多排螺旋CT在冠状动脉成像技术中的现状与进展

胡斌，徐文坚，陈海松

1.青岛市市立医院 CT室，山东 青岛266011；2.青岛大学医学院附属医院影像诊断科，山东 青岛 266016

自20世纪60年代以来，有创的选择性冠状动脉造影一直是冠状动脉成像和冠心病诊断的“金标准”。近年来多层螺旋CT冠状动脉造影（Multislice Computed Tomography Coronary Artery，MSCTCA）这项无创性造影技术在冠状动脉成像方面取得了长足的进展[1-3]。21世纪初，4层和8层MSCT实现了高速螺旋扫描（0.5s/转），结合回顾性或前瞻性心电门控，通过图像重建处理获得二维和三维的冠状动脉图像，但单位时间内的扫描覆盖范围太小，心脏CT扫描时间长，并且对心率也有较为严格的要求。2002年，16层MSCT应用于临床，实现了亚毫米层厚的心脏数据采集。其螺旋扫描速度快（420ms/转），时间分辫率<210ms，扫描层厚可达0.75mm，心率波动对冠状动脉CT图像质量的影响有所减轻，对冠状动脉细小分支的显示有一定改善[4]。2004年底推出的64层MSCT，螺旋扫描速度更快（≤0.35s/转），时间分辨率显著提高（<50ms），心脏亚毫米层厚<0.5mm，探测器旋转1周可覆盖的扫描范围可达32～40mm，明显高于16层螺旋CT，完成1次心脏扫描控制在10s以内，可以获得优良的冠状动脉CT图像[5-6]。

1 冠状动脉扫描图像后处理技术

冠状动脉的CT图像重建后处理技术包括多平面重建（Multiple Planar Reformation，MPR）、 曲面重建（Curved Planar Reformation，CPR）、最大密度投影法（Rnaximum Intensity Projection，MIP）、 表面覆盖法（Surface Shadow Display，SSD）、容积再现（Volume Rendering Technique，VRT）、仿真内窥镜（Virtual Endoscopy，VE）。

（1）MPR是沿不同平面的图像重建，可根据要求方位形成近似各向同性的重建图像，直接测量用于诊断。

（2）CPR是在显示图像上根据需要划线，将划线的二维数据任意平面及角度重建成新二维图像，能够展现走行迂曲的冠状动脉的全貌及管腔内外状况，它在冠状动脉的后处理中非常实用，但与操作者对冠状动脉解剖的了解有很大的关系。

（3）MIP是最大强度值的像素投影，反映的是组织密度差异，3对比度高。它能区分血管性结构和非血管性结构，获得类似DSA的图像，可以显示细小的血管及冠状动脉狭窄的程度和长度，显示血管壁的钙化，缺点是对前后重叠的血管不能区分，不能清晰显示解剖结构的三维关系。

（4）SSD法可显示冠状动脉的立体形态和空间关系，但小的冠状动脉分支显示欠佳，并且对狭窄程度有夸大效应，对管壁的钙化和管腔亦不能区分。

（5）VRT是保留二维CT的信息，应用所有的资料数据进行重建，逼真地呈现冠状动脉与各心腔的三维关系，可靠地显示狭窄位置的长度和斑块性质，并且能进行不同角度的切割旋转，便于显示所需要的血管结构。

（6）VE将螺旋CT的容积数据进行后处理重组出类似于纤维内窥镜所见的空腔器官内部的立体图像，可以显示冠状动脉腔内的情况、管壁的钙化及腔内的斑块，了解粥样斑块的位置及与冠状动脉分支的关系，对冠状动脉病变的分析起着重要作用。但VE用于观察冠状动脉管腔内的情况，研究发现在诊断未钙化或无血流动力学意义的病变时，不如传统横断面图像优越[7]。

在冠状动脉MSCTCA的后处理技术中，不应单纯应用某一种技术，应将VRT、CPR和横断面图像结合起来，其他后处理技术可作为有益的补充。

2 MSCT冠状动脉重建图像质量的影响因素

由于冠状动脉管径细小（直径≤4mm），并紧随心肌在心动周期内搏动，冠状动脉CT成像质量受空间分辨率、时间分辨率、心脏搏动、血管壁钙化、心律不齐、呼吸运动等诸多因素影响。

2.1 空间分辨率

为了能够显示细小、弯曲、复杂的冠状动脉解剖结构和管壁细微的病理改变，各向同性或近乎各向同性的空间分辨率<1mm是必须的[8]。空间分辨率低，冠状动脉周围的高密度结构（起搏器，搭桥术后的金属夹等）可以产生硬线束伪影（hard beam）及部分容积效应。64层螺旋CT能进行快速螺旋容积扫描和多阵列探测器亚毫米采集，Z轴分辨率可达0.4mm，接近无创冠状动脉成像的要求，但还低于传统造影的0.2mm。

