关键词：CT MRI
（本文作者：福州总医院医学影像中心 史震山等）
冠心病的发病率及死亡率仍然居高不下, 目前对冠心病的影像诊断已取得了很大进步, 有创性的冠状动脉造影是诊断冠心病的“金标准”。由于冠心病的防治费用及发病率均较高, 有创性影像检查有一定的风险, 常不被人们所接受, 因此寻找一种无创性的检查方法是当前大家十分关注的课题。目前无创性的影像检查方法主要有多排螺旋CT(MDCT) 、电子束CT ( EBCT) 、MRI、核素显像(SPECT、PET) 及心脏彩色多普勒超声, 在冠心病的诊断中起重要作用。国外研究结果表明在冠心病诊断中最有价值的是多种影像技术的联合应用, 因为每种影像技术都有其作用和限制, 只有联合应用才能取长补短, 相得益彰, 现将CT 和MRI 在冠心病诊断中临床应用研究进展做一综述。
1 MDCT 检测冠状动脉粥样硬化斑块的价值和限制
冠状动脉造影是直接观察冠状动脉管腔轮廓的诊断方法, 但是由于其不能显示动脉壁结构的细致变化, 因而无法用来评价一些非临界病变。由于动脉壁结构的重塑(即血管松弛) 可使冠状动脉管腔并没有变窄, 但是血管重塑性疾病已经存在。另外, MDCT 不仅能显示管腔的改变,还可显示冠状动脉壁的变化, 如钙化斑、内支架等, 而这在冠状动脉造影时往往显示不佳。理论上由于动脉粥样硬化斑块性质不一样(脂质、纤维及钙化) , 其CT 值也不一样; 有许多研究试图通过用MDCT 测量斑块CT 值判断斑块的性质, 研究认为检测钙化斑块的敏感性是很高的, 但是检测非钙化斑块的敏感性目前在50 % - 80 %。有研究报道用MDCT 测量内腔管径与斑块面积, 得出的数据与通过血管内超声测得的数据有高度相关。虽然MDCT 判断斑块性质的能力不如血管内超声, 但是无创性是它的优势。
1.1 MDCT 对钙化斑块的诊断与钙化评分
EBCT 用于检测冠状动脉钙化已经超过十年。目前由于MDCT 的广泛使用及其硬件的升级, 使其取代EBCT 而成为测定冠状动脉钙化积分的主要手段成为可能。冠状动脉钙化积分已经越来越多的用于无症状冠心病的危险度分层。钙化积分与冠状动脉斑块负荷及预后不良心脏事件的发生(心肌梗塞及瘁死) , 有良好的相关性。冠状动脉钙化积分高的无症状冠心病病人, 其发生不良心血管事件几率增加。钙化积分高已经成为冠心病早期进行干预治疗的指标。尚缺乏有效的数据认为钙化积分可以作为独立因子来预测不良心血管事件的发生。另外, 高钙化积分是否能降低冠心病危险度也存在争议。
1990 年Agatston 等首次报道通过EBCT 计算冠状动脉钙化的积分, 钙化积分由CT 峰值记分与面积之乘积, 条件为: CT 值> 130Hu、钙化面积> 1mm*2 ; MDCT 冠状动脉钙化积分法基本沿用Agatston 积分法。与Agatston 评分标准相比, 其他表示钙化负荷的指标如钙化总量及钙化体积具有与钙化负荷更好的相关性, 且扫描间及不同测量者之间的差异不大。虽然如此, Agatston 积分目前仍是表示钙化负荷的最主要方法。
1.2 MDCT 对非钙化斑块的评价
和钙化斑块不同, 血管腔内非钙化斑块CT 扫描常是阴性的, 要判断非钙化斑块常需要注射对比剂。在MDCT ,非钙化性斑块CT 值< 130HU ; 有作者报道, 只要血管腔内斑块CT 值小于对比剂的CT 值就可以认为是非钙化斑块。冠心病是一个慢性演变的过程。组织学上分类(脂质、纤维及钙化) 能说明其动态变化的过程及其与可能发生心血管事件的相关性。有研究试图测定斑块的CT 值来鉴别富含脂肪的斑块与纤维性斑块。重塑系数(RI) 是指在最狭窄处横断面血管面积与狭窄近端与远端横断面血管面积的平均值的比值, MDCT 可以测量RI 值。高RI 值预示高的不良心血管事件的发生率, 但是目前没有确切的RI 阈值用来区分出那些容易发生不良心血管事件的病人。在MD-CT 上, 脂质丰富斑块与无钙化的纤维斑块其CT 值分别是50 - 70HU 和90 - 116HU。钙化性斑块其CT 值往往高于130HU , 且很多研究认为钙化性斑块其CT 平均值应该在390HU 左右。但是不同性质斑块CT 值有很大的重叠, 所以MDCT 准确区分斑块性质很困难; 目前MDCT 图像的空间分辨率仍然不足于分辨出不稳定斑块表面薄纤维帽。
