冠心病診斷:從解剖成像到功能評價

陳俊 張璋 于鐵鏈

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冠心病診斷:從解剖成像到功能評價

陳俊 張璋 于鐵鏈

冠心??； CT血管造影； CT心肌灌注顯像

1964年Sones完成第一例主動選擇性冠狀動脈造影(coronary angiography，CAG)[1]，使我們能夠真正通過冠狀動脈解剖結(jié)構(gòu)直接評價冠心病。近年來，隨著CT技術(shù)的迅速發(fā)展，CT血管造影(computed tomography angiography，CTA)已成為最常用無創(chuàng)診斷冠心病的方法。盡管CAG和CTA均可以對冠狀動脈解剖狀況進行精確評價，但其功能評價精確性效果并不理想。冠狀動脈的解剖特點并不能直接反映冠狀動脈功能狀況，特別在中等狹窄(50%～70%)病變，二者相關(guān)性較差[2]。但是，冠狀動脈狹窄的功能評價是決定患者是否需要血運重建和影響預(yù)后的重要因素。

1 CAG評價冠狀動脈循環(huán)功能狀況

最初利用CAG評價冠狀動脈的功能狀況是心肌梗死溶栓治療(thrombolysis myocardial infarction，TIMI)血流分級，通過肉眼觀察將血流從無到正常分為四級[3]。該方法只能對血流進行大致、主觀的判斷。為了克服TIMI血流分級的缺點，校正TIMI幀數(shù)計數(shù)(corrected TIMI frame count，CTFC)應(yīng)運而生[4]。CTFC通過記錄對比劑從冠狀動脈起始充盈至遠端分支的顯像幀數(shù)量化血流速度，解決了TIMI血流分級的主觀觀察差異問題，同時對冠狀動脈血流進行半定量評價，現(xiàn)已被臨床廣泛認可。但無論TIMI血流分級還是CTFC都只是針對冠狀動脈血流的評價，并不能直接反映心肌灌注情況。為了直接評價心肌灌注狀態(tài)，研究者根據(jù)CAG時心肌中對比劑進入和排空速度提出了心肌呈色分級(myocardial blush grade，MBG)和TIMI心肌灌注幀數(shù)(TMPFC)的概念[5-6]。理論上講，MBG和TMPFC可以更直接反映心肌灌注情況，但因為通過CAG心肌顯像的空間分辨率并不高、影像反映的是二維平面存在空間重疊等缺陷，通過CAG心肌顯像判斷灌注情況的準確性并不高，因此MBG和TMPFC的臨床應(yīng)用并不普遍。TIMI血流分級和CTFC評價血流簡單實用，但其對于狹窄功能判斷準確性并不高，一般也只應(yīng)用于嚴重循環(huán)障礙的急性心肌梗死后再灌注評價。有研究者利用首過原理和圖像后處理方法通過相關(guān)軟件計算出冠狀動脈血流量、血流儲備、循環(huán)阻力等冠狀動脈相關(guān)血流動力學(xué)參數(shù)[7]；利用Scaling法則通過血管體積模擬推算最大血流量與實測最大血流量之比求算冠狀動脈血流儲備分數(shù)(fractional flow reserve FFR)[8]。在動物實驗中，研究者通過CAG求算的各項血流動力學(xué)參數(shù)和以血流超聲探頭和壓力導(dǎo)絲為金指標的實測數(shù)值相關(guān)性良好[9]。

2 多排CT評價冠狀動脈循環(huán)功能狀況

多排CT技術(shù)的快速發(fā)展為冠狀動脈無創(chuàng)功能評價帶來了新的契機，其在空間分辨率、時間分辨率和z軸覆蓋范圍大幅提高，為評價冠狀動脈循環(huán)功能狀況提供了技術(shù)基礎(chǔ)，加之多排CT可三維顯像，與CAG相比顯示出巨大優(yōu)勢。近年來，各種CT功能評價新技術(shù)層出不窮，其大致可以進行如下分類：(1)從功能分析方式分為冠狀動脈血流分析技術(shù)和心肌血流分析技術(shù)。理論上說心肌血流分析技術(shù)更具有臨床意義，但心肌內(nèi)對比劑的精確探測對分析技術(shù)要求無疑更高。(2)從掃描方式分為靜態(tài)顯像和動態(tài)顯像。靜態(tài)顯像多是單次掃描，只能提供功能定性評價；而動態(tài)顯像要求進行至少2次或2次以上連續(xù)掃描，可多次提供功能定量評價，但是射線輻射量較大。(3)從檢測分析方式分為實測分析技術(shù)和模擬分析技術(shù)。實測分析技術(shù)主要是通過不同部位CT值直接測量并推斷功能狀態(tài)，而模擬分析技術(shù)多需要通過某些生理、數(shù)學(xué)或物理模擬進行功能參數(shù)的定量計算。

