原創 趙喜同學 XI區

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多能量心血管CT成像指在兩種（雙能量）或多種X射線能量下進行數據采集，能夠提供物質圖、虛擬單色圖像（VMI）等額外的定性和定量信息，有助于提升CT檢查的質量和診斷價值。近年來，光子計數探測器CT（PCD-CT）掃描儀的問世，進一步解決了傳統CT機的部分難題，拓展了CT在心血管成像中的應用。

多能量CT成像的技術原理

傳統CT系統大多局限于雙能量數據采集，主要通過不同技術實現，各有優劣。雙源CT系統利用不同管電壓（如80kV和140kV）的X射線管獲取雙能量數據，能優化光譜分離，但存在雙能量模式下時間分辨率降低等問題。快速kV切換CT系統在掃描時快速在80kV和140kV間切換管電壓，低、高kV數據對齊良好，但時間分辨率受限于較長的機架旋轉時間，且無法進行光譜優化和解剖管電流調制。雙層探測器CT系統中，上層探測器吸收低能量X射線，下層探測器記錄高能量X射線，數據采集無需特殊協議且對齊完美，但光譜分離效果不如其他技術。

PCD-CT的出現帶來了突破，它將吸收的X射線量子直接轉換為電流脈沖，高度與X射線能量成正比。PCD-CT能以更高的輻射劑量效率提供高空間分辨率的數據，實現更好的對比度和光譜分離。雙源PCD-CT使多能量成像在臨床日常工作中得以常規應用，其良好的時間分辨率（目前為66ms）對心血管成像尤為有利。

多能量心血管CT成像的臨床應用

虛擬單色成像

1. 低單能圖像提升對比噪聲比并減少對比劑用量：低能量VMI（即<70keV）可增強心血管CT的對比分辨率，在掃描肥胖患者時優勢明顯。研究表明，40keV的VMI對比70keV的VMI，對比噪聲比（CNR）可提高約40% 。先進的圖像處理技術（如Mono+）能減輕低能量VMIs中潛在的噪聲增加問題。利用低能量VMIs增強的碘對比，可在不降低診斷準確性的前提下減少對比劑用量，尤其是對腎功能有顧慮的患者。多項研究證實，PCD-CT在血管成像中CNR的提升，使其在降低對比劑用量方面具有顯著優勢。

一名 47 歲女性患者，接受雙源光子計數探測器 CT 多能量冠狀動脈 CT 血管造影（窗寬：320；窗位：230）。在左冠狀動脈主干起始處的軸向虛擬單能圖像重建顯示，隨著單能水平升高，對比噪聲比（CNR）逐漸降低，分別為 40keV（A）、60keV（B）、80keV（C）、100keV（D）和 120keV（E）。

2. 高單能圖像減少鈣化偽影：冠狀動脈CT血管造影是排除冠心病的主要無創技術，但存在特異性和陽性預測值較低的問題，主要原因是鈣化斑塊及其產生的偽影。高能量VMIs可減少鈣化或金屬等高密度結構周圍的偽影。不同研究對鈣化斑塊、混合斑塊和非鈣化斑塊的最佳VMI能量水平有不同結論，目前尚未達成共識，仍需進一步研究。

一名 56 歲女性患者，接受雙源光子計數探測器 CT 多能量冠狀動脈 CT 血管造影。在 40keV（A）、60keV（B）、80keV（C）和 100keV（D）重建圖像中，可見左前降支近端（箭頭）的鈣化斑塊。注意在較高單能水平下，鈣偽影減少，碘對比降低。

虛擬去碘/虛擬平掃和虛擬去鈣圖像

光譜心臟成像可實現物質分解，重建去除碘的虛擬平掃（VNC）或虛擬去碘（VNI）圖像，以及去除鈣的虛擬去鈣（VNCa）圖像。VNC和VNI圖像有望省去真正的平掃掃描，降低輻射劑量；VNCa圖像對減少鈣偽影對血管評估的影響、避免高估狹窄程度具有重要意義。不同的虛擬碘減影算法適用于不同的成像任務，VNI算法在保留鈣化衰減方面表現更好，更適用于鈣評分。心血管PCD-CT掃描的光譜信息還可專門用于去除鈣化斑塊，VNCa圖像應與傳統VMIs結合使用，避免錯誤的斑塊減法導致誤診。

一名 53 歲男性患者，心血管風險增加且反復出現非典型胸痛，接受雙源光子計數探測器 CT 檢查。傳統（A）、虛擬去鈣（B）和虛擬平掃（C）圖像的曲面重組顯示，左前降支近端有 2 處鈣化斑塊（箭頭）。注意虛擬非鈣圖像中基于雙能量去除了鈣（箭頭），虛擬平掃圖像中基于雙能量去除了碘。

