211057100_基于双层探测器光谱CT量化细胞外容积评估心肌组织学特性的研究进展

基于双层探测器光谱CT量化细胞外容积评估心肌组织学特性的研究进展 熊晟原，周星* 甘肃省人民医院放射科，甘肃 兰州 730000；*通信作者 周星 *******************【摘要】双层探测器光谱CT独有的双层探测器设计使其在能量检查方面具有同时、同源、同向的特征，每次扫描均能同步能量分离得到常规CT数据和光谱数据，并通过不同光谱后处理技术分析心肌信息。本文对双层探测器光谱CT在量化细胞外容积评估心肌组织学特性方面的研究进展进行综述，旨在提高对这种技术的认识。 【关键词】心肌；体层摄影术，X线计算机；光谱分析；细胞外容积；综述 【中图分类号】R445.3；R542 【DOI】10.3969/j.issn.1005-5185.2023.03.025 Advances in the Assessment of Myocardial Histological Properties Based on Quantitative Extracellular Volume by Dual-Layer Spectral Detector CT XIONG Shengyuan, ZHOU Xing* Department of Radiology, Gansu Provincial Hospital, Lanzhou 730000, China; *Address Correspondence to: ZHOU Xing; E-mail: *******************【Abstract】The unique dual-layer spectral detector CT design has the characteristics of simultaneous, homologous, and homotropic energy examination, which can lead to obtain conventional CT data and spectral base images in each scan synchronized, in the meanwhile, analyzing different spectral post-processing techniques to get myocardial information. The research reviewing the progress of research on the use of dual-layer spectral detector CT in the quantification of extracellular volumes to assess the histological properties of myocardium, with the aim of improving the understanding of this technique. 【Key words】Myocardium; Tomography, X-ray computed; Spectrum analysis; Extracellular volume; Review Chinese Journal of Medical Imaging, 2023, 31 (3): 300-304《中国心血管健康与疾病报告2020》数据显示，心血管病死亡占我国城乡居民死亡原因首位[1]。由于不健康饮食、吸烟等生活方式，我国高血压、血脂异常、糖尿病和肥胖患病人数不断攀升，进一步升高了我国心血管病的发病率和死亡率。无创性心血管影像学技术不仅可以评估心脏解剖、功能和组织学，在疾病诊断、预后和危险分层中也具有重要作用[2]。近年来ECV）基于CT量化细胞外容积（extracellular volume，在各类心肌疾病中的临床研究日益增多，CT-ECV评价心肌组织学特性也受到很多关注。随着双层探测器光谱CT（dual-layer spectral detector CT，SDCT）的问世，CT碘对比剂延迟强化（late iodine enhancement，LIE）后依据碘密度值计算心肌ECV的方法多次应用于临床。本文对基于SDCT量化ECV的解剖、算法、发展及相关临床研究进展进行综述。 1 ECV的概念 细胞外基质（extracellular matrix，ECM）是位于机体细胞外的非细胞性的不溶性动态网状结构[3]，300 心肌ECM主要由心肌细胞、毛细血管和神经纤维交错组成的三维结构作为骨架，并由张力较强的I型胶原纤维、富有弹性的Ⅲ型胶原、糖蛋白和蛋白聚糖填充其内组成[4]。ECM的量化用细胞外体积分数表MRI是目前临床上评估心肌ECV最主要示，即ECV。的影像学检查方法。在心脏MRI开展前，ECM重构的进程很难用无创的影像技术进行图像化处理和量化分析。 2 ECV的技术原理及计算方法 2.1 MRI-ECV 2013年欧洲放射学会心脏磁共振组发表的专家共识[5]提出在MRI中ECV反映的仅是未被细胞占据的心肌组织，即ECM的体积分数，与心肌组MRI-ECV校正了各种技术因素织间质成分改变相关。（如扫描参数、场强、对比剂种类和注射剂量、延迟扫描时间等）对T1值的影响，是一个相对更加稳定、准确的参数。因此ECV值的变化，理论上反映了不同种类心脏疾病的病理生理特性[6]。 MRI-ECV是当钆对比剂在心肌ECM和血液中Copyright©博看网. All Rights Reserved.