2.1 CT冠狀動脈血流分析技術(shù)

冠狀動脈血流的功能分析技術(shù)主要有CT血流儲備分數(shù)(CT-FFR)和腔內(nèi)對比劑密度衰減梯度(transluminal attenuation gradient，TAG)。CT-FFR的發(fā)展得益于CT和計算機技術(shù)的發(fā)展。該技術(shù)通過計算機模擬定量求算FFR值，突破了靜態(tài)顯像只能定性評價的瓶頸，是功能分析技術(shù)的一次突破。CT-FFR數(shù)值主要由心臟血管影像資料、心臟解剖與生理功能關(guān)系的數(shù)學(xué)模型及計算機血流動力學(xué)模擬三方面綜合分析出來。心肌體積和血流之間的關(guān)系模型得出冠狀動脈血流量；血管大小與阻力之間的關(guān)系模型得到基礎(chǔ)狀態(tài)下冠狀動脈循環(huán)阻力；設(shè)定冠狀動脈循環(huán)基礎(chǔ)和充血狀態(tài)阻力比值，在一般狀況下為一常數(shù)，求算充血狀態(tài)下冠狀動脈微循環(huán)阻力。依據(jù)以上數(shù)值，再以血流動力學(xué)為基礎(chǔ)計算CT-FFR值[10]。從目前已發(fā)布臨床研究來看，CT-FFR對功能狹窄同CTA有相似的診斷敏感性，并大大提高了診斷特異性[11]。該技術(shù)在美國已正式獲食品藥品監(jiān)督管理局批準。CT-FFR不需要額外掃描，只通過一次靜態(tài)顯像，利用計算機模擬對冠狀動脈狹窄狀況進行定量功能評價。其最大的優(yōu)點在于安全、無創(chuàng)和經(jīng)濟，為權(quán)衡有創(chuàng)冠狀動脈檢查利弊，提供了更好的選擇。但其主要缺陷在于所有計算參數(shù)均是通過模擬而來，固定程序的模擬應(yīng)用于不同特點的個體存在不可避免的局限，影響其準確性。

另一個冠狀動脈血流分析技術(shù)主要是利用冠狀動脈內(nèi)對比劑因狹窄造成腔內(nèi)CT值衰減變化不同進行功能評判。該技術(shù)目前包括冠狀動脈腔內(nèi)密度差(contrast opacification，CO)、校正冠狀動脈腔內(nèi)密度差(corrected contrast opacification, CCO)、腔內(nèi)對比劑密度衰減梯度(transluminal attenuation gradient，TAG)和腔內(nèi)衰減血流編碼四種分析技術(shù)[12]。這類技術(shù)原理相同，利用正常和不同狹窄冠狀動脈血流不同引起對比劑衰減梯度不同的原理，對冠狀動脈血流狀況進行評價。CO是指冠狀動脈狹窄近、遠段腔內(nèi)CT值差。而CCO是因為掃描圖像可能不是同一時間獲得而取同一掃描軸平面降主動脈CT值進行校正的差值。TAG定義為冠狀動脈腔內(nèi)密度衰減和距冠狀動脈開口長度之間的線性回歸系數(shù)，具體由距冠狀動脈口每10 mm間隔測CT值進行回歸計算。腔內(nèi)衰減血流編碼是由TAG、冠狀動脈橫斷面積、血管長度和對比劑動脈輸入時間間隔通過公式推算得出冠狀動脈血流，理論上考慮到血管解剖和對比劑輸入因素可能優(yōu)于TAG，但目前臨床資料不多，其可靠性尚需進一步證明。從原理上講，TAG多點回歸計算較CO、COO更具可靠性和科學(xué)性。因此，后期臨床研究多以TAG為此類技術(shù)的代表指標。320排CT因為能一次掃描全心覆蓋在TAG分析中更具有優(yōu)勢。目前，TAG技術(shù)結(jié)合CTA可以中等程度提高冠心病診斷準確性。該技術(shù)受圖像質(zhì)量影響較大(如偽影、鈣化等)，一般認為其功能評價價值比CT-FFR和 CT心肌灌注顯像(CT myocardial perfusion imaging，CT-MPI)稍差。