1.3 MDCT 在阻塞性冠心病诊断中的应用价值
随着探测器排数的增加(4 排- 16 排- 64 排) 以及更快的机架旋转速度从而能提高检测冠状动脉狭窄的准确性。过去通过对冠状动脉每个节段的分析同时使用的假设是所有不能满足诊断要求的节段都是阴性, 这对于检测冠状动脉狭窄是具有一定的预测价值。MDCT 用于检测冠状动脉狭窄, 很少报道有高的阳性预测值(PPVs) 。最近有人报道用64 排CT 其阳性预测值是93 %。还有一个研究其得出阳性预测值是98 % , 但是在这个研究中其中有8 %的节段由于运动、钙化或支架不能满足诊断要求而被假设是阴性。
但是大多数研究认为MDCT 具有高的阴性预测值(95 % -98 %) 。
虽然MDCT 在技术上有很大的进步, 但是在冠状动脉显像方面仍然有很多的缺点。①、运动是影响冠状动脉CT显像的主要因素之一; ②、病人心率大于65 次/ 分或有心律失常目前对影响冠状动脉CT 显像有很大的影响; ③、钙化及支架的伪影造成其邻近血管的显影不佳; ④、与团块状钙化相比, 弥漫性血管钙化其血管腔在CTA 上的显影较好。有些研究机构在做CTA 检查之前先进行钙化积分评估, 如果钙化分数高的, 就不做CTA 检查。但是目前还没有一个钙化积分阈值能准确预测病人是否需要行CTA 检查; ⑤、是否需要对比剂增强还存在争议。
1.4 MDCT 与冠状动脉造影比较
冠状动脉造影在诊断冠心病不但比MDCT 准确, 而且它还可以指导制定治疗方案。目前还没有研究探讨用MD-CT 来指导制定治疗方案; 如果MDCT 想要取代有创性冠状动脉造影检查, 它必须要能指导病人是采用的何种干预方式(药物、支架还是搭桥手术) 。MDCT 的一些缺点可以通过其他成像方式如PET、MRI 及SPECT 来弥补。
1.5 MDCT 对存活心肌的评价
MDCT 除了能显示心脏形态, 也能评价心肌灌注。根据心肌强化方式可以把心肌缺损分为早期缺损( ED) 、持续缺损(RD) 及延迟强化三种方式。这些和MR 心肌灌注分类相似。在注射对比剂后30 - 60s , ED 表现为暗点区域,较正常强化心肌低的密度区, ED 提示心肌血流的减少。RD 是在注射对比剂后5 - 10min , 即延迟扫描期, 出现暗点区域, 相对于周围延迟强化的正常心肌, 其密度较低,它提示不可恢复的心肌坏死区域。而围绕RD 的延迟强化区域能在再灌注后其心肌功能得到恢复, 这些已经在动物试验上得到验证, 但是在人类身上还没有得到验证。MD-CT 对存活心肌的估价进展缓慢主要是由于X - 射线剂量及灌注扫描时对比剂用量的增加。在这方面, MRI 由于没有X - 射线及相对安全对比剂, 使其广泛用于心肌灌注扫描。常规MDCT 也可以对心肌灌注进行适当的评估。
2 磁共振成像在冠心病诊断中的价值和限制
MRI 可用于检测冠状动脉粥样硬化斑块的形态、评估心肌功能及判断心肌的存活。相对于MDCT 及SPECT ,MRI 没有射线损害及对比剂毒性低, 使它成为比较安全的一种检查方法。但是MRI 多参数、多序列成像方式, 造成其耗时较长。
2.1 冠状动脉MR 血管成像(MRA)
