多排螺旋CT在冠狀動脈成像技術中的現狀與進展

胡斌，徐文堅，陳海松

1.青島市市立醫院 CT室，山東 青島266011；2.青島大學醫學院附屬醫院影像診斷科，山東 青島 266016

自20世紀60年代以來，有創的選擇性冠狀動脈造影一直是冠狀動脈成像和冠心病診斷的“金標準”。近年來多層螺旋CT冠狀動脈造影（Multislice Computed Tomography Coronary Artery，MSCTCA）這項無創性造影技術在冠狀動脈成像方面取得了長足的進展[1-3]。21世紀初，4層和8層MSCT實現了高速螺旋掃描（0.5s/轉），結合回顧性或前瞻性心電門控，通過圖像重建處理獲得二維和三維的冠狀動脈圖像，但單位時間內的掃描覆蓋范圍太小，心臟CT掃描時間長，并且對心率也有較為嚴格的要求。2002年，16層MSCT應用于臨床，實現了亞毫米層厚的心臟數據采集。其螺旋掃描速度快（420ms/轉），時間分辮率<210ms，掃描層厚可達0.75mm，心率波動對冠狀動脈CT圖像質量的影響有所減輕，對冠狀動脈細小分支的顯示有一定改善[4]。2004年底推出的64層MSCT，螺旋掃描速度更快（≤0.35s/轉），時間分辨率顯著提高（<50ms），心臟亞毫米層厚<0.5mm，探測器旋轉1周可覆蓋的掃描范圍可達32～40mm，明顯高于16層螺旋CT，完成1次心臟掃描控制在10s以內，可以獲得優良的冠狀動脈CT圖像[5-6]。

1 冠狀動脈掃描圖像后處理技術

冠狀動脈的CT圖像重建后處理技術包括多平面重建（Multiple Planar Reformation，MPR）、 曲面重建（Curved Planar Reformation，CPR）、最大密度投影法（Rnaximum Intensity Projection，MIP）、 表面覆蓋法（Surface Shadow Display，SSD）、容積再現（Volume Rendering Technique，VRT）、仿真內窺鏡（Virtual Endoscopy，VE）。

（1）MPR是沿不同平面的圖像重建，可根據要求方位形成近似各向同性的重建圖像，直接測量用于診斷。

（2）CPR是在顯示圖像上根據需要劃線，將劃線的二維數據任意平面及角度重建成新二維圖像，能夠展現走行迂曲的冠狀動脈的全貌及管腔內外狀況，它在冠狀動脈的后處理中非常實用，但與操作者對冠狀動脈解剖的了解有很大的關系。

（3）MIP是最大強度值的像素投影，反映的是組織密度差異，3對比度高。它能區分血管性結構和非血管性結構，獲得類似DSA的圖像，可以顯示細小的血管及冠狀動脈狹窄的程度和長度，顯示血管壁的鈣化，缺點是對前后重疊的血管不能區分，不能清晰顯示解剖結構的三維關系。

（4）SSD法可顯示冠狀動脈的立體形態和空間關系，但小的冠狀動脈分支顯示欠佳，并且對狹窄程度有夸大效應，對管壁的鈣化和管腔亦不能區分。

（5）VRT是保留二維CT的信息，應用所有的資料數據進行重建，逼真地呈現冠狀動脈與各心腔的三維關系，可靠地顯示狹窄位置的長度和斑塊性質，并且能進行不同角度的切割旋轉，便于顯示所需要的血管結構。

（6）VE將螺旋CT的容積數據進行后處理重組出類似于纖維內窺鏡所見的空腔器官內部的立體圖像，可以顯示冠狀動脈腔內的情況、管壁的鈣化及腔內的斑塊，了解粥樣斑塊的位置及與冠狀動脈分支的關系，對冠狀動脈病變的分析起著重要作用。但VE用于觀察冠狀動脈管腔內的情況，研究發現在診斷未鈣化或無血流動力學意義的病變時，不如傳統橫斷面圖像優越[7]。

