Revolution CT冠狀動脈成像技術的應用及研究進展

趙曉靜，張苗，盧潔

1. 首都醫科大學宣武醫院 放射與核醫學科，北京 100053；2. 磁共振成像腦信息學北京市重點實驗室，北京 100053

引言

CT冠狀動脈成像（Coronary Computed Tomography Angiography，CCTA）是一種非侵入檢查，能夠提供冠狀動脈血管鈣化及狹窄程度等的影像學信息，是臨床冠心病診療過程中的重要檢查手段。其成像過程，因心臟處于搏動狀態，冠狀動脈成像容易產生運動偽影，所以對CT設備的掃描速度和時間分辨率有較高的要求[1]。隨著CT探測器技術的不斷提高，Revolution CT逐漸應用于臨床，其掃描速度可達到280 ms/圈，實現了全心覆蓋，且能夠在一個心動周期內完成冠狀動脈的數據采集，突破了CT冠狀動脈成像受心率限制的瓶頸[2]。本文對Revolution CT在冠狀動脈成像中的應用及研究進展進行了綜述。

1 智能相位選擇及心臟凍結技術

1.1 智能相位選擇

心臟搏動造成的血管運動偽影會使冠狀動脈主干或各分支血管管腔顯示不佳，影響臨床醫生對冠狀動脈的觀察與診斷。因此根據患者心率選擇一組運動偽影相對較低的心動周期圖像是冠狀動脈診斷的前提條件。寬體探測器Revolution CT的智能相位選擇算法與以往的算法不同，是根據血管橫斷面影像最佳圖像質量來決定心動周期的選擇。Stassi等[3]通過三位醫生利用五分法對智能選擇期像的圖像質量進行評分，最佳相位的平均圖像質量分數總體為（4.01±0.65）分，右冠狀動脈為（3.33±1.27）分，左前降支為（4.50±0.35）分，回旋支為（4.50±0.35）分，冠狀動脈圖像均能夠滿足診斷的要求，并且和三位醫生人工選擇的最佳期像的圖像質量評分沒有統計學差異。寬體探測器CT智能相位選擇應用時，會自動在掃描期相中以1%的期相間隔進行篩選，直接重建出最佳期相，大幅提高不同心率患者人工重建最佳心動周期的工作效率，縮短了重建工作的時間。智能相位是一種全新的期相選擇重建算法，能夠對掃描后各期相、各層面的血管圖像進行單獨評價。張棟青等[4]對智能相位選擇在高心率患者CCTA中的應用進行了探討，其對48例患者圖像的原始數據進行全期相重建和智能相位重建，由兩名醫師選擇全期相中的最佳質量圖像作為對照組，智能相位重建圖像為實驗組，采用秩和檢驗比較兩組圖像是否存在差異。研究結果顯示，兩組圖像最佳期相的選擇不超過2%的比例為75%，且兩組圖像質量評分不存在統計學差異。較多研究也同樣證實，智能相位在CCTA中的應用能夠提供與最佳圖像沒有顯著性差異的圖像，滿足臨床要求，所以臨床實踐中可以優先使用智能相位選擇的期相進行重建[5-6]。

1.2 心臟凍結技術

CCTA作為評價冠狀動脈血管的非侵入性檢查手段被廣泛應用于臨床，但近12%的冠狀動脈節段由于受心臟搏動較快的影響，血管易形成截斷偽影，給診斷造成困難[4]。心臟凍結技術（Snapshot Freeze，SSF）是一種改善圖像質量的運動校正算法，能夠在較短時間內完成全心結構的偽影校正。王科鑫等[7]應用Revolution CT 聯合SSF技術對高心率胸痛三聯癥成像進行研究，采用寬體探測器軸掃方式進行冠狀動脈檢查，結合SSF技術降低了血管搏動偽影，解決了患者因心率快、心律不齊而造成的冠狀動脈圖像質量低等問題。陳化等[8]探討了SSF技術在冠狀動脈支架植入術后評估中的應用價值，比較了常規技術重建與SSF技術重建的冠狀動脈圖像的質量，結果顯示SSF技術可以提高支架植入術后的CCTA圖像質量，并對心率較高（心率＞70次/min）、右冠狀動脈支架患者的CCTA圖像質量提升效果明顯。Liang等[9]探討了SSF技術對圖像質量的影響，由兩位醫生對心率＞75次/min的64例患者的CCTA圖像進行SSF和標準算法處理及回顧性分析，結果顯示SSF算法處理的CCTA圖像在一個心動周期采集中能夠顯著提高圖像質量和診斷率。Suh等[10]應用Revolution CT探討SSF技術對減少人工機械瓣膜對CCTA圖像造成的金屬偽影干擾，該研究表明人工機械瓣膜產生的金屬偽影主要是運動原因造成的，應用SSF技術能顯著減少偽影造成的干擾，提高圖像質量和醫生的診斷信心。

