)分

30例受檢者心肌碘圖均可用于評(píng)估碘分布情況。將30例受檢者共510個(gè)左室心肌節(jié)段進(jìn)行評(píng)分(表1)，其中0分者21個(gè)節(jié)段(4.1%)，1分者75個(gè)節(jié)段(14.7%)，2分者218個(gè)節(jié)段(42.7%)，3分者196個(gè)節(jié)段(38.4%)。

表1 左室心肌灌注程度評(píng)分 (個(gè))

3.冠狀動(dòng)脈狹窄程度與對(duì)應(yīng)供血心肌灌注評(píng)分對(duì)照

輕度狹窄：左前降支對(duì)應(yīng)心肌灌注0分2段，1分6段，2分22段，3分26段；左回旋支對(duì)應(yīng)心肌灌注1分1段，2分9段，3分5段；左主干對(duì)應(yīng)心肌灌注0分2段，1分3段，2分2段，3分5段；右冠狀動(dòng)脈對(duì)應(yīng)心肌灌注0分1段，1分2段，2分19段，3分13段；2分以上心肌節(jié)段比例為85.6%(101/118)。中度狹窄：左前降支對(duì)應(yīng)心肌灌注0分2段，1分3段，2分11段，3分5段；左主干對(duì)應(yīng)心肌灌注1分3段，2分4段，3分5段；右冠狀動(dòng)脈對(duì)應(yīng)心肌灌注0分1段，1分1段，2分1段，3分7段；2分以上心肌節(jié)段比例為76.7%(33/43)。重度狹窄：左前降支對(duì)應(yīng)心肌灌注0分2段，2分16段，3分10段(圖1)；左回旋支對(duì)應(yīng)心肌灌注2分4段，3分1段；右冠狀動(dòng)脈對(duì)應(yīng)心肌灌注1分1段，2分8段，3分1段；2分以上心肌節(jié)段比例為93.0%(40/43)。次全閉塞左回旋支對(duì)應(yīng)心肌灌注2分2段，3分3段；2分以上心肌節(jié)段比例為100.0%(5/5)(表2)。

表2 冠狀動(dòng)脈狹窄程度與對(duì)應(yīng)心肌灌注評(píng)分對(duì)照 (段)

圖1 1例58歲男性患者的雙能量CTA圖像。a) 左前降支多平面重組圖像示左前降支近段多發(fā)混合斑塊(箭)，管腔重度狹窄; b) 左前降支容積再現(xiàn)圖像示左前降支近段鈣化斑塊(箭); c) 左室短軸位心肌灌注碘圖示左室前壁(左前降支供血區(qū)域)可見(jiàn)明顯灌注缺損區(qū)(箭)。

討論

雙源CT具有兩套球管-探測(cè)器系統(tǒng)，被安裝在同一個(gè)旋轉(zhuǎn)機(jī)架上，能同時(shí)進(jìn)行兩種不同能量的掃描[8]，其依據(jù)高低密度物質(zhì)分別在高低能量下衰減特性的不同實(shí)現(xiàn)物質(zhì)成分分離，其對(duì)增強(qiáng)后碘成分提取得到的碘物質(zhì)密度成像即為碘圖。碘圖能有效抑制背景CT值并配以偽彩，可直接反應(yīng)組織內(nèi)碘濃度的差異，并可定量測(cè)量組織內(nèi)碘濃度。雙能量CT心肌灌注成像通過(guò)計(jì)算雙能量數(shù)據(jù)把碘對(duì)比劑在心肌組織內(nèi)的分布情況用偽彩色表達(dá)出來(lái)，得到了心臟灌注圖像即心肌碘分布圖，可反映正常心肌組織和發(fā)生梗死或缺血心肌組織對(duì)碘對(duì)比劑攝取存在的差異[9]。

