CT心脏成像技术及临床应用

李广义 程起元 孙欣 郭执章 山东大学附属省立医院医学工程部 （济南 250021）

CT心脏成像技术及临床应用

李广义 程起元 孙欣 郭执章 山东大学附属省立医院医学工程部 （济南 250021）

随着电子计算机断层扫描（computed tomography，CT）技术的不断发展，超高端CT的出现，CT心脏成像已成为一种理想的无创心脏和冠脉疾病诊断工具。本文从CT心脏成像技术的空间分辨率、时间分辨率、低剂量辐射和心电门控等关键技术方面对其进行详细探讨，并呈现其在冠脉病变诊断、心肌灌注检查、冠状动脉粥样硬化检测和早期预防等方面的临床应用，最后阐述了现阶段超高端CT心脏成像的技术特点。

电子计算机断层扫描 心脏成像 关键技术 临床应用

李广义，硕士，副主任技师，美国临床工程师（CE），山东省立医院医学工程部副主任，中华医学会医工学分会全国委员/全国青年委员，山东省医学会医工学分会副主任委员，山东计量测试学会医学计量专业委员会副主任委员，山东省超声医学工程学会副主任委员，研究方向：医学装备管理、医疗器械维修。

1.引言

早期的冠脉成像是应用20世纪80年代发明的电子束CT来完成的[1]。1972年Hounsfield和Cormack开发了X-CT成像技术，使影像检查技术进入一个新的发展阶段。早期由于受时间和空间分辨率的限制，CT仅能用于头颅等其他组织的检查，不能用于心脏和冠状动脉成像。1998年推出4层螺旋CT，才开始尝试对心脏进行成像；2000年和2002年相继推出的8层和16层螺旋CT已经使心脏冠状动脉成像成为可能。2004年64层螺旋CT投入使用，冠状动脉检杳的成功率和图像质量均明显提高，越来越多的医师和患者接受这种无创性的诊查模式。随着CT软硬件技术的不断提高，640层螺旋CT、宝石能谱CT、双源CT等出现，极大地改善了CT成像的分辨能力和图像的质量。现今，超高端CT可以在任何心率和心律条件下，一次心跳就可以完成心脏冠脉成像。对于高心率病人、心律不齐病人、房颤的病人和不能屏气的儿童，也都可以完成高品质的心脏CT成像。本文将针对CT成像的关键技术及临床应用进行详细的探讨。

2.CT心脏成像的关键技术

心脏是一个不断快速跳动的器官，鉴于心脏的特殊性，需要较高的成像时间分辨力消除高心率心脏搏动产生的伪影。同时，需要高的空间分辨力来呈现亚毫米级的心血管。在各个方向上获取类似的空间分辨率，即各向同性空间分辨率，是CT心脏成像追求的一个目标[2]。目前的超高端CT能够以0.27 s/r以内的速度旋转，与大约20年前典型的1 s/r的扫描速度相比，时间分辨率提高了近4倍。鉴于人们对辐射低剂量的追求，低剂量技术也是CT心脏成像关键技术之一，成为科研人员关注的焦点。

2.1 CT心脏成像的空间分辨力

较高的扫描时间分辨率的同时达到亚毫米的各向同性体素的空间分辨率，对于医师的肉眼观察已经可以满足诊断的要求。但进一步提高图像的空间分辨率仍然有其必要性，特别是在心脏成像中冠状动脉支架、粥样斑块等诊断领域。通过减小X线管焦点尺寸和探测器单元的像素尺寸可以大幅提高空间分辨率[3]。作为衡量CT图像质量的一个重要参数，空间分辨率是测试一幅图像的量化指标，是指在密度分辨率大于10%的情况下鉴别细微组织结构的能力，即显示最小体积病灶或结构的能力。

2.2 CT心脏成像的时间分辨率

时间分辨率的提高主要是缩短机架旋转时间、探测器的响应时间和图像重建时间等。现今的超高端CT扫描360度所用的时间在0.28 s以内，心脏扫面物理单扇区时间分辨率（非等效）在100 ms以内。2013年GE公司在第99届北美放射学会年会上推出的Revolution CT，2015年西门子公司在中国首发了世界上最高端CT系统之一的第三代双源SOMATOM Force CT和2013年飞利浦公司推出的Brilliance iCT Elite FHD CT都可以在极速下完成心脏的扫描，与传统的CT相比其时间分辨率大为提高，CT心脏成像也逐渐脱离患者配合时代。高时间分辨率在不服用药物控制心率的情况下可得到无伪影高质量的图像。

2.3 CT心脏成像的低剂量技术

高端CT大都是采用多层螺旋技术，心脏冠状动脉多层螺旋CT成像主要是利用小螺距及薄层扫描获取清晰图像，进而其辐射剂量相对上升，为常规影像技术的3～5倍[4]。若采取常规扫描参数其辐射剂量明显比常规影像技术多，易引发辐射相关不良反应，存在安全隐患[5]。因此，减少CT心脏成像中辐射剂量成为CT的一个重要研究方向。影响CT成像辐射剂量的因素主要有以下几种[6]：管电压、管电流、Z轴扫描覆盖范围、心脏仿形前置滤波器、电流调制技术、螺距、心脏后置滤波器、前瞻性心电图（ECG）触发轴扫技术、探测器覆盖宽度、重建算法等。在满足图像质量的前提下，可以通过改变以上各因素参数使辐射剂量相对降低。