碘圖用于延遲增強和細胞外容積定量

傳統雙源CT掃描儀在進行心臟雙能量采集時，往往需要犧牲高時間分辨率。PCD-CT則能在最高時間分辨率下進行光譜數據采集，且延遲碘增強期的光譜采集無需單獨的非增強掃描，有利于細胞外容積（ECV）映射技術的準確性。ECV的變化與多種心肌疾病相關，通過CT計算的ECV（ECVCT）具有重要的預后價值，可預測心力衰竭住院風險、死亡率等。PCD-CT能夠在更高的空間和時間分辨率下、以更低的輻射劑量提供光譜ECVCT，具有廣泛應用的潛力。

一名 83 歲男性患者，患有嚴重主動脈瓣狹窄，接受雙源光子計數探測器 CT 檢查，包括在注射對比劑 5 分鐘后進行的延遲增強掃描。延遲增強 CT 掃描的碘圖和細胞外容積（ECV）極地圖（右側）顯示，左心室下外側基底壁存在病理性延遲增強。相應區域的 ECV 值升高（最大 ECV = 36.5±22.7），在疊加圖（中間）和極地圖（右側）中顯示。

未來展望

多能量斑塊特征分析

高分辨率PCD-CT在斑塊量化和識別高危斑塊特征方面已展現優勢，結合光譜信息可進一步細化斑塊特征分析，更可靠地識別富含脂質的成分。目前，研究人員期望通過改進的光譜成像技術（如“k邊緣成像”），實現對特定造影劑（如金納米顆粒）積累的可視化，這將為心血管疾病的風險預測和臨床管理提供更有力的支持。

新型對比劑

目前，新型CT對比劑如鎢等的研究正在進行中。與碘不同，鎢在高X射線能量下仍能保持較高的X射線衰減，非常適合冠狀動脈CT血管造影。它可用于計算高keV的VMI，減少鈣偽影的同時不影響血管對比度，還能在VNCa圖像中更有效地去除冠狀動脈中的鈣化斑塊。此外，金、鉑、鈰、鉿、鈥、釓等多種新型對比劑也在研究中，它們各自具有獨特的優勢，有望為心血管CT成像帶來新的突破。

目前正在研究、有望應用于CT的新型對比劑精選

對比劑

化學成分

K邊緣(keV)

潛在優勢

金

Au（金納米顆粒，肝素涂層）

80.7

CT成像中對比度高，在心血管和腫瘤特異性成像方面有潛力，血液循環時間延長

鎢

WO?（氧化鎢）

69.5

增強血管成像效果，減少偽影，改善心血管成像中管腔的可視化，具有出色的雙能量和單能量特性

鉑

Pt（白蛋白介導）

78.4

增強血管造影效果，延長心血管成像的對比持續時間，可用于光熱治療

鈰

CeO?（含葡聚糖的氧化鈰）

40.4

具有抗氧化特性，適用于與心血管疾病相關的氧化應激條件下的成像

鉿

Hf（基于鉿的，BAY - 576）

65.4

改善冠狀動脈CT中的小血管成像和管腔可視化，減少鈣偽影

鈥

Ho - DTPA（鈥）

54.0

X射線衰減高，在冠狀動脈成像方面有研究，但在某些應用中不如碘

釓

Gd?O?（氧化釓）

50.2

用于CT/MRI雙模態成像，對高對比度的解剖成像有用，尤其是在心臟和肝臟成像中

PCD-CT的出現推動了多能量心血管CT成像應用的發展。不同的多能量心血管CT成像臨床應用各有優劣，如低keV的VMIs可增強碘對比、提高CNR并減少對比劑用量，但存在噪聲增加和鈣化斑塊偽影增多的問題；高keV的VMIs能減少鈣化和金屬偽影，但碘對比會降低，且最佳能量水平尚未明確。虛擬非碘/虛擬非對比和虛擬非鈣圖像可提高輻射劑量效率、輔助血管評估，但存在鈣評分偏差和斑塊減法不準確的風險。延遲增強/細胞外容積量化可定量心肌特征，但軟組織對比不如MRI且存在輻射劑量。

多能量心血管CT成像技術的發展，尤其是PCD-CT的應用，為心血管疾病的診斷和預后評估帶來了新的機遇。隨著技術的不斷進步和新型對比劑的研發，多能量心血管CT成像有望在臨床實踐中發揮更大的作用，為患者提供更精準的診斷和治療方案。

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文獻原文：Klambauer K, Lisi C, Moser LJ, Mergen V, Flohr T, Eberhard M, Alkadhi H. Multienergy cardiovascular CT imaging: current state and future. Br J Radiol. 2025 Mar 1;98(1167):321-329. doi: 10.1093/bjr/tqae246. 僅供專業人士交流目的，不用于商業用途。

2025年4月11日

原標題：《多能量心血管CT成像的現狀與未來》

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