在冠狀動脈MSCTCA的后處理技術中，不應單純應用某一種技術，應將VRT、CPR和橫斷面圖像結合起來，其他后處理技術可作為有益的補充。

2 MSCT冠狀動脈重建圖像質量的影響因素

由于冠狀動脈管徑細?。ㄖ睆健?mm），并緊隨心肌在心動周期內搏動，冠狀動脈CT成像質量受空間分辨率、時間分辨率、心臟搏動、血管壁鈣化、心律不齊、呼吸運動等諸多因素影響。

2.1 空間分辨率

為了能夠顯示細小、彎曲、復雜的冠狀動脈解剖結構和管壁細微的病理改變，各向同性或近乎各向同性的空間分辨率<1mm是必須的[8]?？臻g分辨率低，冠狀動脈周圍的高密度結構（起搏器，搭橋術后的金屬夾等）可以產生硬線束偽影（hard beam）及部分容積效應。64層螺旋CT能進行快速螺旋容積掃描和多陣列探測器亞毫米采集，Z軸分辨率可達0.4mm，接近無創冠狀動脈成像的要求，但還低于傳統造影的0.2mm。

2.2 時間分辨率

64層螺旋CT采用4～5扇區重組技術，時間分辨率顯著提高。為降低影像模糊和階梯狀偽影，心率快者多采用連續的幾個心動周期的掃描數據來重建，時間分辨率可得到改善，心率越快需要的心動周期越多。時間分辨率＝旋轉時間/2N。N為扇區，64層螺旋CT采用多扇區采樣技術，旋轉時間0.33s/轉，按4扇區成像計算，時間分辨率可達41ms?？傊?，由于時間分辨率的提高，64層螺旋CT的冠狀動脈血管成像質量有了明顯的提高。

2.3 鈣化

鈣化斑塊及冠狀動脈管壁鈣化是影響冠狀動脈管腔顯示的主要因素之一[9]。鈣化影響CT評價冠狀動脈狹窄范圍和冠心病診斷準確率，易造成假陰性診斷[10]。但鈣化是不可避免的，臨床上對MSCT顯示血管壁嚴重鈣化而影響診斷冠狀動脈病變的患者仍建議行冠狀動脈造影，以減少或避免鈣化帶來的誤診或漏診，進一步提高冠心病的確診率。

2.4 心率和心律

在冠狀動脈掃描的過程中，心率較快的患者，R-R間期較短，致心臟每搏輸出量相對減少，冠狀動脈內對比劑充盈顯影不佳[11]。心率的變化縮短了心臟相對靜止的時間，影響掃描圖像的質量，導致出現運動偽影。Hong等[12]報道冠狀動脈圖像質量與患者心率呈明顯負相關，要獲滿意的圖像，心率應控制在74.5次/min以下。Giesler等[13]報道隨著心率的增加，可以進行影像學評價的冠狀動脈狹窄數量減少，心率≤70次/min時，檢測冠狀動脈狹窄的敏感度為62%，而心率>70次/min時敏感度降至33%。多層螺旋CT輔以心電后門控的應用，64層螺旋CT時間分辨率可提高到41ms，但是相對于心動周期的時間來說，時間分辨率仍不夠高，尤其當心率較快時舒張時間縮短，冠狀動脈圖像可受舒張早期心室舒張或舒張晚期心房收縮運動的影響產生偽影。此外，冠狀動脈重建算法也因心率而異，心率慢時，每層圖像由一個心動周期某一段R-R%時相的數據重建而成；心率快時，每層圖像由兩個或兩個以上心動周期某一段R-R%時相的數據重建而成[14-15]。因此，心率的快慢是影響圖像質量的主要因素，盡可能的控制心率對提高冠狀動脈CT血管成像的檢查質量、改善工作流程是很有幫助的。

另外，心律不齊會影響MSCT的評價效果，國內有文獻報道發現[16]，在基本心率大致相同的情況下，多層螺旋CT冠狀動脈的成像質量受心率波動的范圍的影響。

2.5 呼吸及其他客觀因素

若患者呼吸控制不好，會造成掃描的冠狀動脈二維圖像跳躍不連貫，重建的三維圖像呈截斷樣或波浪狀。由于64層螺旋CT的時間分辨率較高，一般冠狀動脈檢查掃描時間均控制在10s以內，幾乎所有的患者均能耐受一次屏氣完成掃描，因此，呼吸對冠狀動脈影響相對較小。另外，放射科醫技師除接受放射相關知識的培訓，還應接受心血管解剖、生理、病理生理等方面的培訓[17]，他們對患者的引導水平也會影響圖像質量及診斷結果。

