第二代双源双能量CT心肌灌注成像的初步应用

王未， 周长圣， 方晓堃， 张龙江， 卢光明

·双能量CT影像学专题·

第二代双源双能量CT心肌灌注成像的初步应用

王未， 周长圣， 方晓堃， 张龙江， 卢光明

目的探讨双源双能量CT进行心肌灌注成像的临床应用价值。方法采用双源CT双能量心肌灌注成像方法对30例受检者进行扫描，对所有冠状动脉图像质量及心肌碘图灌注程度进行评分，并对冠状动脉狭窄程度进行分级，然后对冠状动脉狭窄程度与心肌碘图评分情况进行对照分析。结果30例受检者冠状动脉CTA图像质量均满足诊断要求。30例受检者中有19例共计36支冠状动脉分支出现不同程度的狭窄或闭塞，其中轻度狭窄22支，中度狭窄6支，重度狭窄7支，次全闭塞1支。30例受检者心肌碘图均可进行碘分布情况评分。510个左室心肌节段中0分21个节段(4.1%)，1分75个节段(14.7%)，2分218个节段(42.7%)，3分196个节段(38.4%)。轻度、中度、重度狭窄及闭塞对应2分以上心肌节段比例分别为85.6%、76.7%、93.0%及100.0%。冠状动脉狭窄程度与心肌灌注评分之间存在不一致。结论双能量心肌灌注作为“一站式”完成冠状动脉及心肌灌注联合评价的技术具有一定应用潜力。目前校正双能量扫描所产生的各种伪影，提高心肌灌注评分与冠状动脉狭窄程度的一致性是促进该技术广泛应用于临床的关键。

双源双能量CT；冠状动脉狭窄；心肌灌注成像；体层摄影术，X线计算机

2006年双源CT的问世使得临床常规进行双能量数据采集成为可能[1]。目前，双能量CT技术已用于各种肺动脉疾病的解剖及功能学诊断[2]，特别是肺动脉栓塞成像[3]、去骨CT头颈血管成像[4]、肿瘤学能量成像[5]等，体现了较好的临床应用价值。然而，双能量CT心肌灌注成像作为“一站式”完成冠状动脉及心肌灌注联合评价的技术手段所具有的应用潜力仍是目前临床研究的热点[6]，其成像特点及临床意义备受关注。本研究旨在探讨双源双能量CT进行心肌灌注成像的临床应用价值。

材料与方法

1.研究对象

2014年4月-2014年6月共30例受检者行双能量CT心脏检查，其中男16例，女14例，年龄42～81岁，平均(59.6±9.8)岁；心率46～80次/分，平均心率(61.4±8.8)次/分。其中24例受检者临床表现为胸痛、胸闷、心悸、心慌等症状，6例受检者无临床症状作常规筛查而行冠状动脉CT血管成像(CT angiography，CTA)检查。排除标准:呼吸配合不佳、心律不齐、心肾功能不全、碘过敏、冠状动脉支架植入者及孕妇。本研究受检者未进行SPECT以及常规有创性冠状动脉造影检查。

2.双源CT双能量扫描

采用Siemens Definition Flash型双源CT进行双能量心脏扫描。扫描前均给予硝酸甘油喷雾以扩张冠状动脉，对心率高于70次/分且无禁忌证的受检者给予口服倍他乐克控制心率。使用双筒高压注射器经右侧肘前静脉以5 mL/s流率注射对比剂优维显(370 mg I/mL) 60～80 mL，然后再以相同流率注射40 mL生理盐水。使用人工智能触发扫描，触发点定于平肺动脉干层面的主动脉根部，触发阈值100 HU，延时4 s扫描。扫描范围为自气管分叉至心脏膈面下1 cm左右，屏气扫描。扫描参数:A球管电压Sn140 kV，参考165 mAs/r；B球管电压Sn100 kV，参考140 mAs/r。开启实时动态剂量调节自动曝光CARE Dose 4D，准直器64×2×0.6 mm，视野260 mm×260 mm，旋转时间0.28 s，螺距0.17～0.28(随心率自动调整)。采用75 ms单扇区重建时间窗自动重建最佳舒张期图像(层厚0.75 mm，重建间隔0.5 mm，卷积函数值D30f，图像矩阵512×512)，用于冠状动脉血管重建；采用280 ms全期相时间窗得到3组数据(140 kV，100 kV，融合系数为0.5的平均加权图像)用于双能量心肌灌注成像。