2.2 时间分辨率

64层螺旋CT采用4～5扇区重组技术，时间分辨率显著提高。为降低影像模糊和阶梯状伪影，心率快者多采用连续的几个心动周期的扫描数据来重建，时间分辨率可得到改善，心率越快需要的心动周期越多。时间分辨率＝旋转时间/2N。N为扇区，64层螺旋CT采用多扇区采样技术，旋转时间0.33s/转，按4扇区成像计算，时间分辨率可达41ms。总之，由于时间分辨率的提高，64层螺旋CT的冠状动脉血管成像质量有了明显的提高。

2.3 钙化

钙化斑块及冠状动脉管壁钙化是影响冠状动脉管腔显示的主要因素之一[9]。钙化影响CT评价冠状动脉狭窄范围和冠心病诊断准确率，易造成假阴性诊断[10]。但钙化是不可避免的，临床上对MSCT显示血管壁严重钙化而影响诊断冠状动脉病变的患者仍建议行冠状动脉造影，以减少或避免钙化带来的误诊或漏诊，进一步提高冠心病的确诊率。

2.4 心率和心律

在冠状动脉扫描的过程中，心率较快的患者，R-R间期较短，致心脏每搏输出量相对减少，冠状动脉内对比剂充盈显影不佳[11]。心率的变化缩短了心脏相对静止的时间，影响扫描图像的质量，导致出现运动伪影。Hong等[12]报道冠状动脉图像质量与患者心率呈明显负相关，要获满意的图像，心率应控制在74.5次/min以下。Giesler等[13]报道随着心率的增加，可以进行影像学评价的冠状动脉狭窄数量减少，心率≤70次/min时，检测冠状动脉狭窄的敏感度为62%，而心率>70次/min时敏感度降至33%。多层螺旋CT辅以心电后门控的应用，64层螺旋CT时间分辨率可提高到41ms，但是相对于心动周期的时间来说，时间分辨率仍不够高，尤其当心率较快时舒张时间缩短，冠状动脉图像可受舒张早期心室舒张或舒张晚期心房收缩运动的影响产生伪影。此外，冠状动脉重建算法也因心率而异，心率慢时，每层图像由一个心动周期某一段R-R%时相的数据重建而成；心率快时，每层图像由两个或两个以上心动周期某一段R-R%时相的数据重建而成[14-15]。因此，心率的快慢是影响图像质量的主要因素，尽可能的控制心率对提高冠状动脉CT血管成像的检查质量、改善工作流程是很有帮助的。

另外，心律不齐会影响MSCT的评价效果，国内有文献报道发现[16]，在基本心率大致相同的情况下，多层螺旋CT冠状动脉的成像质量受心率波动的范围的影响。

2.5 呼吸及其他客观因素

若患者呼吸控制不好，会造成扫描的冠状动脉二维图像跳跃不连贯，重建的三维图像呈截断样或波浪状。由于64层螺旋CT的时间分辨率较高，一般冠状动脉检查扫描时间均控制在10s以内，几乎所有的患者均能耐受一次屏气完成扫描，因此，呼吸对冠状动脉影响相对较小。另外，放射科医技师除接受放射相关知识的培训，还应接受心血管解剖、生理、病理生理等方面的培训[17]，他们对患者的引导水平也会影响图像质量及诊断结果。

3 MSCT冠状动脉造影的临床应用评价

3.1 MSCTCA能高度准确地显示冠状动脉狭窄

Achenbach等[18]应用MSCT对64例病人冠状动脉狭窄的显示情况进行了研究，并与数字减影冠状动脉比较，MSCT显示冠状动脉主干和管腔直径大于或等于2.0mm分支的重度狭窄或阻塞（>70%的狭窄）的敏感度为91%，特异度为84%；若包括所有>50%的狭窄敏感度为85%，特异度为76%。王怡宁等[19]比较了64层和16层MSCT的冠状动脉成像结果，证实64层MSCT冠状动脉成像诊断冠状动脉≥50%狭窄的敏感性为94.9%（56/59），特异性为93.2%（124/l33）。Pugliese等[20]对35例病人进行了64层螺旋CT冠状动脉成像与数字减影冠状动脉造影的双盲法对比研究，结果表明，CT冠状动脉成像对左冠状动脉主干、前降支、回旋支和右冠状动脉等494段大于或等于50%狭窄的显示，敏感度和特异度分别为99%和96%，阳性和阴性预测值分别为78%和99%。阴性预测值高，64层螺旋CT可作为冠状动脉检查的筛选手段，但它的时间分辨率低导致阳性预测值低。