2 Revolution CT在CCTA中的應用價值

2.1 Revolution CT在高心率患者CCTA中的應用

早期螺旋CT設備受限于探測器寬度，需要求患者的心率≤65次/min才能獲得滿意的冠狀動脈圖像。第二代雙源CT探測器寬度為48 mm，研究顯示5%～11%的患者需要用藥物進行心率控制才能完成檢查[11]。隨著CT探測器技術的發展，冠狀動脈成像技術不斷提高，寬體探測器寬度可達160 mm，可以在不需要檢查床移動的情況下實現全心臟的覆蓋掃描，較多研究者已經證實高心率患者應用寬體探測器完成CCTA單個心動周期的掃描能夠獲得良好的冠狀動脈圖像。Cho等[12]用可進行定量分析的冠狀動脈血管模型來評價寬體探測器Revolution CT對高心率患者的成像質量，模擬的心動頻率為60～100次/min，評價指標包括圖像的診斷信心、血管的運動偽影、圖像的信噪比以及對血管模型狹窄程度評價的準確性，結果顯示，在低心率狀態下（＜60次/min）SSF技術改善圖像質量的效果不明顯；而提高模擬心率至80～100次/min，寬體探測器CT通過SSF技術能夠顯著提高圖像質量以及診斷的準確性。Liang等[11]對84例心率均≥75次/min、疑似冠心病的患者應用Revolution CT寬體探測器完成CCTA，共采集336例患者的冠狀動脈血管圖像，按18節段分法分為1056節段。兩位醫師對冠狀動脈管腔狹窄≥50%的冠狀動脈節段進行判斷，對CCTA和介入造影圖像結果進行比較分析，結果顯示CCTA診斷血管狹窄的敏感性和特異性分別為91.5%和95.6%；陽性診斷率和陰性診斷率分別為77.7%和98.5%；對于冠狀動脈節段分支，CCTA的敏感性和特異性分別為95.2%和93.5%，陽性診斷率和陰性診斷率分別為87%和97.7%；對疑似冠心病患者，CCTA的敏感性和特異性分別為100%和85.7%，陽性診斷率和陰性診斷率均為100%。該研究表明高心率患者在Revolution CT下完成的CCTA具有較高的陽性診斷率和極高的陰性診斷率，能夠為臨床診斷冠心病提供可靠的影像學依據。

2.2 Revolution CT在心律失常患者中的應用

患者心律失常也是CCTA圖像產生運動偽影的重要因素，高低心率的變化、心律不規則等因素會導致多心動周期數據匹配不佳，血管產生錯層偽影，醫生無法進行診斷，最終造成心律失常患者的CCTA檢查失敗。寬體探測器能夠在一個心動周期內完成全心掃描，對于心律失常的患者，能夠保證冠狀動脈血管主干及各分支的連續性。Wen等[2]對70例心房顫動的患者進行初步研究，根據在掃描過程中患者是否存在房顫進行分組，兩位醫師對患者的圖像根據4分法進行主觀評價進而對冠狀動脈進行節段分析。評價標準：1分，圖像質量優秀；2分，圖像質量良好；3分，圖像質量欠佳；4分，圖像質量不滿足診斷要求。兩位醫師對心律正常組患者圖像質量評分分別為（1.62±0.39）、（1.49±0.38）分，心律失常組患者的主觀評分為（1.59±0.44）、（1.53±0.36）分，研究結果顯示所有滿足診斷要求的冠狀動脈節段所占比例為98.2%，患者圖像質量與患者房顫沒有明顯正相關關系（P＞0.05）。Matveeva等[13]進一步擴大了心律失常患者的樣本量，對303例CCTA患者（111例為竇性心律、192例為房顫患者）的圖像質量、輻射劑量以及觀察者評價血管的診斷信心進行比較研究，結果顯示竇性心律患者的圖像質量高于房顫患者的圖像質量，所評估的3933個冠狀動脈節段中，圖像質量評價為優秀的節段有1660（42.2%）個，圖像質量較好的節段有1621（41.2%）個，圖像質量評價中等的有531（13.5%）個，圖像質量較差和無法診斷的分別僅有90（2.3%）個和31（0.8%）個。觀察者對冠狀動脈節段診斷信心最佳的為左主干，其次為右冠狀動脈，診斷信心相對較低的為左前降和回旋支。

