冠脉正常者双层探测器能谱CT静息态心肌灌注成像的作用

邹 颖，刘铁芳，李 涛，邓薇薇，祁 磊，罗春材，杨 立

1中国人民解放军总医院海南医院放射科，海南三亚572013 2中国人民解放军总医院第一医学中心放射科，北京100853 3飞利浦临床科学部，上海 200072

心肌血池成像是评价心肌微循环状态和心血管疾病预后和不良事件的重要检查方法[1]。双能量CT心肌血池成像可以直接反映增强后心肌内碘的分布，从而间接反映心肌的血流灌注情况。使用不同的CT扫描仪进行双能量成像，成像原理不尽相同，获得的结果也不尽相同。目前只有少量的研究使用双源CT和宝石能谱CT双能量成像评价心肌缺血和梗死的研究[2- 3]，对于正常人心肌各节段静息态血流灌注是否相同尚不清楚。双层探测器能谱CT是近年新发展的双能量CT技术，本研究使用双层探测器能谱CT双能量成像，评价静息态的心肌血流灌注情况，探讨其临床应用价值。

对象和方法

对象本研究属于前瞻性研究，所有患者已知扫描方案并签署了知情同意书。前瞻性地连续入选2019年4至8月在中国人民解放军总医院海南医院疑似冠心病的156例患者，行双层探测器双能量冠状动脉CT血管成像(coronary CT angiography，CCTA)。纳入标准：(1)窦性心律，心率<70次/min；(2)冠脉CCTA检查结果提示冠状动脉正常。排除标准：(1)碘过敏史；(2)严重心、肝、肾功能不全；(3)心律失常；(4)冠脉支架植入或冠脉旁路移植术后；(5)冠脉轻-重度不同程度的狭窄或闭塞；(6)冠脉浅表型或深在型心肌桥；(7)冠脉起源、行程或终止异常；(8)既往有心肌梗死或心肌病、心肌炎的病史；(9)安装心脏起搏器；(10)不能配合屏气的。28例患者纳入研究，男性16例、女性12例，年龄28～67岁，平均(48.07±9.67)岁。

检查方法采用双层探测器能谱CT(IQon CT，Philips N.V.)先进行回顾性的心电门控冠脉CCTA扫描，之后立即行心肌灌注成像检查。扫描范围从气管分叉下2 cm到膈肌水平。扫描前用20 G套管针穿刺肘静脉，连接心电门控，并对患者进行呼吸训练。采用头足方向，团注追踪技术监测主动脉根部的CT值，使用双筒高压注射器，对比剂使用碘海醇(350 mg/ml，GE 医疗科技，USA)以4.5 ml/s的速度注入70 ml，然后再以同样的速度注入30 ml生理盐水，当主动脉根部CT值到达90 HU时，延迟5 s进行扫描。CCTA扫描参数：管电压120 kVp，自动管电流，准直器宽度64×0.625 mm，探测器宽度40 mm，球管转速270 ms，螺距0.18，层厚 0.625 mm。心肌灌注成像采用步进方式(step-shoot)进行前瞻性扫描，扫描参数包括：管电压为120 kVp，管电流80 mAs，准直器宽度 64 ×0.625 mm，探测器宽度40 mm，层厚0.625 mm。

扫描后原始数据被重建成常规的120 kVp的混合能量图像和能谱为基础的图像(spectral based image，SBI)。CCTA图像采用回顾性心电门控，分别在最佳收缩期和舒张期以0.9 mm的层厚进行重建，重建间隔0.45 mm，采用IDose 3迭代重建算法。SBI的数据采用spectral 3的重建方式进行重建，重建层厚0.9 mm，重建间隔0.45 mm。所有重建的图像传到星云后处理工作站(IntelliSpace Portal，飞利浦医疗临床医学部)进行后处理。

图像后处理方法CCTA图像重建：将重建好的冠脉CCTA最佳收缩期以及舒张期横轴位图像调入全心分析软件内，图像经最大密度投影、曲面重建、容积再现等处理后，用于冠脉血管的评价。

