双层探测器光谱CT诊断心血管疾病的研究进展

2021-01-03李佳佳赵卫东高思齐

中西医结合心脑血管病杂志 2021年23期

李佳佳，赵卫东，高思齐，高萍

随着人口老龄化的加速，我国心血管病的发病人数逐年增加。据统计，心血管病的死亡率居首位，高于肿瘤及其他疾病，其中以心脏病死亡率最高[1]。有研究表明，心源性猝死是猝死发生的首要原因，其中以冠心病猝死占比最高，为55.24%[2]。为减少心血管事件的发生以及准确评估心血管病变的进展，本研究就双层探测器光谱CT(dual-layer spectral detector CT，SDCT)减少对比剂用量、降低辐射剂量、改善图像质量及心血管病变中的潜在诊断价值进行综述。

1 SDCT原理

SDCT采用一种新颖的双层立体探测器扫描技术，将高、低能两组数据通过投影数据域解析，可以同时生成传统的图像(混合能量)和光谱图像，包括虚拟单能量图(virtual monoengergetic image，VMI)、碘密度图、虚拟平扫图(virtual non-contrast，VNC)、有效原子序数(Z-efficient)图等[3]。SDCT在能谱扫描常规化的同时，真正实现了空间和时间的完全统一，为心血管成像提供了理想条件，创造了潜在的临床价值。

CT双能量成像由采集、能量解析及后处理3个部分组成。SDCT通过单一的X射线管和可在探测器水平发生光谱分离的双层立体探测器完成图像采集，其中双层探测器是由以稀有金属钇为基质的闪烁晶体顶层和稀土陶瓷的底层组成。顶层可选择性吸收低能光子，允许高能光子穿透到达底层。这两种光子通过侧置的光电二极管分别传输出高、低能两组数据，在原始数据域空间解析，解析后可生成传统的CT图像和各种能谱图像。SDCT固定管电位为80 kVp、100 kVp、120 kVp或140 kVp，其中120 kVp是光谱分离的最小管电位设置；扫描准直器可达64.000 mm×0.625 mm，产生最大z覆盖40 mm，机架最快旋转时间为0.27 s[3-4]。

2 SDCT在心脏的“双低”成像

2.1 低对比剂用量 SDCT在低能区段的VMI重建为降低受检者碘对比剂的负荷量提供了条件。Hamersvelt等[5]研究发现，与120 kVp的常规碘浓度图像相比，SDCT-VMI在40 keV时，可将循环体模中的碘浓度降低60%且不会降低客观图像质量。Huang等[6]研究发现，与常规多色图像相比，SDCT-VMI在50 keV时且碘负荷为50%(0.4 mL/kg)的情况下提供与冠状动脉CTA相同或改善的冠状动脉图像质量。与Yi等[7-8]观察疑似冠心病病人和肾功能不全病人中的结果一致。Nagayama等[9]研究发现，与常规的120 kVp多相肝CT相比，SDCT-VMI在40～50 keV且碘负荷为50%时，不仅图像噪声等于或低于120 kVp的图像噪声，而且动脉的增强和肝的衰减更明显，病变的检出率更高。

2.2 低辐射剂量 SDCT衍生的虚拟平扫在部分器官疾病的诊断中使常规平扫不再是必选序列，存在潜在剂量节省。Ananthakrishnan等[10]发现在SDCT-VNC中肝脏、肾皮质、脾脏、腹主动脉和腰肌的衰减值与腹部常规平扫图像是等效的(等效值定义为相差<10 HU)；消除常规平扫可在三相中节省1/3的剂量，在两相采集中节省1/2的剂量。有研究表明，SDCT行常规CCTA扫描有效辐射剂量可降至1.5 mSv以下[8]。Nadjiri等[11]通过将常规钙化积分图像与光谱数据的VNC钙化积分进行比较，发现常规平扫和虚拟平扫图像中钙化积分的相关性高达0.94。

3 SDCT可改善图像质量

3.1 降低噪声，改善图像质量基于原始数据空间域的解析，SDCT在光谱重建中引入了“反相噪声抑制技术”，来有效抑制图像噪声；此外全模型迭代重建(IMR)的应用也可以进一步降低噪声[12]。因此，在SDCT产生40～200 keV的161个单能级中均表现出稳定的低噪声，且与常规CT 120 kVp图像相比，其信噪比(SNR)和对比噪声比(CNR)均显著改善[3，13]。Sakabe等[14]通过在30 cm的体模研究中，发现常规120 kVp图像噪声值是26.5 HU，而40 keV和200 keV图像噪声值分别是24.6 HU、23.3 HU，均比常规图像噪声值低；70 keV图像在未降噪及降噪级别为2级和4级时，噪声值分别降低11.3%、26.8%和38.9%；在降噪级别为4级时的40 keV、50 keV、60 keV和70 keV图像CNR值分别是常规120 kVp未降噪图像CNR值的4.7倍、3.1倍、2.1倍、1.5倍。