3 MSCT冠狀動脈造影的臨床應用評價

3.1 MSCTCA能高度準確地顯示冠狀動脈狹窄

Achenbach等[18]應用MSCT對64例病人冠狀動脈狹窄的顯示情況進行了研究，并與數字減影冠狀動脈比較，MSCT顯示冠狀動脈主干和管腔直徑大于或等于2.0mm分支的重度狹窄或阻塞（>70%的狹窄）的敏感度為91%，特異度為84%；若包括所有>50%的狹窄敏感度為85%，特異度為76%。王怡寧等[19]比較了64層和16層MSCT的冠狀動脈成像結果，證實64層MSCT冠狀動脈成像診斷冠狀動脈≥50%狹窄的敏感性為94.9%（56/59），特異性為93.2%（124/l33）。Pugliese等[20]對35例病人進行了64層螺旋CT冠狀動脈成像與數字減影冠狀動脈造影的雙盲法對比研究，結果表明，CT冠狀動脈成像對左冠狀動脈主干、前降支、回旋支和右冠狀動脈等494段大于或等于50%狹窄的顯示，敏感度和特異度分別為99%和96%，陽性和陰性預測值分別為78%和99%。陰性預測值高，64層螺旋CT可作為冠狀動脈檢查的篩選手段，但它的時間分辨率低導致陽性預測值低。

3.2 MSCTCA還可顯示冠狀動脈管壁結構及冠狀動脈粥樣斑塊的情況[21]

MSCT早期的研究只是籠統地將冠狀動脈內斑塊區分為鈣化斑塊和非鈣化斑塊（軟斑塊）。Kopp等[22]檢測了6處冠狀動脈斑塊，對照冠狀動脈造影及血管內超聲表現，并按血管內超聲的分類方法將斑塊分為軟斑塊、中等密度斑塊、鈣化斑塊。Fayad等[23]總結不同成分斑塊的CT值如下：新鮮血栓的CT值為20HU，脂質斑塊為50HU，纖維斑塊為100HU，鈣化斑塊的CT值>300HU。從以上可以看出MSCT能為無創性評價冠狀動脈粥樣斑塊的成分提供有價值的信息，但是心率、心率波動、呼吸及斑塊內鈣化成分及管腔內對比劑的部分容積效應會影響對斑塊CT值測量的準確性。由于空間分辨率和組織分辨率的限制，MSCT尚無法區分典型粥樣硬化斑塊內的纖維帽及脂質核，也無法對各個成分的厚度或面積進行測量。

3.3 MSCT一次注藥可同時顯示各支搭橋血管和冠狀動脈

經股動脈插管搭橋血管造影是診斷搭橋血管“金標準”，但它是一種有創的方法，尋找橋血管近端吻合口需要多次注藥。MSCT冠狀動脈成像是一種無創、簡便的檢查方法，一次注藥可同時顯示各支搭橋血管和冠狀動脈。16層螺旋CT能可靠地評價搭橋血管近端吻合口、橋血管和遠端吻合口，近端吻合口顯示率為100%，遠端吻合口顯示率為74%，診斷橋血管重度狹窄和閉塞的敏感性為75%～100%，特異性為87%～100%[24-25]。CT成像近端吻合口、搭橋血管本身、遠端吻合口以及遠側血管的可評價率均高于16層螺旋CT，尤其對遠端吻合口以遠的血管顯示優于16層螺旋CT，且屏氣時間近乎減半，造影劑量也大大減少，更適合于搭橋血管成像。Pache等[26]對31例冠狀動脈搭橋術后病人96支橋血管狹窄進行評估，敏感度、特異度、陽性預測值和陰性預測值分別為97.8%，89.3%，90%，97.7%。

