能谱CT在冠状动脉成像中的应用进展

作者：杨林林，侯阳，中国医院放射科

能谱CT的出现，使CT从单一依赖CT值衰减成像发展为能够进行多重能级成像及物质分离的多元成像的影像学检查方法。近年来，诸多先进技术应用于冠状动脉CTA，在提高冠状动脉CTA图像质量、精确分析量化冠状动脉斑块特征、降低辐射剂量等方面均已取得一定进展。

1.能谱CT成像原理与技术

1.1成像原理

能谱CT成像的物理基础：①球管产生的X线具有连续的能量分布；②通过测量X线在物体中的吸收来成像，这种衰减能够客观反映X线的能量；③物体对X线的吸收通过光电效应与康普顿效应完成，二者共同决定物质的衰减曲线；③任何物质均有对应的衰减曲线，可选择2种相应比例基物质的组合来表达一个未知物质对X线的吸收，医学上常应用碘与水进行成像组合及物质分离，通过计算碘与水的吸收曲线特性，得出相应特定水平的单能量图像。基于上述基本原理，能谱CT在原有CT的基础上增加能量分辨率及理化性质分辨率参数，并将图像信息由单一能量拓展N-维能量成像。

1.2成像技术

能谱CT主要有5种不同成像技术：①双球管双能量成像，配备2套球管及探测器，每个探测器分别接收X线；②单源瞬时kVp切换技术，扫描时采用高、低能量管电压快速切换，以单一探测器接收方式进行数据采集；③双层探测器技术，应用混合能量管电压，搭配双层探测器分别接收高、低能量X线；④旋转kVp切换技术，分别在2种不同管电压条件下进行2圈容积扫描，管电压瞬时切换，以单一探测器进行接收；⑤光子计数技术，对X线产生的能谱进行光子分段计数，更加细化能谱区，以获得更精准的图像，但尚未应用于临床。

2.能谱CT在冠状动脉成像中的应用

2.1优化冠状动脉图像质量

低keV成像时，碘离子能谱衰减曲线与X线相近，光电效应的影响增强，提高不同组织图像对比度，可进一步实现低对比剂浓度扫描成像。将低能级的能谱成像应用于心肌灌注及冠状动脉扫描，与传统CT相比，CNR及SNR均明显增高。Raju等对例患者进行前瞻性研究，探讨能谱CT降低碘负荷的可行性，发现将浓度为mgI/ml的对比剂稀释10倍，60keV重建图像的CNR及SNR近乎等同于常规对比剂浓度扫描图像，可在不影响诊断结果的前提下减少碘负荷50%以上。

Carrascosa等的研究也证实低浓度对比剂联合50～60keV成像时，图像CNR及SNR与常规CTA图像无明显差别，且碘负荷可减少至60%。国内学者应用浓度为mgI/ml的对比剂，在65keV条件下进行能谱CT成像，同样发现图像CNR、SNR及噪声与常规CTkVp下扫描差异无统计学意义。

2.2诊断冠状动脉狭窄

评估冠状动脉狭窄程度对后续治疗方案的制定具有决定性作用。常规冠状动脉CTA在钙化斑块严重时常存在高估管腔狭窄的情况，应用能谱CT不同算法及后处理技术能够有效抑制硬化伪影，提高诊断准确率。Carrascosa等对个冠状动脉节段进行分析，结果显示能谱CT图像的可评估率为96.7%，显著高于传统重建算法（87.9%）；且能谱CT对弥漫性钙化血管能够有效去除硬化伪影，提高图像可评估率及质量评分。

此外，Carrascosa等采用能谱CT对个冠状动脉节段进行分析，发现以冠状动脉DSA为对照，经运动校准后CT图像的可评估率为98.5%，而传统重建算法为96.6%。Scheske等对比能谱CT与单能量CT，对39例冠状动脉硬化患者进行分析，发现单能级重建90keV时，冠状动脉图像硬化伪影明显较传统扫描CT减少，图像质量评分更高。此外，Ruzsics等应用双源双能量CT在kV（70%）结合80kV/kV（30%）双能量扫描模式，对个冠状动脉动脉节段进行分析，分别与SPECT和血管内超声诊断结果对照，发现CT的诊断敏感度为91%～92%、特异度为79%～91%、准确率为90%～91%。

2.3斑块成分分析

斑块是导致冠状动脉狭窄的直接原因，可分为非钙化斑块、钙化斑块及混合斑块。利用能谱CT可对X线混合能量进行高、低能区分，并搭配能谱曲线及有效原子序数等重建算法，有效抑制硬化伪影，更加细化分析斑块的成分及稳定性。目前对显示不同类型斑块应选择何种能级进行重建尚存在一定争议。朱晓红等认为60keV低能级重建可更好地显示组织对比度，有利于观察冠状动脉内非钙化斑块；而Stehli等应用单源双能量（0.3～0.5ms）快速切换CT对37例患者处冠状动脉斑块进行分析，发现90keV重建能级对钙化及混合斑块显示效果最佳，而keV更利于显示非钙化斑块。Ohta等研究显示，70keV及keV重建时对非钙化斑块显示较清晰。

