心脏CT最新进展：心肌ECV，心肌应变与光子计数CT

原创 赵喜同学 XI区 收录于合集#心血管 114 个 #展望未来 53 个 #光子计数 13 个 #诊断 23 个

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介绍

在过去的20年里，心脏CT的技术进步已经产生了一种强大的临床工具，可以提供准确的动脉粥样硬化性冠状动脉斑块和狭窄评估，并在心血管疾病中发挥重要的预后价值。此外，心脏CT引导的医疗管理已被证明能够减少心肌梗死，并通过整合心脏CT血流储备分数（FFR）和心脏CT灌注，帮助优化有创血管造影转诊。除此之外，现在心脏CT在结构性心脏病和导管输送瓣膜置换术中发挥着核心作用。不断发展的心脏CT应用，如心肌细胞外容量（ECV），可以评估心肌弥漫性间质纤维化和浸润性心肌病。心脏CT应变分析提供了对心肌收缩模式的更深入评估。最后，CT探测器技术的最新进展通过多能量X射线光子分析（光子计数CT）提供了更高的空间和对比度分辨率。在这篇综述中，我们探索了冠状动脉和非冠状动脉CT应用的最新证据。

上期我们分享了新概念，无创心脏生理学与结构性心脏病等内容（）。今天我们继续分享下半部分。

心脏CT衍生的心肌ECV

心肌ECV评估弥漫性心肌纤维化和浸润性心肌病的存在和程度，是缺血性和非缺血性心肌病的独立预后标志物。尽管通常使用心脏MRI非侵入性采集，但心脏CT衍生的ECV（以下简称CT ECV）是一种新兴的应用，涉及平扫和增强采集，然后在注射造影剂后5-10分钟延迟采集（图8）。碘造影剂是一种细胞外造影剂，弥漫性心肌纤维化和淀粉样蛋白沉积都会增加细胞外心肌空间，导致异常心肌中碘造影剂浓度更高。CT ECV计算为（1−红细胞压积）×（延迟期心肌CT值−平扫心肌CT值）/（延迟期管腔CT值–平扫管腔CT值）。CT ECV的可行性和临床实用性已在一系列心血管疾病中得到证实（表3）。必须进行红细胞压积评估是常规临床应用的一个潜在障碍，但最近已经被源自血液Hounsfield单位的合成红细胞压积方法所取代。当代CT软件可以导出半自动心肌CT ECV图。此外，双能量CT ECV允许去除非平扫采集，减少辐射剂量，并且可以使用单能谱重建来减少伪影。最近研究发现，在CT ECV软件不可用的情况下，可以使用更简单的心肌管腔比（图8）。验证研究表明，与心脏MRI有良好的一致性，并且具有良好的读者间一致性。除了这些手动方法之外，全自动应用程序正在开发中，可以在不进行手动编辑的情况下准确测量ECV，尽管这些应用程序往往会稍微低估ECV。深度学习去噪方法可以通过提高延迟期CT的对比噪声比来改善这种低估。

图8：用于计算心肌细胞外容积（ECV）和心肌与管腔信号比的心脏CT采集方案。（A） CT扫描显示用于计算CT ECV的平扫（左）、动脉期（中）和延迟期（右）采集。橙色虚线表示感兴趣的心肌区域，绿色虚线表示感兴趣的血液区域。CT ECV是从图像中导出的，如公式所示。三角形表示信号强度（延迟期CT−平扫CT）。⋆=在延迟期CT图像上，显示窗宽（WW）较窄，根据增强程度对每个患者进行优化，以观察管腔和心肌之间的对比度。（B）一名63岁男子的延迟增强CT扫描，该男子疑似缺血性心肌病，无心脏淀粉样变性。平均间壁CT Hounsfield单位值低于管腔（心肌信号强度=75.0 HU/管腔信号强度=109.1 HU；比值<1），CT ECV为23%（正常范围）。（C）一名患有心力衰竭和甲状腺素转运蛋白野生型的80岁男性的延迟增强CT扫描。平均间壁CT Hounsfield单位值高于管腔（心肌信号强度=141.1 HU/管腔信号强度=131.0 HU；比值>1），CT ECV为68%。箭头显示右心室游离壁弥漫性延迟强化，表明右心室淀粉样蛋白浸润。