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停滞并达到浓度平衡时，通过计算得到。MRI-ECV =（1hematocrit）×（T1post_myoT1pre_myo）/（T1post_blood T1pre_blood）。该方法计算的是相对值，不受体重指数、肾小球滤过率、血细胞比容等因素的干扰[8]。 2.2 CT-ECV 临床工作中，冠状动脉CT血管成像已成为无创性评价心脏血管解剖和斑块特征的最佳方法。CT检查使用的碘对比剂与MRI钆对比剂具有相似的药代动力学和物理特性[9]，因此为CT计算心脏ECV提供了理论依据。然而与磁共振延迟强化（magnetic resonance imaging-late gadolinium enhancement，MRI-LGE）相比，CT-LIE的对比分辨率相对较低。在以MRI-LGE为参考标准的慢性心肌梗死患者中，CT对跨比范围评估与MRI一致性良好（k=0.87），穿壁范围与MRI的符合率在迭代重建80%~100%最高（73.3%）[10]。 Nacif等[11]为探讨CT测量心肌ECV的可行性及准确度，对健康志愿者和心力衰竭患者进行CT-ECV和MRI-ECV对比研究，发现CT-ECV值与MRI-ECV值相关性好（r=0.82），初步证实了基于CT计算心肌ECV的可行性。此后Nacif等[12][2][7]3 SDCT-ECV的研究和应用 SDCT可以在一次扫描中同时评估冠状动脉解剖并通过光谱后处理技术分析心肌病变[15]。Emoto等[16]基于SDCT的心脏成像，针对不同心脏疾病患者（如慢性心肌梗死、肥厚型心肌病、心肌淀粉样变性等），对比分析上述两种ECV量化方法并与MRI的计算结果做比较，结果显示基于延迟期心肌和血池碘密度计算的ECV值与MRI的计算结果相关性更高（r=0.95，P<0.01），一致性较高（平均偏倚=0.9%，95% CI 5.2%~6.9%），说明SDCT碘密度计算的ECV值比造影剂增强前后衰减值的差异计算得到的ECV更准确。 基于造影剂增强前后CT衰减值的差异量化ECV分析的主要缺陷在于：①增强前平扫CT图像中，不易区分心肌和血池的轮廓；②造影剂增强前后的图像配准结果，可能会影响ECV计算数值的准确度。 3.1 心力衰竭 心力衰竭是多种原因导致的心脏结构和（或）功能的异常改变，使心室收缩和（或）舒张功能发生障碍[17-18]。而心肌纤维化是心肌细胞外细胞基质蛋白沉积引起的心肌间质扩张，是心力衰竭患者心肌损伤程度的重要标志，心肌纤维化程度与心力衰竭患者病情进展和预后密切相关[19]。心脏MRI-LGE和MRI-ECV是无创性评价心肌纤维化最常用的影像学方法。但心脏MRI尚存在一定局限性，如扫描时间长、相对禁忌证较多等。王瑞等[20]探讨基于CT评估慢性心力衰竭患者心肌ECV的可行性，结果显示CT-ECV为（33±8）%，MRI-ECV为（31±6）%，两者P<0.001）相关性好（r=0.854，。刘珮君等[21]以MRI为参照，在不同延迟强化容积占比下利用SDCT定量评估心力衰竭患者心肌节段ECV，患者整体心肌CT-ECV为32.25%，MRI-ECV为32.27%，两者相关性很好P<0.001）CT-ECV和MRI-ECV一致性良（r=0.969，，好的偏倚仅为0.4%，表明CT-ECV可以作为替代MRI-ECV的影像学检查方法，用于定量评价心力衰竭患者的心肌组织学特征。 3.2 心肌淀粉样变 淀粉样变性是由于淀粉样蛋白沉积在ECM中，造成沉积部位组织和器官损伤。心肌淀粉样变性影像学表现为弥漫性心内膜下心肌延迟强化，临床症状主要是心功能不全[22]。