冠狀動脈CTA鈣化斑塊成像的研究進展

李 平 徐 磊 范占明

冠心病的主要病因是冠狀動脈粥樣硬化，動脈粥樣硬化斑塊的形成是動態(tài)和復雜的，其形成過程通常伴隨著鈣化,而鈣化灶與壞死核心及周圍的纖維組織最終形成纖維鈣化斑塊[1]。長期以來動脈粥樣硬化中的鈣化被認為是一個與年齡相關(guān)的被動過程[2]。但現(xiàn)代觀點則認為動脈粥樣硬化鈣化是許多高度可控的生物學過程的共同結(jié)局，反映共同的炎性表型的表達，可能存在有價值的靶向治療靶點，而治療靶點可改變冠脈的粥樣硬化進程[3]。因此檢測冠狀動脈鈣化及其程度對冠心病的診斷及防治十分重要。

目前關(guān)于冠狀動脈鈣化病變的檢測方法有多種，包括有創(chuàng)的檢查方法如冠狀動脈造影、血管內(nèi)超聲、光學相干斷層成像，而無創(chuàng)的檢查方法冠狀動脈CT也已廣泛應用于臨床。CT在冠狀動脈粥樣硬化病變評價中發(fā)揮著越來越重要作用。

1.冠狀動脈CT應用狀況

冠狀動脈鈣化積分掃描應用較早，早在1990年，Agatston和Janowitz就引進了Agatston積分[4]。現(xiàn)在仍然是量化冠狀動脈鈣化的標準方法。除此之外，用于臨床的鈣化積分還有體積積分和質(zhì)量積分。目前已經(jīng)證實鈣化積分提高了冠脈粥樣硬化亞臨床風險預測的準確性[5]。與冠狀動脈鈣化積分為0的患難者相比，鈣化積分從101升到300的情況下，嚴重心臟事件的發(fā)生率增加7.73倍(P<0.001),積分300以上的增加9.67倍(P<0.001)[6]。研究顯示鈣化積分可以可靠預測心肌梗死及冠心病的全因死亡率[9-10]。鈣化積分可以評估冠狀動脈粥樣硬化病變總體負荷、心血管病死亡率和全因死亡率[7]。但冠狀動脈鈣化積分掃描不能評價管腔，近年來冠狀動脈CT血管造影(cororary CT argionraply,CCTA)，作為一種無創(chuàng)性檢查方法在冠狀動脈粥樣硬化病變評價中具有重要價值,相較于其它非侵入性檢查，CCTA診斷冠心病的敏感性較高(敏感性可達90 %以上)[8]。研究也顯示其陰性預測價值高達97%～99%[8]，能可靠排除冠心病，擔當者有創(chuàng)冠狀動脈造影“看門人”的角色。但是，CCTA的特異性及陽性預測值偏低，其主要原因是由于鈣化病變過高估計了管腔狹窄程度所致。

2.鈣化是影響冠狀動脈CT血道影診斷準確性的主要原因

CCTA診斷冠脈顯著狹窄的假陽性率較高，原因是檢查中會出現(xiàn)各種偽影。圖像偽影是影響冠狀動脈狹窄判斷準確性的主要原因。Pugliese等研究報道，85%的偽影是鈣化斑塊造成的[9]。Brodoefel等[10]研究了心率與CCTA診斷準確性的關(guān)系,指出雖然心律、心率變異及鈣化都會影響圖像質(zhì)量，但CCTA的診斷準確性的降低大多數(shù)是由鈣化導致的，鈣化病變通常意味著對管腔狹窄程度的錯誤診斷[10]。

Kuettner等[11]的研究同樣表明，50%的病變由于存在鈣化錯誤估計了狹窄程度。左前降支的圖像受運動偽影影響最小，其70%誤診是因為鈣化；而左旋支及右冠狀動脈因為鈣化誤診的部分分別占50%及44%。Vavere等在另外一項與冠狀動脈造影對照的研究中證實，85%的假陽性結(jié)果是因為冠狀動脈鈣化造成的(28%輕度鈣化，29%中度鈣化，27%重度鈣化)[12]。