3.CT冠状动脉重建与分析

将自动重建的最佳舒张期融合组数据导入Inspace和Circulation软件分别进行容积再现(volume rendering，VR)、最大密度投影(maximum intensity projection，MIP)和多平面重组(multiplanar reconstruction，MPR)用以评价冠状动脉，主要包括右冠状动脉(近段、中段、远段)、左主干、左前降支(近段、中段、远段)、左回旋支(近段、中段、远段)。由2位观察者分别对所有冠状动脉图像进行分段观察并评分，判断是否存在狭窄并对狭窄程度进行分级，将冠状动脉分支最狭窄处的狭窄程度作为该支冠状动脉狭窄分级标准，结果不一致者共同讨论得出一致结论。根据血管狭窄程度分为轻度狭窄(<50%)、中度狭窄(50%～75%)、重度狭窄(75%～99%)、完全闭塞(100%)。

4.心肌灌注成像与分析

将140 kV及100 kV两组数据调入Heart PBV软件，通过双能量特殊算法得到心肌内碘灌注分布图(即碘分布图)。根据冠状动脉对心肌支配具有的特定性, 采用美国心脏学会推荐的左室17段标准分法：在左室短轴位将左室分为心底、中部、心尖三个层面，心底层面为二尖瓣至乳头肌尖水平，中部层面包括乳头肌全长，心尖层面为乳头肌以远到心脏末端。对每个层面进行分段及命名。心底部：1前壁、2前间隔壁、3下间隔壁、4下壁、5下侧壁、6前侧壁；中部：7前壁、8前间隔壁、9下间隔壁、10下壁、11下侧壁、12前侧壁；心尖部：13前壁、14间隔壁、15下壁、16侧壁；另外加17心尖。前壁、前间隔壁、间隔壁及心尖(1、2、7、8、13、14、17)主要由前降支发出分支供血，下间隔壁、下壁(3、4、9、10、15)主要由右冠状动脉发出分支供血，下侧壁、前侧壁及侧壁(5、6、11、12、16)主要由回旋支发出分支供血。心肌灌注评分标准：碘图采用4级评分法[7]，0分正常,1分稀疏，2分明显稀疏，3分缺损。2分以上为灌注异常。

5.冠状动脉狭窄程度与心肌灌注对照

根据各冠状动脉分支对应的心肌灌注区域，分别按照冠状动脉狭窄的轻度、中度、重度、闭塞四个等级，统计对应的0～3分各分值的心肌节段数，计算各级狭窄冠状动脉分支对应的2分以上心肌节段比例。由于左主干供血区域包括左前降支和左回旋支的供血范围，为避免重复统计，当左主干和其分支同时出现狭窄时，只评价狭窄程度高的血管的供血心肌节段。

结果

1.冠状动脉狭窄程度

30例受检者冠状动脉CTA图像质量均满足诊断要求。30例受检者中有19例共计36支冠状动脉出现不同程度的狭窄或闭塞，分别为冠状动脉轻度狭窄22支(左前降支9支，左回旋支3支，左主干3支，右冠状动脉7支)、中度狭窄6支(左前降支3支，左主干1支，右冠状动脉2支)、重度狭窄7支(左前降支4支，左回旋支1支，右冠状动脉2支)及1支左回旋支次全闭塞。

2.左室心肌灌注评分

30例受检者心肌碘图均可用于评估碘分布情况。将30例受检者共510个左室心肌节段进行评分(表1)，其中0分者21个节段(4.1%)，1分者75个节段(14.7%)，2分者218个节段(42.7%)，3分者196个节段(38.4%)。

表1 左室心肌灌注程度评分 (个)

3.冠状动脉狭窄程度与对应供血心肌灌注评分对照

轻度狭窄：左前降支对应心肌灌注0分2段，1分6段，2分22段，3分26段；左回旋支对应心肌灌注1分1段，2分9段，3分5段；左主干对应心肌灌注0分2段，1分3段，2分2段，3分5段；右冠状动脉对应心肌灌注0分1段，1分2段，2分19段，3分13段；2分以上心肌节段比例为85.6%(101/118)。中度狭窄：左前降支对应心肌灌注0分2段，1分3段，2分11段，3分5段；左主干对应心肌灌注1分3段，2分4段，3分5段；右冠状动脉对应心肌灌注0分1段，1分1段，2分1段，3分7段；2分以上心肌节段比例为76.7%(33/43)。重度狭窄：左前降支对应心肌灌注0分2段，2分16段，3分10段(图1)；左回旋支对应心肌灌注2分4段，3分1段；右冠状动脉对应心肌灌注1分1段，2分8段，3分1段；2分以上心肌节段比例为93.0%(40/43)。次全闭塞左回旋支对应心肌灌注2分2段，3分3段；2分以上心肌节段比例为100.0%(5/5)(表2)。

