多层螺旋CT冠状动脉血管成像技术现状

国外医学临床放射学分册Foreign Medical Scierices Clinical Radiologi(：al Fascicle 2006 Uv ! 1 4J!二 放 射 技 术 学 多层螺旋CT冠状动脉血管成像技术现状 武汉市中心医院影像诊断科 (430014) 谢元亮 张树桐编译 金朝林审校 摘要 多层螺旋cT技术的迅速发展使无创冠状动脉成像成为了可能。随着技术的不断提升和更新软件的 开发，多层螺旋 CT在冠状动脉疾病的诊断和疗效评估随访中将发挥更加重要的作用。就多层 CT冠状动脉成像 的原理、方法、应用价值厦技术现状作一介绍。 关键词 冠状动脉疾病；血管造影术；体层摄影术，螺旋计算机 冠心病是人类健康的主要杀手之一，过去诊断 大多依赖于传统的冠状动脉造影。近年来无创地发 现及检测冠状动脉硬化、狭窄的影像学技术(cT、 MR、血管内超声等)迅猛发展并取得了积极的进 展。自1984年电子束CT(EBCT)出现以来，CT用于 冠心病的诊断已有 2O余年。1998年 4层螺旋 CT的 面世，使得 CT在心脏方面的应用向前迈出了一大 步，继而推出的8、16、32、64层螺旋CT，卓越的空间 分辨力、时间分辨力及各向同性体素采集实现了无 创冠状动脉CTA成像。 多层CT(muhi—slice CT，MSCT)可以从简单的 检测冠状动脉钙化斑块、非钙化斑块到发现和量化 血管狭窄以及随访冠状动脉搭桥术、支架置人术的 病人，此外，还可以进行心肌灌注分析、心功能分析 及心肌疤痕评价等多方面的应用。用 CT评估冠状 动脉的主要挑战是冠状动脉血管管径很细，在横断 面影像上有平行走向的，有斜向的，也有垂直的。 而且毗邻于心房、心室，易受跳动的心脏的影响。目 前可能的解决是增加探测器的阵列数，使旋转 速度加快以及实现在心动周期内多时相分扇区重 建等。 一 、图像采集、重建和显示 就目前而言，只有在病人心率较慢且相对规 则，扫描、屏气的时间短，空间、时间分辨力足够高， 才有可能获得满意的冠状动脉 CTA影像。 (一)空间分辨力 多层CT能进行快速螺旋扫 描和多阵列探测器亚毫米采集。不同的机型有不同的 空间分辨力，4~64层CT的探测器宽度从 1．25加-5 rain。 l6、32、64层 CT最大能达到的空间分辨力达 0．5— 416 0．625 mm。由于螺旋cT采用的是容积采集，能改善 Z轴的空间分辨力，从而能达到各向同性或近乎各 相同性采集。冠状动脉有着细小、复杂的三维结构， 比如前降支直径从 4 mm到末梢 1 mm，为了能足够 显示细小、弯曲、复杂的冠状动脉解剖结构和管壁 的细微的病理学改变，各向同性或近乎各向同性、 层面的空间分辨率<1 mm是必须的。现在多数多层 CT层面空间分辨力达到O．5～0．6 inn，Z轴分辨力达 0．5～0．8 mlYl。64层CT三轴分辨力可达0．5 mm，接近 无创冠状动脉成像的要求，但还低于传统造影的 0．2 mm。为了鉴别 10％～20％是冠状动脉狭窄，CT系 统需提供不少于0．3 mm空间分辨率。且具完全各 向同性空间分辨力，才能在临床上有望真正替代 造影。 (二)时间分辨力 它指的是获得必需的扫描数 据以重组 l幅图像所需的时间。EBCT的时间分辨 率为 100 ms，MR为 100~150 ms，对于多层 CT主要 取决于旋转 1周所需要的时间，4层 CT为500 ms， l6层达到420 ms，64层达到380～400 ms。部分扫描 重组技术能使时间分辨力得到改善。用这种技术图 像重组只采用 l周的部分数据就可以重组，这样只 需旋转时间的一半。现多数 64层 CT采用4～5扇区 重组技术，时间分辨力显著提高。对于慢心率者，时 间分辨力就等于旋转 1周的一半时间，但快心率易 造成影像模糊和阶梯状伪影。采用连续的几个心动 周期的扫描数据来重组，快心率病人的时间分辨力 能得到改善，心率越快需要的心动周期越多。结果 时间分辨率=旋转时间／2N，比如旋转时间为500 m8， 2个周期被采用，时间分辨率为125 ins。但它的缺点 维普资讯 http://www.cqvip.com 兰I堕 放 学分 Foreign Medical Scienc：es Clinical Radiological Fascicle 2006 Nov；29(6) 是z轴分辨力会降低。总体而言4～8层cT时间分 辨率为 125~250 ms，16层 CT(0．42 s旋转)为 105～ 210 ms，64层CT因采用多扇区采样技术，若按4扇 区成像计算，时间分辨力为4l～53 ms(GE：44 ms， PHILIPS：53 m8，SIEMENS：4 1 ms，TOSHIBA：50 ms) (三)心电门控 在进行原始数据重建时，可 以根据心电图(ECG)波形进行重建，以获得某一时 相的心脏影像。