动态心肌灌注CT成像：原理、诊断性能与临床价值

2021-02-07 XI区

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心脏CT提供了几种方法来确定冠状动脉阻塞的血流动力学严重程度。动态心肌灌注CT（Dynamic myocardial perfusion-CT， MPI CT ）是在连续CT成像的基础上，测量造影剂进入心肌的流量，计算心肌灌注的绝对值。本文介绍了MPICT采集协议、图像采集后处理和定量参数的计算、MPICT的诊断性能以及与其他方法相比该技术的潜在增值。进一步的技术创新，使用不同的扫描仪平台和建立可重复的诊断阈值，以区分重大的冠心病，将是通往更广泛的临床实施道路的关键。

动态CT心肌灌注成像原理

动态负荷心肌灌注CT（MPICT）是在药物性充血时，通过注射造影剂获得一系列CT图像。动态MPICT在20世纪70年代末首次使用电子束CT进行演示，但这项技术从未得到广泛的临床应用，部分原因是当时的扫描仪无法在一次采集中成像整个心肌。为了测量整个左心室的血流量，今天的动态MPICT是在CT扫描仪上进行，探测器在1或者2次采集覆盖整个左心室。此要求将动态MPICT限制为第二代/第三代双源CT系统和最新一代宽探测器CT系统。为了限制采集协议的累积剂量，使用低管电压采集单个数据集。然而，辐射剂量通常比静态MPICT协议要高。通过测量随时间变化的局部心肌衰减，可以在左心室的整个心肌中计算心肌灌注的定量测量并显示为容积灌注图。由于心室腔内的碘浓度高，射束硬化伪影将不适当地降低心肌内的衰减值，特别是位于对侧增强心室和降主动脉之间的基底下壁。对这些束硬化伪影的校正对于精确的心肌灌注成像至关重要。动态迭代校正算法考虑了不同的组织类型和碘含量随时间的变化，其性能优于传统的束硬化校正算法。

扫描协议

病人必须在检查前12-24小时戒除咖啡因。如果CTA是在灌注扫描之前进行，建议延迟10-15分钟冲洗造影剂。通过静脉插管给予腺苷或其他血管扩张剂3-5分钟。Regadenoson作为单次推注给药。连续监测心律，定期测量血压。扫描之前，通过一个单独的静脉插管注射一个短时高速率的碘造影剂，然后注射生理盐水。扫描在造影剂到达右心室之前开始。双源CT扫描仪的纵向覆盖范围为3.8-5.8厘米，足以在两次扫描中覆盖心脏。检查床在采集之间来回移动。在30秒屏气期间，获取10至15个完整的低剂量数据集。如果使用心脏全覆盖的CT系统，则每个心脏周期都可以获得完整的数据集。然而，为了限制X线照射，在检查过程中可以改变采样率，目的是在心肌造影剂流入的关键阶段获得最大采样率，在之前和之后获得较低的采样率。在大多数研究中，通过采集收缩末期的数据集来减少造影剂填充的左心室腔的束硬化伪影。

当MPICT作为冠状动脉CTA联合检查的一部分时，即所谓的负荷-静息协议，它具有逻辑上的优势，因为MPICT和CTA之间不需要延迟从心肌中清除造影剂。然而，在临床实践中，CTA有效地排除了大多数新发疑似缺血性心脏病患者的冠状动脉疾病，在这种情况下，灌注扫描是多余的，并且不必要地将患者暴露于造影剂和辐射之下。特别是对于没有已知冠状动脉疾病的患者，从CTA开始的方法，如果在CTA上检测到血管造影病变，则有选择地随后进行负荷MPICT，这将是一种更有效的方法。对即时CTA解释的需求代表了该方法的逻辑缺陷，以及在进行MPICT之前所需的对比度冲洗延迟。

图1 采集协议

对于“静息-负荷方法”，首先进行CTA，然后在异常情况下进行动态负荷CT心肌灌注成像。对比剂冲洗需要两次扫描之间有延迟。在心脏收缩期进行低剂量的平扫以计划灌注扫描范围。绘制整个心肌和主动脉的时间衰减值，从中可以重建心肌灌注图。硝酸甘油（NTG），β受体阻滞剂（BB），造影剂（CM），心肌灌注显像（MPI），心肌血流（MBF）。