Oda等[23]收集临床怀疑心肌淀粉样变性的患者，采用SDCT 50 keV虚拟单能级的LIE进行检查，结果显示心内膜下整体强化，通过碘密度计算心肌ECV发现明显升高（平均CT-ECV为62%，正常值25%~28%），均与MRI结果类为优化CT计算ECV时出现的配准误差，以冠状动脉CT血管成像图像为基准，将增强前后的图像进行配准进而减小误差。 基于CT心脏成像量化ECV分析主要有两种计算方法：一种是基于造影剂注射前后心肌和血池衰减值的差异计算的减影导出法（ECVsub），该方法需要患者延迟前后双期图像，依据CT值的衰减计算对比剂在细胞外的扩散。ECVsub计算公式为：ECVsub=（1hematocrit）×（ΔHumyocardium /ΔHublood）×100%，其中ΔHumyocardium为增强前后心肌CT值的差异，ΔHublood为增强前后血池CT值的差异[11]。ECVsub的缺陷为：①CT平扫图像软组织分辨率低，有时难以区分心肌和血液；②平扫和延迟期图像会不可避免地存在配准误差。 另一种是由Oda等[13]基于SDCT提出的以延迟期心肌和血池碘浓度比值计算的碘密度导出法（ECViodine）。该方法仅使用延迟期碘密度图像，依据平衡状态下碘在体素内的扩散计算。ECViodine计算公×/bloodiodine）式为：（1hematocrit）（myocardiumiodine）（×100%，其中myocardiumiodine为延迟期心肌碘密度值，bloodiodine为延迟期血池碘密度值。ECViodine的优势为：①不需预对比的平扫图像，降低了辐射剂量；②消除了配准误差，提高了计算准确性[14]。 301 Copyright©博看网. All Rights Reserved.

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似（MRI显示LGE心内膜下强化，MRI-ECV平均值为64%），提示心肌CT-ECV作为心肌淀粉样变严重程度的临床标志物，可用于系统性淀粉样变性的早期检测和死亡率预测。 3.3 急性心肌梗死 陈冰华等[24]基于SDCT碘密度成像定量评估急性ST段抬高型心肌梗死ECV。该研究分析同时行CT和心脏MRI的20例急性心肌梗死患者，于造影剂注射延迟8 min后行SDCT扫描重建的碘密度图，分析梗死心肌、可挽救心肌和远处心肌的ECV值，并与MRI的计算结果作对比。研究发现基于SDCT碘密度的梗死心肌CT-ECV值显著高于可挽救心肌和远处心肌的CT-ECV值，且CT-ECV与MRI-ECV的计算结果具有较好的相关性（r=0.75，P=0.001），一致性较高（平均偏倚4.0%，95% CI 9.0%~16.9%）有助于定量评价心肌缺血后组织学改变。 3.4 全心动周期测量ECV Kidoh等[25]利用SDCT首次实现全心动周期的CT-ECV动态评估，解决了MRI必须通过钆对比剂注射前后扫描2次测定ECV，无法于全心动周期测定ECV的难题。研究通过心电门控技术实时监测整个心动周期中每个时间点ECV的变化情况，证实心脏搏动会对CT-ECV的测量造成2%的偏差。 3.5 肺动脉高压-右心力衰竭ECV Yamasaki等[26]比较经肺动脉血栓内膜剥脱术和肺动脉球囊扩张术治疗和未经治疗的慢性血栓性肺动脉高压患者心肌ECV值，利用对比噪声比更高的40 keV图像对感兴趣区进行勾画，并将其复制到无水碘图中进行碘密度测量计算的ECV。结果显示，慢性血栓性肺动脉高压患者右心室和右心室插入点的ECV值与平均肺动脉压（P<0.01）和脑钠肽水平（P<0.05）显著相关。经治疗后平均右心室ECV明显低于未接受治疗组[（26.1±3.1）%比（29.1±3.0）%，P=0.029]，且ECV值达到与健康对照组[（24.1±2.6）%，P=0.33]相近的水平。