曹波，張俊祥，倪萍，陳自謙

1.蚌埠醫(yī)學(xué)院 醫(yī)學(xué)影像學(xué)系，安徽 蚌埠 233030；2.南京軍區(qū)福州總醫(yī)院a.醫(yī)學(xué)工程科；b.醫(yī)學(xué)影像中心，

福建 福州 350025

0 前言

冠心病（Coronary Artery Disease，CAD）是一種常見病和多發(fā)病，其發(fā)病率和死亡率均呈不斷上升趨勢，已成為威脅人類健康的主要疾病之一[1]。傳統(tǒng)冠狀動脈造影（Conventional Coronary Angiography，CCA）仍是診斷CAD的“金標(biāo)準(zhǔn)”，但屬于有創(chuàng)檢查，且檢查費(fèi)用相對較高。為此，人們一直在尋找一種安全、無創(chuàng)、簡捷、準(zhǔn)確的檢查手段。隨著多層螺旋CT（MSCT）技術(shù)的快速發(fā)展，從早期的4層到16層、64層及雙源CT，再到高端256層、320層CT，其時(shí)間和空間分辨率及Z軸覆蓋寬度在不斷提高[2-5]，MSCT冠狀動脈造影（CCTA）診斷準(zhǔn)確性得到了顯著提高，尤其是具有很高的陰性預(yù)測值（＞95%），這表明它可作為CAD及其他冠狀動脈疾病可靠的篩查手段，從而減少CCA檢查。但隨著CCTA檢查不斷增加，電離輻射致癌風(fēng)險(xiǎn)日漸突顯。因此，合理優(yōu)化CCTA掃描劑量以減少輻射風(fēng)險(xiǎn)具有重要意義?，F(xiàn)將MSCT心臟冠狀動脈成像技術(shù)及其進(jìn)展綜述如下。

1 MSCT冠狀動脈成像的技術(shù)發(fā)展

1995年，電子束CT（Electron Beam Computed Tomography，EBCT）具有高時(shí)間分辨率（50～100 ms），使得快速連續(xù)運(yùn)動的心臟冠狀動脈成像成為可能。然而，低空間分辨率（1.5 mm）限制了EBCT在CAD中的診斷及其發(fā)展。

1998年底，第一臺4層CT問世以后，因掃描速度（管球旋轉(zhuǎn)時(shí)間為500 ms，時(shí)間分辨率為250 ms）的提高和心電門控技術(shù)的使用，實(shí)現(xiàn)了一次屏氣下冠狀動脈成像[6]，受到了醫(yī)學(xué)領(lǐng)域內(nèi)醫(yī)生們的關(guān)注，在隨后的臨床實(shí)踐中得到了逐步應(yīng)用，文獻(xiàn)報(bào)道[7]4層CT有希望成為一種無創(chuàng)的心臟成像技術(shù)，但在CAD診斷中不足以取代CCA。隨著經(jīng)驗(yàn)的積累，發(fā)現(xiàn)冠狀動脈成像的圖像質(zhì)量受到時(shí)間和空間分辨率的限制，要求心率＜60次/min，并且不能評估的冠狀動脈節(jié)段超過了20%[7]。

隨著16層和64層CT的推出，時(shí)間和空間分辨率進(jìn)一步提高，并能采集各向同性容積數(shù)據(jù)（0.6 mm×0.6 mm×0.6 mm），CCTA圖像質(zhì)量及CAD診斷價(jià)值不斷提高，可以評價(jià)冠狀動脈主干及其分支，包括遠(yuǎn)端節(jié)段[8-9]。文獻(xiàn)報(bào)道[8-9]64層CT掃描時(shí)間明顯減少（＜15 s），屏氣時(shí)間縮短，這樣不僅可以減少對比劑的用量，而且可提高冠狀動脈血管與毗鄰組織結(jié)構(gòu)的對比度，并具有高的敏感性、特異性。