心肌灌注定量参数的计算

尽管患者尽最大努力保持静止，但在长时间扫描期间通常会有一定程度的心肌移位。因为比较相同组织随时间的衰减值非常重要，所以校正这种逐渐位移是数据处理的关键步骤。可以应用刚性和非刚性配准技术来重新对准2D横断面，补偿心室平面内和平面间位移。在收缩期不同阶段采集导致数据采集的节奏不规则性更难以纠正，并且可能需要从定量分析中排除。下一步是隔离心室并将心肌离散成小体积体素。在每个心肌体素内，测量的衰减值对时间作图。动脉输入函数来自降主动脉中的样本体积。使用混合反卷积模型将心肌时间衰减曲线与动脉输入函数耦合，该模型使用简化的脉冲残差函数来模拟血管内和血管外区室之间的相互作用，之后，可以通过将心肌时间衰减曲线的卷积最大斜率除以最大动脉输入函数来计算心肌血流量。心肌血流量以及心肌灌注的其他参数如灌注毛细血管血容量和首过分布体积被重建为颜色编码的体积图。可以手动采样感兴趣区域以获得平均心肌血流量。或者，可以创建极坐标图或牛眼图，其总结单个图像中的心肌灌注参数，并使用16/17区段AHA分类报告每个标准化心肌区段的心肌MBF。通过CT测量的MBF通常低于其他灌注技术，这部分与双源系统的较低采样率有关。由于各种临床和技术原因，MBF在个体之间也有所不同。报告的显示血流动力学显著性的MBF临界值在研究之间显著不同，介于75和164 ml/min/100ml之间[表1]。由于这些不一致性，区域MBF值相对于整体MBF测量值的标准化似乎提高了MPICT的诊断准确性。

表1 动态MPICT的诊断性能

比较动态负荷CT心肌灌注成像（MPI）与侵入性冠状动脉造影（ICA）与血流储备分数（FFRcath）或其他非侵入性功能测试的研究总结。灵敏度（sens），特异性（spec）和曲线下面积（AUC）以每个血管为基础列出，并与CT血管造影（如果有数据）进行比较。心肌血流量（MBF，ml/min/100cc心肌），单/双源计算机断层扫描（SSCT/DSCT），冠状动脉流速（CFR）。

诊断性能

MPICT的诊断性能已在几项动物研究中得到验证。CT测量的心肌血流量与直接测量的冠状动脉血流量，血流储备分数和微球测定的MBF具有良好的相关性。在人类患者中，MPICT的表现已经与基于导管的FFR以及其他心肌灌注成像技术进行了比较，见表1。所研究的队列通常推荐用于临床指示的侵入性血管造影，因此具有相对较高的冠心病负担。在大多数研究中，MBF或MBF指数显示出优于CTA的鉴别价值。根据Lu等人的一项荟萃分析，动态MPICT可识别血流动力学显著的冠状动脉疾病，每血管的敏感性和特异性分别为85%和81%，而CTA分别为82%和61%。MPICT依赖于一致的心肌取样，并且诊断性能受到总体心脏运动和心律失常的负面影响。偶然的节律不规则可以通过从分析中排除特定阶段来纠正。一些研究报道使用MBF指数值（相对于远端心肌或左心室MBF的第75百分位标准化的相对MBF值）来改善诊断性能，以中和个体和检查之间测量的MBF值的全局差异。

为了区分可逆性缺血与先前的梗塞，一些中心进行静息和负荷灌注扫描。为了避免额外的扫描，冠状动脉CT血管造影通常可以作为静息灌注扫描。在先前梗塞的情况下，动态MPICT将显示非常低的MBF值。延迟强化的CT成像代表了识别心肌瘢痕的另一种选择。

图2 MPICT案例

CT血管造影显示左旋支的大边缘分支处有严重病变（A）。通过动态MPICT获得的心肌血流图显示中外侧前壁有明显灌注缺损，表明冠状动脉病变的血流动力学意义（B）。通过侵入性血管造影术确认边缘分支中的高度狭窄病变。