表3：心血管疾病中CT心肌ECV的研究

几项研究表明，CT ECV定量对接受TAVI的患者的预后有益，可以预测左心室射血分数（LVEF）的改善以及心力衰竭全因死亡率和住院率（表3）。重要的是，CT ECV的预后重要性似乎独立于传统的临床和超声心动图变量。除主动脉狭窄外，CT ECV的预后价值已在多种心肌病中得到证实，包括肥厚型、扩张型心肌病和心肌炎（表3）。事实证明，它的应用不仅在检测心脏淀粉样变性方面准确，而且在预测这种疾病的死亡率方面也是准确的。更大的队列已经证实了CT ECV在检测和定量心脏淀粉样变性方面的高诊断准确性。CT ECV可以提供比心脏MRI更快速、更便宜、更广泛可用的检查，并且对于有MRI禁忌症的患者（如金属设备或肾脏疾病）可能是有利的。然而，辐射剂量目前仍然是延迟采集的一个限制。

心脏CT衍生的心肌应变

心肌应变测量心肌变形（与简单运动相反），应变率是心肌变形的速率。心肌应变包括几个因素，包括周向、纵向和径向扭转分量。在评估心肌收缩力和检测LVEF下降前早期区域收缩功能障碍方面，它被广泛认为优于LVEF。参考标准非侵入性成像检查是带有标记线的心脏MRI，以及最近的特征跟踪，其优点是不需要单独的序列，因为它是作为一种具有良好再现性的快速后处理技术进行。在缺血性和非缺血性扩张型心肌病中使用心脏MRI特征跟踪的多中心研究表明，应变在预测主要不良心脏事件方面优于LVEF和钆延迟增强（用于在心脏MRI扫描中描述心肌纤维化、浸润或梗死）。不断发展的心脏CT特征跟踪软件提供了类似的心肌应变评估。CT特征跟踪使用心外膜和心内膜边界、心肌像素特征和解剖标志的组合来生成周向、径向和纵向方向的心肌应变图。最近的工作已经根据标记心脏MRI、斑点跟踪超声心动图和最近的心脏MRI特征跟踪的参考标准验证了心脏CT应变（图9）。尽管研究主要评估左心室应变，但人们对评估左心房应变也越来越感兴趣。在包括心力衰竭、心房颤动、中风和瓣膜性心脏病在内的几种心血管疾病中，左心房应变已被证明是超过标准心房功能的独立预后标志物。左心房应变可以通过心脏CT进行评估，早期研究显示心脏CT应变左心房测量的可行性和预后价值。

电影：心脏CT应变电影显示了一名患有严重主动脉瓣狭窄的78岁男子在TAVI术前四腔、两腔和短轴心脏CT电影视图。CT应变软件自动绘制左心室心外膜和心内膜轮廓，并导出整个心动周期整个左心室心肌的应变和速度数据。深色和亮色分别表示变形程度低和变形程度高。

图9：心肌应变测量心动周期中的心肌变形，包括周向、纵向和径向扭转分量。它可以使用后处理特征跟踪软件在心脏CT扫描上进行测量。应变是比左心室射血分数更能预测心肌病预后的指标。图像显示在斑点跟踪超声心动图（左）和心脏CT（右）上具有正常（患者1）和高度受损（患者2）左心室应变的患者的整体纵向应变。深色和亮色分别表示变形程度低和变形程度高。心动周期的应变-时间曲线以图形方式显示在各个图像下方。与斑点跟踪超声心动图相比，心脏CT对严重主动脉狭窄患者的周向和径向应变显示出更好的读者间和读者内再现性。

CT应变与冠状动脉狭窄的严重程度相关，并且峰值纵向应变值随着狭窄严重程度的增加而降低。在阻塞性冠状动脉狭窄中，心室容积和左心室射血分数可能是正常的，这使得CT应变成为评估冠状动脉病变功能重要性的潜在有价值的补充。同样，CT应变正逐渐成为主动脉狭窄的重要预后工具。CT应变可能提供常规临床和超声心动图数据之外的预后信息，包括主动脉狭窄的LVEF。接受TAVI的患者基线CT应变降低与TAVI后更高的死亡风险和心力衰竭住院风险相关。此外，CT应变与基线相比没有改善与阴性结果增加有关。心肌ECV和应变的这些新的心脏CT应用也可以应用于经导管二尖瓣置换术和经导管三尖瓣置换术之前的右心室分析。目前，CT应变分析并非没有局限性。在Wang等人的研究中，CT和MRI之间的径向应变和周向应变在统计学上不同，并且在Bernhard等人的研究中将左心房应变的CT应变和斑点跟踪超声心动图之间发现了类似的次优一致性。这突出了与心脏MRI相比，心脏CT的时间分辨率较低。事实上，最近的研究表明，R-R间期的CT重建增量是CT衍生应变数据变化的重要来源。