雙源CT（Dual-source CT，DSCT）的時(shí)間分辨率高達(dá)83 ms，減少了心臟運(yùn)動偽影，實(shí)現(xiàn)了高心率患者的CCTA檢查。文獻(xiàn)報(bào)道[10]，冠狀動脈圖像質(zhì)量與心率有明顯相關(guān)性，但DSCT可獲得高心率病人滿足診斷要求的圖像質(zhì)量以及較高的診斷準(zhǔn)確性。因此，具有優(yōu)越時(shí)間分辨率的DSCT代表了另一個技術(shù)發(fā)展方向，這將擴(kuò)大高心率病人的臨床應(yīng)用范圍。

最新高端256層CT時(shí)間和空間分辨率（135 ms，0.625 mm）顯著提高，Z軸探測器覆蓋寬度為8 cm，心臟掃描僅需球管旋轉(zhuǎn)兩次，掃描時(shí)間明顯縮短（約4～5 s），對心率限制要求大大下降，文獻(xiàn)報(bào)道[11]心率對CCTA無明顯影響，可獲得滿足診斷要求的圖像質(zhì)量。320層CT時(shí)間和空間分辨率分別達(dá)到175 ms、0.5 mm，探測器Z軸覆蓋寬度達(dá)到16 cm，可在單一心動周期完成整個心臟的容積數(shù)據(jù)采集，獲得良好的圖像質(zhì)量和完全顯示整個冠狀動脈及其細(xì)小分支[4,12]。

2 MSCT冠狀動脈成像輻射劑量的優(yōu)化

CCTA在CAD診斷中雖然有非常大的應(yīng)用價(jià)值，但同時(shí)病人卻接收了高輻射劑量的照射。早期研究發(fā)現(xiàn)，CCA有效輻射劑量約為3～9 mSv，而CCTA有效輻射劑量卻高達(dá)20 mSv[13]。因此，降低CCTA輻射劑量以確保它是一項(xiàng)安全、有效的檢查方法是非常重要的。

目前有許多降低CCTA輻射劑量的方法，其中最常用的方法包括：調(diào)整管電流（mAs）、調(diào)整管電壓（kV）、增大螺距、前瞻性心電門控技術(shù)等。因此，可通過改變或選擇適當(dāng)參數(shù)，合理優(yōu)化掃描計(jì)劃，嚴(yán)格遵循最小有效劑量（ALARA）原則，保證有效減少輻射劑量的同時(shí)，不影響診斷圖像質(zhì)量?，F(xiàn)分述如下。

2.1 心電圖控制管電流調(diào)制技術(shù)

心電圖控制管電流調(diào)制技術(shù)是指在整個心動周期掃描過程中，根據(jù)心電信號自動調(diào)整管電流，在選定的期相（低心率常為75%時(shí)相，高心率常為45%時(shí)相）中，射線按照設(shè)定的最高毫安輸出，而在其他期相，則降低毫安輸出，從而有效減少輻射劑量。而傳統(tǒng)的回顧性心電門控技術(shù)，該方法在整個心動周期都有X射線暴露，采集了整個心動周期的容積數(shù)據(jù)，但圖像重建所需的數(shù)據(jù)只在一個特定的心動周期時(shí)相，并非所有采集數(shù)據(jù)都用于診斷需要，故輻射劑量高。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道[14-15]，使用該方法，在沒有降低圖像質(zhì)量的前提下，有效輻射劑量可以減少約20%～50%。但在臨床應(yīng)用中，需要強(qiáng)調(diào)的是在掃描前應(yīng)盡量保持病人心率平穩(wěn)及心律規(guī)整，避免因心率波動較大而導(dǎo)致重建的圖像質(zhì)量下降。

2.2 自動曝光控制技術(shù)

