01

介绍

02

如何进行心脏CT检查

2.1 背景

CCTA是一种稳健的成像技术，从技术角度来看，无论是软件方面还是硬件方面，都有着极高的要求。事实上，在过去的20年里，CT的发展主要是由心脏应用所推动。更快的机架旋转速度、更宽的探测器阵列、更强大的X射线球管、更灵敏和无噪声的探测器，这些都是由于临床需要逐步提高技术对具有越来越复杂心血管疾病的更广泛患者依从性而推动（图1-4）。因此，经过20年的发展，目前最先进的CT扫描技术可以用其心脏成像能力来表示，只有极少数例外。

图2 不同CAD表型的CCT。图中显示了不同的CAD表型。A，正常的LAD。B，轻度非阻塞性心脏病患者的LAD，主要表现为非钙化表型。C，严重弥漫性冠心病患者的LAD，表现为阻塞性部分钙化表型（即伴有钙化和非钙化动脉粥样硬化）。D，由于主要是非钙化斑块导致血管开口近端短闭塞的患者的LAD。

2.2 时间分辨率

CT成像时间分辨率的一般定义是在两个或多个不同的连续时间点之间区分物体位置（如果是小对象则更好）的最佳能力。

运动是影响心脏成像质量的主要因素。由横膈膜引起的运动（大多数情况下，屏气很容易使之最小化），更重要的是由心跳引起。整个心动周期内的心脏运动随心脏时相的变化而变化，并随着心率的逐渐升高而显著增加。因此，需要减慢心率，以便在整个CT数据集中实现最小的残余运动。4层、16层和64层CT早期CCT的理想心率均在60bpm以下。目前，有一些技术将技术开发导向高时间分辨率设备（例如256/384层的双源CT），而其他技术则更侧重于增加探测器的宽度（例如256/320/640层CT）。如果我们只关注“时间和运动的物理”，毫无疑问，时间分辨率在这个领域是一个独特的概念，然而，如果我们考虑技术上可用的解决方案，有可能理论上允许在不增加机架旋转速度的情况下提高时间分辨率。这些解决方案依赖于来自多个心跳的信息片段的合并来生成足够用于单个图像的数据（多扇区重建）和/或它们在可用数据之间使用不同程度的插值。这些软件解决方案为正常工作所做的假设是，每一次心跳都与上一次或下一次完全相同，这在心脏生理学中几乎不存在，即使心率完全稳定，并且假设没有剩余的膈肌运动。事实上，即使在恒定的心率下，由于屏气时预负荷的变化，心脏充盈量也会不断变化，从而导致冠状动脉位置的改变。在完美的条件下，运动可能会小于1mm，但这确实存在。此外，在屏气时，几乎不可避免的膈肌漂移程度是可变的，这增加了上述不可避免的心脏结构的空间不一致性。

我们必须记住，最好的图像是最接近真实的图像，而不一定是看起来更好的图像。

与将一个1吨或更多的旋转机架加速到更高的速度或创建一个包含2个球管和2个探测器的机架相比，创建利用可用数据的复杂算法更可行，也更便宜。由于这些因素和考虑，因此我们必须将时间分辨率的概念分为：（1）一般的时间分辨率（包括生成图像的任何定义或技术）和（2）有效的时间分辨率。后者表示在没有任何插值/代理信息的情况下，在一个心跳信号中生成一个图像所需的最短时间。我们必须明确地依赖第二个概念/定义，以便更好地了解心脏应用的CT扫描仪的实际性能，因为第一个概念/定义可能会产生误导。

采用双源结构（DSCT）的CT设备可获得CCT的最高有效时间分辨率，目前已降至66ms；这个数字来源于250 ms机架旋转时间除以95° 旋转段（全旋转的约1/4），这是获取图像所需信息的最小值。在单源CT（SSCT）设备使用完全相同的参数，我们可以实现125ms的最小有效时间分辨率，因此，需要SSCT系统引入采集后算法（多扇区重建），该算法能够合并来自2个或更多个连续心跳的信息，以创建有效的时间分辨率的替代品，该替代品受到上述限制的影响（即在时间/不同的心动周期中大多空间不一致）。在64层CT设备的早期，人们声称其时间分辨率为35–40 ms，其图像采集的标准是具有极低螺距（0.12–0.15）的回顾性心电门控，将4到5个连续心动周期的数据整合而成。

