降低冠状动脉钙化伪影的CT 技术进展

徐橙 王怡宁*

心血管疾病是当前全球范围内死亡率最高的疾病，我国现患心血管病人数约2.9 亿，其中冠心病病人约1 100 万[1-2]。因此，对冠心病进行早期诊断十分重要。

1 冠状动脉钙化与冠心病

冠状动脉的钙化情况常采用CT 进行评估，通过计算钙化积分可以定量评价冠状动脉的钙化程度。临床上应用最广泛的钙化积分是Agatston 积分，计算方法是对单个层面上冠状动脉钙化的CT值赋予分值（130～199 HU 为1 分，200～299 HU 为2分，300～399 HU 为3 分，≥400 HU 为4 分），与钙化面积相乘获得钙化积分，所有层面的钙化积分相加得到总钙化积分。根据钙化积分划分冠状动脉钙化程度：0 分，无钙化；1～10 分，微少钙化；11～100 分，轻度钙化；101～400 分，中度钙化；＞400 分，重度钙化。在临床实践中，病人冠状动脉钙化程度常用于辅助亚临床疾病的检测、无症状个体的预后分层及预防策略的实施，冠状动脉钙化的进展与病人发生心血管事件的风险呈正相关[3]。

2 冠状动脉的影像学检查

冠状动脉常用的影像学检查包括有创性冠状动脉血管造影（invasive coronary angiography，ICA）和冠状动脉CT 血管成像（coronary computed tomographic angiography，CCTA）。ICA 能显示冠状动脉狭窄性病变的位置、程度和范围，是目前诊断冠心病的金标准，但其为有创性检查，不适合作为稳定性冠心病的初步筛查方法。CCTA 由于其无创性特点，已经成为筛查和诊断冠心病的重要方法。多中心研究[4]证实，以ICA 为参照标准，CCTA 对狭窄程度≥50%病变的诊断敏感度达95%～99%，特异度达64%～83%，阳性预测值达48%～86%，阴性预测值达97%～99%，其较高的阴性预测值有利于排除冠状动脉狭窄性疾病，避免非必要的ICA 检查；但CCTA 的阳性预测值不高，主要原因是钙化伪影以及呼吸运动伪影引起管腔狭窄程度被高估。

3 钙化斑块对CCTA 诊断准确性的影响

钙化斑块会降低CCTA 对冠状动脉狭窄的诊断准确性。钙化斑块在CT 影像上会出现2 种伪影。一种是晕状伪影，表现为高密度的钙化边缘出现星晕样伪影，遮盖正常冠状动脉管腔，导致管腔狭窄程度被高估，进而影响诊断准确性。另一种是线束硬化伪影，表现为在钙化后方形成低密度条带。Arbab-Zadeh 等[5]的研究显示，相比于钙化积分＞600的病人，CCTA 对钙化积分＜600 的病人诊断效能更高，诊断特异度从44%提高到90%，阴性预测值从50%提高到83%，CCTA 排除冠心病的价值明显提高。因此，对于冠状动脉严重钙化的病人，CCTA 的诊断效能降低，诊断假阳性率较高，会使病人经受不必要的有创性检查。

4 降低CCTA 钙化伪影的影像技术

随着多层螺旋CT 成像技术的进步，多种技术可用于降低钙化伪影，如提高CT 空间分辨力，采用新的去伪影算法、双能CT 成像技术、钙化斑块减影、迭代重建（iterative reconstruction，IR）及锐利卷积核重建技术等，从而有利于提高CCTA 对冠状动脉中重度钙化病人的诊断效能。