研究者认为右心室及右心室插入点的CT-ECV可作为慢性血栓性肺动脉高压患者病情进展及预后的无创性评估参数，在接受治疗的患者中测得的正常ECV可能预示着相应部位心肌纤维化消退。 3.6 ECV评估肿瘤 CT-ECV除应用于心脏疾病外，还可用于肿瘤评估。随着肿瘤的进展，其ECM成分发ECM过度沉积，生改变，主要表现为微血管密度增加，炎症细胞大量浸润和成纤维细胞增生[27]。 Fukukura等[28]对66例无法行手术，即将进行化疗的有远处转移的IV期胰腺导管腺癌患者，利用平衡期SDCT计算ECV预测其生存，结果显示肿瘤ECV值高ECV是IV期胰腺导管腺癌的患者总体存活时间更长，患者化疗无进展生存期（P=0.018）和总生存期（P=0.022）的独立预测因子，表明平衡期SDCT-ECV可作为影像学生物标志物，预测不可切除的胰腺癌患者化疗后存活率。 4 总结与展望 基于SDCT心脏扫描实现的多参数重建，除用于常规冠状动脉疾病诊断外，还可用于心肌组织学改变的研究。利用一次延迟扫描得到的碘密度图，可直接计算心肌ECV，与其他双能CT技术相比，降低有效辐射剂量的同时，还能提高数据匹配和测量的准确度；与MRI T1 mapping计算的ECV值相比，具有非常高的相关性和一致性，可部分替代MRI评估患者心肌组织学变化，并且在肿瘤相关领域可以作为一种新型影像学生物标志物，对肿瘤性病变进行进展及预后评估。 但ECV结果仅能反映病变组织ECM的相对改变，而并非间隙中各类成分的改变。此外，基于SDCT的ECV计算的准确度还会受到各种因素的影响，如注入对比剂的剂量、对比剂生理特性、如何设置扫描延迟时间、以及红细胞比容的采集时间等，均会对CT-ECV 的测量结果造成影响，需要更多的基础研究验证准确度。随着后续其他研究的开展和深入研究，CT-ECV在心脏及其他各类疾病的诊断与鉴别诊断、预后评估中将会展现出更大的价值。 利益冲突 所有作者均声明不存在利益冲突 参考文献 [1] 《中国心血管健康与疾病报告》编写组. 《中国心血管健康与疾病报告2020》要点解读[J]. 中国心血管杂志, 2021, 26(3): 209-218. DOI: 10.3969/j.issn.1007-5410.2021.03.001. [2] 中华医学会心血管病学分会影像学组, 中国医师协会放射医师分会心血管专业, 委员会. 无创性心血管影像学技术临床适用标准中国专家共识[J]. 中华心血管病杂志, 2020, 48(11): 906-921. DOI: 10.3760/cma.j.cn112148-20200413-00309. [3] 崔凤娇, 罗娅红. 基于影像学的腹部病变细胞外容积的研究进展[J]. 放射学实践, 2020, 35(9): 1196-1198. DOI: 10.13609/j.cnki.1000-0313.2020.09.024. [4] Zhao Y, Godier-Furnemont A, Bax NAM, et al. Changes in extracellular matrix in failing human non-ischemic and ischemic hearts with mechanical unloading[J]. J Mol Cell Cardiol, 2022, 166: 137-151. DOI: 10.1016/j.yjmcc.2022.02. 302 Copyright©博看网. All Rights Reserved.

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