2.3 空间分辨率

与时间分辨率同等重要的是空间分辨率。它通常可以定义为重建图像（或容积）中单个像素（或体素）的最小尺寸。这取决于几个因素，我们将简要总结。

它取决于图像矩阵的大小（ CT和CCT通常为512×512；一些供应商/扫描模式允许1024 × 1024）和重建视野（FOV；CCT的通常在12m到16cm之间）。然而，这主要适用于轴向平面（即扫描仪的x–y轴），而对于纵向平面（扫描仪的z轴），它受单个探测器排宽度（CCT中为0.5–0.625 mm）和重建增量（通常为重建切片宽度的50/60%）的显著影响。

其他一些参数会影响空间分辨率，如对比度分辨率（见下文）、卷积核和迭代重建算法等。

最佳方案是具有非常小的各向同性像素/体素（即立方形状；所有3个尺寸长度相同）。对于CCT，这一点很重要，因为冠状动脉非常小（即开口处4–5 mm，逐渐向远端分支变细），它们不会沿着有利于扫描平面的特定方向运行，我们的目标不仅是观察管腔，还包括冠状动脉壁（正常时约0.5mm，病变时增加）；事实上，从临床角度来看，冠状动脉壁粥样硬化成分的可视化以及最终的正确表征和量化极其重要。

2.4. 对比度分辨率

对比度分辨率的一般定义可以简化为区分拥有不同（或略有不同）原子特征的相邻结构的能力。当两个不同结构之间的天然对比度较高时，这一点不太重要，但当天然对比度较低时，这可能成为一个显著的限制。

在CCT中，当我们进行冠状动脉管腔评估时，这一点的相关性稍低，但它与冠状动脉壁动脉粥样硬化的评估极为相关。例如，你可能有一个非常高的空间分辨率，而较低的对比度分辨率会极大地损害空间分辨率；在这种情况下，你将能够很好地区分具有显著不同密度的结构之间的边缘，但你将无法在具有同质特征的相同组织中进行适当的纹理分析。

相比之下，磁共振具有更高的天然（即静脉注射造影剂前）对比分辨率（与CCT相比），但空间分辨率明显较低，因此它非常适合于心肌的评估，而不是冠状动脉的评估，对冠状动脉壁的评估更是少之又少。

2.5 心脏CT扫描原理

CCT血管造影术是对心脏的动脉首次通过时的容积扫描。需要快速静脉注射造影剂，以显示充满高密度造影剂的血池和周围组织的自然密度加动脉灌注。

CCT扫描对病人来说非常快。整体扫描时间只需不到5分钟。当X射线球管/探测器系统围绕患者旋转时，患者仰卧在检查床上。

目前最先进的设备扫描需要非常短的屏气2-5秒来执行，图像的采集只需要几次心跳，在某些情况下只需要一次心跳。现代CT设备的CCT扫描协议非常相似，尽管存在一些主要与CT扫描仪的“系列/类型”有关的差异。单源CT（SSCT）扫描仪携带宽探测器，无需移动CT检查床即可覆盖心脏纵向范围；相反，双源CT（DSCT）扫描仪携带两个宽度较小的探测器，它们依赖于更快（通常至少两倍）的扫描速度。在这两种情况下，根据患者的最佳特征，可以在一次心跳中进行扫描。

当患者比较复杂和/或依从性差时，需要不同的方法。

有三种主要的扫描技术可以应用于CCT：

回顾性心电门控（低螺距螺旋采集）；

前瞻性心电触发（步进点射序列采集）；

前瞻性心电图触发大螺距螺旋采集（又称Flash技术）。

回顾性心电门控（low-pitch spiral acquisition）是CT在心脏应用初期发展起来的第一种方法。它基于螺旋式连续采集，检查床通过机架的固定运动速度（步进=mm/s）。在这种情况下，螺距非常低，并且在患者体内的同一几何点周围有多个螺旋采集，数据的过采样率非常高。假设螺距=1是体部成像的标准选择（根据身体区域和扫描目的有一个很大的范围，范围为0.7–1.5），那么回顾性心电图选通依赖于0.15–0.35的螺距范围。这意味着几何过采样的7倍至3倍。换句话说，我们在整个心动周期中扫描同一物理点3-7次，这就是为什么我们可以回顾性地重建心动周期的不同阶段（原则上所有阶段）。