4.1 提高CT 空间分辨力 提高CT 的空间分辨力可以降低钙化伪影。Motoyama 等[6]比较了超高分辨力CT（ultra-high-resolution CT，U-HRCT；1 792 通道，0.25mm 层厚，128 层）与传统分辨力CT（conventionalresolution CT，CRCT；896 通道，0.5 mm 层厚，320 层）对冠状动脉狭窄诊断的准确性，结果显示U-HRCT对于钙化斑块引起的狭窄诊断效能高于CRCT，受试者操作特征曲线下面积（area under the curve，AUC）分别为0.98、0.80。另外，影响CT 空间分辨力的主要因素是探测器元件的尺寸。光子计数CT（photon-counting CT，PCCT）作为一种新的CT 技术，可直接将X 射线光子转换为电信号并记录单个光子产生的信号脉冲，PCCT 与传统CT 相比，没有独立的闪烁晶体元件和隔板，但探测器元件更小，空间分辨率更高[7]。Sigovan 等[8]以支架为例，比较了PCCT、双能CT 和常规CT 对晕状伪影的改善效果，结果显示PCCT 降低晕状伪影效果最佳，可以将晕状伪影的范围降低到1 mm 以内。

4.2 新的去伪影算法 采用新的去伪影算法能够降低钙化伪影。Li 等[9]基于体模数据的研究发现钙化斑块的体积和钙化导致的狭窄程度更接近真实水平，使用标准卷积核重建的CCTA 影像在去晕状伪影算法处理后，诊断≥50%冠状动脉狭窄的特异度从45.8%提高到75.0%，阳性预测值从69.8%提高到83.3%；此外，对基于真实病人的数据采用新算法处理后，CCTA 影像上钙化斑块的体积较前降低48.1%±10.3%，冠状动脉的直径狭窄程度较前降低52.4%±24.2%，面积狭窄程度较前降低51.1%±23.3%。Weir-McCall 等[10]也评价了新算法对CCTA 诊断准确性的影响，纳入了钙化积分>100 的40 例病人共548 个冠状动脉节段，以血管节段为单位进行分析，结果显示在去晕状伪影算法处理后的CCTA 诊断≥50%冠状动脉狭窄的特异度有所提高，而敏感度及准确度与处理前基本无差异；但以血管或病人为单位分析，使用新算法处理前后的CCTA 诊断效能无明显差异。

4.3 双能CT 成像技术 双能CT 可以重建出不同能级的单能影像，高能级影像有助于降低线束硬化伪影，但管腔的CT 值降低，目前对于观察钙化斑块的最佳能级尚无定论。Carrascosa 等[11]使用单球管快速切换管电压技术分析45、65、85 keV 影像对不同钙化程度病人的诊断效能，结果显示对于无钙化或轻度钙化组，不同keV 单能影像的诊断效能无明显差异；对于中度钙化组，中、高keV 单能影像诊断效能提高，AUC 分别为0.92（45 keV）、0.96（65 keV）、0.95（85 keV），单能65 keV 影像诊断的敏感度、特异度、阳性预测值和阴性预测值分别为98.4%、93.3%、78.2%和99.6%；对于重度钙化组，低、中、高keV 影像诊断的特异度分别为71.5%、85.2%、86.1%，与低keV 影像相比，中、高keV 影像的特异度明显提高。Stehli 等[12]同样使用单球管快速切换管电压技术，比较单能50～140 keV 影像对不同成分斑块所致狭窄的诊断效能，结果显示单能影像能够提高CCTA 的诊断效能，对于钙化或部分钙化斑块导致的冠状动脉狭窄，90 keV 影像的诊断效能最高；而对于非钙化斑块导致的狭窄，140 keV 影像的诊断效能最高。采用单球管快速切换管电压技术或双球管双能量成像技术，影像采集无法在时间和空间上保持完全一致，无法达到去除线束硬化伪影的最佳效果。双层探测器光谱CT 包括1 个球管和双层探测器，能够实现在投影空间的光谱迭代重建，有效降低线束硬化伪影。Hickethier 等[13]比较了双层探测器光谱CT 与传统CT 降低伪影的效果，结果显示前者的单能级影像可以改善影像质量，高能级的影像可以降低线束硬化伪影。

