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Heart and coronary artery imaging with sixteen slice spiral CT: an initial study
金征宇 张竹花 陆菁菁 有慧 王云 王林辉 赵文敏 牟文斌 张立仁 林松柏 李冬晶 贾宁朱文玲 张抒扬 倪超 方圻 任华 于洪泉 苗齐
中国医学科学院中国协和医科大学
北京协和医院放射科100730
Zhengyu Jin, Zhuhua Zhang, Songbai Lin, Jingjing Lu, Hui You, Yun Wang, Linhui Wang, Wenmin Zhao, Wenbin Mu, Liren Zhang, Wenling Zhu, Shuyang Zhang, Chao Ni, Ning Jia, Hua Ren, Hongquan Yu, Qi Miao and Qi Fang. *Department of Radiology, Peking Union Medical College Hospital, Chinese Academy of Medical Sciences, Beijing 100730, China<?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />
Objective: To evaluate the scan technique and primary clinical value of sixteen slice spiral CT scan in coronary artery and stent imaging. Methods: Plain and enhanced sixteen slice spiral CT imaging was performed in 69 cases, including 64 cases of suspected coronary heart disease and 5 cases of coronary stent. Calcium scoring with plain scan images and MPR, MIP and VRT reconstruction with enhanced scan images were made in all cases, among them 10 cases underwent conventional coronary angiography. We evaluated the demonstration and stenosis of coronary arteries, analyzed the factors which could influence the image quality. Additional MPR and MIP reconstruction of slices perpendicular to the stent and virtual endoscopy of stent were made in 7 stents of the 5 cases of coronary stent. We evaluate the patency of the stents.Result: Coronary calcium score could be got by plain scan with sixteen slice spiral CT. All of the first, most of the second and the third, part of the fourth subsegment branches could be shown isotropically with MP，IP and VRT reconstruction images of enhanced scan. MPR and MIP are better than VRT in the demonstration of small branches. In the evaluation of image quality with VRT images, 79.7% patients were in the first class, 10.1% were in the