2.2 CT心肌血流分析技術(shù)

心肌血流分析技術(shù)主要指CT-MPI，是目前冠狀動脈循環(huán)功能評價技術(shù)的研究熱點[13]。一般將其分類為靜態(tài)CT-MPI和動態(tài)CT-MPI兩類。靜態(tài)CT-MPI的原理和核素心肌灌注顯像相似，通過首過灌注成像階段隨血流而來的對比劑在心肌分布的特點判斷血流灌注情況，分別通過靜息和負荷二次掃描來增加診斷準確性。從目前臨床研究看，CT-MPI診斷缺血準確性與單光子發(fā)射計算機斷層成像術(shù)(SPECT)相似[14]。另外，還有一種靜態(tài)灌注分析技術(shù)叫心肌跨壁灌注比(transmural perfusion ratio，TPR)，即內(nèi)層和外層心肌平均CT值比，主要利用冠狀動脈狹窄時內(nèi)外層灌注血流變化進行狹窄功能評價[15]。由于冠狀動脈狹窄和血流比值并不成正比，加上心肌成分、偽像等因素影響其診斷，敏感性稍差，有較多的假陰性存在。雖然結(jié)合CTA能提高診斷準確性，但總體而言，診斷價值不如靜態(tài)CT-MPI。動態(tài)CT-MPI是一種新興技術(shù)，其主要方法是首先通過連續(xù)掃描獲得對比劑-時間衰減曲線，然后通過不同數(shù)學(xué)模型計算心肌血流(myocardial blood flow，MBF)值[13]。已有最大增強法、最大斜率法、Gamma變量曲線契合法、去卷積法和去卷積+最大斜率雜交法等各種方法求算MBF。動態(tài)CT-MPI最大的優(yōu)勢在于能夠定量計算MBF值。但目前這項技術(shù)仍存在一定的問題，不同技術(shù)求得MBF一致性差；求算MBF往往需要多次掃描，射線輻射量大也限制其應(yīng)用。由于MBF的計算不僅涉及圖像質(zhì)量，也與計算模型等諸多因素密切相關(guān)，目前技術(shù)離理想的精確定量可能尚有差距。鑒于此，有研究者提出了心肌血流比(MBF Ratio， MBFR)的概念。相對MBF，MBFR較少受計算模型、方法技術(shù)等因素影響，比值求算減少了系統(tǒng)誤差。Kono等[16]研究發(fā)現(xiàn)MBFR與壓力FFR相關(guān)性更好。目前，雙源、雙能和320排CT應(yīng)用于動態(tài)CT-MPI，因技術(shù)設(shè)計理念上的不同而各有特點，不同的研究者根據(jù)不同CT特點設(shè)計最佳方案。筆者認為，雙能和320排CT在未來動態(tài)CT-MPI顯像研究中可能更具有優(yōu)勢，雙能CT理論上具有物質(zhì)成分分析和線束硬化矯正兩大優(yōu)勢，能減少掃描偽像，更有利于精確測量。從CT值精確測量角度分析，雙能可能更具有優(yōu)勢，但定量MBF測量受計算模型、圖像后處理等諸多因素影響。最近的一些研究表明相對血流量比絕對血流量有更高的準確性[16-17]，提示精確定量的系統(tǒng)方法可能并不完美。320排CT能一次掃描覆蓋整個心臟，在定量計算中取得整個心臟同一時間影像進行實時分析和每一動態(tài)掃描對于功能評價具有特殊意義，320排CT的這些獨特優(yōu)勢值得關(guān)注。

總體而言，目前各圖像分析功能評價技術(shù)結(jié)合CTA都能提高冠心病診斷準確性[18]，但相比較而言，CT-FFR和CT-MPI較有前景。CT-FFR只需一次常規(guī)掃描可同時完成冠狀動脈解剖和功能評價，在方便簡潔方面已為臨床醫(yī)師提供了選擇。而CT-MPI理論上可以給醫(yī)師提供更精確的定量功能評價。通過CT心臟圖像分析，一站式無創(chuàng)、高質(zhì)量完成解剖和功能評價是未來的發(fā)展方向[19]，我們拭目以待。

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300052 天津，天津醫(yī)科大學(xué)總醫(yī)院心內(nèi)科

陳俊，Email: chejuntj@163.com

R541.4

2016-11-01)