2.4 心脏成像门控技术

目前CT冠脉成像可分为回顾性心电门控扫描和前瞻性心电门控扫描，前者辐射剂量较高于后者[7]。目前CT冠脉成像多为回顾性心电门控扫描，它将R波作为标识进行触发扫描，扫描过程中球管和探测器连续旋转，扫描床连续移动，采集完整的心动周期数据。前瞻性心电门控技术是一种可降低辐射剂量的方法，在保证图像质量的同时，明显降低辐射剂量，但对患者心率有较高的要求，一般均需控制在65次/分以下。心电门控技术应用，使无创诊断冠状动脉疾病的方法得到改进[8]。

3.心脏成像技术的临床应用

目前CT的心脏成像主要应用于综合评价冠状动脉狭窄、冠脉钙化评分、冠脉畸形变异、冠脉支架通畅和心肌缺血等方面。多层螺旋冠脉CT成像对于评估重度狭窄的冠脉有较高的敏感性、特异性、阳性预测值及阴性预测值，是一种比较可靠、简便而且安全的冠脉病变无创的检查手段[9]。

在宝石能谱CT冠脉成像在冠心病诊断中的临床研究中发现，宝石能谱CT冠脉成像技术在诊断冠心病的冠脉钙化与狭窄率检出率方面略高于冠状动脉造影[10]。对冠状动脉支架再狭窄评估时，临床中常用的方法为多层螺旋CT冠状动脉造影。CT冠脉成像检测准确性高，有利于医生对患者冠脉支架置入情况的正确判断，有利于术后评估及治疗[11]。曾苗雨等[12]利用多层螺旋CT冠脉成像方法，得到此种方法其敏感性和准确性都较高，而且影像具有一定的特征性，对狭窄的诊断能力比较强，具有无创检查的优势。因此，CT心脏成像技术可以作为冠状动脉支架植入术后患者随访检查的一种理想检查方式，值得在临床广泛推广。冠状动脉先天性变异与畸形的研究在冠脉成像研究中占有重要地位，在CT心脏成像时采用前置性门控技术扫描，既可以大幅降低冠脉血管（CTA）的辐射剂量又可以准确清晰显示冠状动脉先天性变异与畸形[13]。

在双源CT心肌灌注成像的临床研究中，关键是辨别心肌内的心肌成分、测定碘含量[14]。观察图像时，较为常用的方法是根据美国心脏协会（AHA）的标准[15]。心肌缺血在CT上常表现出直接征象和间接征象。直接征象为心肌内低密度及灌注缺损（PD），间接征象有冠状动脉严重狭窄或闭塞、梗死区不成比例心肌层变薄、附壁血栓形成、心包炎、胸膜炎、心肌钙化、肺内斑片影等。双能量CT心肌灌注成像技术在不降低图像质量的情况下，能够显著降低患者的有效辐射量，具有很高的临床应用价值。

现今的Revolution CT可以实现高心率1-Beat心脏成像、心律不齐1-Beat心脏成像、房颤1-Beat心脏成像、动态心肌灌注成像。在心肌灌注研究中有独特的优点：一次检查即可完成冠脉检查和心肌灌注分析；全心覆盖的轴扫使每次扫描处于同一时相及时间点，无灌注误差；分组设定扫描参数，不但保证了冠脉检查的质量，还可以降低总的扫描剂量。房颤等心律失常情况会自动识别，自动推荐扫描相位。SOMATOM Force CT前所未有的转速0.25 s/r，66 ms单扇区时间分辨率，全面“冻结”人体生理运动，摆脱血流、呼吸、心跳的束缚，甚至可以摆脱心电门控的束缚，实现自由无“线”心脏CT扫描，0.13 s三全心扫描，0.6 s完成头颈心血管CTA同时成像。iCT利用最新一代全模型迭代技术（IMR）在大幅降低成像剂量的前提下，不仅关注了冠脉成像的整体图像质量，同时还着重评估了冠脉中远段细小分支的显示质量，实现了放射成像的低剂量与高质量的完美结合。随着CT软硬件技术的不断提高，一些新的应用如儿童先心病、心功能的评价也在逐步拓展。

4.小结

在一次心跳中完成全心成像包括对冠状动脉解剖结构、冠状动脉斑块成分、局部心室壁运动、心肌灌注及瓣膜运动的评价，并且无需控制心率，无运动伪影，这将是未来研究的重点。低对比剂、低辐射量成像的研究逐步成熟，未来可着眼于心脏CT扫描参数的进一步优化，实现图像质量的准确显示，使其成为心脏一站式检查的重要手段。随着CT技术进步，不论是CT的扫描速度、精度、图像质量都在不断地进步，心脏成像也必然向着高时间分辨率、高空间分辨率、低辐射剂量并脱离门控技术的方向发展，一些新的临床应用和临床学科也必定出现。

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Technology and Clinical Applications of Cardiac Computed Tomography Imaging

LI Guang-yi CHENG Qi-yuan SUN Xin GUO Zhi-zhang Shandong Provincial Hospital affliated to Shandong University (Jinan 250021)

With the continuous development of computed tomography technology and the appearance of ultra premium computed tomography (CT), cardiac computed tomography imaging has become a perfect noninvasive tool for diagnosing the coronary and cardiac disease. The key technology of cardiac computed tomography image, including spatial resolution, temporal resolution, low doses of radiation and electrocardiogram-gating, was investigated detailedly. Moreover, this paper presents the clinical applications of cardiac computed tomography imaging in diagnosis of coronary artery lesions, myocardial perfusion and coronary atherosclerosis. Finally, the technical characteristics of ultra premium CT were elaborated.

computed tomography(CT), cardiac imaging, key technology, clinical applications

1006-6586(2017)01-0005-04

R814.42

A

2016-11-03