second class,10.1% were in the third class. The image quality is related to the contrast concentration in the root of the aorta，heart rate，with or without arrythmia and breath-hold ability of patients. Stenosis of coronary arteries were evaluated in 10 cases, which is comparable to that of the conventional coronary angiography in ten cases. 6 stens were evaluated to be patent, while 1 stent was not patent. Conclusion: Sixteen slice spiral CT scan of the cardiac coronary artery is a noninvasive，simple and good method. Coronary calcium score and coronary artery stenosis can be evaluated within one study. The patency of stents could also be evaluated. But more experience in more cases of comparative study should be obtained to prove the accuracy of the evaluation of stenosis of coronary arteries and patency of stents.
Key words: Tomography , X-ray computed; Coronary vessels; Coronary heart disease
冠状动脉粥样硬化性心脏病(简称冠心病)是一种常见病、多发病，发病率在不断上升。常规冠状动脉(简称冠脉)造影是一种有创检查，国人难于接受，探讨心脏、冠脉的无创影像学评价方法具有重要意义。十六层螺旋CT是一种无创性检查方法，可对心脏进行心电门控、屏气扫描，可望很好地用于心脏及冠脉的成像。我们对这种方法在冠脉成像中的临床应用进行了初步探讨。
资料与方法
一、临床资料
2002年8～10月，69例患者进行了心脏及冠脉CT成像。其中64例为临床怀疑冠心病的患者，5例为植入冠脉支架患者。其中10例临床怀疑有冠心病的患者有冠脉造影对照。64例临床怀疑有冠心病的患者中，女性27例，男性37例，年龄41～88(55±9)岁。对心率>70次/min的患者检查前口服倍他乐克50mg，30min后进行检查。服用倍他乐克的禁忌症有Ⅱ～Ⅲ度房室传导阻滞、失代偿性心功能不全、心源性休克和显著心动过缓病史、哮喘等。服用二甲双胍等双胍类降糖药的糖尿病患者在停药48h后(停药期间可咨询内分泌科医师换用其他降糖药)再检查，检查后饮水或输液保证体内有足够的水分，待肾功能稳定后再恢复使用双胍类降糖药。患者应没有严重的心律不齐。
二、扫描技术
采用西门子16层螺旋CT(Siemens SOMATOM Sensation 16)进行扫描，在Wizard或 Leonardo工作站进行图像后处理。先做自胸廓入口至心脏膈面的胸部屏气定位像。然后行冠脉平扫，患者换气2次后扫描，扫描参数为120kV，133mA，准直器宽度1.5mm，进床速度每旋转一圈5.7mm，旋转时间420ms, 螺距0.24，卷积函数值35 f，视野(FOV，field of view) 13～14cm; 扫描范围为气管分叉下方10～15mm至心脏膈面，扫描时间10～11s。然后测定循环时间，选取主动脉根部层面，在肘前静脉埋置18G套管针，以3.0～3.5mm/s的速度注入20ml 300mgI含量的欧乃派克或优维显，延迟12s后扫描，扫描1层，层厚10mm，扫描1次用0.5s，升主动脉根部密度由高变低时停止扫描。用DynEva动态分析软件得出时间-密度曲线，曲线峰值对应的时间加12s即为循环时间。然后行增强扫描，以相同速度注入90ml相同造影剂及20～30ml生理盐水，扫描延迟时间为上述循环时间加3s，扫描范围根据钙化积分扫描显示的冠脉情况进行调整。扫描参数: 500kV，500mA，准直器宽度0.75mm，重建层厚1.0mm, 螺距0.23, 进床速度每旋转一圈2.8mm，旋转时间420ms,卷积函数值30f，FOV 13～14cm。定位像扫描、冠脉平扫及增强扫描时屏气的幅度需保持一致。增强扫描屏气时间15～19s。整个检查时间15～20min。