自動曝光控制技術(shù)（Automatic Exposure Control，AEC）是通過在X、Y平面或沿著掃描方向（Z軸調(diào)制）或X、Y、Z聯(lián)合調(diào)制的方法自動調(diào)節(jié)管電流，根據(jù)人體不同解剖學(xué)部位進(jìn)行掃描，可在保證診斷圖像質(zhì)量的同時(shí)降低輻射劑量。Deetjen等[14]研究了不同分組的病人分別使用AEC進(jìn)行16層與64層CT的冠狀動脈成像檢查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)可顯著減少輻射劑量約42.8%。這與最近文獻(xiàn)比較4個不同廠家生產(chǎn)的CT掃描儀使用不同AEC系統(tǒng)減少輻射劑量是一致的[16]。S?derberg[16]等發(fā)現(xiàn)，不同AEC系統(tǒng)CT掃描儀可以降低輻射劑量約35%～60%，這種方法與管電流調(diào)制技術(shù)類似。

2.3 調(diào)整管電壓技術(shù)

輻射劑量與管電壓的平方呈正比。目前CT掃描儀常規(guī)使用120 kV或140 kV管電壓，這樣可以獲得足夠滿足診斷要求的圖像。據(jù)DSCT研究表明[17]，CCTA使用100 kV與常規(guī)120 kV對比研究，其輻射劑量減少約25%～50%。然而，最近有研究表明[18]，208例體質(zhì)量指數(shù)（Body Mass Index，BMI）<25 kg/m2的病人，在使用恒定管電流條件時(shí)，通過降低管電壓從100～80 kV，保證圖像質(zhì)量前提下，可減少輻射劑量約50%，但圖像的信噪比和對比度噪聲比會有所下降。

在實(shí)際應(yīng)用中，需要強(qiáng)調(diào)的是必須根據(jù)受檢者的BMI改變管電壓。當(dāng)受檢者BMI<25 kg/m2，可選擇降低管電壓從120～100 kV。對于兒童或未成年者BMI<20 kg/m2，可考慮選擇管電壓為80 kV。據(jù)報(bào)道[19]，對于正常體重范圍的受檢者，管電壓降低到80 kV并不影響圖像質(zhì)量，同時(shí)輻射劑量可減少80%。因此，在臨床實(shí)踐中可以通過合理調(diào)整管電壓的方法，獲得不影響診斷的圖像。

2.4 大螺距選擇技術(shù)

眾所周知，輻射劑量與螺距成反比。這是因?yàn)閽呙钑r(shí)Z軸上某一點(diǎn)的受照時(shí)間縮短所致。CCTA常規(guī)使用小螺距（0.16～0.2），這樣能獲得每個心動周期無間隔的容積數(shù)據(jù)，但同時(shí)會產(chǎn)生多個區(qū)域的重疊掃描，從而導(dǎo)致高輻射劑量暴露。隨著第二代DSCT掃描儀的發(fā)展[20]，它擁有兩套128層探測器和較寬的探測器寬度，具有很高的時(shí)間分辨率，可根據(jù)心率的快慢自動選擇螺距，心率越高螺距越大，這樣可顯著減少輻射劑量。文獻(xiàn)報(bào)道[20]，DSCT使用大螺距冠狀動脈成像時(shí)，可以評價(jià)90%以上的冠狀動脈節(jié)段，而輻射劑量可＜1 mSv。結(jié)合大螺距和寬探測器覆蓋，CCTA檢查時(shí)間從5～10 s減少到0.25 s，允許在單一的心動周期覆蓋整個心臟。因此，要根據(jù)不同的心率來選擇合適的螺距，在不影響圖像質(zhì)量的同時(shí)，盡量采用大螺距，以減少病人的輻射劑量。

2.5 前瞻性心電門控掃描技術(shù)

前瞻性心電門控描技術(shù)最早應(yīng)用于電子束CT鈣化評分，但近年來由于其非常低的輻射劑量，開始逐步應(yīng)用于CCTA。前瞻性與回顧性心電門控掃描技術(shù)原理不同，前者采用非螺旋掃描方式來獲取數(shù)據(jù)，X射線只在預(yù)先設(shè)定的R-R間期時(shí)相曝光，通過心電信號觸發(fā)掃描，而其余的R-R間期時(shí)相X射線完全關(guān)閉，也稱為步進(jìn)掃描（Step-And-Shoot，SAS），其有效螺距為1.0。該掃描技術(shù)最大的優(yōu)點(diǎn)是受檢者輻射劑量較低，X射線曝光僅發(fā)生在選定的時(shí)相，而不是在整個心動周期。因此，與回顧性心電門控相比，前瞻性心電門控掃描模式的臨床應(yīng)用將發(fā)揮巨大優(yōu)勢。

