宝石能谱CT显示支架内腔及再狭窄——体模初步实验研究

齐 琳 毛定飚 毕正宏 滑炎卿

近年来，MSCT动脉造影在显示伪影较少的大动脉支架再狭窄中的作用已被肯定，但由于心脏运动伪影的影响，显示冠状动脉支架内腔的能力仍是技术难点。一般认为直径＜3mm的各种支架内腔可视度低，缺乏诊断价值。能谱CT成像（gemstone spectral imaging，GSI）能够重建40～140千电子伏特（keV）范围内任一单能量图像，并可进行基于组织成分的物质分离，为更好地显示支架腔内情况和减轻伪影提供了新的研究平台。本研究讨论能谱CT对不同程度狭窄的离体支架的显示能力，提高对支架再狭窄的诊断能力。

方 法

1.模型制作

6枚雷帕霉素药物涂层支架（Excel），规格均为2.75 mm×18mm，用球囊在体外用不同的压力分别扩张成直径2.75mm、3.0mm、3.5mm的支架各两枚，分为A、B、C三组，每枚支架分别建立0%、30%、50%、70%～80%的狭窄模型，分别代表无狭窄、轻度狭窄、中度狭窄和重度狭窄模型，置入模拟冠状动脉内，注入含碘对比剂（碘必乐300 mg/ml，用生理盐水稀释为6.25mgI/ml）后密封，将其置入水箱内，固定。管腔内斑块采用人造混合斑块，平扫CT值约为40～100HU。

2.能谱CT扫描和图像分析

使用GE Discovery CT750 HDCT扫描仪进行能谱CT扫描，管电压为单源瞬时切换模式，在小于0.5ms内进行80kVp与140kVp的高低能量切换，管电流600mA，转速0.5s/r，FOV25.0cm，层厚0.625mm。通过仪器自备专用的能谱图像分析软件GSI-Viewer对物质密度图像和单能量图像进行数据测量和分析，获得碘、水基物质密度图像、40～140keV（间隔10keV）11组单能量图像和140kVp混合能量图像，混合能量图像采用标准模式重建。支架图像测量包括：

2.1支架成像质量及内腔显示率的评估：测量A～C组狭窄0%时能谱图像的最佳CNR，找出显示支架内腔的最佳的单能量图像，分别在最佳单能量图像、140kVp混合能量图像、碘基图、水基图上测量支架有效直径并计算支架内腔的实际显示率（CT上支架有效直径与支架的实际直径的比值）。最佳CNR的测量：于支架腔内选择感兴趣区ROI1，大小为1.44mm2，于支架壁上选择感兴趣区ROI2作为背景，面积同样为1.44mm2，能谱分析软件自动计算出最佳CNR。

2.2支架狭窄程度的判断：①最佳单能量图像的选择：在模拟混合斑块处选择感兴趣区ROI1，支架内腔无斑块处选择ROI2作为背景，使用OPTIMAL CNR 曲线获得最佳CNR的单能量图像；②重建每个狭窄模型支架的最佳CNR单能量图像、水基图、混合能量图像，分别由两名从事冠状动脉CT造影5年以上的放射科医生单盲法评估其狭窄程度，若意见不一致时，协商解决；③选择不同狭窄程度的支架内腔斑块处感兴趣区为ROI1，同一支架内腔支架伪影处选择两处感兴趣区分别为ROI2、ROI3，面积均为1.44mm2，利用能谱原子序数图像分析支架内腔斑块处原子序数分布与支架伪影造成的“假斑块”的原子序数分布是否存在差别。

结 果

1.无狭窄的支架内腔显示情况

用能谱分析软件分析A～C组6枚无狭窄的支架能谱图像，获得40～140keV单能量 CNR曲线，均呈递增趋势，140keV时达到最大值。于140keV、碘基图、水基图、140kVp混合能量图像上测得的支架有效直径和显示率见表1。140keV单能图像和水基图对支架内腔显示率高于混合能量和碘基图。重建40keV、60keV、80keV、100keV、120keV、140keV、水基图、混合能量的支架长轴面MPR图像，肉眼评估140keV和水基图金属线束伪影最少，但水基图腔内结构显示不清，而140keV支架内腔的显示优于水基图（图1～9）。且随着支架直径的增加，CT对其内腔的显示率也相应增加。