心肌静息态灌注成像图像评价：将心肌灌注成像数据调入光谱浏览器软件内，原始横轴位图像重建成心脏短轴位图像，根据美国心脏协会17段心脏节段分析方法[4]，分别在常规混合能量图像、碘密度图、有效原子序数图上测量主动脉根部及心肌的CT值、碘密度以及有效原子序数。感兴趣区在常规混合能量图像上进行勾画，自动拷贝到碘密度图和有效原子序数图上，因此感兴趣区的大小和位置在各参数图上均一致。圆形的感兴趣区分别放置在主动脉根部，左心室基底部层面，心室中部层面，心尖部层面的前壁、前间壁、下间壁、下壁、下侧壁、侧壁，大小约14 mm2，注意避免放置在心肌外及心腔内，分别测量心肌各个节段的CT值、碘密度、有效原子序数。绝对值即为测量值，相对值为各个测量值与主动脉根部测量值的比值。

统计学处理建立Microsoft Excel数据库，采用MedCalc Version 18.0统计包进行统计学分析[5- 6]。Kolmogorov-Smirnov检验计量资料是否符合正态分布，符合正态分布用均值±标准差表示。非正态分布用中位数和四分位数区间来表示。比较正常人静息态心肌各个节段的CT值、碘密度、有效原子序数的差异，满足正态分布的采用单因素重复测量方差分析(Anova)检验，两两比较采用Bonferroni校正检验；不满足正态分布的采用Friedman非参数检验，两两比较采用Covoner(1999)事后检验[7]。P<0.05为差异有统计学意义。

结 果

碘密度对心肌各节段碘密度绝对值进行比较，结果显示第1～6心肌节段碘密度绝对值差异无统计学意义(P=0.100)；第7～12心肌节段碘密度绝对值差异有统计学意义(P<0.001)，第7、10～12段均与8、9段不同；第13～16心肌节段碘密度的绝对值差异无统计学意义(P=0.180)。对心肌各节段碘密度相对值进行比较显示心底部第1～6心肌各节段采用Friedman分析差异均无统计学意义(P=0.100)；心室中部层面第8、9段均与7、10～12段不同；心尖部第13～16心肌各节段碘密度相对值差异无统计学意义(P=0.134)(表1)。

有效原子序数对心肌各节段有效原子序数绝对值比较显示第1～6心肌节段有效原子序数绝对值差异无统计学意义(P=0.420)；第7～12心肌节段有效原子序数绝对值差异有统计学意义(P<0.001)，其中第7段与8、9段不同，第8段与7、10～12段不同，第9段与7、11、12段不同，第10段与8段不同，第11、12段均与8、9段不同；第13～16心肌节段有效原子序数的绝对值差异无统计学意义(P=0.340)。对心肌各节段有效原子序数相对值比较显示第1～6心肌节段差异无统计学意义(P=0.420)；心室中部层面结果显示第7、8节段不同(P=0.001)，第8和12节段不同(P=0.015)；第13～16心肌节段有效原子序数相对值差异无统计学意义(P=0.266)(表1)。

常规混合能量CT值对心肌各节段常规混合能量CT值绝对值比较显示第1～6心肌各节段CT值的绝对值差异无统计学意义(P=0.396)；第7～12心肌节段CT值的绝对值差异有统计学意义(P=0.046)，但两两比较差异均无统计学意义(P均>0.05)；第13～16心肌节段CT值的绝对值差异有统计学意义(P<0.001)，其中第14段与13、15、16段差异有统计学意义(P<0.001，P=0.016，P=0.013)。对心肌各节段常规混合能量CT值相对值比较显示第1～6心肌节段差异无统计学意义(P=0.260)；第7～12心肌节段差异无统计学意义(P=0.190)；第14段与13、15、16段差异有统计学意义(P<0.001，P=0.027，P=0.0133)(表1)。