回顾性重建使用一个参考点，即心电图QRS波群的R波，对应于触发心肌收缩的电信号。从这一点出发，我们可以通过R-R间隔的百分比来使用相对相位计算方法，也可以使用以毫秒为单位的绝对正向或反向方法。通常，最好的图像是在心脏处于舒张中末期获得，尤其是心率低于65 bpm时。心动周期的这一阶段可在55-85%范围内确定（相对百分比法）或−450/−250 ms（绝对反向法·    ）。当心率逐渐超过65 bpm时，就越来越需要进行所谓的“收缩重建”。心动周期的这一阶段可在25-40%（相对百分比法）或+250/+400 ms（绝对正向法）范围内确定，并对应于左心室的等容舒张期（正常持续时间70-100 ms）。

前瞻性心电触发是一种扫描策略，在没有移动检查床的情况下以序列方式进行扫描；该检查床在每次扫描之间移动，直到心脏容积范围被覆盖。由于这些原因，它也被称为步进扫描技术（又称SAS）。这种技术的优点是将采集集中在心脏周期的某个阶段（通常是舒张末期），因此可以显著降低辐射剂量。另一方面，这种技术在选择重建时间窗方面的灵活性有限，必须在稳定和低心率（3.0的情况下执行采集，将所有数据采集集中在一个舒张末期。前瞻性心电触发螺旋扫描技术也有一定的局限性。主要是：在心脏周期内选择重建阶段的灵活性为零，因此需要在非常低和稳定的心率下使用。然而，这是减少辐射剂量的最有效的技术，并且据报道它能够在小于1mSv的情况下进行CCT。

2.6 造影剂

用于CCT的造影剂是一种非离子碘化化合物（例如：碘美普尔，碘帕醇，碘克沙醇，碘海醇，碘普罗米特，碘比妥，…），溶液中的碘浓度不同（通常在300到400mg/ml之间）。

CCT中造影剂的使用方式是一个关键因素，必须进行优化，并结合其他参数的选择，以获得适当的血管内增强。一般规则是在碘造影剂第一次通过左心室和冠状动脉（即动脉首次通过）时采集心脏数据。同步时间可以通过团注测试或团注跟踪方法获得。最佳方案的特点是造影剂用量最少，血管内衰减最大。这一点很重要，因为图像评估的质量和可信度以及分割和量化工具的速度和实际能力在很大程度上取决于血管腔和心腔相对于相邻结构的适当增强。

2.7 辐射剂量管理

辐射剂量的管理在CCT和常规CT中非常重要，因为辐射具有潜在的危害性。因此，必须将所有的策略结合起来，以减少数据采集过程中对患者造成的辐射负担。

主要策略基于：根据患者体型（BMI/BSA）自动校准kV和mAs，在心动周期的阶段期间采集的同步被认为是最有可能用于图像评估和诊断的最佳采集（即mAs的前瞻性ECG调制或前瞻性ECG触发采集）。

2.8 图像重建策略

图像重建策略的目的是充分利用扫描参数，尽可能地生成最佳和最具诊断价值的图像。为了做到这一点，我们必须：使用最薄的层厚重建，50%的重建增量，最小可能的FOV，最大可能的卷积核，结合适当的迭代重建水平，避免过多的噪声或调整参数到非诊断性噪声水平。

03

心脏CT的分析与解释

图像分析和解释在一定程度上与患者的扫描和图像重建过程密切相关。事实上，根据临床上必须获得的确切信息，必须正确地生成和优化图像。这种方法还反映了图像/数据集与高级分析工具之间的一致性程度，这些工具应该与不同程度的自动化一起工作。

基本规则如下：最好的图像也是那些最有可能在自动分割和量化软件中工作得更好的图像。

图像分析总是从原始轴位图像和多平面重建的详细评估开始，这是评估的支柱，需要高度关注细节，特别注意识别需要成为我们调查重点的主要变化。这包括以某种方式或另一种方式几乎总是存在的伪影，并且必须被识别以在随后的重建阶段（即二次重建）和在高级图像分析中来处理它们。