3.2 提升对比度，减少重复检查率由于接近碘K边(33.2 keV)的能量光电衰减增加，所以碘在较低能量下(40～70 keV)的衰减更高，因此在较低能量下SDCT-VMI重建可增强血管内对比[15]。该特点可用来挽救因造影剂外渗、病人自身循环或注射扫描时间等造成的图像碘增强效果欠佳，避免了额外注射对比剂和不必要的辐射剂量。

4 SDCT在心血管疾病的诊断价值

4.1 提高冠状动脉斑块准确性 SDCT不仅可以利用光谱数据中的有效原子序数准确评估冠状动脉斑块成分，提高斑块的诊断性；而且还能准确测量斑块的大小，避免了常规冠状动脉CTA图像钙化斑块产生的晕状及线束硬化伪影，有助于对高危心血管事件的评估与管理[16]。Boll等[17]以光学相干断层扫描(optical coherence tomography，OCT)为“金标准”，通过光谱 CT对动脉粥样硬化标本中钙化斑块进行评估分析，结果表明SDCT增强算法与OCT测定的钙化斑块大小比较差异无统计学意义(P=0.55)，证实了SDCT可降低组织晕状伪影和线束硬化伪影的影响，从而提高诊断钙化斑块的准确性。

4.2 增加冠状动脉支架可视率 SDCT基于先进的探测器技术可以提高图像质量、减少伪影，针对经皮冠状动脉介入(PCI)术后支架内再狭窄(ISR)的病人，对狭窄程度的评估和图像质量的改善明显优于常规双能CT；高能级的VMI图像可进一步减少与支架相关的伪影并更好地显示支架内腔，低能级的VMI图像可以检测出90%的潜在ISR[18]。

4.3 提高心肌缺血的诊断率 SDCT将有效原子序数图和碘密度图覆盖在衰减图像上，可以提高碘分布缺陷的灵敏度[19-20]。Pelgrim等[21]认为心肌中的碘浓度是某一时刻血液分布的表达，即心肌碘含量可以作为评估心肌灌注的半定量生物标志物；Delgado等[22]发现测定心肌碘含量有助于检测心肌缺血。SDCT图像在使灌注缺陷更加明显的同时减少了混杂伪影，且单次SDCT扫描较动态心肌灌注辐射剂量明显降低[23]。总之，SDCT使非动态心肌灌注常规化，能进一步提高早期小范围心肌缺血诊断的敏感性及准确性。

4.4 有助于快速鉴别诊断左心耳血栓与经食管超声心动图(TEE)相比，CCTA检测心房颤动(AF)病人左心房(LA)/左心耳(LAA)血栓的总体准确性较高，在使用延迟CT成像时，其灵敏度、特异性、阳性预测值(PPV)及阴性预测值(NPV)的准确度更高，均大于92%[24]。有研究表明，血栓和血液淤滞之间的左心耳/主动脉(LAA/AA)均值在延迟图像上有明显差异[25]。Hur等[26]研究表明，双能CT上的碘浓度为1.74 mg/mL时可以鉴别血液淤滞与血栓，且灵敏度为100%，特异性为100%。SDCT可以直接利用动脉期获得的碘密度图来测量感兴趣区域的碘浓度，节省辐射剂量和缩短CT检查时间[3]。

4.5 提高肺动脉栓塞诊断率研究表明，传统CTPA对肺小栓塞的病灶检出率较低，且缺乏肺灌注信息，SDCT成像的碘密度图在提供大量的肺灌注信息的同时增加了栓塞检测的敏感性，在相同剂量下，120 kVp的SDCT-VMI(60 keV、70 keV)图像与常规100 kVp的CTPA图像相比，60 keV和70 keV图像在诊断中央型和周围型肺栓塞的准确性均高于95%[27]。

4.6 有助于诊断慢性血栓栓塞性肺动脉高压 SDCT在诊断慢性血栓栓塞性肺动脉高压(chronic thromboembolic pulmonary hypertension，CTEPH)的特异性、准确性和置信度均增高。已有研究表明CTPA对CTEPH具有一定的诊断价值[28]。Kröger等[29]发现SDCT在诊断CTEPH中有较高的敏感性和特异性，尤其是碘密度图像能提供类似于肺灌注显像的肺灌注信息，不仅能量化灌注异常，还能更好地区分造成肺动脉高压(PH)的病因。SDCT可对病人的肺血管、肺灌注和肺实质进行全面分析，在针对肺动脉高压(PH)病人，SDCT有望成为“一站式”检查的新方法。