黃 鑫，侯 陽(yáng)

(中國(guó)醫(yī)科大學(xué)附屬盛京醫(yī)院放射科 醫(yī)學(xué)影像智能計(jì)算教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧 沈陽(yáng) 110004)

雙層探測(cè)器光譜CT(dual-layer spectral detector CT， SDCT)配有上下兩層空間完全對(duì)應(yīng)的探測(cè)器，上層探測(cè)器采用金屬釔為基質(zhì)的閃爍晶體，用于采集低能光子信息，同時(shí)允許高能光子穿透并在下層吸收，下層采用稀土陶瓷材質(zhì)；2種光子能量信息分別通過(guò)側(cè)置的光電二極管傳輸出2套數(shù)據(jù)集，高、低能2套數(shù)據(jù)在原始數(shù)據(jù)域空間即被解析，用來(lái)重建反映康普頓效應(yīng)和光電效應(yīng)不同組成的能譜圖像，并可同時(shí)重建與常規(guī)CT等同的混合能量圖像[1-2]，具備同時(shí)、同源、同向的特點(diǎn)，其在原始數(shù)據(jù)空間反相關(guān)噪聲的應(yīng)用為心臟及冠狀動(dòng)脈成像領(lǐng)域帶來(lái)了新的突破[3]。本文就SDCT在改善冠狀動(dòng)脈CTA (coronary CTA， CCTA)圖像質(zhì)量、“雙低”成像、顯示斑塊及支架和心肌灌注等方面的應(yīng)用進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 SDCT改善CCTA圖像質(zhì)量

1.1 降低噪聲，改善圖像質(zhì)量 SDCT可產(chǎn)生40～200 keV共161個(gè)單能級(jí)[4]，在整個(gè)能量范圍內(nèi)均表現(xiàn)出穩(wěn)定的低噪聲；與傳統(tǒng)CT 120 kVp圖像相比，其SNR和對(duì)比噪聲比(contrast-to-noise ratio， CNR)均顯著改善[5-6]。SAKABE等[7]發(fā)現(xiàn)，使用30 cm體模獲得的圖像噪聲值在40 keV時(shí)為24.6 HU，200 keV時(shí)為23.3 HU，均低于常規(guī)120 kVp圖像噪聲值(26.5 HU)；其中70 keV圖像噪聲在不進(jìn)行降噪的情況下較常規(guī)圖像噪聲降低11.3%，在降噪級(jí)別為2和4時(shí)分別降低26.8%和38.9%；40、50、60和70 keV圖像在降噪級(jí)別為4時(shí)的CNR值分別是未降噪120 kVp圖像CNR值的4.7、3.1、2.1和1.5倍。此外，SDCT系統(tǒng)還使用基于專(zhuān)用模型的迭代重建技術(shù)來(lái)降低圖像噪聲[8]，這些特點(diǎn)有助于充分發(fā)揮虛擬單能級(jí)成像的優(yōu)勢(shì)，包括改善CNR、提升SNR和減少偽影(線(xiàn)束硬化、金屬偽影及鈣化偽影)等[5,9-10]。

1.2 提升對(duì)比度，降低重復(fù)檢查率 良好的CCTA圖像質(zhì)量是準(zhǔn)確診斷冠狀動(dòng)脈病變的前提。然而，臨床上由于患者因素(肥胖、穿刺血管條件不佳及循環(huán)時(shí)間異常等)或技術(shù)原因(掃描啟動(dòng)時(shí)間不佳、對(duì)比劑用量及流速不足)均可導(dǎo)致圖像強(qiáng)化效果差，從而降低診斷準(zhǔn)確率，或被迫進(jìn)行非計(jì)劃重新掃描[11]。采用SDCT行CCTA，可回顧性獲得低能級(jí)(40～60 keV)單能圖像，一方面由于低能區(qū)段更接近于碘的K緣，可顯著提升靶血管CNR；另一方面在投影數(shù)據(jù)域應(yīng)用反相關(guān)噪聲，可獲得高、低能區(qū)一致的低噪聲，能以40～60 keV獲得較以往其他能譜CT更好的圖像質(zhì)量，從而減少甚至避免重復(fù)檢查[12-13]。