ECG门控重建是基于连续扫描数据 的重建，因此不但可以得到舒张期和收缩期的轴位 图，而且可以获得心脏的容积图像。通常有 2种方 式即ECG门控半重建技术和FCG分段重建 (主要 有两扇区和四扇区重建法)。 I．心率 ：心脏是持续跳动的器官，收缩期比舒 张期运动大得多。舒张期的长短取决于心率及收缩 期占用的比例。心率增加，收缩期的比例增加，反之 比例减少。心率越快，舒张末期缩短。为获得儿乎无 运动的图像，图像采集与重建应选在舒张期。小于 65次／rain的心率，舒张期长，可选择的时间窗宽。 特别是对于采集时间相对较长的设备。对于高于 65次／rain的病人建议用药物减缓心率(推荐检查前 1 h口服美托洛尔 100 mg)。多数研究表明较低心率 显示冠状动脉的成功率高得多。 2．前瞻性 ECG门控：长时间以来都应用于EBCT 和单层螺旋CT，触发信号源于病人的ECG信号，依 据是前瞻性估计病人的R—R间期，在可检测到的R 波某个时间点开始扫描。在多层螺旋 CT中通常为 舒张期，多层数据同时获得。数据采集常仅在螺旋 1 周的部分进行，通过半扫描重建算法重建图像 ，但 是前瞻性 ECG门控层厚较厚，故不宜用于三维显示 小冠状动脉，而且对心律不齐者更加敏感。 3．回顾性 ECG门控：这种方法通常对心率的小 幅波动有一定的适应性。回顾性 ECG门控需要多层 CT较慢的床移动速度和同步记录的ECG信号。回 顾性门控 CT需要高度重叠的螺旋扫描 ，螺旋速度 与心率相适应以确保心脏各相位均能覆盖。大多数 多层 CT提供的扫描方案是一种固定的重叠螺距， 在 0．25～0．375之问，螺距定义为旋转 1周除以覆盖 的宽度。在同一相位图像重建使全心覆盖，并且与相 位一致。通常每次心跳重建l组图像，这样就能较快 ：地覆盖整个心脏，连续螺旋快速扫描部分重叠重建 提高z轴分辨力。基于这些原因，回顾性 ECG门控 更适合于_显示冠状动脉细小结构。由于只利用锥形 束一部分，所以时间分辨率只有旋转时间的部分。 (四)减少运动伪影 冠状动脉成像运动伪影体 现在 2个方面：呼吸与心脏的跳动。4层 CT扫描大 约需 40 s，到 16层 CT减少到 20 s，而 64层 cT只 要 7N9 s就能完成约 12 cm范围的扫描。减少扫描 时间能减少呼吸运动伪影。有研究表明，首次 20 S 内的屏气往往能使心率稍减低且保持相对稳定。比 较而言要克服心跳的伪影显得更为困难。回顾性 ECG门控技术能有效地减少心脏运动伪影。T—P波 之I．白J代表心室的快速、慢速充盈期，根据选择重建 点方式的不同可分为 3种：R波前固定某一点、R波 后固定的某一点及RR间期某个预设点，以后者应 用较广泛。当然单一的时间点并不是显示所有冠状 动脉最佳的，实际上冠状动脉在横断位平面的运动 速度是相当大的，研究显示 RCA中段平均运动速 率达 47 mm／s。RCA运动速率最大 ，LAD最小 。 RCA、LCX比LAD更接近于心房，因此易受其收缩 运动的影响。而且每支冠状动脉对心动周期不同时 相运动的敏感性也不一样。因此需选择不同的时间 点重建图像才能获得满意的影像质量。有研究者报 道 10％间隔重组图像发现，RCA在舒张中期(40％) 显示较好，LCX在 50％、LAD在 60％-70％ 示较 好。另一研究通过30％一80％多点重建显示 RCA在 50％、LCX在 60％、LAD在 50％～60％效果较好。 (五)显示技术 除了原始横断位图像外 ，能直 观显示冠状动脉的三维重组技术最大密度投影、曲 面重组 、虚拟血管内镜(探针)及容积再现等后处理 技术更受关注。多种方法的联合运用有很高的敏感 性。但用的最多的还是薄层三维最大密度投影法。 (六)支架置入术后重建 通过调整重建滤波 函数和图像优化软件来显示支架管腔及两端结构。 二 、对比剂注射 更加快速的CT扫描需要 良好的对比剂团注效 果，这样才能保证整个冠状动脉管腔与管壁良好的 对比，才能更好地显示损害的管壁结构。冠状动脉 全程持续、足够、均匀的增强效果有利于二维或三 维方向上显示冠状动脉。理想的增强效果应该是能 够充分显示异常的血管管壁 、管腔，但不能使管壁 钙化模糊 ，比如 CT值大于 350 HU。对于冠状动脉 CTA，静脉对比剂团注可以用小剂量对比剂通过预 实验确定扫描延迟时间，或通过对比剂示踪技术 自 动、手动触发两种方式来启动扫描。由于8、16层CT 扫描时间需要 20～40 s不等，通常需要 80～120 mL 对 比剂以 3～5 mL／s的注射速率才能获得均匀的全 4，7 维普资讯 http://www.cqvip.com 国外医学临床放射学分册Foreign Medical Sciences Clinical Radiological Fascicle 2006 Nov； !