文獻(xiàn)報(bào)道[21]，采用前瞻性與回顧性心電門控掃描技術(shù)比較，其有效輻射劑量可降低約80%。盡管研究結(jié)果令人滿意，但前門控CCTA掃描模式是否會影響圖像質(zhì)量備受醫(yī)療管理者和醫(yī)生們關(guān)注。最近研究報(bào)道[22-23]，前瞻性與回顧性心電門控CCTA對比，前門控掃描模式圖像質(zhì)量是理想的，其有效劑量降低約60%～86%。然而，前瞻性心電門控組不可評價(jià)的冠狀動脈節(jié)段有所增加，在高心率組其圖像質(zhì)量有所下降，但總輻射劑量顯著減少（1.5～4.4 mSv）。因此，前瞻性心電門控低劑量掃描模式將成為未來冠狀動脈成像的主流模式而被廣泛應(yīng)用。

3 MSCT冠狀動脈成像在CAD中的診斷和預(yù)后評估價(jià)值

3.1 診斷價(jià)值

在過去10年里，CCTA作為一種安全、無創(chuàng)、簡捷、準(zhǔn)確的檢查手段，人們關(guān)注的焦點(diǎn)始終都集中在圖像質(zhì)量和診斷價(jià)值方面。早期4層CT研究顯示，由于時(shí)間和空間分辨率的限制，對CAD診斷的敏感性和特異性分別為78%和93%[24]。

隨著16層CT的應(yīng)用，時(shí)間和空間分辨力有所提高，更多的冠狀動脈節(jié)段可被評價(jià)，對CAD的診斷價(jià)值有了很大的提高，其敏感性和特異性分別為82%和98%[25]。

盡管16層CT時(shí)間和空間分辨率有所提高，但仍不能進(jìn)行各向同性容積數(shù)據(jù)采集。此外，由于時(shí)間分辨率相對較低，限制了高心率病人的臨床應(yīng)用。與4層、16層CT相比，64層CT時(shí)間和空間分辨率的進(jìn)一步提高，同時(shí)進(jìn)行各向同性容積數(shù)據(jù)采集，掃描時(shí)間明顯縮短，其檢測冠狀動脈主干及其分支的能力進(jìn)一步提高，它的敏感性和特異性分別為95%和98%[26]。這些研究表明，64層CT在診斷CAD中具有較高的準(zhǔn)確性，它可作為一種替代CCA檢查的有效方法。

CCTA的圖像質(zhì)量與心率密切相關(guān)。雖然在低心率病人中冠狀動脈可評價(jià)節(jié)段和診斷準(zhǔn)確性均比較高，但在較高心率病人中診斷準(zhǔn)確性卻較低。因此，當(dāng)病人心率＞70次/min時(shí)，需使用β-受體阻滯劑降低心率已成為檢查前的常規(guī)手段。但隨著雙源CT掃描儀的推出，時(shí)間分辨率已提高至83 ms，無須服用β-受體阻斷劑來限制心率，便可實(shí)現(xiàn)檢查。

Donnino等[27]對單源與雙源CT冠狀動脈成像的診斷圖像質(zhì)量進(jìn)行比較，研究結(jié)果顯示，在檢查前未服用β-受體阻滯劑的高心率病人中，雙源CT較單源CT的圖像質(zhì)量有顯著提高。Lin CJ[28]等研究也證實(shí)了雙源CT在無心率要求限制下檢測CAD，具有高的敏感性，約97%，但其特異性相對較低，約81%。