2 SDCT的“雙低”成像

2.1 CCTA對(duì)比劑用量更低 SDCT在低能區(qū)段的良好圖像質(zhì)量為進(jìn)一步降低受檢者對(duì)比劑碘負(fù)荷創(chuàng)造了條件。van HAMERSVELT等[14]發(fā)現(xiàn)，與120 kVp下常規(guī)碘濃度圖像相比，使用SDCT可在保證圖像質(zhì)量的前提下在40 keV時(shí)將心臟循環(huán)體模中的碘濃度降低60%。YI等[15]與ODA等[16]分別觀察疑診冠心病和腎功能不全患者，結(jié)果表明，與常規(guī)重建圖像相比，120 kVp下40～50 keV光譜重建圖像噪聲更低，CNR增高，冠狀動(dòng)脈圖像質(zhì)量改善，且輻射劑量和對(duì)比劑均減少。SDCT還可用于完善擬接受經(jīng)導(dǎo)管主動(dòng)脈瓣置換術(shù)患者的CTA掃描方案[17-19]，減少不必要的對(duì)比劑，尤其對(duì)腎功能不全患者[20]。此外，NADJIRI等[21]采用SDCT成功以釓劑(0.2 mmol/kg體質(zhì)量)為對(duì)比劑完成CCTA，圖像質(zhì)量良好，為碘對(duì)比劑過(guò)敏患者接受CCTA檢查提供了可能。

2.2 輻射劑量等同于常規(guī)CCTA 以往能譜CT成像雖然可降低對(duì)比劑用量，但其輻射劑量高于常規(guī)CT。文獻(xiàn)[22]報(bào)道，在圖像質(zhì)量相當(dāng)?shù)那疤嵯?，雙源CT雙能量掃描模式下CCTA輻射劑量為(4.5±1.9)mSv。RAJU等[23]和CARRASCOSA等[24]應(yīng)用快速kV值切換技術(shù)能量CT行前瞻性CCTA，輻射劑量分別為(2.2±0.7)mSv和(3.8±0.9)mSv。輻射劑量問(wèn)題限制了能譜技術(shù)在CCTA中的應(yīng)用，且上述設(shè)備均需預(yù)設(shè)能量掃描模式，才能獲取冠狀動(dòng)脈及心肌能譜數(shù)據(jù)，臨床實(shí)用性欠佳。利用SDCT行CCTA無(wú)需預(yù)設(shè)能譜掃描模式，采用常規(guī)CT掃描方案即可同時(shí)獲得混合能量圖像和能譜圖像，有效輻射劑量可降至1.5 mSv以下[15]。

2.3 虛擬平掃降低輻射劑量 利用SDCT進(jìn)行虛擬平掃CCTA可準(zhǔn)確定量冠狀動(dòng)脈鈣化評(píng)分，使冠狀動(dòng)脈平掃序列不再是必選項(xiàng)目，進(jìn)而有效降低輻射劑量。NADJIRI等[25]采用SDCT對(duì)20例疑診冠心病患者行CCTA掃描，以常規(guī)鈣化積分圖像作為對(duì)照，比較虛擬平掃圖像計(jì)算鈣化積分的準(zhǔn)確性，發(fā)現(xiàn)常規(guī)與虛擬平掃圖像鈣化積分的相關(guān)系數(shù)高達(dá)0.94，且一致性良好。

3 SDCT顯示冠狀動(dòng)脈病變

3.1 提升斑塊定性、定量診斷的準(zhǔn)確性 光譜CT具有準(zhǔn)確評(píng)估冠狀動(dòng)脈斑塊成分有效化學(xué)原子序數(shù)的潛力，可提高對(duì)斑塊的診斷性能，有助于心血管事件高危人群的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。常規(guī)CCTA中，鈣化斑塊會(huì)產(chǎn)生暈狀偽影和硬線(xiàn)束偽影，導(dǎo)致假陽(yáng)性。BOLL等[26]針對(duì)動(dòng)脈粥樣硬化標(biāo)本分析光譜CT定量評(píng)估鈣化斑塊的能力，結(jié)果顯示在SDCT增強(qiáng)算法圖像上測(cè)定的鈣化斑塊體積與“金標(biāo)準(zhǔn)”光學(xué)相干斷層掃描(optical coherence tomography, OCT)結(jié)果差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.55)，證實(shí)了SDCT可降低組織暈狀偽影和線(xiàn)束硬化的影響，提高診斷鈣化斑塊的準(zhǔn)確性。