类似于CT , 心脏及呼吸运动是心脏MRI 的影响因素。可以通过心电门控通道来去除心脏跳动产生的伪影及通过屏气或呼吸运动导航来减少呼吸运动的影响。在冠状动脉成像方面, 3 - D 容积采集序列已取代2 - D 快速梯度回波序列; 自由进动序列(SSFP) 由于有高信噪比及高的空间分辨率, 而被广泛用于冠状动脉数据的采集; 将冠状动脉的主要分支显示在一薄层平板的容积目标型(Volume -Targeted) 屏气成像, 也成为冠脉成像中一种高效的实用手段。
MRI 检测冠状动脉狭窄病变是否可靠目前还存在争议。有研究报道MRI 检测有临床意义的狭窄, 其敏感性及特异性分别为82 %及91 % , 但是在这个研究中, 有13 %病人数据因各种原因被剔除, 因而降低了其在临床的实际应用价值。最近有研究报道SSFP 序列显示冠状动脉的敏感性及特异性均较低, 分别为(32 % - 65 %) 及(53 % - 73 %) , 而且有很大比例的冠状动脉显影模糊无法满足诊断要求的。相对于MDCT , 由于MRI 的低空间分辨率及低的可信度,使其用于冠状动脉狭窄成像受到限制。
2.2 MRI 对冠状动脉斑块的评价
人们一直对大动脉粥样硬化斑块如主动脉及颈动脉粥样硬化斑块的识别感兴趣; 但是心脏运动、呼吸运动及冠状动脉位置深(相对于表面线圈) 及MRI 低的空间分辨率限制了MRI 在冠状动脉斑块显影的应用。通过屏气及呼吸运动导航来减少呼吸运动伪影及通过心电门控来减少心脏运动的影响, 双翻转恢复脉冲黑血技术可用于显示斑块的形态及分析其成分。在层厚2mm 的情况下, 2 - D 成像序列具有0.5mm 的平面分辨率, 通常均能显示斑块的横断面。新出现的3 - D 容积采集能产生接近于各向同性的体素, 这样通过后处理, 斑块就可以被多平面的显示。与血管内超声相比, MRI 在识别斑块的可信度比较低。未来通过新的对比剂如gadoflourine 及分子影像(纤维蛋白分子标志物示踪剂) 可以提高斑块的识别及分类能力。新技术如血管内磁共振对粥样硬化斑块也能采集更清晰的图像。
2.3 MRI 对心功能的评价
梯度回波电影MRI 用于采集短轴及长轴的图像。由于SSFP 序列高速扫描及高空间分辨率, 因而也可以选择SSFP 序列来评价心功能。心脏运动数据的采集是通过多时相采集。MRI 在心室功能的测定准确性很高, 同时在计算心室容积左室射血分数, 舒张末期容积, 心搏量及左室体积是金标准。如果MRI 仅仅是为了测定心功能, 则不需要对比剂。但是在脉冲序列的基础上, 如果使用对比剂可以使图像更清晰。
可以通过梯度回波电影来分析左室壁运动。它可以识别局部节段性心肌壁运动功能减退或运动障碍; 还可以分析动脉供血区域从而判断病变可能位置。由于具有可重复性, 使它成为测量心室体积及评价心功能的参考标准。
2.4 MRI 对存活心肌的评价
2.4.1 心肌的MR 灌注成像
很多序列可以评估心肌灌注。具有内增强的序列如(BOLD) 在不需要对比剂的情况下就可以进行心肌的灌注,但是由于其信噪比低, 使其应用受限制。目前使用对比剂的动态MRI 成像在心肌灌注成像越来越受到重视。对于“X 综合征”引起胸痛病人, 由于其冠状动脉狭窄尚未引起血流动力学的改变, 可以通过心肌灌注扫描来判断微循环障碍。
2.4.1.1 动态首过心肌灌注成像
对比剂首过期间, 主要存在于血管内, 血管外极少,血管内外梯度最大, 信号的变化受扩散因素的影响很小,故能反映组织的微血管分布情况; 动态首过心肌灌注成像是通过分析心肌信号及强化方面的动态变化来评估心肌微循环血供。梯度回波序列( GRE) 、平面回波成像( EPI)及SSFP 等序列均可用于动态首过心肌灌注成像, 上述这些序列是2 - D 且其平面分辨率达到3mm; 与SPECT 相比,MRI 具有相对高的分辨率, 因而可用于心内膜下缺损的成像。在首过灌注扫描后1 - 3min , 微血管阻塞区域表现为灌注缺损; 提示此病变区心肌坏死、无活力, 血管再通后心肌功能很难恢复; 在首过灌注扫描后, 由于微血管功能障碍导致病变区再灌注时缺乏灌注(无回流现象) , 提示为心内膜下缺损。