2.狭窄程度的评估

对A、B、C组轻、中、重度狭窄模型的图像进行能谱分析，均在混合斑块取单能量图像的50～60keV具有较好的图像质量，获得最佳CNR（图10）。

重建0%、30%、50%、70%、80%狭窄支架的60keV单能量图像和水基图。两名放射科医生的诊断结果与实际狭窄程度对照，60keV支架狭窄的诊断准确率分别为100%（6/6）、83.33%（5/6）、83.33%（5/6）、100%（6/6），140kVP混合能量支架狭窄的诊断准确率分别为83.33%（5/6）、50%（3/6）、66.67%（4/6）、83.33%（5/6），而水基图内腔均显示不清，无法判断再狭窄程度（图11～13）。

选择不同狭窄程度的支架内腔斑块处感兴趣区为ROI1，同一支架内腔支架伪影处选择两处感兴趣区分别为ROI2、ROI3，面积均为1.44mm2，利用能谱分析软件获得原子序数图像，斑块的原子序数与伪影处内腔的原子序数在原子序数图像上有明显区别（图14，15）。

表1 无狭窄的支架内腔显示率的评价

图13 水基图。虽然支架伪影较少，但腔内结构显示不清。图14 斑块的能谱分析。蓝圈表示支架腔内混合斑块处ROI，紫圈和绿圈均为支架内非斑块处金属伪影的ROI。图15 支架伪影的能谱分析。原子序数能谱分析图证实支架再狭窄处和伪影造成的“假斑块”的区别。

讨 论

血管内支架植入术是治疗冠状动脉狭窄的主要方法，可改善冠状动脉的血流动力学及临床症状，但术后20%～30%的再狭窄率仍是影响介入治疗远期预后的严重问题，所以及时正确评价是否发生术后再狭窄及闭塞等并发症正日益受到重视[1-2]。多年以来，冠状动脉造影术（CAG）为评价冠脉狭窄程度的“金标准”，但其创伤性、技术难度较大和费用高等缺点使其应用受限，其中与操作相关的死亡率和并发症分别为0.15%和1.5%，不宜作为支架术后评估的常规检查。

目前64排螺旋CT广泛用于冠状动脉成像和支架术后评价，已经能够替代部分诊断性CTA，但常规CTA仍存在一些局限性，如：易受支架伪影的干扰，对直径≤3mm的支架内腔显示率差，支架所在管壁的钙化斑块影响内腔显示。能谱CT与常规CT冠状动脉造影相比有诸多新的性能，利用瞬时高低能量切换技术，通过一次性扫描即可获得40～140keV的101幅单能量图像和常规混合能量图像，由于物质在不同能量水平的衰减不同，在某一能量水平病灶与周围组织之间衰减差异可以达到最大而噪声值最低，这一能量水平就是该病灶的最佳keV值，利用CT能谱成像OPTIMAL CNR曲线可以获得感兴趣去与背景的最佳对比的单能量图像，从而更准确地显示其与背景的差异，最好地达到诊断目的。它在显示支架的优势体现在：①能谱CT单能量图像及最佳单能技术可以提高目标血管的CNR从而优化支架及血管的显示效果；②单能量图像和MARs技术能够降低支架造成的金属硬化伪影；③物质分离技术能够实现支架与血管的分别显示[3]。