3.2 提高冠狀動(dòng)脈支架可視率 使用光譜CT中的高能級(jí)虛擬單能成像，可減少或消除冠狀動(dòng)脈支架引起的各種偽影[27-28]，從而提升內(nèi)腔顯示率。HICKETHIER等[29]采用SDCT掃描10個(gè)不同冠狀動(dòng)脈支架，同時(shí)進(jìn)行常規(guī)圖像重建和6種不同keV(60、70、80、90、100、150 keV)圖像重建，發(fā)現(xiàn)與傳統(tǒng)CT圖像相比，≥90 keV單能重建時(shí)支架內(nèi)衰減差異顯著減小，≥80 keV能級(jí)支架內(nèi)管腔直徑顯著增大，且隨能級(jí)增高而增大；上述結(jié)果可通過(guò)基于原始數(shù)據(jù)的能譜后處理所支持的卓越光束硬化校正來(lái)解釋?zhuān)丛诟吣芰克缴?，硬化X射線(xiàn)束與支架致密材料的相互作用減少最為明顯，從而降低了部分容積效應(yīng)。

QIN等[30]應(yīng)用SDCT增強(qiáng)圖像與虛擬平掃圖像進(jìn)行冠狀動(dòng)脈減影，2個(gè)序列圖像均由同一心臟時(shí)相的1個(gè)數(shù)據(jù)集生成，故可完全消除配準(zhǔn)偽影，從而增強(qiáng)支架內(nèi)腔可見(jiàn)度，提高診斷效能，為評(píng)估冠狀動(dòng)脈支架提供了新方法。

4 SDCT在心肌灌注中的應(yīng)用

利用SDCT進(jìn)行CCTA時(shí)，可一站式獲得CTA和心肌灌注2個(gè)方面的信息。FAHMI等[31]針對(duì)體模和豬心肌缺血模型進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)70 keV單能圖像結(jié)果較常規(guī)120 kVp圖像更為準(zhǔn)確、可靠，原因是SDCT能夠同時(shí)獲取時(shí)間和空間完全匹配的低能和高能數(shù)據(jù)投影，從而實(shí)現(xiàn)基于投影的精確、無(wú)運(yùn)動(dòng)的物質(zhì)分解，顯著降低X線(xiàn)束硬化偽影；后續(xù)研究[32]還發(fā)現(xiàn)在70 keV下進(jìn)行心肌灌注成像有可能定量心肌血流量。

心臟MRI延遲增強(qiáng)是顯示心肌纖維化及瘢痕形成的標(biāo)志[33-35]，定量計(jì)算心肌細(xì)胞外容積分?jǐn)?shù)已成為評(píng)估各種心臟疾病的更可接受、更可靠的參數(shù)[36]。然而，隨著能譜CT虛擬單能成像和碘圖的產(chǎn)生，能譜CT可能成為心臟MRI的替代檢查方法[37]。最新研究[38-39]發(fā)現(xiàn)，SDCT可評(píng)估心肌延遲強(qiáng)化和量化細(xì)胞外容積，50 keV下獲得的數(shù)據(jù)結(jié)果與心臟MRI結(jié)果相當(dāng)，且二者細(xì)胞外容積定量的相關(guān)性較好(r2=0.94)。

5 小結(jié)與展望

SDCT是基于探測(cè)器端將高、低能量分離的新型的能譜CT新技術(shù)，在改善CCTA圖像質(zhì)量、降低對(duì)比劑負(fù)荷和輻射劑量方面效果顯著；各種能譜參數(shù)圖像還可用于解決定性、定量斑塊特征，提高支架內(nèi)腔可視率、評(píng)估心肌缺血并定量心肌細(xì)胞外容積等。聯(lián)合應(yīng)用常規(guī)圖像與SDCT多種能譜參數(shù)以及對(duì)特殊類(lèi)型患者進(jìn)行SDCT成像將是今后研究熱點(diǎn)，可為一站式評(píng)估冠心病提供新途徑。