表2 冠状动脉狭窄程度与对应心肌灌注评分对照 (段)

图1 1例58岁男性患者的双能量CTA图像。a) 左前降支多平面重组图像示左前降支近段多发混合斑块(箭)，管腔重度狭窄; b) 左前降支容积再现图像示左前降支近段钙化斑块(箭); c) 左室短轴位心肌灌注碘图示左室前壁(左前降支供血区域)可见明显灌注缺损区(箭)。

讨论

双源CT具有两套球管-探测器系统，被安装在同一个旋转机架上，能同时进行两种不同能量的扫描[8]，其依据高低密度物质分别在高低能量下衰减特性的不同实现物质成分分离，其对增强后碘成分提取得到的碘物质密度成像即为碘图。碘图能有效抑制背景CT值并配以伪彩，可直接反应组织内碘浓度的差异，并可定量测量组织内碘浓度。双能量CT心肌灌注成像通过计算双能量数据把碘对比剂在心肌组织内的分布情况用伪彩色表达出来，得到了心脏灌注图像即心肌碘分布图，可反映正常心肌组织和发生梗死或缺血心肌组织对碘对比剂摄取存在的差异[9]。

一些临床初步研究证实了双能量CT心肌灌注成像的可行性。彭晋等[7]初步应用双能量心肌灌注发现对于心率低于70次/分的患者采用双能量CT可获得满意的冠状动脉影像，同时得到的心肌灌注成像也可满足临床诊断需求，并提出双能量心肌灌注检查应将受检者心率严格控制在70次/分以下，故对高心率患者的应用可能受到一定限制。本研究同样发现通过一次双能量心脏增强扫描，30例受检者均能得到冠状动脉成像的融合组数据及心肌灌注成像的双能量组数据，并且后处理图像都可用于诊断、评价。心肌碘图图像质量较好，可直观显示碘的分布区域及程度。不同于以往文献报道，本研究尝试放宽受检者心率要求，共有5例受检者心率>70次/分，甚至1例达到80次/分，其后处理所得冠状动脉图像及心肌碘图均显示清晰，可用于临床诊断、评价，从而提示对于心律稳定但心率>70次/分的受检者亦可尝试进行双能量心肌灌注成像。沈比先等[10]通过双能量心肌灌注研究心肌梗死与其罪犯血管的关系，发现心肌灌注与责任冠状动脉狭窄之间存在线性变化趋势，冠状动脉轻中度狭窄受检者心肌灌注未见异常，而重度及以上受检者大多可见心肌灌注减低。本研究通过冠状动脉狭窄程度与对应供血心肌节段评分对照发现，轻中度狭窄冠状动脉分支对应2分以上心肌节段比例分别为85.6%、76.7%，而重度狭窄以及闭塞冠状动脉分支对应2分以上心肌节段比例分别为93.0%、100.0%，高于前两级。另外，本研究中有6例受检者共8支冠状动脉分支存在重度狭窄或闭塞，其中6支血管在其供血区域内出现3分的灌注缺损心肌节段，有1例左前降支重度狭窄受检者其左前降支对应的7个左室心肌节段全部被评为3分，可见心肌灌注评价对于相应供血冠状动脉狭窄所造成的血流动力学改变具有一定提示作用。

本研究发现30例受检者的心肌灌注碘图均出现不同心肌节段灌注评分≥2分，而其中11例受检者冠状动脉CTA未发现任何狭窄。CTA发现冠状动脉狭窄的19例受检者中，尚有114个左室心肌节段对应的供血冠状动脉分支未出现狭窄，而其中98(86.0%，98/114)个节段心肌灌注评分≥2分。虽然缺少诊断冠状动脉狭窄的“金标准”DSA作为对照，难以判断CTA诊断结果的准确性，然而造成这些不一致结果的因素中不排除心肌灌注碘图存在假阳性的可能。心肌灌注碘图产生假阳性的一个重要原因是双能量检查中产生的伪影，其中最主要的是线束硬化伪影，尽管在初次重建过程中所有图像都经过软组织线束硬化校正，但是由高密度物质(特别是CT心肌灌注成像中心室内的碘对比剂)产生的线束硬化并不能被这种校正方法有效地最小化。在心脏的对比强化成像中，线束硬化效应影响最典型的部位为四腔心层面(接近于水平长轴位)左室下壁、前壁的暗带以及间隔壁和侧壁的亮带，这种伪影会导致心肌灌注定性或定量评估结果不准确[11]。