一些臨床初步研究證實(shí)了雙能量CT心肌灌注成像的可行性。彭晉等[7]初步應(yīng)用雙能量心肌灌注發(fā)現(xiàn)對(duì)于心率低于70次/分的患者采用雙能量CT可獲得滿意的冠狀動(dòng)脈影像，同時(shí)得到的心肌灌注成像也可滿足臨床診斷需求，并提出雙能量心肌灌注檢查應(yīng)將受檢者心率嚴(yán)格控制在70次/分以下，故對(duì)高心率患者的應(yīng)用可能受到一定限制。本研究同樣發(fā)現(xiàn)通過(guò)一次雙能量心臟增強(qiáng)掃描，30例受檢者均能得到冠狀動(dòng)脈成像的融合組數(shù)據(jù)及心肌灌注成像的雙能量組數(shù)據(jù)，并且后處理圖像都可用于診斷、評(píng)價(jià)。心肌碘圖圖像質(zhì)量較好，可直觀顯示碘的分布區(qū)域及程度。不同于以往文獻(xiàn)報(bào)道，本研究嘗試放寬受檢者心率要求，共有5例受檢者心率>70次/分，甚至1例達(dá)到80次/分，其后處理所得冠狀動(dòng)脈圖像及心肌碘圖均顯示清晰，可用于臨床診斷、評(píng)價(jià)，從而提示對(duì)于心律穩(wěn)定但心率>70次/分的受檢者亦可嘗試進(jìn)行雙能量心肌灌注成像。沈比先等[10]通過(guò)雙能量心肌灌注研究心肌梗死與其罪犯血管的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)心肌灌注與責(zé)任冠狀動(dòng)脈狹窄之間存在線性變化趨勢(shì)，冠狀動(dòng)脈輕中度狹窄受檢者心肌灌注未見(jiàn)異常，而重度及以上受檢者大多可見(jiàn)心肌灌注減低。本研究通過(guò)冠狀動(dòng)脈狹窄程度與對(duì)應(yīng)供血心肌節(jié)段評(píng)分對(duì)照發(fā)現(xiàn)，輕中度狹窄冠狀動(dòng)脈分支對(duì)應(yīng)2分以上心肌節(jié)段比例分別為85.6%、76.7%，而重度狹窄以及閉塞冠狀動(dòng)脈分支對(duì)應(yīng)2分以上心肌節(jié)段比例分別為93.0%、100.0%，高于前兩級(jí)。另外，本研究中有6例受檢者共8支冠狀動(dòng)脈分支存在重度狹窄或閉塞，其中6支血管在其供血區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)3分的灌注缺損心肌節(jié)段，有1例左前降支重度狹窄受檢者其左前降支對(duì)應(yīng)的7個(gè)左室心肌節(jié)段全部被評(píng)為3分，可見(jiàn)心肌灌注評(píng)價(jià)對(duì)于相應(yīng)供血冠狀動(dòng)脈狹窄所造成的血流動(dòng)力學(xué)改變具有一定提示作用。

本研究發(fā)現(xiàn)30例受檢者的心肌灌注碘圖均出現(xiàn)不同心肌節(jié)段灌注評(píng)分≥2分，而其中11例受檢者冠狀動(dòng)脈CTA未發(fā)現(xiàn)任何狹窄。CTA發(fā)現(xiàn)冠狀動(dòng)脈狹窄的19例受檢者中，尚有114個(gè)左室心肌節(jié)段對(duì)應(yīng)的供血冠狀動(dòng)脈分支未出現(xiàn)狹窄，而其中98(86.0%，98/114)個(gè)節(jié)段心肌灌注評(píng)分≥2分。雖然缺少診斷冠狀動(dòng)脈狹窄的“金標(biāo)準(zhǔn)”DSA作為對(duì)照，難以判斷CTA診斷結(jié)果的準(zhǔn)確性，然而造成這些不一致結(jié)果的因素中不排除心肌灌注碘圖存在假陽(yáng)性的可能。心肌灌注碘圖產(chǎn)生假陽(yáng)性的一個(gè)重要原因是雙能量檢查中產(chǎn)生的偽影，其中最主要的是線束硬化偽影，盡管在初次重建過(guò)程中所有圖像都經(jīng)過(guò)軟組織線束硬化校正，但是由高密度物質(zhì)(特別是CT心肌灌注成像中心室內(nèi)的碘對(duì)比劑)產(chǎn)生的線束硬化并不能被這種校正方法有效地最小化。在心臟的對(duì)比強(qiáng)化成像中，線束硬化效應(yīng)影響最典型的部位為四腔心層面(接近于水平長(zhǎng)軸位)左室下壁、前壁的暗帶以及間隔壁和側(cè)壁的亮帶，這種偽影會(huì)導(dǎo)致心肌灌注定性或定量評(píng)估結(jié)果不準(zhǔn)確[11]。