3.4 MSCT使CT評價支架內再狹窄（In-Stent Restenosis，ISR）成為可能

冠狀動脈支架植入術面臨的主要問題是ISR，診斷ISR的傳統方法是冠狀動脈造影，但高費用和有創性限制了該技術的廣泛應用。MSCT的空間分辨率和時間分辨率有了顯著提高，部分容積效應產生的測量誤差和運動偽影明顯減少，使CT評價ISR成為可能。Gaspar等[27]運用40層螺旋CT，通過觀察支架內對比劑充盈缺損的程度來診斷ISR，以常規冠狀動脈造影（Conventional Coronary Angiography，CCA）（>60%）為標準，其診斷ISR的敏感性和特異性分別達到了88.9%和80.6%，顯示MSCT對支架內完全閉塞病變的診斷有良好的準確性。Qhnuki等[28]用像素計數法（Pixel Count Method）在16層螺旋CT上診斷ISR的敏感性和特異性分別達到了75%和88%。由此看來，螺旋CT冠狀動脈成像技術診斷ISR尚有一定的難度，但鑒于其較高的特異性和陰性預測值，對排除ISR仍然有一定的作用。

總之，MSCTCA是一項安全可靠、準確有效的冠狀動脈檢查方法，它可以清晰顯示形態與大體解剖相似的冠狀動脈。對于顯示管壁的改變和管腔的狹窄有較好的敏感性、特異性、陽性預測值和陰性預測值。斑塊特別是非鈣化斑塊在普通插管造影中很難觀察，CT三維重建圖像可多方位、多角度觀察管壁斑塊和管腔的關系。雖然在評估鈣化、心肌橋和血管閉塞方面有所欠缺，但它作為胸悶、氣短及心前區不適癥狀等臨床疑似冠心病患者進行冠狀動脈造影檢查和治療，以及冠狀動脈搭橋手術前的篩選是十分必要和可行的。隨著雙源CT、128層和256層螺旋CT等更為先進的CT機投入臨床研究,其時間分辨率和空間分辨率不斷提高，在一定程度上克服了心臟無創性CT掃描所遇到的屏氣時間及心率快患者圖像出現的帶狀、階梯狀偽影等技術難題。技術的創新必然改變醫學的傳統思維，今后，無創冠狀動脈CT血管造影有望取代有創的冠狀動脈造影。

[1]Schoenhagen P,Halliburton SS,Stillman AE,et al.Noninvasive imaging of coronary arteries: current and future role of multidetector row CT[J].Radiology,2004,232:7-17.

[2]Hamon M,Morello R,Riddell JW,et al.Coronary arteries:diagnostic performance of 16 versus 64 section spiral CT compared with invasive coronary angiography meta-analysis[J].Radiology,2007,245:720-731.

[3]Stein PD,Yaekoub AY,Matta F,et al.64-slice CT for diagnosis of coronary artery disease: a systematic review[J].Am J Med,2008,121:715-725.

[4]Schoepf UJ,Becker CR,Ohnesorge BM,et al.CT of coronary artery disease[J].Radiology,2004,232:18-37.

[5]Burgstahler C,Reimann A,Brodoefel H,et al.Quantitative parameters to compare image quality of non-invasive coronary angiography with 16-slice, 64-slice and dual-source computed tomography[J].Eur Radiol,2009,19:584-590.

[6]Meijboom WB,Meijs MF,Schuijf JD,et al.Diagnostic accuracy of 64-slice computed tomography coronary angiography:a prospective, multicenter, multivendor study[J].J Am Coll Cardiol,2008,52:2135-2144.

[7]Schroeder S,Kopp AF,Ohnesorge B,et al.Virtual coronary angioscopy using multislice computed tomography[J].Heart,2002,87(3):205-209.

[8]Flohr T,Schoepf U,Kuettner A,et al.Advances in cardiac imaging with 16-section CT systems[J].Acad Radiol,2003,10:386-401.

[9]Heuschmid M,Kuetter A,Schroeder S,et al.ECG-gated 16-MDCT of the coronary arteries: assessment of image quality and accuracy in detecting stenoses[J].AJR,2005,184(5):1413-1419.

[10]Brodoefel H,Reimann A,Burgstahler C,et al.Noninvasive coronary angiography using 64-slice spiral computed tomography in an unselected patient collective: effect of heart rate, heart rate variability and coronary calcications on image quality and diagnostic accuracy[J].Eur J Radiol,2008,66:134-141.