三、图像后处理方法
重建-40% R-R间期平扫3mm图像用于钙化积分分析。选取增强扫描图像的右冠脉中部层面，预览心动周期-100% ～- 10%的10幅图像(间隔10%)，选择显示左、右冠脉最清晰的一幅，重建相应心动周期的1.0mm图像。重建像传送到Leonardo工作站进行后处理。
1. 平扫3mm重建像: 用CaScoring自动分析软件，取130Hu为阈值，标记各支冠脉的钙化区域，自动得出左主干、前降支、回旋支及右冠脉的钙化积分值以及总积分值。积分值无钙化为0，少量钙化为1～10，轻度钙化为11～100，中度钙化为101～400，400以上为重度钙化［１］。该软件可同时显示钙化质量和容积。
2. 增强扫描1.0mm重建像: 点入三维重建框中，可自动得出矢、冠及轴位MPR重建像，再点击可得出10mm薄层MIP重建像，并可旋转得出任意层面的图像。再做VRT重建像，调节阈值以显示较小的分支。转动心脏以更好地显示各支冠脉。对考虑有狭窄的冠脉，在狭窄段及狭窄近端做垂直切面的薄层MIP重建，测量血管断面的直径，用于评价狭窄程度。
3. 冠脉支架重建像: 在支架处做垂直切面的MPR及薄层MIP重建，以及仿真血管内窥镜重建。
四、图像评价方法
1. 冠脉VRT重建像的图像质量评价: 图像质量分为3级，1级为左、右冠脉均显示良好; 2级为右冠脉有中断，通常位于右冠脉中段; 3级为右冠脉近中段显示不清。分析图像质量与心率、升主动脉根部造影剂浓度的关系。
2. 参考国内外文献[3,7]， 将右冠脉(RCA, right coronary artery)主干分为3段，分别为RCA1，RCA2及RCA3。RCA1为右冠脉开口至第一右室支动脉发出处，RCA2为第一右室支发出处至锐缘支发出处，RCA3为锐缘支发出处至后降支发出处。另有右冠脉分支右房支(RAB，right atrial branch)、圆锥支圆锥支(C，cone branch)、右室支(RVB, right ventricular branch)、锐缘支锐缘支(AMB,acute marginal brach)、后降支后降支(PDA, posterial descending branch)、左室后支(PLVB, posterior left ventricular branch)及房室结支(AVB, atrioventricular branch)。将左冠脉分为左主干(LM, left main)、前降支1(LAD1, left anterior descending, 前降支起始部至第一对角支发出处)、前降支2(LAD2, 第一对角支或有中间支时第二对角支发出处至前降支心脏膈面转角处)、前降支3(LAD3, 前降支心脏膈面部分)、回旋支1(CX1, circumflex1, 回旋支起始部至第一钝缘支发出处)和回旋支2(CX2, 第一钝缘支发出以远在房室沟里走行部分)，另有间隔支(S，septal branch)、第一对角支或中间支(D1, diagonal 1)、第二对角支(D2)、第三对角支(D3)、第一钝缘支(M1，obtute marginal 1)、第二钝缘支(M2，obtute marginal 2)和第三钝缘支(M3，obtute marginal 3)。冠脉1级分支为LM和RCA1, 2级分支为CX1、LAD1、RCA2、RAB和RVB，3级分支为M1、CX2、D1、LAD2和RCA3，4级分支为D2、M1和D1的分支、D2分支以远的LAD2、LAD3、PLVB、AVB。总结69例冠状动脉各支的MIP和VRT显示情况。测量MIP及VRT图像所能显示的最小血管直径。
3. 评价冠脉支架的通畅性。支架通畅表现为MIP像上可见支架呈高于血管密度的栅栏状，内为较低密度的血管腔; 垂直平面重建外圈为高密度的支架，内为较低密度的血管腔。调整窗宽、窗位，血管腔内未见明确充盈缺损，仿真血管内窥镜重建，可在导航下自支架近端管腔走入支架内管腔，并走出支架。支架不通畅表现为有支架内部密度增高，仿真内窥镜重建不能通过血管腔。
结果