3 Revolution CT在自由呼吸狀態下的CCTA

應用早期的64排或128排探測器CT設備完成冠狀動脈成像，要求技師對患者反復進行呼吸訓練以保證在掃描過程中患者保持屏氣狀態，防止呼吸造成的胸廓運動影響冠狀動脈的圖像質量。高齡及肺部病變患者在檢查時無法配合呼吸指令完成檢查，成為早期冠狀動脈檢查的難點。隨著CT設備探測器技術和時間分辨率的不斷提高，患者可以在自由呼吸狀態下完成冠狀動脈血管成像。Liu等[14]在進行256排寬體探測器CT冠狀動脈成像時，對40例患者要求保持屏氣狀態、40例患者處于自由呼吸狀態，結果顯示兩組患者圖像質量的主觀評分、圖像信噪比以及輻射劑量均未見統計學差異。Shuai等[15]進一步參照冠狀動脈血管造影的結果，對自由呼吸狀態下CCTA對冠狀動脈狹窄診斷的準確性、特異性、敏感性、陽性診斷率和陰性診斷率進行評價，結果顯示在冠狀動脈節段水平，CCTA的診斷結果分別為90.8%、88.3%、91.1%、57.1%、98.3%；在冠狀動脈分支水平，CCTA的診斷結果分別為93.4%、90.6%、94.2%、80.5%、97.4%；在疑似冠心病患者中，CCTA的診斷結果分別為92.1%、100%、85%、85.7%、100%，該研究結果表明與評價冠狀動脈狹窄的“金標準”血管造影相比，患者在自由呼吸狀態下的CCTA具有較高的準確性。

4 Revolution CT低輻射劑量CCTA

臨床上降低患者輻射劑量的方法包括通過降低管電壓、智能調控管電流以及聯合迭代算法在保證圖像質量的基礎上改善掃描方案[16-17]。另外，雙源CT可以通過大螺距技術完成CCTA掃描。大螺距技術原理是通過增大螺距使相同范圍內的光子量減少，聯合自動管電壓技術以及自動管電流技術，提高X射線能量或增加mAs，保證每個像素點上有足夠的光子量來獲得圖像，可以實現輻射劑量的降低[16-21]。較多研究者應用寬體探測器CT進行低輻射劑量的相關研究，如Wen等[2]分析了房顫患者應用寬體探測器完成CCTA的圖像質量和輻射劑量，結果顯示心率＞50次/min的房顫患者有效輻射劑量為（3.89±2.35）mSv，心率＜50次/min的房顫患者有效輻射劑量為（2.56±2.03）mSv，寬體探測器CT能夠在一個心動周期內完成數據采集，房顫患者不需要多心動周期的容積數據，減少了患者的輻射劑量。Matveeva等[13]對房顫、竇性心律患者在相同掃描方案下進行亞組分組，標準方案的掃描電壓為100 kVp，低劑量方案的掃描電壓為80 kVp，研究顯示管電壓為100 kVp時，房顫、竇性心律患者的有效輻射劑量分別為（3.72±1.95）mSv、（2.67±1.47）mSv；管電壓為80 kVp時，房顫、竇性心律患者的有效輻射劑量分別為（1.68±0.71）mSv、（1.30±0.52）mSv，通過降低管電壓，患者的有效輻射劑量降低了50%，但是圖像質量未見明顯降低。該研究認為，對于疑似冠狀動脈血管狹窄的患者，管電壓為100 kVp所獲得的圖像更具優勢。Chen等[22]針對低BMI患者進一步降低管電壓至70 kVp，采用ASiR-V為80%對30例BMI≤23 kg/m2的患者進行CCTA檢查，與掃描條件為管電壓100 kVp、ASiR-V 50%所獲得的圖像比較，低管電壓組的噪聲為（23.7±3.6）HU，高于高電壓組噪聲（21.6±3.5）HU，但兩組圖像的主觀評價、SNR、CNR沒有顯著性差異，但是對比劑劑量和輻射劑量顯著降低，低管電壓組有效輻射劑量僅為（0.43±0.20）mSv，與高電壓組相比下降了75%。該研究表明采用寬體探測器CT聯合ASiR-V算法，對低BMI患者降低管電壓完成低劑量CCTA是可行的。

5 結論與展望

CT設備在掃描速度和CCTA成功率方面的提升，為CCTA與其他部位的聯合成像提供了基礎[23]。較多研究者應用Revolution CT進行多部位的聯合掃描，包括一站式頭頸動脈和冠狀動脈掃描，冠狀動脈聯合腹部增強等[24-29]，為臨床進行多部位同時評估提供了技術上的可能，有助于減少對比劑用量，降低發生對比劑腎損傷的風險[30-31]。有理由相信寬體探測器CT將在CCTA成像、CCTA聯合多部位增強掃描上發揮更大的價值。