目前，后处理软件正朝着尽可能多的任务逐步自动化的方向不断发展。CCT的工作流程自动化并不容易，因为从定性和定量分析的角度来看，图像质量对最终结果具有极大的制约作用；此外，还有不断开发和更新的软件，主要用于一个供应商生成的图像，以及开发用于多供应商成像源的其他应用程序。我们可以说，并非所有的图像都是平等的，原始数据生成和图像重建的过程及其几个阶段在供应商之间，甚至在同一供应商的不同技术/设备之间可能会有很大的不同。

关于如何解释CCT图像的问题，原则上，一般CT图像与CT血管造影检查没有太大区别。主要的差异主要与需要评估的结构的大小有关，并且与内在的“运动”因素有关，这些因素总是影响CCT中物体的外观，即使不明显。举个例子，在舒张期和收缩期观察相同的结构会产生不同的解释，有时有必要在两个阶段观察相同的结构，以获得对临床发现正确解释的最佳信心。

基本解释总是从轴向数据集和多平面重构的评估开始。在评估的这一阶段，操作员必须解决与图像质量有关的所有剩余问题（即执行额外的重建）。这也是发现主要发现和识别数据集中主要关注区域的阶段。之后，根据临床问题/情况，操作员决定应用几种可用的高级图像评估工具之一。有些工具几乎是全自动的，只需要最终的错误和进一步的纠正/覆盖。有些工具是半自动化的，或者几乎完全由人工操作。

图5 使用SmartFFR的FFRCT示例。图中显示了一位42岁无症状运动型男子的左冠状动脉曲面重建（A）、3D-VRT（B），该男子超重、血脂异常、有吸烟习惯、对CAD有很强的熟悉性，显示非钙化斑块引起的近端管腔扩大缩小伴正性重构，SmartFFR独立软件（C）计算的虚拟FFRCT显示血流储备显著减少。

图像的解释通常按照修改后的美国心脏冠状动脉节段分类进行，该分类将冠状动脉分为16个节段，对于每个节段，必须确定其是否正常（即：无CAD证据）或是否存在动脉粥样硬化斑块。在临床实践中，动脉粥样硬化斑块的特征通常是定性的（即钙化、非钙化、部分钙化），而狭窄程度的评估则是半定量的（即直径缩小低于或高于50%或70%）或使用（半）自动化后处理工具进行定量。最近，一种从CCT外推血流储备分数（FFR）的算法已经被开发和验证；它在随机试验中也接受了挑战，似乎能够为传统的定性和定量分析提供一些增量价值（图5和图6）。完成评估后，将提供冠状动脉树的全部评分以及最广泛使用的是CAD-RADS（冠状动脉疾病报告和数据系统），它将报告的CAD的严重性和影响分层（表1）。

图6 负荷动态CT心肌灌注。该图显示了一位54岁男性患者的电负荷动态CT心肌灌注成像，该患者有高胆固醇血症和冠状动脉疾病家族史，表现为非典型胸痛。CPR（A）和VRT（B）CCT图像显示非钙化的动脉粥样硬化斑块，导致LAD中段严重的亚闭塞性狭窄（>90%管腔狭窄），包括对角支（箭头）(C） 短轴位的彩色编码CT灌注图显示LAD供血区域（前间隔壁、前壁和前外侧壁）的灌注缺损，MBF降低（即mL/100 mL/min）以蓝色突出显示（箭头）(D） 在远端心肌（下壁，黄色线）和前壁（橙色线）的整个心动周期中，连续多次动态首次通过采集的组织TAC显示LAD区域的MBF显著降低（46.46%± 5.94 mL/100 mL/min）与下壁（133.91± 9.45ml/100ml/min）符合诱导性缺血。

表1

必须强调的是，CCT是一种要求很高的成像方式，不仅从技术的角度来看，而且从解释的角度来看可能更高。要达到预期的诊断效果需要很长的时间和非常深刻的物理知识，技术，造影剂，其他心脏成像技术，以及在病理生理学和治疗方面的动脉粥样硬化的全面知识。