最新高端256層和320層CT，其Z軸覆蓋寬度可達(dá)8～16 cm，掃描時(shí)間明顯縮短，管球旋轉(zhuǎn)1周可覆蓋整個心臟，從而消除了64層CT在心臟成像中的制約和限制[29-30]。唐秉航等[29]對80例病人利用256層MSCT診斷冠狀動脈狹窄與CCA對照分析中，其診斷＞75%狹窄的敏感性和特異性均達(dá)90%以上，陽性和陰性預(yù)測值分別達(dá)80%～90%和95%以上，與64層CT診斷冠脈狹窄相比，診斷的陽性預(yù)測值和準(zhǔn)確性明顯提高，進(jìn)一步提高了CAD診斷的可信度。De Graaf等報(bào)道[30]，320層CCTA檢測冠狀動脈狹窄有更高的診斷價(jià)值，尤其是陰性預(yù)測值高達(dá)100%，診斷準(zhǔn)確性也達(dá)95%，表明320層CT是診斷CAD具有高度敏感性的一種方法。因此，256層、320層CT診斷冠狀動脈狹窄具有較高的敏感度和特異度，在CAD的早期篩查及危險(xiǎn)評估中具有獨(dú)特的優(yōu)勢及良好的臨床應(yīng)用前景。

3.2 預(yù)后評估價(jià)值

MSCT不僅能評價(jià)冠狀動脈管腔的變化，而且也能可視化評價(jià)冠狀動脈管壁的形態(tài)結(jié)構(gòu)和確定冠狀動脈斑塊的性質(zhì)。在CAD的進(jìn)展中，冠狀動脈粥樣硬化斑塊的大小和尺寸發(fā)揮重要作用，應(yīng)用MSCT可以無創(chuàng)性地檢測鈣化和非鈣化斑塊的形態(tài)和組成以及評估血管重塑的程度。Schmid等報(bào)道[31]，應(yīng)用64層CT平均隨訪17個月的非鈣化性斑塊病人，其斑塊數(shù)量在不斷增加。因此，MSCT可提供可疑CAD病人的預(yù)后信息，并可作為研究冠狀動脈粥樣硬化進(jìn)展的工具。

根據(jù)CT值把冠狀動脈斑塊的性質(zhì)分為3種類型[32-33]：非鈣化性斑塊、鈣化性斑塊和混合性斑塊。利用二維和三維CT可視化技術(shù)，能準(zhǔn)確識別導(dǎo)致冠狀動脈管腔變化的斑塊類型，這在預(yù)測疾病進(jìn)展過程中非常重要。與常規(guī)的二維或三維可視化技術(shù)對比，三維仿真內(nèi)窺鏡可以顯示冠狀動脈管腔內(nèi)斑塊的更多信息以及相應(yīng)管腔的變化[34]，也有助于證實(shí)冠狀動脈狹窄的程度，避免二維可視圖在觀察嚴(yán)重鈣化的管壁時(shí)可能會出現(xiàn)的管腔閉塞的假陽性結(jié)果。唐秉航等[29]得出256層CT對非鈣化性斑塊所致冠狀動脈狹窄的判斷較佳，診斷符合率達(dá)到87.7%，其次是混合性斑塊，鈣化性斑塊所致冠狀動脈狹窄的診斷符合率略低（77.5%）。