4.4 冠状动脉减影技术 减影CCTA 是利用增强的影像数据减去平扫的影像数据，减影后的影像去除了钙化斑块，仅保留冠状动脉血管。对于准确配准的影像，减影CCTA 可以明显降低钙化伪影导致的假阳性。减影CCTA 需要2 次扫描，其辐射剂量高于常规CCTA。Fuchs 等[14]的研究显示减影CCTA的平均有效辐射剂量为（5.5±1.7）mSv。Takamura等[15]采用低剂量减影扫描方式取得了良好诊断效能，同时将平均有效辐射剂量降低至1.2 mSv。

减影CCTA 扫描方法分为单次屏气法和两次屏气法。单次屏气法是指通过1 次屏气完成平扫及增强扫描，影像配准较好，但病人屏气时间长；两次屏气法即2 次扫描中病人分别屏气，对屏气时间的要求不高，但影像配准相对较差。冠状动脉严重钙化的老年病人通常患有阻塞性肺疾病，无法长时间屏气，单次屏气减影扫描方案在这一人群中使用受限。Yoshioka 等[16-17]使用改进的单次屏气减影扫描方案，将屏气时间缩短到15 s 以内，同时提高CCTA检查的影像质量及诊断效能，与传统CCTA 相比，影像质量评分由2.1±0.9 提高到3.1±0.7，在基于血管节段的分析中，AUC 由0.722 提高到0.892。Guo等[18]使用改进的两次屏气法对严重钙化节段进行分析，结果显示与传统CCTA 相比，减影CCTA 的影像质量明显升高，诊断特异度（70%和87%）、准确度（79%和89%）及阳性预测值（61% 和79%）均明显提高。

4.5 IR 技术 IR 技术可以降低影像噪声，与滤过反投影（filtered back projection，FBP）技术相比，IR能够在更低的管电流采集条件下获得相同乃至更好的影像质量[19]。FBP 技术没有考虑系统光学因素及系统噪声因素，因此投影值不够准确，钙化斑块在CT 影像上会产生严重的伪影；而IR 技术考虑到上述因素，能够降低钙化伪影。Renker 等[20]的研究纳入钙化积分＞400 的55 例病人，比较FBP 和IR 技术显示钙化斑块体积的大小和诊断冠状动脉狭窄程度的效能，结果显示在采用IR 技术的影像上测得的钙化斑块体积明显小于FBP 组，对狭窄程度的诊断效能更高（准确度95.9%和91.8%；特异度95.8%和91.2%；阳性预测值76.9%和61.1%）。Károlyi等[21]的研究结果显示，采用IR 技术的影像质量更高，显示的斑块体积更小，而非钙化斑块的体积和冠状动脉管腔的体积变化不大，表明IR 技术能够降低钙化伪影。

4.6 锐利卷积核重建技术 通常采用锐利卷积核重建影像评估严重钙化和支架。这种技术通过衰减钙化斑块或支架周围的信号，使钙化或支架边缘显示得更加锐利，能够降低晕状伪影的影响。Zhou等[22]的研究显示，与平滑卷积核重建相比，采用锐利卷积核重建可以将支架腔内的噪声降低27%。Sun等[23]的研究纳入50 例可疑冠心病的病人，以ICA 为金标准，比较不同重建方式对CCTA 诊断效能的影响，结果表明采用锐利卷积核重建可以降低晕状伪影，显著提高诊断特异度和阳性预测值。

5 小结

随着CT 成像技术的进步，心脏CT 影像上的冠状动脉钙化伪影得到越来越好的处理，心脏CT 对冠状动脉钙化病人的诊断效能明显提高。CT 空间分辨力提高、新的去伪影算法、能谱CT 成像技术、冠状动脉减影技术、IR 技术及锐利卷积核重建技术降低了钙化斑块在CCTA 影像上的伪影，了解这些技术有助于最大限度地发挥心脏CT 在冠状动脉中重度钙化病人中的临床应用价值。