3.2 MSCTCA还可显示冠状动脉管壁结构及冠状动脉粥样斑块的情况[21]

MSCT早期的研究只是笼统地将冠状动脉内斑块区分为钙化斑块和非钙化斑块（软斑块）。Kopp等[22]检测了6处冠状动脉斑块，对照冠状动脉造影及血管内超声表现，并按血管内超声的分类方法将斑块分为软斑块、中等密度斑块、钙化斑块。Fayad等[23]总结不同成分斑块的CT值如下：新鲜血栓的CT值为20HU，脂质斑块为50HU，纤维斑块为100HU，钙化斑块的CT值>300HU。从以上可以看出MSCT能为无创性评价冠状动脉粥样斑块的成分提供有价值的信息，但是心率、心率波动、呼吸及斑块内钙化成分及管腔内对比剂的部分容积效应会影响对斑块CT值测量的准确性。由于空间分辨率和组织分辨率的限制，MSCT尚无法区分典型粥样硬化斑块内的纤维帽及脂质核，也无法对各个成分的厚度或面积进行测量。

3.3 MSCT一次注药可同时显示各支搭桥血管和冠状动脉

经股动脉插管搭桥血管造影是诊断搭桥血管“金标准”，但它是一种有创的方法，寻找桥血管近端吻合口需要多次注药。MSCT冠状动脉成像是一种无创、简便的检查方法，一次注药可同时显示各支搭桥血管和冠状动脉。16层螺旋CT能可靠地评价搭桥血管近端吻合口、桥血管和远端吻合口，近端吻合口显示率为100%，远端吻合口显示率为74%，诊断桥血管重度狭窄和闭塞的敏感性为75%～100%，特异性为87%～100%[24-25]。CT成像近端吻合口、搭桥血管本身、远端吻合口以及远侧血管的可评价率均高于16层螺旋CT，尤其对远端吻合口以远的血管显示优于16层螺旋CT，且屏气时间近乎减半，造影剂量也大大减少，更适合于搭桥血管成像。Pache等[26]对31例冠状动脉搭桥术后病人96支桥血管狭窄进行评估，敏感度、特异度、阳性预测值和阴性预测值分别为97.8%，89.3%，90%，97.7%。

3.4 MSCT使CT评价支架内再狭窄（In-Stent Restenosis，ISR）成为可能

冠状动脉支架植入术面临的主要问题是ISR，诊断ISR的传统方法是冠状动脉造影，但高费用和有创性限制了该技术的广泛应用。MSCT的空间分辨率和时间分辨率有了显著提高，部分容积效应产生的测量误差和运动伪影明显减少，使CT评价ISR成为可能。Gaspar等[27]运用40层螺旋CT，通过观察支架内对比剂充盈缺损的程度来诊断ISR，以常规冠状动脉造影（Conventional Coronary Angiography，CCA）（>60%）为标准，其诊断ISR的敏感性和特异性分别达到了88.9%和80.6%，显示MSCT对支架内完全闭塞病变的诊断有良好的准确性。Qhnuki等[28]用像素计数法（Pixel Count Method）在16层螺旋CT上诊断ISR的敏感性和特异性分别达到了75%和88%。由此看来，螺旋CT冠状动脉成像技术诊断ISR尚有一定的难度，但鉴于其较高的特异性和阴性预测值，对排除ISR仍然有一定的作用。

总之，MSCTCA是一项安全可靠、准确有效的冠状动脉检查方法，它可以清晰显示形态与大体解剖相似的冠状动脉。对于显示管壁的改变和管腔的狭窄有较好的敏感性、特异性、阳性预测值和阴性预测值。斑块特别是非钙化斑块在普通插管造影中很难观察，CT三维重建图像可多方位、多角度观察管壁斑块和管腔的关系。虽然在评估钙化、心肌桥和血管闭塞方面有所欠缺，但它作为胸闷、气短及心前区不适症状等临床疑似冠心病患者进行冠状动脉造影检查和治疗，以及冠状动脉搭桥手术前的筛选是十分必要和可行的。随着双源CT、128层和256层螺旋CT等更为先进的CT机投入临床研究,其时间分辨率和空间分辨率不断提高，在一定程度上克服了心脏无创性CT扫描所遇到的屏气时间及心率快患者图像出现的带状、阶梯状伪影等技术难题。技术的创新必然改变医学的传统思维，今后，无创冠状动脉CT血管造影有望取代有创的冠状动脉造影。

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