CCTA圖像中鈣化斑塊可以導致兩種偽影，第一種為暈狀偽影(blooming artifact)，這與單一體素不同密度產(chǎn)生的部分容積效應及空間分辨率不足有關(guān)。高密度鈣質(zhì)超過其他組織體素及相鄰體素的密度，這就夸大了鈣化的體積[19]。因而不能準確評估冠狀動脈管腔，導致過高估計冠狀動脈狹窄程度。這種現(xiàn)象就導致了假陽性結(jié)果的產(chǎn)生，降低了特異性，并導致了不必要的有創(chuàng)造影檢查[13]。此外，Sarwar等[14]研究發(fā)現(xiàn)，多層CT檢查評估鈣化面積比病理檢查結(jié)果高400%。而Voros等[15]采用CCTA與血管內(nèi)超聲對比來研究斑塊體積的Meta分析中指出，由于暈狀偽影的存在，CCTA顯示的鈣化斑塊的體積一般要比超聲過高估計100%以內(nèi)。

鈣化斑塊導致的第二種偽影是線束硬化偽影(beam hardening artifact)。其產(chǎn)生是由于多能X線在通過高密度鈣質(zhì)時其中的低能成分被吸收，這雖然可以提高平均X線束的能量和穿透性，但結(jié)果卻使X線通過鈣質(zhì)的組織的衰減減少。這種現(xiàn)象會使臨近鈣質(zhì)的周邊密度變低，從而誤認為非鈣化斑塊[14]。

3.提高鈣化斑塊狹窄評價準確性的方法

(1)依據(jù)鈣化弧度與面積估計:在鈣化斑塊造成冠狀動脈狹窄的圖像分析中發(fā)現(xiàn)，鈣化斑塊越大，造成冠脈狹窄的可能性越大。橫斷面顯示偏心鈣化斑塊及所占面積<50%時,造成管腔狹窄的可能性比較小[16]。對于橫斷面>50%但卻沒有充滿整個管腔的鈣化斑塊，則很可能實際狹窄<50%。如果鈣化斑塊充滿整個管腔的中心部分，則造成管腔狹窄>50%的可能性較大。

Cerci等[17]用弧度及占據(jù)截面積象限的方法對斑塊鈣化進行分類顯示：如果鈣化斑塊的角度>180°，且可以看到殘余管腔，有80.3%無顯著狹窄。如果大的鈣化斑塊，角度>270度，看不到殘余管腔，則76.9%存在顯著(>50%)狹窄。Park等研究發(fā)現(xiàn)單純鈣化斑塊，尤其是偏心性的純鈣化斑塊導致有意義狹窄的可能性不大[18]。

對于偏心性鈣化斑塊即使超過了截面積的50%，也很有可能無顯著狹窄。如果鈣化斑塊占據(jù)了截面積的100%，看不到殘余管腔，或者由于正性重構(gòu)鈣化斑塊的截面積超過管腔截面積，存在顯著狹窄的可能性會非常高，應推薦患者進一步做有創(chuàng)冠狀動脈造影(invasive coronary arteriogaphy，ICA)檢查。

(2)根據(jù)鈣化形態(tài)、種類及大小估計：Kajinami等[19]根據(jù)斑塊的長度與寬度在管腔直徑所占的比例，將鈣化斑塊分為點狀鈣化、長條鈣化、寬鈣化及彌漫鈣化。點狀鈣化一般不會造成有意義狹窄。寬鈣化是指鈣化寬度≥2/3冠狀動脈直徑，而其長度<同層冠脈直徑1.5倍的鈣化，長鈣化是寬度<2/3冠狀動脈直徑，長度≥同層冠狀動脈直徑1.5倍的鈣化，寬鈣化比長條鈣化更容易引起冠狀動脈有意義狹窄。3個以上的長條鈣化或?qū)掆}化即為彌漫鈣化，彌漫鈣化與顯著狹窄關(guān)系密切。Thilo等[20]評估鈣化形態(tài)與狹窄關(guān)系的研究中也有類似的結(jié)論，即節(jié)段性及彌漫性鈣化及非鈣化斑塊比點狀鈣化更易引起冠狀動脈狹窄。