04

心脏CT的使用指征

在心脏CT验证的早期经验之后，CCT已经发展成为一种强大的临床工具，并进行了很多大型随机临床试验（RCT）。

最近最重要的试验对CCT作为评估可疑CAD的主要工具的认知和接受产生了巨大影响：EVINCI试验、PROMISE试验、SCOT-HEART试验和ISCHEMIA试验。

PROMISE试验和SCOT-HEART试验采用完全不同的研究设计，研究了CCT驱动诊断算法与传统诊断算法相比在疑似梗阻性CAD患者中的潜力。这两项试验的主要结果是，解剖驱动的方法对这一组患者是安全的，诊断准确，而且在预测上也是可取的；事实上，特别是在SCOT-HEART试验中，尽管CCT后患者的治疗有明确的处方，同时接受CCT的患者更积极地接受药物治疗（可能他们对自己的非阻塞性疾病也更自觉，因此更坚持治疗），从而获得更好的预后。这不是一个应该在研究背景下分析的特定终点或现象，即使已经从其他非随机研究中得知。

相反，期待已久的ISCHEMIA试验大部分重复了著名的COURAGE试验的结果，表明最佳药物治疗（OMT）的效果与血运重建术一样好，高风险的解剖结构是必须排除的条件。临床情况。该特定方面进一步加强了CCT在慢性冠状动脉综合征（CCS）领域中的作用。

欧洲心脏病学会指南的最新更新，特别是2019年关于CCS的文件和2020年关于NSTEMI的文件，将CCT确立为可疑阻塞性CAD的I类工具。

由于在过去的几十年中发生了几处更改，因此引入了此修订版。众所周知，在过去的10-15年中，许多工业化国家的心血管事件下降了40-50％。心血管死亡率，心肌梗塞，中风多在一般情况下几乎所有动脉粥样硬化的临床表现都大大降低。诸如更好地控制常规危险因素，改善饮食习惯以及更全面地注意健康的生活方式等因素可能促成了这些变化。除了心血管事件和死亡率外，在大型注册机构中还观察到了CAD患病率的降低。

重大疾病，在这个特定领域，传统上被认为是一个或多个冠状动脉阻塞性病变的同义词。最近关于慢性冠脉综合征（CCS）的ESC指南非常清楚地表明，如果预测梗阻性CAD的概率较低，解剖测试尤其适合于那些发病概率介于中到低之间的患者，以排除该疾病。因此，寻找梗阻性CAD仍然是指南的主要目标。

在这一观点中，指南仍然反映了缺血级联的传统观点，即只有当发现狭窄和/或能够限制最大充血流量时，冠心病才是相关的。然而，重要的是要承认这些指南引入了解剖学和缺血在临床上等同于对患者的诊断和预后评估的概念。

在这些最近的指南中，无创功能成像仍然被推荐用于诊断有症状的冠心病患者（Ib级），这些患者的阻塞性CAD不能仅通过临床评估排除。这项建议表明，这种测试的诊断准确性仍然是相关的临床实践。然而，用于支持这类建议的大多数研究都是陈旧过时的，应该在当代人群中重新测试。此外，一些报告表明，近年来提示冠心病的试验比例有所下降，反映出重大疾病的预试验概率降低，并提出了此类试验的当代准确性问题。因此，传统的检测心肌缺血的方法在目前的实践中并不理想。

因此目前的检测方法必须显著改进，否则我们需要更有效和准确的检测方法来检测CAD患者；这种/这些测试不仅能够区分我们实际上看不到的狭窄的功能相关性，而且必须提供动脉粥样硬化的无创性评估，除了简单的狭窄程度评估外，还能够尽可能量化和表征动脉粥样硬化。众所周知，动脉粥样硬化性疾病并不局限于阻塞性病变（图7）。在一些报告和登记研究中，有冠状动脉造影或CCT指征仅显示非阻塞性CAD的患者比例正在增加。非梗阻性冠心病预后不良，反映其检测的重要性。然而，尚无明确迹象表明对没有新发急性冠脉综合征（ACS）的非阻塞性疾病患者应采取预防措施。只有在后一个亚组（以及所有其他类型的ACS），才建议使用他汀类药物使LDL-C从基线水平降低50%以上和/或达到LDL-C