1. 冠脉钙化积分分析: 64例临床怀疑冠心病的患者中，24例没有发现冠脉钙化，7例为少量钙化，15例为轻度钙化，10例为中度钙化，8例为重度钙化。有2例在1周内重复扫描，钙化积分值相近。
2. 冠脉VRT重建像图像质量评价: 69例患者中55例(79.7％)冠脉VRT重建像图像质量为1级，7例(10.1％)图像质量为2级，7例(10.1％)图像质量为3级; 相应主动脉根部平均CT值分别为356(217～425) 、287(204～352) 和213(198～265) Hu，平均心率分别为59(54～70)、60(54～82)和70(65～80) 次/min。
3. 冠脉显示情况: 显示右冠脉最佳的时相为-35%～-40%R-R间期, 在此时相左冠脉也显示良好。左、右冠脉显示情况见表1和表2。除1例未屏住气的患者，其余68例患者均可良好显示所有1级分支、绝大部分2、3级分支和部分<?xml:namespace prefix = v ns = "urn:schemas-microsoft-com:vml" />  
4级分支，显示的部分4级分支还有 35例对角支的2个小分支，11例钝缘支的2个小分支以及3例LAD2的2个分支。显示不好的分支是2级分支的RCA2、3级分支的CX2、4级及其以下分支，可能与血管本身发育纤细或先天变异有关。此外，MPR及MIP图像对冠脉分支的显示率高于VRT图像。测量表明，VRT图像所能清楚显示的最小血管直径为1.5mm，MIP图像所能清楚显示的最小血管直径为0.7mm。冠脉各分支的MIP及VRT像见图1A-H。
RCA1: 右冠脉近段，RCA2: 右冠脉中段，RCA3: 右冠脉远段，PDA: 后降 支，PLVB: 左室后支，AVB: 房室结支，LM: 左主干，LAD1: 前降支近段，LAD2: 前降支中段，D1: 第一对角支，CX1: 回旋支近段，CX1: 回旋支中段
图1.A: 在显示左主干的横轴平面上转动所得MIP重建像显示LM、LAD1和D1。
图1.B: 在显示左主干的横轴平面上转动所得MIP重建像显示LAD2。
图1.C: 在平行于室间隔的平面上转动所得MIP重建像显示LAD2。
图1.D: 在平行于房室沟的平面上转动所得MIP重建像显示RCA1、RCA2、RCA3、PLVB和PDA。
图1.E: 在平行于房室沟的平面上转动所得MIP重建像显示CX1、CX2和M1。
图1.F: 左前斜位加头位VRT重建像显示LM、LAD1、LAD2和D1。
图1.G: 右前斜位VRT重建像显示RCA1和RCA2。
图1.H: 足位VRT重建像显示RCA3、PDA、AVB和PLVB。
5. CTA与冠脉造影的对照: 10例有冠脉造影对照者中，1例冠脉VRT重建图像质量为3级，其冠脉造影未见明显异常; 1例图像质量为2级，CTA前降支显示良好，其近段有一大的钙化斑块，相应水平垂直切面重建可见管腔中度狭窄，与冠脉造影结果相符。其余8例图像质量均为1级，3例CTA与冠脉造影均显示冠脉各支未见异常; 3例CTA显示冠脉有多个钙化斑块，垂直切面重建显示管腔轻度狭窄，冠脉造影未见明显狭窄; 1例CTA显示前降支闭塞长达1.76 cm，远端可见血管显示，考虑可能为侧枝循环反向供血造成，冠脉造影显示前降支完全闭塞(图2); 1例CTA显示左主干、前降支和回旋支的起始部以及右冠脉中远段交界初有大的钙化斑块，垂直切面重建可见管腔中度狭窄，与冠脉造影结果相符，但另有冠脉钙化斑块处垂直切面重建血管腔有狭窄，而冠脉造影未见明显狭窄，表明钙化斑块会影响CTA对冠脉狭窄的评价，但从另一个方面说，CTA可明确显示冠状动脉的钙化，而常规冠状动脉造影很难显示冠状动脉钙化。
图2 1例前降支闭塞患者CTA MIP、 VRT重建像与常规冠状动脉造影对照图。图2A和2B分别显示冠状动脉CTA MIP重建像和右前斜位VRT重建像，显示前降支闭塞(白箭头)。图2C为右前斜位左冠脉造影图像，显示前降支闭塞(白箭头)，与VRT重建像相对应。
6. 冠脉支架的评价: 5例患者共植入7个冠脉支架，6个支架通畅，1个支架不通畅。MIP、VRT及仿真血管内窥镜重建像均可很好地显示冠脉支架(图3A～D)。
图3 冠脉支架CTA重建像。图3A为MIP重建像，显示前降支2个支架; 图3B为MIP重建像，显示回旋支1个支架; 图3C为VRT重建像，显示上述3个支架; 图3D为支架管腔的仿真血管内窥镜重建像。
讨论
一、冠脉CTA扫描与重建