本研究发现，左室心肌各部分被评为3分的比例为前壁61.1%(55/90)，下壁47.8%(43/90)，间隔壁21.3%(32/150)，侧壁38.0%(57/150)；左室心肌各部分被评为0分的比例为前壁0(0/90)，下壁0(0/90)，间隔壁12.7%(19/150)，侧壁1.3%(2/150)，可见前壁与下壁的灌注程度评估结果较差，而侧壁与间隔壁的灌注程度评估结果相对较好，与线束硬化效应相符。另外，本研究还发现心尖66.7%(20/30)的受检者被评为2分，推测与心尖周围组织的影响有一定关系，有待进一步研究。另外，2个X线球管同时开启所增加的散射辐射会造成信噪比下降以及重建图像中阴影伪影的产生[12]；另有文献报道，由于受检者的运动(比如心脏搏动)或进行CTA扫描时所产生的在高管电压和低管电压投照装置之间投射视野的错配，会造成投射区域内无法进行物质分离,这些有可能造成在单能量图像中对线束硬化伪影校正不够理想。以上这些干扰都会影响心肌灌注评估结果的真实性。目前已有文献报道利用数据外推法、标识线恢复算法(support recovery algorithm)[13]及交叉散射校对算法[14]等措施来校正扫描中的各种偏差。近年来，多种最小化线束硬化效应的算法被逐渐推广，So等[8，15]研究发现基于图像的重建后校正方法和基于二维投影的单能量重建方法可以有效地降低线束硬化效应对于心肌灌注评估的影响。因此，对于双能量心肌灌注检查中所产生的各种伪影的校正，将是完善和发展心肌灌注检查的重点之一。

综上所述，本研究发现通过一次双能量CT心脏增强扫描可得到较为满意的冠状动脉图像和心肌灌注图像，心肌灌注情况对于相应供血冠状动脉狭窄所造成的血流动力学改变有一定提示作用，但冠状动脉狭窄程度与心肌灌注评分之间尚存在不一致，因此提高心肌灌注评分与冠状动脉狭窄程度的一致性是未来研究应重点解决的问题之一。

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Preliminaryapplicationofsecond-generationdual-sourcedual-energyCTinmyocardialperfusionimaging

WANG Wei,ZHOU Chang-sheng,FANG Xiao-kun,et al.

Department of Medical Imaging,Nanjing General Hospital of Nanjing Military Command Nanjing,Nanjing 210002,P.R.China

Objective：To explore the clinical value of dual-source dual-energy CT in myocardial perfusion imaging.MethodsMyocardial perfusion imaging was performed in 30 subjects using second-generation dual-source CT.Two senior radiologists assessed the image quality of coronary arteries,perfusion distribution of iodine map of myocardium,and degree of coronary artery stenosis.Afterwards,the two physicians correlated the degree of coronary artery stenosis with the perfusion distribution of iodine map.ResultsCoronary CTA image qualities of 30 subjects all met the needs of diagnosis.A total of 36 branches of coronary arteries in 19 cases in 30 subjects displayed different degrees of stenosis or occlusion.There were 22 branches with mild stenosis,6 branches with moderate stenosis,7 branches with severe stenosis,and 1 branch with subtotal block.Myocardial iodine maps from 30 cases of subjects could all be used for rating iodine distribution. In 510 segments of myocardium of left ventricular，21 segments(4.1%) got 0 point,75 segments(14.7%) got 1 point,218 segments(42.7%) got 2 points,and 196 segments(38.4%) got 3 points.The ratios of the myocardium segments above 2 points,corresponding to mild,moderate,severe stenosis and occlusion,were 85.6%,76.7%,93.0% and 100.0% respectively.ConclusionDual-energy myocardial perfusion as a "one-stop" technology for combined evaluation of coronary artery and myocardial perfusion examination,provides a certain application possibility.At present,correction of all kinds of artifacts in dual-energy scanning to improve the consistency between myocardial perfusion and coronary artery stenosis degree is the key to promoting this modality in clinical practice.

Dual energy CT；Coronary stenosis；Myocardial perfusion imaging；Tomography,X-ray computed

210002 南京，南京军区南京总医院/南京大学医学院附属金陵医院医学影像科

王未(1984-)，女，江苏徐州人，博士研究生，主要从事心血管影像学研究工作。

卢光明，E-mail：cjr.luguangming@vip.163.com

R543.3; R814.42

A

1000-0313(2014)09-0993-05

10.13609/j.cnki.1000-0313.2014.09.003

2014-08-01

2013-08-12)