雙層探測器光譜CT診斷心血管疾病的研究進展

李佳佳，趙衛東，高思齊，高 萍

隨著人口老齡化的加速，我國心血管病的發病人數逐年增加。據統計，心血管病的死亡率居首位，高于腫瘤及其他疾病，其中以心臟病死亡率最高[1]。有研究表明，心源性猝死是猝死發生的首要原因，其中以冠心病猝死占比最高，為55.24%[2]。為減少心血管事件的發生以及準確評估心血管病變的進展，本研究就雙層探測器光譜CT(dual-layer spectral detector CT，SDCT)減少對比劑用量、降低輻射劑量、改善圖像質量及心血管病變中的潛在診斷價值進行綜述。

1 SDCT原理

SDCT采用一種新穎的雙層立體探測器掃描技術，將高、低能兩組數據通過投影數據域解析，可以同時生成傳統的圖像(混合能量)和光譜圖像，包括虛擬單能量圖(virtual monoengergetic image，VMI)、碘密度圖、虛擬平掃圖(virtual non-contrast，VNC)、有效原子序數(Z-efficient)圖等[3]。SDCT在能譜掃描常規化的同時，真正實現了空間和時間的完全統一，為心血管成像提供了理想條件，創造了潛在的臨床價值。

CT雙能量成像由采集、能量解析及后處理3個部分組成。SDCT通過單一的X射線管和可在探測器水平發生光譜分離的雙層立體探測器完成圖像采集，其中雙層探測器是由以稀有金屬釔為基質的閃爍晶體頂層和稀土陶瓷的底層組成。頂層可選擇性吸收低能光子，允許高能光子穿透到達底層。這兩種光子通過側置的光電二極管分別傳輸出高、低能兩組數據，在原始數據域空間解析，解析后可生成傳統的CT圖像和各種能譜圖像。SDCT固定管電位為80 kVp、100 kVp、120 kVp或140 kVp，其中120 kVp是光譜分離的最小管電位設置；掃描準直器可達64.000 mm×0.625 mm，產生最大z覆蓋40 mm，機架最快旋轉時間為0.27 s[3-4]。

2 SDCT在心臟的“雙低”成像

2.1 低對比劑用量 SDCT在低能區段的VMI重建為降低受檢者碘對比劑的負荷量提供了條件。Hamersvelt等[5]研究發現，與120 kVp的常規碘濃度圖像相比，SDCT-VMI在40 keV時，可將循環體模中的碘濃度降低60%且不會降低客觀圖像質量。Huang等[6]研究發現，與常規多色圖像相比，SDCT-VMI在50 keV時且碘負荷為50%(0.4 mL/kg)的情況下提供與冠狀動脈CTA相同或改善的冠狀動脈圖像質量。與Yi等[7-8]觀察疑似冠心病病人和腎功能不全病人中的結果一致。Nagayama等[9]研究發現，與常規的120 kVp多相肝CT相比，SDCT-VMI在40～50 keV且碘負荷為50%時，不僅圖像噪聲等于或低于120 kVp的圖像噪聲，而且動脈的增強和肝的衰減更明顯，病變的檢出率更高。

2.2 低輻射劑量 SDCT衍生的虛擬平掃在部分器官疾病的診斷中使常規平掃不再是必選序列，存在潛在劑量節省。Ananthakrishnan等[10]發現在SDCT-VNC中肝臟、腎皮質、脾臟、腹主動脈和腰肌的衰減值與腹部常規平掃圖像是等效的(等效值定義為相差<10 HU)；消除常規平掃可在三相中節省1/3的劑量，在兩相采集中節省1/2的劑量。有研究表明，SDCT行常規CCTA掃描有效輻射劑量可降至1.5 mSv以下[8]。Nadjiri等[11]通過將常規鈣化積分圖像與光譜數據的VNC鈣化積分進行比較，發現常規平掃和虛擬平掃圖像中鈣化積分的相關性高達0.94。

3 SDCT可改善圖像質量

3.1 降低噪聲，改善圖像質量 基于原始數據空間域的解析，SDCT在光譜重建中引入了“反相噪聲抑制技術”，來有效抑制圖像噪聲；此外全模型迭代重建(IMR)的應用也可以進一步降低噪聲[12]。因此，在SDCT產生40～200 keV的161個單能級中均表現出穩定的低噪聲，且與常規CT 120 kVp圖像相比，其信噪比(SNR)和對比噪聲比(CNR)均顯著改善[3，13]。Sakabe等[14]通過在30 cm的體模研究中，發現常規120 kVp圖像噪聲值是26.5 HU，而40 keV和200 keV圖像噪聲值分別是24.6 HU、23.3 HU，均比常規圖像噪聲值低；70 keV圖像在未降噪及降噪級別為2級和4級時，噪聲值分別降低11.3%、26.8%和38.9%；在降噪級別為4級時的40 keV、50 keV、60 keV和70 keV圖像CNR值分別是常規120 kVp未降噪圖像CNR值的4.7倍、3.1倍、2.1倍、1.5倍。