但遺憾的是，無論將鈣化斑塊如何分類，都只是根據(jù)鈣化斑塊的形態(tài)大小來估計是否引起管腔狹窄，都存在較高的誤診率，管腔狹窄準確評價還存在局限性。

(3)降低鈣化偽影的技術(shù) 1)采用合適的窗寬窗位：根據(jù)2014 年SCCT指南，CCTA評價冠狀動脈的窗寬窗位一般采用800/300Hu[21]。當存在鈣化斑塊時，CCTA圖像的窗寬窗位需要適當調(diào)節(jié)，其窗寬需要適當增寬。對于一般的鈣化斑塊，合適的窗寬窗位是1 500/300Hu。窗寬增加后，鈣化斑塊的體積會顯示縮小。對于嚴重鈣化，可以使用窗寬窗位2 700/900Hu，而觀察橫斷面通常采用1 500/300Hu[22]。

Shmilovich等[23]研究顯示，如果用傳統(tǒng)的窗寬窗位顯示嚴重鈣化斑塊，其管壁模糊，采用鈣化窗寬窗位則邊緣相對清晰，管腔狹窄程度評判能夠符合診斷需要。對嚴重鈣化節(jié)段，采用窗寬窗位1 500/300Hu或者是用針對鈣化的窗寬窗位2 700/900Hu都顯著提高了冠狀動脈狹窄的診斷準確性[23]。1 500/300Hu及2 700/900Hu兩種窗寬窗位間診斷冠脈狹窄≥50%的準確性差異并無統(tǒng)計學意義。

2)提高空間分辨率：CT的空間分辨率通常用體素來表示，是由X、Y、Z軸三個方向上的分辨率決定的。X軸及Y軸方向上的分辨率叫做平面分辨率，平面分辨率取決于探測器孔徑的大小、焦點尺寸、旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)、卷積濾波器的形式等。使用飛焦點或雙層重建算法可提高平面分辨率。Z軸空間分辨率是縱軸方向上的長度，受限于探測器寬度及焦點尺寸。而用50%間隔重建則可提高Z軸分辨率[24]。

然而，在實際臨床應用中，CT的空間分辨率基本取決于圖像采集時的層厚。層厚越薄，空間分辨率越高。自64排CT掃描儀問世以來，最新一代CT掃描儀的探測器寬度或?qū)雍癫]有太大改善，基本在0.5～0.625mm間。薄層平板探測器CT的層厚為0.2mm，但該探測器還沒有應用于臨床[25]。

高分辨率主要是通過改良探測器以增大旋轉(zhuǎn)周期采集的信息量及提高對高旋轉(zhuǎn)探測器動態(tài)焦點的變化速度實現(xiàn)，探測器寬度對分辨率的影響并不十分顯著。然而，提高空間分辨率會使得的圖像噪聲更高[36]。Pontone等比較了高空間分辨率(0.23mm)與標準空間分辨率(0.625mm)CT圖像發(fā)現(xiàn)，高空間分辨率圖像可以提高冠狀動脈鈣化病變狹窄評判的準確性，降低了由暈狀偽影所致的假陽性[26]。