(6) 心血管增强效果。64层扫描速度更快，仅需7~9 s， 对比剂以4—5 mL／s速率团注也只需 50-70 mL。研 究表明，为评价增强的冠状动脉管腔及损害的冠状 动脉管壁，40 g碘流速 1 g／s是合适的方案。对比剂 推注完毕后，跟踪推注生理盐水证明能增强对比剂 的团注效果，而且能有效地消除上腔静脉和右心室 高浓度对比剂带来的带状伪影。 三、冠状动脉的解剖 冠状动脉 CTA主要可以评价 4支血管：右冠状 动脉(RCA)、左冠主干(LM)、左前降支(LAD)、左旋 支(LCX)及其次级分支，如第一 、二对角支(D 、D )、 左室后支(PV)、后降支(PAD)及锐缘支(AM)等。大 约有 85％是RCA优势型，表现为左室后支、后室间 支发自RCA；大约有 7％呈左室优势型，左室后支 、 后室间支发自LCX；约 8％属左、右均衡型。表现为 PDA发自RCA，左室后支发自LCX。 左冠状动脉一般较右冠稍粗，起自主动脉左后 窦，经左心耳与肺动脉起始部之间沿冠状沟向左前 方行，随即分为 LAD、LCX。LAD在前室问沟下行直 至膈面，可与后降支有吻合。其供血范围为左、右心 室前壁的一部分及窒间隔的前上 2／3。LCX多与 LAD以直角或小于直角分开，在冠状沟内左行，从 前往后至左心室膈面。重要的分支有缘支，较恒定 且发达。LCX的分支主要分布于左心房壁、左心室 外侧壁及左心室前后壁的少部分。少数人的LCX至 膈面后，在冠状沟内继续向右达房室交点，并折而 向下行于后室间沟，整个左心室壁和室间隔均由左 冠状动脉供血。 RCA起自主动脉右前窦，在肺动脉起始部与右 心耳之间人冠状沟，向右下行，绕过心右缘至心脏 膈面，继续沿冠状沟向左至房室交点处，动脉常向 深面弯绕心中静脉而形成‘u’形，并分为两终支：后 降支和左室后支。分别供血左右心室后肇、室间隔 的后下 1／3和左心室后壁的一部分或全部。RCA的 主要分支有动脉圆锥支、锐缘支、窦房结动脉和房 室结动脉。前两者较易显示。 左右冠状动脉的分支和终末可以存在一定的 变异，以膈面变异较大，也是冠状动脉不同优势分 型的依据。膈面的冠状动脉显示成功率较高，其原 因可能与心脏垂直运动幅度较小有关。 四、多层螺旋 CT冠状动脉 CTA的临床 应用评估 多层螺旋 CT冠状动脉 CTA研究主要集中于 418 对比于常规冠状动脉造影显示冠状动脉的能力及 评价和量化狭窄程度的能力。早期4层螺旋CT报 道不少，但其效果尚难让人满意。原因主要有以下 方面，即心脏和呼吸运动伪影，心律不齐或过高、严 重的钙化，管径小于 1．5 mm、支架以及造影对 比度 不足等原因。随着 l6层螺旋cT的面世，由于旋转 速度加快、探测器更小、计算机软硬件水平的提升， 冠状动脉 CTA的缺点逐渐得到不同程度的克服。有 研究表明，在所有受检者中，参照美国心脏协会冠 状动脉分段法(9段法)，4层 CT有 27％的冠状动脉 段不能评价，而16层CT仅占7％。特别是64层CT 的面世，冠状动脉 CTA的应用效果显著，显示冠状 动脉的敏感度、特异度、阳性预测值及阴性预测值 都有提高。冠状动脉所有分支分段(包括显示好的 和显示不甚理想的)的显示总的敏感度是比较低的， 而只针对那些显示好的血管其敏感度就高得多。一 般而言，近段的血管比末梢的血管显示率高。一项 研究显示 16层 CT对管径>2 mm的、狭窄程度> 50％的敏感度和特异度达 95％和 86％。对照冠状动 脉造影和血管内超声，85％的斑块用多层 CT能够 检出。管径大小与US有良好的相关性。亦有研究者 用多层 CT与 EBCT及 MR冠状动脉显像进行了比 较。EBCT及MR对冠状动脉狭窄的敏感度为50％一 80％。有20％-30％的血管不能显示。原因还是与 EBCT及MR的空间分辨力、信噪比等有关。对于冠 状动脉搭桥病例的应用尝试表明多层 CT是有前景 的方法之一。对可评价的桥血管狭窄诊断的敏感度 为 75％，特异度 92％。之前有研究将 CT用于粥样斑 块分析，脂质斑块 CT值<50 HU，>120 HU为钙化性 斑块，50～120 HU为中等密度斑块。有脂质斑块并不 一 定代表狭窄，但它更易脱落从而引起急性栓塞。 五、剂量控制 通过调整管电流的输出，多层CT的图像信噪 比有了明显的提高。图像的质量与照射剂量成正相 关。然而，由于冠状动脉 CTA需要对扫描野连续的 曝光，与EBCT比较有高的扫描剂量。在一项对多个 心脏病专家行传统冠状动脉对比所用照射剂量的 研究表明，所用的剂量范围为 3．1～8．6 roSy，与多层 CT冠状动脉对比4～7 mSv大致相当。根据病人的 ECG在收缩期调整管电流输出能有效地减少照射 剂量，依据心率不同，最大可以减少 45％～48％。