3.2 提升對比度，減少重復檢查率 由于接近碘K邊(33.2 keV)的能量光電衰減增加，所以碘在較低能量下(40～70 keV)的衰減更高，因此在較低能量下SDCT-VMI重建可增強血管內對比[15]。該特點可用來挽救因造影劑外滲、病人自身循環或注射掃描時間等造成的圖像碘增強效果欠佳，避免了額外注射對比劑和不必要的輻射劑量。

4 SDCT在心血管疾病的診斷價值

4.1 提高冠狀動脈斑塊準確性 SDCT不僅可以利用光譜數據中的有效原子序數準確評估冠狀動脈斑塊成分，提高斑塊的診斷性；而且還能準確測量斑塊的大小，避免了常規冠狀動脈CTA圖像鈣化斑塊產生的暈狀及線束硬化偽影，有助于對高危心血管事件的評估與管理[16]。Boll等[17]以光學相干斷層掃描(optical coherence tomography，OCT)為“金標準”，通過光譜 CT對動脈粥樣硬化標本中鈣化斑塊進行評估分析，結果表明SDCT增強算法與OCT測定的鈣化斑塊大小比較差異無統計學意義(P=0.55)，證實了SDCT可降低組織暈狀偽影和線束硬化偽影的影響，從而提高診斷鈣化斑塊的準確性。

4.2 增加冠狀動脈支架可視率 SDCT基于先進的探測器技術可以提高圖像質量、減少偽影，針對經皮冠狀動脈介入(PCI)術后支架內再狹窄(ISR)的病人，對狹窄程度的評估和圖像質量的改善明顯優于常規雙能CT；高能級的VMI圖像可進一步減少與支架相關的偽影并更好地顯示支架內腔，低能級的VMI圖像可以檢測出90%的潛在ISR[18]。

4.3 提高心肌缺血的診斷率 SDCT將有效原子序數圖和碘密度圖覆蓋在衰減圖像上，可以提高碘分布缺陷的靈敏度[19-20]。Pelgrim等[21]認為心肌中的碘濃度是某一時刻血液分布的表達，即心肌碘含量可以作為評估心肌灌注的半定量生物標志物；Delgado等[22]發現測定心肌碘含量有助于檢測心肌缺血。SDCT圖像在使灌注缺陷更加明顯的同時減少了混雜偽影，且單次SDCT掃描較動態心肌灌注輻射劑量明顯降低[23]。總之，SDCT使非動態心肌灌注常規化，能進一步提高早期小范圍心肌缺血診斷的敏感性及準確性。

4.4 有助于快速鑒別診斷左心耳血栓 與經食管超聲心動圖(TEE)相比，CCTA檢測心房顫動(AF)病人左心房(LA)/左心耳(LAA)血栓的總體準確性較高，在使用延遲CT成像時，其靈敏度、特異性、陽性預測值(PPV)及陰性預測值(NPV)的準確度更高，均大于92%[24]。有研究表明，血栓和血液淤滯之間的左心耳/主動脈(LAA/AA)均值在延遲圖像上有明顯差異[25]。Hur等[26]研究表明，雙能CT上的碘濃度為1.74 mg/mL時可以鑒別血液淤滯與血栓，且靈敏度為100%，特異性為100%。SDCT可以直接利用動脈期獲得的碘密度圖來測量感興趣區域的碘濃度，節省輻射劑量和縮短CT檢查時間[3]。

4.5 提高肺動脈栓塞診斷率 研究表明，傳統CTPA對肺小栓塞的病灶檢出率較低，且缺乏肺灌注信息，SDCT成像的碘密度圖在提供大量的肺灌注信息的同時增加了栓塞檢測的敏感性，在相同劑量下，120 kVp的SDCT-VMI(60 keV、70 keV)圖像與常規100 kVp的CTPA圖像相比，60 keV和70 keV圖像在診斷中央型和周圍型肺栓塞的準確性均高于95%[27]。

4.6 有助于診斷慢性血栓栓塞性肺動脈高壓 SDCT在診斷慢性血栓栓塞性肺動脈高壓(chronic thromboembolic pulmonary hypertension，CTEPH)的特異性、準確性和置信度均增高。已有研究表明CTPA對CTEPH具有一定的診斷價值[28]。Kr?ger等[29]發現SDCT在診斷CTEPH中有較高的敏感性和特異性，尤其是碘密度圖像能提供類似于肺灌注顯像的肺灌注信息，不僅能量化灌注異常，還能更好地區分造成肺動脈高壓(PH)的病因。SDCT可對病人的肺血管、肺灌注和肺實質進行全面分析，在針對肺動脈高壓(PH)病人，SDCT有望成為“一站式”檢查的新方法。

5 小 結

SDCT在提高圖像質量的同時還能減少造影劑用量、降低病人的輻射劑量，使病人的適用性更廣；同時SDCT使能譜掃描常規化，既消除了前瞻性研究所需的雙能量需求，也滿足了回顧性研究的雙能量需要，真正實現了“同源”“同向”“同時”的特點，為心血管疾病的預防與評估以及診斷與鑒別診斷提供了更多的臨床價值。