3)高卷積重建算法：研究證實運用高卷積核算法能夠提高圖像質(zhì)量[27]。這是因為高空間頻率和邊緣保存重建算法能夠改善圖像質(zhì)量，提高鈣化邊緣的銳利度,所以嚴重鈣化的病人也應該常規(guī)應用高卷積過濾器。Ulrich等通過使用不同卷積及后處理過濾器評估對支架管腔的觀察研究發(fā)現(xiàn)，后處理濾波過濾器降低圖像噪聲, B46f卷積核對支架內(nèi)再狹窄的評估具有優(yōu)勢，敏感性及特異性分別為67%和94%[28]。然而，還未見針對鈣化斑塊方面的相關(guān)研究。

4)改變kV值：增加kV值，從120kVp增加到130kVp甚至140kVp，會使患者受到更高的輻射劑量。高kV對于評估支架內(nèi)再狹窄沒有意義，雖然提高了圖像質(zhì)量，卻沒有提高支架內(nèi)腔的評價[29]。提高kV值并沒有提高空間分辨率，所以暈狀偽影也沒有明顯改善[29]。因為冠狀動脈支架和嚴重鈣化同樣具有高密度，所以具有嚴重鈣化的病人使用更高kV對管腔評價可能沒有明顯改善。但目前尚無相關(guān)研究證據(jù)。

5)迭代重建算法：CCTA圖像后處理時可以用原始數(shù)據(jù)或采集到的圖像信息進行迭代重建[25]。迭代技術(shù)可以減少圖像的噪聲及患者的輻射劑量，因為掃描時可以用比平常更低的管電壓或管電流。有研究分別采用迭代重建和濾波反投影(filter back projection,FBP)重建評估鈣化血管，迭代重建較FBP重建提高了診斷準確性，這是由于迭代重建減輕了鈣化的暈狀偽影[30]。作者認為迭代重建提高了CCTA的陽性預測值，降低了假陽性率，同時減少了可疑冠心病患者的進一步檢查。

但目前對于迭代算法研究結(jié)果還存在矛盾:Willemink認為迭代算法并沒有顯著改善鈣化的暈狀偽影[31],Renker等則認為有改善[30]。因此還需要進一步研究和驗證。

6)鈣化剪影技術(shù)：雙能CT成像在過去幾年已經(jīng)成為研究熱點。有研究指出用成分分析的原理，雙能CT成像可以自動去除鈣化斑塊中的鈣質(zhì)成分，這一技術(shù)的準確性基本達到了數(shù)字減影血管造影的準確性，Korn等研究的敏感性是100%，特異性是92%[32]，可以適用于頸動脈斑塊形態(tài)分析及量化管腔狹窄[33]。自動化的鈣化減影提高了視覺上頸動脈管腔的可評估性，使其免受臨近鈣化斑塊的影響，提高了診斷準確性[34]。遺憾的是尚無相關(guān)技術(shù)應用于冠狀動脈鈣化斑塊上。

另外一個鈣化剪影的新技術(shù)是采用320排CT增強前后掃描，用既定的算法得到剪影圖像。該技術(shù)要求掃描參數(shù)一致。對使用對比劑前后的數(shù)據(jù)進行剪影處理可以減掉鈣化斑塊。與ICA對照研究結(jié)果顯示，CCTA經(jīng)過剪影后ROC曲線下面積從0.741增加到0.905，評估CCTA管腔狹窄>50%的準確性有了顯著提高[35]。

4.總結(jié)與展望

CCTA已廣泛應用于臨床，在評價冠狀動脈斑塊和管腔狹窄中發(fā)揮著越來越重要作用。但是對于鈣化斑塊管腔狹窄的評價仍是CCTA面臨的重要挑戰(zhàn)。鈣化可以引起暈狀偽影，造成管腔狹窄的過高評價，導致診斷的假陽性。盡管有多種減輕鈣化暈狀偽影的措施應用，提高了CCTA狹窄評價的準確性，但都沒有在根本上徹底解決由暈狀偽影帶來的不利影響，還需要研發(fā)更有效的暈狀偽影校正技術(shù)。隨著雙能成像、剪影技術(shù)及更新重建算法的發(fā)展，相信未來CCTA對來鈣化斑塊評價的準確性會不斷提高。