本研究發(fā)現(xiàn)，左室心肌各部分被評(píng)為3分的比例為前壁61.1%(55/90)，下壁47.8%(43/90)，間隔壁21.3%(32/150)，側(cè)壁38.0%(57/150)；左室心肌各部分被評(píng)為0分的比例為前壁0(0/90)，下壁0(0/90)，間隔壁12.7%(19/150)，側(cè)壁1.3%(2/150)，可見(jiàn)前壁與下壁的灌注程度評(píng)估結(jié)果較差，而側(cè)壁與間隔壁的灌注程度評(píng)估結(jié)果相對(duì)較好，與線束硬化效應(yīng)相符。另外，本研究還發(fā)現(xiàn)心尖66.7%(20/30)的受檢者被評(píng)為2分，推測(cè)與心尖周?chē)M織的影響有一定關(guān)系，有待進(jìn)一步研究。另外，2個(gè)X線球管同時(shí)開(kāi)啟所增加的散射輻射會(huì)造成信噪比下降以及重建圖像中陰影偽影的產(chǎn)生[12]；另有文獻(xiàn)報(bào)道，由于受檢者的運(yùn)動(dòng)(比如心臟搏動(dòng))或進(jìn)行CTA掃描時(shí)所產(chǎn)生的在高管電壓和低管電壓投照裝置之間投射視野的錯(cuò)配，會(huì)造成投射區(qū)域內(nèi)無(wú)法進(jìn)行物質(zhì)分離,這些有可能造成在單能量圖像中對(duì)線束硬化偽影校正不夠理想。以上這些干擾都會(huì)影響心肌灌注評(píng)估結(jié)果的真實(shí)性。目前已有文獻(xiàn)報(bào)道利用數(shù)據(jù)外推法、標(biāo)識(shí)線恢復(fù)算法(support recovery algorithm)[13]及交叉散射校對(duì)算法[14]等措施來(lái)校正掃描中的各種偏差。近年來(lái)，多種最小化線束硬化效應(yīng)的算法被逐漸推廣，So等[8，15]研究發(fā)現(xiàn)基于圖像的重建后校正方法和基于二維投影的單能量重建方法可以有效地降低線束硬化效應(yīng)對(duì)于心肌灌注評(píng)估的影響。因此，對(duì)于雙能量心肌灌注檢查中所產(chǎn)生的各種偽影的校正，將是完善和發(fā)展心肌灌注檢查的重點(diǎn)之一。

綜上所述，本研究發(fā)現(xiàn)通過(guò)一次雙能量CT心臟增強(qiáng)掃描可得到較為滿意的冠狀動(dòng)脈圖像和心肌灌注圖像，心肌灌注情況對(duì)于相應(yīng)供血冠狀動(dòng)脈狹窄所造成的血流動(dòng)力學(xué)改變有一定提示作用，但冠狀動(dòng)脈狹窄程度與心肌灌注評(píng)分之間尚存在不一致，因此提高心肌灌注評(píng)分與冠狀動(dòng)脈狹窄程度的一致性是未來(lái)研究應(yīng)重點(diǎn)解決的問(wèn)題之一。

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Preliminaryapplicationofsecond-generationdual-sourcedual-energyCTinmyocardialperfusionimaging

WANG Wei,ZHOU Chang-sheng,FANG Xiao-kun,et al.

Department of Medical Imaging,Nanjing General Hospital of Nanjing Military Command Nanjing,Nanjing 210002,P.R.China

Objective：To explore the clinical value of dual-source dual-energy CT in myocardial perfusion imaging.MethodsMyocardial perfusion imaging was performed in 30 subjects using second-generation dual-source CT.Two senior radiologists assessed the image quality of coronary arteries,perfusion distribution of iodine map of myocardium,and degree of coronary artery stenosis.Afterwards,the two physicians correlated the degree of coronary artery stenosis with the perfusion distribution of iodine map.ResultsCoronary CTA image qualities of 30 subjects all met the needs of diagnosis.A total of 36 branches of coronary arteries in 19 cases in 30 subjects displayed different degrees of stenosis or occlusion.There were 22 branches with mild stenosis,6 branches with moderate stenosis,7 branches with severe stenosis,and 1 branch with subtotal block.Myocardial iodine maps from 30 cases of subjects could all be used for rating iodine distribution. In 510 segments of myocardium of left ventricular，21 segments(4.1%) got 0 point,75 segments(14.7%) got 1 point,218 segments(42.7%) got 2 points,and 196 segments(38.4%) got 3 points.The ratios of the myocardium segments above 2 points,corresponding to mild,moderate,severe stenosis and occlusion,were 85.6%,76.7%,93.0% and 100.0% respectively.ConclusionDual-energy myocardial perfusion as a "one-stop" technology for combined evaluation of coronary artery and myocardial perfusion examination,provides a certain application possibility.At present,correction of all kinds of artifacts in dual-energy scanning to improve the consistency between myocardial perfusion and coronary artery stenosis degree is the key to promoting this modality in clinical practice.

Dual energy CT；Coronary stenosis；Myocardial perfusion imaging；Tomography,X-ray computed

210002 南京，南京軍區(qū)南京總醫(yī)院/南京大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬金陵醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像科

王未(1984-)，女，江蘇徐州人，博士研究生，主要從事心血管影像學(xué)研究工作。

盧光明，E-mail：cjr.luguangming@vip.163.com

R543.3; R814.42

A

1000-0313(2014)09-0993-05

10.13609/j.cnki.1000-0313.2014.09.003

2014-08-01

2013-08-12)