随着多层CT的推广，冠脉CTA因其无创而成为一种倍受亲睐的检查方法[2-7]。在借鉴国内外文献报道的扫描技术的基础上，我们通过对69例患者的冠脉CTA扫描，拟订出分4步走的扫描步骤：第一步为屏气定位像，第二步为平扫钙化积分测定，第三步为小剂量循环时间测定，第四步为冠脉增强扫描。确定扫描范围是关键，应该用尽可能小的上下和左右扫描范围，后者与扫描时间有关。
用冠脉CTA诊断冠脉狭窄，主要依靠薄层MPR和MIP重建像，二者的主要区别在于MIP重建像更容易区分钙化斑块与血管腔。重建方法为: ⑴ 在显示左主干的横轴平面上转动，以尽可能地在同一个平面上显示左主干、前降支近段及其对角支和室间隔支，进一步转动以显示前降支中、远段。⑵ 在平行于室间隔的左室长轴平面找到平行于房室沟的切面，可显示右冠脉和回旋支，转动该平面可使右冠脉近、中、远段在同一个平面上。⑶ 在平行于室间隔的平面上转动，以尽可能在同一个平面上显示前降支的近、中、远段。⑷用横轴薄层MIP像显示右冠脉的各分支。对有钙化斑块的血管或怀疑有狭窄的血管，可在显示该血管最好的图像上做垂直切面重建，观察钙化斑块与管腔的关系，或对比狭窄段血管与其近端正常血管的管腔，并可测量管腔直径，计算狭窄程度。
三维VRT重建像可作为辅助手段显示冠脉狭窄及钙化斑块。VRT重建像对血管的显示与所设定的阈值有关，不利于小分支的显示，因此不能用其诊断冠脉狭窄。在用薄层MPR和MIP像做出诊断后，可用VRT重建像给临床医师以直观的印象。VRT重建像一般采用右前斜加头位显示右冠脉近段，右前斜位显示右冠脉中段及其分支，右前斜加足位显示右冠脉远段及其分支。采用不同角度的左前斜位加头位显示左主干、前降支及其分支、回旋支及其分支。用头位图像模拟冠脉造影的蜘蛛位，可更清楚地显示左主干和前降支、回旋支的起始部。
国外文献[8]报道，仿真内窥镜血管重建可显示冠脉粥样硬化及狭窄。本研究结果表明，该方法尚能显示支架的狭窄或闭塞。
二、影响冠脉成像的因素
冠脉CTA的图像质量与主动脉根部造影剂浓度、心率、有无心律不齐和患者屏气情况有关。本研究结果显示图像质量为1级者，其主动脉根部平均CT值明显高于图像质量为2级者，表明主动脉根部造影剂CT值大有利于冠脉的显示。该值与造影剂有无盐水稀释以及患者自身的循环状态有关，我们使用的是单桶高压注射器，造影剂和生理盐水装在同一个针桶内，抽盐水时应尽量慢，然后尽快将针桶倒置并静置5 min可不使造影剂稀释。心率在45～70次/ min有利于冠状动脉的显示，但有心率为82次/ min的患者图像质量为1级，而且所有3级图像前降支及其分支显示较好，主要是右冠状动脉显示不良，说明心率不是绝对因素。图像质量可能与右心房搏动有关，因为心电门控采用的是左心室的心电图。扫描时心律不齐可导致血管的中断。所做69例仅有1例年老耳聋患者未能配合屏气，其余患者均屏气良好，说明屏气是影响因素之一。此外，回旋支远段在VRT像上显示困难，其原因一方面是血管细小，另一方面是心大静脉也走行在房室沟内，并且常常在其表面而使其被掩盖。小血管尚可出现中断伪影。钙化斑块会影响血管腔的显示，尽管垂直切面重建可显示钙化斑块与血管腔的关系，但对中度以上钙化的患者右冠状动脉的远段、前降支中远段、左回旋支远段因血管腔本身直径很小，血管腔显示不佳，给诊断带来困难。
三、冠脉CTA对粥样硬化斑块的观察
据国外研究报道[9，10]，粥样硬化斑块可分为软斑块、纤维斑块及钙化斑块3类，CT值分别为<50、50～120和>120 Hu。本组病例钙化斑块多见，曾发现小的软斑块CT值<50 Hu，但无冠脉内超声对照而不能肯定。冠脉前降支闭塞1例，闭塞管腔内部CT值为71 Hu，考虑为纤维斑块堵塞管腔。
四、冠脉CTA与冠脉造影的比较
冠脉CTA是一种无创检查，造影剂用量、射线量及经费都少得多，简便易行，一次检查15～20 min内完成，可全方位、任意角度重建，可检测冠脉钙化，观察钙化斑块与管腔的关系，并能做仿真内窥镜血管重建。而冠脉造影为有创检查，一个观察体位需一次注药采集，并且影像增强器的旋转位置受限，例如不能完全头位，该体位可清楚显示左主干及其分叉处。冠脉CTA可观察血管横断面，避免了由于体位致偏心狭窄漏诊。但冠脉CTA显示直径小于0.7 mm的血管分支欠佳，目前还不能取代冠脉造影，而且，即使作为一种筛查手段，也有待进一步开展大规模的与冠脉造影对照的研究，详细分析可能出现的伪影，进一步提高优质图像的百分率，建立冠脉CTA这一新的检查项目规范的扫描和重建方法以及诊断标准。
参 考 文 献
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