曝 光自动毫安调整、量子噪声滤过软件等技术均能不 (下转第 430页) 维普资讯 http://www.cqvip.com 国外医学I临床放射学分册Foreign Medical Sciences Clinical Radiological Fascicle 2006 No — v；29 — (6) neoadjuvant chem．otherpy(cisplatin，epirubicin，bleomynin)plus radiotherapy vs．radiotherapy alone in stage IV f)or=N2，M0) undifferentiated nasopharyngeal carcinoma： a positive effect on progression—free surviva1． International Nasopharynx Cancer Study Group．VUMCA tria1．Int J Ra~at Oncol Bid Phys，1996，35(3)： 463—469 12 Chua DT。Sham JS，Choy D，et a1．Preliminary report of the Asian— Oceanian Clinical Oncology Association randomized trial comparing cisplatin and eprirubicin followed by radiotherapy versus radiotherapy alone in the treatment of patients with locoregionally advanced nasopharyngeal carcinoma． Asian-Oceanian Clinical Ontology Association Nasopharynx Cancer Study Group． Cancer Epidemiol Biomarkers Prew，1998，83(1 1)：2270-2283 l3 Ma J，Mai HQ，Hong MH，et 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运动减少、肥胖、高血压、高血脂、糖尿病及吸烟等。 冠心病的诊断方法有多种，非增强 cT常用于 检测钙化斑块。SPECT可以发现缺血、梗死的心肌。 这些无创的检查仅能提供一些间接的证据。目前金 标准仍为冠状动脉造影，但其是有创的，存在一定 的危险陛，有报道称冠状动脉造影死亡率0．15％，诱 发患病率为 1．5％。近些年多层 CT的发展非常迅 速。探测器的阵列数不断增加，64层螺旋CT已经运 用于临床，由于更大覆盖范围的容积扫描，更快的旋 转速度以及空间、时间分辨力的提高，软件技术不断 升级，故而检出冠状动脉狭窄的敏感度和特异度又 有提高。据悉有公司正着力于开发 128和256层容 积CT。平板CT目前还处于研究阶段，尚未广泛的推 430 广。但如果空间分辨率能达到O．3 nlm，且有更快的 扫描速度以及强大的软、硬件的支持，冠状动脉检查 无创化完全能实现。 总之，多层CT冠状动脉成像是一项有积极发 展前途的无创检测冠心病的新技术。高的阳性、阴 性预测值使其可以成为冠心病筛查的重要方法。新 一 代的多层螺旋CT如64层甚或将来的更高档的 CT有望部分替代常规冠状动脉造影。 参 考 文 献 1 Schoepf UJ，Becker CR，Ohnesorge BM ，et a1．CT of coronary artery disease．Radiology，2004，232(1)：18-37 2 Pannu HK，Flohr TG，Cod FM， et a1． Current concepts in multi- detector row CT evaluation of the coronary arteries： principles， techniques，and anatomy．Radiographics，2003，23[Spec]：111-125 3 Ropers D，Ban tu U，Pohle K，et a1．Detection of coronary artery stenoses with thin-slice multi-detector row spiral computed tomography and multiplanar reconstruction．Circulation，2003，107(5)：664—666 4 keschka 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