2.4.1.2 静止状态及药物负荷状态下(多巴胺或去甲肾上腺素) 心肌灌注成像①、静止状态下灌注扫描成像为低灌注的区域与失活组织有相关, 但是静止状态下心肌灌注扫描对诊断冠心病的敏感性低;②、急性心肌梗塞后静止状态下心肌灌注缺损与左室功能损害的严重程度相关;③、药物负荷心肌灌注扫描用于检查有临床意义的冠心病;④、药物负荷和静止状态下分别行心肌灌注扫描, 可以计算出心肌灌注储备。冠心病人其心肌灌注储备异常,因而可以通过是否增加病人心肌灌注储备来判断血管再通的成功与否, 而心肌灌注状态可以通过左室轮廓三维图(17 节段) 分析(软件或主观目视判读) 。Al - saadi 等研究发现, 可以通过信号强度及时间曲线的变化来计算冠状动脉每个节段心肌灌注储备。灌注储备= 1.5 可以作为诊断冠状动脉狭窄面积≥75 %的阈值。他们利用冠状动脉造影作为参照标准时, 其敏感性、特异性及准确性分别为90 %、83 %及87 %; 很多研究在评价MRI 不同技术检测灌注缺损的有效性是通过目视判读来的。如果持续延迟强化至少出现在3 个时相及2 个邻近的图像, 则存在心肌灌注缺损。单独静止状态下心肌灌注扫描研究其检测有临床意义的冠心病的敏感性、特异性及准确性分别是43 %、89 %及71 %; 负荷心肌灌注扫描具有更高的敏感性及准确性, 分别是81 %、87 % , 负荷心肌灌注扫描在诊断冠心病比静息心肌灌注扫描更有价值。负荷和静息状态下的心肌灌注扫描联合采用与单独用负荷灌注之间其检测心肌缺损没有统计学上的差异。然而, 静息心肌灌注扫描用于识别有伪影的区域具有其独特的价值。有研究证明延迟强化现象和负荷心肌灌注扫描联合起来可以提高诊断的准确性。
2.4.1.3 MR 灌注延迟强化的临床意义
在注射对比剂15min 后, 很多正常心肌内的钆对比剂已经廓清, 对比剂在组织间隙内达到平衡。在正常心肌内,对比剂主要在细胞外间隙。而在梗死心肌, 由于细胞外间隙增宽及细胞膜破坏, 对比剂进入损伤细胞。于是, 对比剂从梗死心肌廓清就慢了。相对于正常心肌早期强化, 梗死心肌表现延迟显著强化。在静脉团注对比剂后10 -15min , 反转恢复梯度回波序列可用于采集心肌的延迟强化图像。3 - D 容积采集序列并采用并行采集成像技术可以在一次屏气的时间内, 完成整个心室心肌数据的采集。
延迟强化区域与梗死区的大小、位置有关。由于心肌的血供是心外膜到心内膜的, 所以心肌缺血首先发生在心内膜, 而后透壁到心外膜的。基于反转恢复序列的高平面分辨率, 其显示延迟强化的透壁范围可以提示心肌坏死的程度, 且对血管再通后的心功能恢复有预测价值。大范围的透壁延迟强化, 往往预示这个节段的心功能恢复比较难。与SPECT 相比, MRI 具有高的空间分辨率, 可以识别更小的心内膜下心梗。
心肌梗塞的延迟强化现象是非特异的, 其他的如心肌炎、肿瘤侵犯及心肌病也可以出现延迟强化现象, 因而在诊断心肌梗塞时, 除了延迟强化特点外, 还要综合考虑临床表现、强化方式及其他资料如局部心肌运动异常等。心肌梗塞、心肌钝抑或冬眠均能引起心室壁运动异常, 若首过成像心肌灌注扫描无灌注而延迟扫描强化者, 表示还有存活心肌或提示其心功能可恢复。
2.4.1.4 多巴胺负荷试验心肌MRI
药物负荷试验MRI 成像, 通过分析局部心肌运动可以反映心肌收缩储备能力及心肌缺血情况。因多巴胺可增加心肌的收缩性从而使心肌负荷增加, 所以可以在注射多巴胺后行电影MRI 成像。药物负荷超声心动图试验也是基于这个原理。