讨 论

本研究显示冠脉正常人左室中部层面各节段的碘密度及有效原子序数差异有统计学意义，基底部层面及心尖部层面心肌各节段的碘密度值及有效原子序数差异无统计学意义。

碘作为对比剂，在不同能量X线吸收特点不同，可以重建出在心肌的分布图像。定量分析不同区域碘含量的差异，可以间接反映不同区域血液灌注和血容量信息[8]。理论上，在静息状态下可根据对比剂在心肌的分布定量评价心肌血流。事实上心肌对比剂静息分布图反映在特定时刻心肌血供情况，也被称为“灌注成像”。双能量CT成像较传统的单能量CT碘密度图对心肌灌注缺损的显示更加明显[9]。目前，也有一些研究使用能谱CT评价心肌缺血[10- 11]，然而，国内外没有使用能谱CT评价冠脉正常者心肌的碘分布情况。本研究显示冠脉正常的情况下，基底部、心尖部心肌各节段碘密度无差异，心室中部层面心肌各节段碘密度差异有统计学意义，表明冠脉正常的情况下心室中部层面心肌各节段血流灌注仍有差异，其原因可能是由于心肌本身的复杂结构和血液供应有关。心肌由横行和纵行的肌纤维交织而成。心室的肌纤维排列复杂，呈螺旋状排列，大致呈内纵、中环、外斜3层。而心肌膜的心肌纤维束又分为表浅球螺旋束、表浅螺旋肌束、深球螺旋肌、深螺旋肌，间质充满结缔组织。而且，肌纤维的排列在不同的个体心脏之间有很大的区域性差异。而心肌的血液供应除了心外膜支以外，还有分布到心肌内层、肉柱、乳头肌的直型支。毛细血管走行方向与心肌平行，排列成层，数目与心肌纤维的数目接近1∶1[12]。因此，心肌结构的复杂性导致心肌节段血流灌注的差异性。本研究对冠脉正常者静息态心肌瞬时碘分布给出一个参考值，初步了解冠脉正常者瞬间心肌不同层面的各个节段碘密度分布是否有差异，从而可以更好地解释异常。

表1 心肌各个节段碘密度、有效原子序数、混合能量CT值的绝对值和相对值

有效原子序数图是基于组织的有效原子序数不同获得的彩色编码图，有效原子序数与物质的组成成分及比例有关，代表更高水平的物质差异[13]。不同区域的有效原子序数差异，提示这些区域物质化学组成成分及比例不同。本研究显示正常人左心室中段层面心肌各节段有效原子序数不同，这可能跟心室中部层面各节段碘密度不同有关，因此，物质组成的比例不同导致了其有效原子序数不同。

心肌灌注成像的准确性易受X线束中低能级X线光子形成的线束硬化伪影的影响，表现为黑色的点状或条纹状的阴影。线束硬化伪影遇到高密度的物质如金属、骨等高对比的界面会被放大[14]。测量心肌内的碘密度分布时，由于心腔内造影剂浓度高，形成的线束硬化伪影重。为了克服这一缺点，本研究没有在CCTA这一期图像上进行碘密度的测量，而是在其后立即以前门控方式进行一期低剂量扫描的图像进行碘浓度的测量，此时心腔内碘的浓度已经明显降低，线束硬化伪影也大大下降了。

双层探测器能谱CT的一个优势在于可以最大限度地降低线束硬化伪影。双能量CT物质分离可以在X线投射水平进行，也可以在成像空间进行[15]。X线投射水平的物质分离要求高能和低能X线在时间和空间上配准，因此，这种方法只适用于快速切换kVp和双层探测器能谱CT，双源双能CT使用的是成像为基础的方法进行物质分离。文献报道X线投射水平的物质分离比成像水平的物质分离可以更好地校正线束硬化伪影[16]。双层探测器能谱CT是使用立体的双层探测器分别探测单源的持续的管电压发出的一束X线中的高能级及低能级光子，转换成两组能量数据，并重建出能量图像，从而实现“同时、同源、同向”的能谱成像[17- 18]，由于具有极好的空间和时间的配准，允许在X线投射空间进行物质分离，能够更好地进行线束硬化伪影的校正[16]，有利于碘浓度等测量的准确性。有研究显示双层探测器能量CT能够准确地测量碘浓度[19]。

本研究具有一定的局限性。第一，前瞻性研究的样本量比较小，下一步需要进一步扩大样本量。第二，本研究并没有对图像质量进行评价。由于本研究纳入的患者都是心率低于70次/min的窦性心律患者，且屏气配合好，所以图像质量都达到冠脉检查的诊断要求，因此并没有进行图像质量的客观评价。

综上，双层探测器能谱CT可以定量分析心肌各节段的碘浓度和有效原子序数，冠脉正常者左心室中部层面各节段的碘浓度和有效原子序数不同，反映冠脉正常者左心室中部层面各节段的灌注不同。