支架的金属伪影在CT图像上主要表现为由投影数据缺失引起的从金属区域发出的条状伪影，由X线硬化引起支架内的暗带区域，降低了支架内腔的清晰度，从而低估了支架内腔直径、高估了支架厚度，影响支架内腔再狭窄的诊断。由于支架内腔金属条状伪影容易掩盖内腔低密度斑块造成的再狭窄，造成漏诊，影响病人的预后甚至发生急性冠状动脉事件，故减少条状伪影的意义高于X线硬化伪影造成再狭窄的诊断，故本研究中，感兴趣区ROI1选择在支架内条状伪影处，背景选择在支架壁支柱部分，OPTIMAL CNR曲线表明，140keV图像最适合去除支架的金属硬化伪影。而物质分离图像中，水基图与常规的混合能量图像相比，几乎无金属硬化伪影，故140keV单能量图像和水基图可使支架内腔显示率达到最大值，使2.75mm、3.0mm、3.5mm支架内腔显示率较140kVp混合能量图像分别提高17.1%、10%、8.72%，证明这两种重建图像能较好的减少支架的金属伪影。文献认为[4-5]，影响支架内腔显示率的因素主要是支架直径和厚度，直径＞3mm者有较高的内腔显示率及诊断准确率，而≤3mm者诊断特异度及阳性预测值低，占研究中不能分析支架的大部分。本研究中直径2.75mm的混合能量图像内腔显示率仅为37.45%，不能达到准确诊断再狭窄的筛查要求，而140keV图像内腔显示率提高到54.55%，基本符合检出明显再狭窄的要求。另外，受冠状动脉舒缩、支架所在管壁存在钙化斑块等因素的影响，植入体内的支架容易发生变形、扭曲，而变形的支架容易刺激内膜增生产生再狭窄，本实验中获得的140keV和水基图伪影较少，较好地显示了支架的支柱和连接部分，为诊断支架变形提供了基础，该部分有待于后续研究的证实。

在判断支架狭窄程度部分，诊断者需要区分斑块和线束硬化伪影造成的暗区，从而有效避免患者进一步进行不必要的有创性介入检查。故ROI1选择在人造混合斑块处，伪影暗区作为背景，OPTIMAL CNR显示55～65keV单能量图像可获得最好的CNR。因较低的keV单能量图像可有效的提高组织分辨率，而高的keV水平会降低图像的对比度，减少金属伪影[6]，故在肉眼识别斑块时，50～60keV单能量图像可达到最佳的平衡点，从而符合识别斑块的要求。本研究中，该作用可在诊断轻度和中度狭窄的支架中体现出来，60keV单能量图像优于140kVp混合能量图像。尽管水基图支架伪影较小，但支架内腔的组织分辨率较差，不能满足区分斑块的要求。而碘基图金属条状伪影和线束硬化伪影均较重，内腔显示率较差，也无法准确分辨斑块与伪影。

本研究还发现，有效原子序数图对鉴别支架内斑块和线束硬化伪影有一定帮助，在支架内腔斑块和肉眼较难鉴别的硬化伪影暗区造成的“假斑块”处选择三个感兴趣区，两处伪影暗区的原子序数分布基本重叠，而两者与人造混合斑块处的原子序数分布有明显的不同。因为原子序数图是基于对物质X线衰减理论的分析，其分布取决于物质的有效原子序数的大小，进而可以区分密度相似、CT值相近的物质，了解其真实物质成分，从而帮助鉴别支架内斑块与硬化伪影造成的低密度暗区，减少再狭窄的漏诊和误诊。

本研究的局限性在于：静止状态下的体模研究，与在体支架的动态成像尚存在一定差异；支架的种类单一，支架的例数较少，不能对诊断准确率、内腔显示率等指标做统计分析；斑块成分单一，未用能谱研究不同性质斑块的鉴别；上述不足有待于下一步的深入研究。

总之，140keV单能量图像使支架内腔很好显示，尤其适用于无再狭窄的支架。水基图可较好地显示支架的支柱和连接部分，帮助诊断支架变形，但对显示支架内斑块没有帮助。60keV单能量图像适合显示支架内斑块。而有效原子序数分析对鉴别支架内斑块和线束硬化伪影有一定意义。根据需要观察的部位灵活运用，多种手段结合可帮助诊断支架再狭窄并减少支架伪影。