光子计数CT

传统的CT能量积分探测器由被隔板分割的闪烁材料（如氧化钆）组成。闪烁材料在X射线的作用下发出光，光通过光电阴极和光电倍增管转化为电流。光子计数探测器由半导体制成，如碲化镉或硅，没有栅格。在阴极和像素化阳极之间施加高电压，X射线被吸收。电子感应出与吸收的X射线光子的能量成比例的电压脉冲，并且当这些脉冲超过设定的能量阈值时，对它们进行计数（低于阈值的低振幅能量不进行计数）。不计算低振幅能量降低了图像噪声和条纹伪影，并允许较低的辐射剂量。此外，与以前的光子计数探测器相比，最新的高分辨率光子计数探测器的空间分辨率有所提高。超高分辨率模式下的当前光子计数探测器的平面内分辨率低至0.125 mm，平面间分辨率为0.2 mm，矩阵为1024×1024。因此，光子计数CT可以在单次采集的心脏成像中提供高的空间、对比度和时间分辨率。（更多内容参见XI区：）

在首次人体冠状动脉评估研究中，Si Mohamed等人表明，与传统CT相比，光子计数CT的线束硬化斑块相关的开花伪影和辐射剂量显著降低（图10）。开花伪影的减少使得冠状动脉狭窄的评估更准确。心脏冠状动脉钙体模研究表明，与传统CT相比，光子计数CT的辐射剂量显著降低。在一项冠状动脉支架的体模研究中，与传统CT相比，光子计数CT可以更好地显示支架内腔和支架支柱。初步研究还表明，光子计数CT可以提高冠状动脉斑块的定量。事实上，当使用光子计数CT时，斑块成分的放射组学分析显示出改善。这些早期结果需要更大规模的队列验证，但确认将改善CT冠状动脉斑块体积和狭窄量化，以及支架评估，并增强CT作为侵入性冠状动脉造影的看门人的作用。光子计数探测器与高时间分辨率双源CT技术的结合正在迅速成为心血管疾病中新的心脏CT成像参考标准。

图10：用于心脏评估的常规CT（左）和光子计数CT（右）的图像。（A，B）CT扫描显示，与传统CT（A）相比，光子计数CT（B）在最大密度投影上更好地描绘间隔支（箭头）。（C，D）曲面重建显示，与传统CT扫描（C）相比，光子计数CT扫描（D）上的钙化（方框内）与管腔更可区分。（E，F）CT扫描显示，与传统CT（E）相比，光子计数CT（F）更好地描述支架（黑色箭头）和支柱局灶性破坏的外部钙化（白色箭头）。（G，H）CT扫描显示，与传统CT（G）相比，光子计数CT（H）能更好地描述二尖瓣小叶（白色箭头）和左心房憩室中的钙化（黑色箭头）。

结论

从早期的冠状动脉狭窄解剖评估到目前对其血液动力学意义的评估、斑块自动定量和斑块亚型的推导，心脏CT在疑似冠状动脉疾病患者的调查中发挥着越来越重要的作用。然而，心脏CT的应用已经超越了冠状动脉疾病，发展到了心脏结构性疾病，尤其是在经导管瓣膜置换术之前。心脏CT的心肌特征和功能正在开发应用，有望在未来进入临床实践。随着辐射剂量的逐渐减少，具有更高空间、对比度和时间分辨率的CT技术将继续进步。最后，人工智能为报告放射科医生提供了越来越有价值的心脏CT数据生成。

要点

心脏CT定量冠状动脉斑块分析提供斑块体积和亚型分析，这可能允许个性化的患者治疗。

CT血流储备分数和CT灌注改善了血运重建计划，减少了阴性侵入性冠状动脉造影。

使用心脏CT的结构心脏评估为导管输送的瓣膜植入提供了重要的术前测量。

未来，心脏CT也可能用于评估选定患者的心肌纤维化和心腔应变。

光子计数CT可改善冠状动脉斑块、狭窄和支架可视化。

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文献原文：Dodd JD, Leipsic JA. Evolving Developments in Cardiac CT. Radiology. 2023 Mar 28:222827. doi: 10.1148/radiol.222827. 仅供专业人士交流目的，不用于商业用途。

原标题：《心脏CT最新进展：心肌ECV，心肌应变与光子计数CT》

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