预后价值

有几个关于MPICT预后价值的中等规模队列的登记报告。Nakamura等人对332名疑似冠心病患者进行了2.5年的随访，结果显示基于MPICT标准化MBF的总压力评分预测了心源性死亡，非致死性心肌梗死，不稳定型心绞痛或充血性心力衰竭住院的复合终点，对基于CTA的冠状动脉狭窄具有增加的预后价值：风险比5.7；95%置信区间：1.9至16.9；p=0.00229。在81名患者的队列中，Assen等报道MPICTMBF指数预测18个月以上的不良事件，包括心源性死亡，非致死性心肌梗死，需要住院治疗的不稳定型心绞痛或血运重建：风险比11.4（95%置信区间：3.4至38.2；p<0.001），与CTA和CT-FFR相比具有优越和独立的预测价值。

临床有效性

在一项前瞻性随机对照试验中，心脏CT方案包括动态MPICT和常规负荷测试，用于稳定胸痛症状的患者，心脏CT方法与冠状动脉疾病发生率较高相关，I类适应症为ESC标准血运重建（88% vs 50%），而不增加导管插入率。

动态MPICT与其他无创功能测试的比较

从技术上讲，动态MPICT比静态MPICT要求更高，但具有绝对血流测量的概念优势。定量措施对于区分缺血程度和随时间变化可能具有潜在价值，并且可以用于微血管疾病的量化。有趣的是，动态灌注MPICT不太容易受到束硬化伪影的影响。在人类的动态和静态MPICT之间尚未进行大规模的直接比较研究。但是，Danad等人的荟萃分析表明，动态MPICT可能更准确，尽管会有更高的辐射剂量。在进行分析时，MPICT的辐射剂量约为10mSv，这主要是基于对第二代双源CT系统和更高kV设置的研究得出。使用当代CT技术进行的最新研究表明，动态MPICT的剂量约为5mSv或更小。荟萃分析表明，静态/动态MPICT的诊断准确性可与使用侵入性FFR作为参考的其他负荷成像方式相媲美。在血管水平上，Takx等人报道了MPICT（AUC 0.93）的诊断准确性与MRI（AUC 0.94）和PET（AUC 0.93）灌注成像的范围相同，并且这些灌注成像方式优于负荷超声心动图（AUC 0.82）和SPECT灌注成像（AUC 0.83）。尽管荟萃分析不能被认为是结论性的，但目前尚无迹象表明MPICT的性能不如其他负荷成像技术。MPICT还具有实际优势，可以与冠状动脉CTA结合执行，并且可以融合图像以全面解释冠状动脉疾病。与MRI，超声心动图和压力测试相比，额外的辐射和造影剂暴露是MPICT的缺点。

CT衍生的FFR代表了另一种评估CTA对冠心病的血流动力学意义的方法。在一些研究中，动态MPICT已与CT-FFR进行了比较，并显示了可比的性能和互补价值。Coenen等的结论是，对于在诊断灰区内现场执行CT-FFR结果的患者，MPICT提供了一种有效的方法来提高诊断血液动力学显著性冠状动脉病变的诊断准确性。Pontone等证实了使用市售CT-FFR解决方案的这些观察结果，并表明类似的逐步方法提高了诊断性能（AUC从0.88增至0.92，P <0.05）。。

未来发展

动态MPICT的当前证据是基于相对较小的，通常是单中心的队列研究。这些研究中有一半以上是在双源CT系统上进行的。为了使动态MPICT逐渐发展成为临床使用的诊断工具，使用不同的CT系统在更大的多中心队列中验证该技术至关重要。测量的整体心肌血流的个体间差异对绝对灌注值的解释提出了挑战。这需要使用归一化的MBF指数来识别可诱导的心肌缺血。需要进一步的研究来确定最能识别重大心肌缺血的灌注参数。全面的解释和血运重建决策将受益于强大的CT梗死成像技术。最后，重要的是开发更有效的扫描方案，以最低的有效剂量实现最高的诊断价值。需要在更大的队列中进行前瞻性研究，以确定MPICT的最有效部署，并根据其他诊断测试评估其性能，以对可疑或已知冠心病进行诊断评估。

编译整理自 Nieman K, Balla S. Dynamic CT myocardial perfusion imaging. J Cardiovasc Comput Tomogr. 2020 Jul-Aug;14(4):303-306. doi: 10.1016/j.jcct.2019.09.003. 仅供专业人士交流目的，不作为商业用途。