初步研究報(bào)告表明，CCTA可以在已知或懷疑CAD的短期隨訪中，提供急性心臟事件發(fā)生率和死亡率可靠的預(yù)后信息。Gilard等[35]對141例可疑CAD行CCTA檢查正常者在平均14.7個月的隨訪中發(fā)現(xiàn)，急性心臟事件發(fā)生率很低，其死亡率為0%，心肌梗死發(fā)生率為0.7%。Aldrovandi等[36]研究也同樣表明，187例可疑CAD病人，在24個月的隨訪中，當(dāng)左主干或左前降支動脈阻塞性斑塊形成時(shí)，急性心臟事件發(fā)生率高達(dá)34.7%，相比之下，正常者的發(fā)生率為0%。然而，這些研究只是基于小樣本、單中心的評價(jià)和短期隨訪。Hadamitzky等[37]最近進(jìn)行的一項(xiàng)大樣本研究提供了預(yù)測心臟事件發(fā)生率充足的預(yù)后信息，作者回顧性分析2223例可疑CAD病人，平均隨訪時(shí)間為28個月，當(dāng)有阻塞性斑塊形成時(shí)，急性心臟事件年發(fā)生率高達(dá)2.9%，而無阻塞性斑塊形成時(shí)，急性心臟事件年發(fā)生率僅有0.3%。因此，MSCT能可靠地用于急性心臟事件的預(yù)測評價(jià)。

4 MSCT冠狀動脈成像的未來發(fā)展方向

CCTA未來發(fā)展主要有以下3個方面：提高時(shí)間分辨率、減少輻射劑量和正確合理使用MSCT。在過去10年中，MSCT技術(shù)飛速發(fā)展，但目前MSCT成像的時(shí)間分辨率（DSCT，75～83 ms；256層和 320層CT，135～175 ms）仍然明顯低于CCA（20 ms），所以進(jìn)一步提高時(shí)間分辨率是必要的，以便MSCT可以更多地應(yīng)用于高心率或心律不齊的病人。目前使用β-受體阻滯劑降低心率仍然是MSCT心臟檢查常用的方法，提高時(shí)間分辨率將最終實(shí)現(xiàn)無須使用藥物控制心率進(jìn)行冠狀動脈成像。

如上所述，CCTA輻射暴露仍然相對較高，這造成了輻射誘發(fā)惡性腫瘤潛在的風(fēng)險(xiǎn)。雖然使用多種降低輻射劑量的方法，但因制定的掃描計(jì)劃不同，還是會造成病人高輻射暴露。近幾年研究強(qiáng)調(diào)常規(guī)CT掃描標(biāo)準(zhǔn)化的重要性，其中包括心臟成像、輻射暴露與癌癥的風(fēng)險(xiǎn)[38]。美國電離輻射生物效應(yīng)委員會（BEIR）基于美國人口的正態(tài)分布，計(jì)算出10 mSv輻射劑量造成的癌癥發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)為1/1000[38]。

CCTA作為一種無創(chuàng)性檢查方法，在檢測和診斷CAD時(shí)顯示出很高的臨床應(yīng)用價(jià)值，尤其是具有高陰性預(yù)測值，故可作為一種可靠的篩查手段。隨著MSCT技術(shù)不斷的進(jìn)步，它將在檢測冠狀動脈斑塊性質(zhì)方面發(fā)揮越來越重要的作用。此外，MSCT被視為一個可靠的方法用來預(yù)測可疑CAD的預(yù)后。

毫無疑問，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，MSCT在CAD診斷中將繼續(xù)發(fā)揮重要作用。正確合理使用CCTA是必不可少的，在最大限度發(fā)揮其臨床作用的同時(shí)，盡量減少輻射暴露。醫(yī)生們需要高度重視心臟CT成像潛在的輻射風(fēng)險(xiǎn)，根據(jù)不同病人和掃描設(shè)備，合理優(yōu)化掃描計(jì)劃，盡可能減少病人的輻射暴露。據(jù)Lee等報(bào)道[39]，僅有47%的放射科醫(yī)生和9%的急診科醫(yī)生認(rèn)為，CT掃描會增加發(fā)生癌癥的風(fēng)險(xiǎn)。因此，目前迫切需要醫(yī)生進(jìn)行自我教育，提高CT電離輻射及其相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)的意識，在利用CCTA時(shí)，放射科醫(yī)生和心臟科醫(yī)生必須權(quán)衡利弊，充分意識到CT掃描潛在的風(fēng)險(xiǎn)，并考慮減少不必要的檢查或選擇其他的檢查方法，如超聲或磁共振成像，從而避免部分病人接受不必要的輻射暴露。

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