药物负荷所用的采集序列与静息状态下所用的采集序列相同。梯度回波序列或SSFP 序列也是在心电图门控或屏气的状况下完成数据的采集。要采集所有冠状动脉的数据,至少需要3 - 4 幅短轴、一幅垂直及一幅水平长轴的图像。左室轮廓三维图(17 节段) 被广泛用于记录和阐释这个现象。
为了阐释负荷MRI 的表现提出了数个标准; ①、静息心壁厚度> 5.5mm 或负荷诱导后收缩心壁厚度至少>1mm , 作为诊断心肌存活的阈值; ②、在负荷MRI 试验中, 心肌存活更通用的定义是在先前功能障碍节段, 其在注射药物后, 心壁厚度增加超过2mm 或更多; ③、其他标准是利用心壁运动基线来分度(0 - 4 度, 0 为正常, 4 为运动障碍) , 如果注射药物后, 心壁运动至少增加一度就可以认为心壁是存活的。对于声窗小, 无法行负荷超声心动图检查的病人, MRI 不吝为一种很好的替代品。为了提高诊断的准确度, 有人提出了MR 组织示踪剂的概念。
3 图像融合
MRI 能提供心肌精确的生理数据。这些数据是在左室轮廓三维图(17 节段) 模型上分析, 每个节段有与之相对应的冠状动脉主支。每个病人其冠状动脉解剖结构不同,且17 - 节段模型每个节段是随意分配的, 因而造成有的病人其冠状动脉显影较差, 这会影响医生的术前判断。Setser等利用从MDCT 获得冠状动脉节段树及左室轮廓图像与MRI 进行融合。在他们的研究中, 有17 %心肌节段图像是不同。而在大部分病例中, 在上述2 种检查方式, 顶侧壁、中间前外侧壁、顶后壁的节段图像往往是不同。在他们研究中, 融合后图像提供的信息使83 %病人手术治疗方案得以改善。
图像融合及多种成像方式的联合使用能分别提供冠心病人功能和解剖结构的信息, 如SPECT 和冠状动脉造影,SPECT 和MDCT 冠状动脉成像。同样, 融合不同硬件的PET - CT 也能采集到心脏解剖结构及功能信息。由于有创性冠状动脉造影仅能有限的反映冠状动脉狭窄后局部心肌功能的变化, 因此需要测定心肌血流储备分数来评价冠脉狭窄后心肌功能的变化。MDCT 冠状动脉成像被认为是冠状动脉造影最好的替代检查方法, 解剖结构与功能成像方法的联合应用是很有意义的。
4 MDCT、MRI 与PET - CT 的联合应用
MDCT 及MRI 这2 种成像方式都有其各自的缺点。MDCT 的缺点; ①、在支架、钙化、高心率及心律失常的情况下, 其显影效果差; ②、目前MDCT 还不能对冠状动脉末端小口径血管成像; ③、目前还没有研究报道MDCT能显示病变区功能的变化; ④、MDCT 不能提供微血管床的灌注状态, 侧支循环的状态且往往高估狭窄的程度。反过来, 在亚临床冠心病病人中, PET 却往往低估粥样硬化斑块引起的狭窄程度, 但是它能够精确辨别心肌低灌注的范围。PET 心肌负荷灌注成像能很好显示冠心病的严重程度, 且考虑到侧枝循环及斑块对心肌微血管灌注的影响从而引起生理的变化。很多学者还在探讨如何有效逆转冠状动脉多支病变引起的器官低灌注。联合采用各种检查方法,可以减少各自独有的缺点。
因此即使病人不做MDCT 检查, PET - CT 也能提供准确的诊断信息, 从而诊断亚临床冠心病; 而且PET - CT 还能显示坏死区的精确解剖及心肌的生理变化从而指导治疗。但是想让PET - CT 成为独立诊断冠心病的检查方法还需要进一步的研究。
5 小结
无创性的检查方法如MDCT、EBCT、MRI 及PET -CT 在诊断冠心病均能提供重要的信息。但是对于冠心病,没有任何一种方法可以提供全面的信息以指导治疗。上述这些检查方法应联合应用, 有的检查方法提供结构的细节,有的则采集功能方面的数据; 只有联合应用, 才能有希望代替冠状动脉造影。MDCT 或MRI 与SPECT 图像的融合可能比较有意义的, 另外, 硬件的融合如PET - CT 也是以后研究的方向。以后随着硬件及软件的升级, 这些无创性检查方法对于诊断和了解冠心病将作出更大的贡献。