在精细分析斑块成分方面，Barreto等早期研究结果显示，利用能谱CT能够精准区分钙化、非钙化斑块及混合斑块，但尚不能区分非钙化斑块亚型（脂质、纤维斑块）。Haghighi等口胡进行体外实验，以病理学检查为标准，分别在kV及kV条件下扫描2种密度及有效原子序数不同的非钙化斑块，发现利用能谱CT有效原子序数成像能够有效区分不同亚型非钙化斑块，且利于发现脂质斑块中的微钙化成分。

Nakajima等以冠状动脉血管内超声为对照，对18例患者的冠状动脉脂质及纤维斑块进行分析，发现有效原子序数可用于分析非钙化斑块成分，区分纤维与脂质斑块的ROC曲线AUC为0.91，显著高于70keV能级重建时以CT值区分纤维与脂质斑块的AUC（0.79，P0.05）。

2.4冠状动脉支架植入术后

MSCT为冠状动脉支架植入术后的首选复查方法，但金属支架产生的容积重叠伪影及射线硬化伪影可降低成像质量并干扰支架可视化程度，直径为3mm的支架可视率约为80%，直径3mm支架可视率仅为33%。能谱CT的出现改善了传统MSCT冠状动脉支架成像的弊端，可有效减少支架带来的晕状伪影和硬化伪影。能谱CT高keV能级成像对显示支架优于低keV能级成像，可有效降低金属支架的硬化伪影及晕状伪影，更接近真实。

Halpern等在早期体模实验中将能谱CT扫描方式分为高能量、低能量及传统CT扫描，对内径为2.5、3.5、4.0mm的支架进行分析，结果显示传统CT扫描成像支架内径被低估50%；高能量成像与低能量扫描成像相比，支架管壁厚度降低24%，而内径增加25%。Mangold等应用双源双能量CT对内径2.25、3.00mm体模冠状动脉支架进行评估，发现keV重建时，内径2.25mm支架可视率为86%，内径3.00mm支架为82%，而单能量CT扫描结果分别为64%和62%。

Secchi等应用能谱CT扫描7例冠心病患者冠状动脉支架，对扫描图像分别进行40、60、80、、keV重建，发现随能级增高，支架金属伪影宽度从（5.9±1.1）mm（40keV）逐渐降至（2.7±1.1）mm（、keV），其中80～keV时伪影差异无统计学意义。王彦懿等报道，80keV重建冠状动脉支架内径显示差（artificiallumennarrowing，ALN）最小，为（36.1±3.7）%，图像主观质量评分也较高，为31分。

Carrascosa等对21例患者共62枚支架进行分析，发现能谱CT在重建能级≤80keV时，冠状动脉支架的晕状伪影较大，影响支架的可评估性。应用能谱CT的高能级单能量重建，有利于提高冠状动脉支架的可视率，提高评估支架再狭窄的准确性。

2.5辐射剂量

有学者认为，能谱CT与单能量CT的辐射剂量大致相当，扫描同一组织时，双能量CT辐射剂量并非同等条件下单能量CT的2倍。Han等利用能谱CT对56例冠心病患者进行双能量混合扫描，辐射剂量为（6.1±1.5）mSv。Raju等对例患者的前瞻性研究发现，冠状动脉能谱CT辐射剂量为2.31mSv，常规CTA辐射剂量为2.23mSv。Mangold等应用90kV/kV混合双能量扫描患者冠状动脉支架，发现辐射剂量较常规kV扫描降低49%。

关于能谱CT的单源瞬时kVp切换、双层探测器及双球管双能量技术的辐射剂量问题，国外学者研究发现，在保证相同CNR的前提下，双层探测器双能量CT辐射剂量约为双球管双能量CT的2～5倍，单源瞬时kVp切换能谱CT的辐射剂量约为双球管双能量CT的3倍。利用能谱CT特有的虚拟平扫技术可从1次冠状动脉CTA扫描中获知与真实平扫相似的冠状动脉钙化情况，有利于节约扫描时间及降低辐射剂量，通过虚拟去碘重建得出的钙化积分与无碘扫描时钙化积分高度一致。

此外，Yamada等发现能谱CT虚拟去碘重建较传统无碘扫描可降低20%的辐射剂量；Fuchs等的研究同样证实采用虚拟去碘重建替代无碘扫描可使辐射剂量降低51%。虽然以上研究结果具有较好的指导性，但虚拟平扫技术现仍处于起步阶段，需进行大量精确后处理操作与算法纠正才能避免将真正的钙化成分被错误地去除。

3.能谱CT冠状动脉成像的局限性

能谱CT在冠状动脉成像中仍存在一定局限性：①对冠状动脉斑块成分细化分析技术尚不成熟；②低keV重建时图像对比度虽明显提高，但同时也增大了背景噪声，影响图像质量；③当冠状动脉狭窄程度≥50%时，仅依据冠状动脉解剖形态的狭窄程度难以判断心肌血流状况，还需结合心肌灌注CT、超声心动图等其他检查综合诊断。

综上所述，能谱CT多样化的技术算法及后处理方法，使其在优化对比剂应用、改善冠状动脉图像质量、提高冠状动脉狭窄诊断准确性及冠状动脉支架可视率、降低辐射剂量方面均取得较大进展，且在斑块成分精准分析中具有一定潜力，有望在今后为临床提供更多有价值的诊断信息。

来源：杨林林,侯阳.能谱CT在冠状动脉成像中的应用进展[J].中国介入影像与治疗学,,15(07):-.