[11]Leschka S,Scheffel H,Husmann L,et al.Effect of decrease in heart rate variability on the diagnostic accuracy of 64-MDCT coronary angiography[J].AJR,2008,190:1583-1590.

[12]Hong C,Becker CR,Huber A,et al.ECG-gated reconstructed multi-detector row CT coronary angiography: effect of varying trigger delay on image quality[J].Radiology,2001,220(3):712-717.

[13]Giesler T,Baum U,Ropers D,et al.Noninvasive visualization coronary arteries using contrast-enhanced multidetector CT:influence of heart rate on image quality and stenosis detection[J].AJR,2002,179(4):911-916.

[14]Kachelriess M,Ulzheimer S,Kalender WA,et al.ECG-correlated imaging of heart with subsecond multislice spiral CT[J].IEEE Trans Med Imaging,2000,19:888-901.

[15]Ohnesorge B,Flohr T,Becker C,et al.Cardiac imaging by means of electrocardiographically gated multisection spiral CT: initial experience[J].Radiology,2000,217(2):564-571.

[16]姜榮,吳曉華,賀文.心率波動對多層螺旋CT冠狀動脈造影圖像質量的影響[J].中國醫學影像技術,2004,20(10):102-104.

[17]Budoff MJ,Achenbach S,Fayad Z,et al.Task Force12:training in advanced cardiovascular imaging (computed tomography):endorsed by the American Society of Nuclear Cardiology, Society for Cardiovascular Angiography and Interventions, Society of Atherosclerosis Imaging and Prevention, and Society of Cardiovascular Computed Tomography[J].J Am Coll Cardiol,2006,47(4):915-920.

[18]Achenbach S,Giesler T,Ropers D,et al.Detection of coronary artery stenoses by contrast-enhanced, retrospectively electrocardiographically-gated, multislice spiral computed tomography[J].Circulation,2001,103(21):2535-2538.

[19]王怡寧,金征宇,孔令燕,等.64層與16層螺旋CT冠狀動脈成像比較[J].中國醫學科學院學報,2006,28(1):26-31.

[20]Pugliese F,Mollet NRA,Runza G,et al.Diagnostic accuracy of non-invasive 64-slice CT coronary angiography in patients with stable angina pectoris[J].Eur Radio,2006,16:575-582.

[21]Sun J,Zhang Z,Lu B,et al.Identi-cation and quanti cation of coronary atherosclerotic plaques: a comparison of 64-MDCT and intravascular ultrasound[J].AJR,2008,190:748-754.

[22]Kopp A,Schroeder S,Baunbach A,et al.Noninvasive characterization of coronary lesion morphology and composition by multislice CT: first results in comparison with intracoronary ultrasound[J].Eur Radiol,2001,11(9):1607-1611.

[23]Fayad ZA,Fuster V,Nikolaou K,et al.Computed tomography and magnetic resonance imaging for noninvasive coronary angiography and plaque imaging: current and potential future concepts[J].Circulation,2002,106(15):2026-2034.

[24]Schlosser T,Konorza I,Hunold P,et al.Noninvasive visualization of coronary artery bypass grafts using 16-detector row computed tomography[J].J Am Coll Cardiol,2004,44(6):1224-1229.

[25]Chiurlia E,Menozzi M,Ratti C,et al.Follow up of coronary artery bypass graft patency by multislice computed tomography[J].Am J Cardiol,2005,95:1094-1097.

[26]Pache G,Saueressig U,Frydrychwicz A,et al.Initial experience with 64-slice cardiac CT: non-invasive visualization of coronary artery bypass grafts[J].Eur Heart J,2006,27(8):976-980.

[27]Gaspar T,Halon DA,Lewis BS,et al.Diagnosis of coronary in-stent restenosis with multidetector row spiral computed tomography[J].J Am Coll Cardiol,2005,46:1573-1579.

[28]Ohnuki K,Yoshida S,Ohta M,et al.New diagnostic technique in multi-slice computed tomography for in-stent restenosis:pixel count method[J].Intervel J Cardiol,2006,108:251-258.