冠狀動脈CTA：斑塊特征定量參數(shù)與血流儲備分?jǐn)?shù)的相關(guān)性分析

張曉蕾， 唐春香， 李建華， 劉春雨， 周長圣， 陸夢潔， 張龍江

冠狀動脈CT血管成像(coronary computed tomography angiography，CCTA)已成為診斷冠心病的重要方法，然而常規(guī)CCTA只能了解冠狀動脈解剖學(xué)管腔的狹窄程度，不能準(zhǔn)確判定狹窄是否導(dǎo)致血流動力學(xué)異常并引發(fā)心肌缺血。目前冠狀動脈造影結(jié)合血流儲備分?jǐn)?shù)(fractional flow reserve，F(xiàn)FR)值的測量是診斷冠狀動脈狹窄病變引起的血流動力學(xué)異常的金標(biāo)準(zhǔn)[1]，有較多研究將FFR≤0.80作為指導(dǎo)介入治療及評估預(yù)后的指標(biāo)[2-3]。但傳統(tǒng)的FFR測量方法為有創(chuàng)檢查，且費(fèi)用較高，使其臨床應(yīng)用受到一定限制。近年來，基于CCTA的無創(chuàng)性FFR(fractional flow reserve derived from CCTA，F(xiàn)FRCT)測量技術(shù)應(yīng)用越來越廣泛。多項(xiàng)研究證實(shí)FFRCT對診斷缺血性冠狀動脈狹窄具有較高的敏感性、特異性和準(zhǔn)確性[4-5]，且與有創(chuàng)性FFR測量值間的一致性較高[6]。傳統(tǒng)觀念認(rèn)為冠狀動脈嚴(yán)重狹窄即可提示心肌缺血，但越來越多的研究發(fā)現(xiàn)狹窄嚴(yán)重程度與缺血之間存在不一致性，約一半以上阻塞性冠狀動脈疾病并未引起心肌缺血[7]，而非阻塞性病變也可以導(dǎo)致心肌缺血[8]。最近，有研究者將CCTA圖像經(jīng)過精細(xì)的手動分割后分析斑塊特征并與血管內(nèi)超聲對比，結(jié)果顯示動脈粥樣硬化斑塊的特征，如壞死核心、斑點(diǎn)鈣化或正性重塑與心肌缺血密切相關(guān)，而與腔內(nèi)狹窄的程度無關(guān)[8-9]。因此冠狀動脈粥樣硬化斑塊的特征可作為冠狀動脈狹窄與局部心肌缺血之間的潛在聯(lián)系[10]，但斑塊特征對于FFRCT判斷心肌缺血的影響尚未見文獻(xiàn)報道。本研究中以有創(chuàng)FFR測量值為診斷標(biāo)準(zhǔn)，旨在探討冠狀動脈斑塊特征定量參數(shù)與FFRCT測量值的相關(guān)性。

材料與方法

1.一般資料

回顧性搜集2009年1月-2017年6月在我院行CCTA和有創(chuàng)FFR檢查的39例患者的病例資料，1例患者的CCTA圖像質(zhì)量差(運(yùn)動偽影)而被剔除，最終將38例患者納入本研究。其中女13例，男25例，年齡42～83歲，平均(60.5±9.3)歲。38例中30例患者有胸悶、胸痛癥狀，29例患者有高血壓病史，13例患者有高血脂癥，10例有糖尿病史，13例有吸煙史。

2.檢查方案和數(shù)據(jù)測量

使用Siemens Somatom Definition(6例)或Flash(32例)雙源CT掃描儀和前瞻性心電門控技術(shù)。掃描前2～3 min所有受檢者舌下含服硝酸甘油片以擴(kuò)張冠狀動脈。先掃描定位像來確定掃描范圍，隨后使用雙筒高壓注射器向患者外周靜脈內(nèi)注射非離子型對比劑優(yōu)維顯60 mL(370 mg I/mL)，注射流率4.5～5.0 mL/s；應(yīng)用人工智能觸發(fā)掃描系統(tǒng)確定延遲時間(將感興趣區(qū)設(shè)置在升主動脈，當(dāng)其CT值達(dá)到100 HU時即觸發(fā)掃描)。CT掃描參數(shù)：120 kV，280 mA，準(zhǔn)直器寬度64×2×0.6 mm，層厚0.75 mm，機(jī)架旋轉(zhuǎn)時間0.28 s，球管旋轉(zhuǎn)時間0.33 s/r。

FFR值的測量：測量FFR值是在冠狀動脈造影時進(jìn)行，術(shù)中向冠狀動脈遠(yuǎn)端推送壓力導(dǎo)絲，使壓力感受器通過狹窄病變段而盡可能到達(dá)其遠(yuǎn)端，注射腺苷使血管達(dá)到最大擴(kuò)張狀態(tài)，通過壓力導(dǎo)絲測量冠狀動脈狹窄處遠(yuǎn)端管腔內(nèi)的壓力，并記錄指引導(dǎo)管同步測得的主動脈壓力，兩者的比值即為FFR值，以FFR≤0.80作為心肌缺血的診斷標(biāo)準(zhǔn)[2]。

FFRCT值的測量：基于CCTA掃描數(shù)據(jù)，選取收縮期或舒張期圖像中質(zhì)量最好的一期圖像，使用Siemens工作站cFFR軟件(version 3.0.0)經(jīng)計算獲得冠脈的FFRCT值。cFFR軟件采用深度機(jī)器學(xué)習(xí)模型來預(yù)測冠狀動脈的FFRCT值。深度機(jī)器學(xué)習(xí)模型不同于以往的物理血流動力學(xué)模型，它通過生成12000種不同的冠狀動脈解剖特征，結(jié)合隨機(jī)模擬的放置在不同分支及分叉處的狹窄以及所有位置處的FFRCT值進(jìn)行訓(xùn)練，此模型通過分析不同的解剖特征與對應(yīng)處的FFRCT值之間的關(guān)系來進(jìn)行學(xué)習(xí)和記憶。模型訓(xùn)練中的FFRCT值是根據(jù)降階(1-維)的Navier-Stokes方程計算流體力學(xué)特征而得。訓(xùn)練結(jié)束后，當(dāng)輸入新的CCTA數(shù)據(jù)后，此模型會基于此前深度學(xué)習(xí)積累的數(shù)據(jù)特征，迅速推算出相應(yīng)的FFRCT值。將具有高圖像質(zhì)量的CCTA數(shù)據(jù)導(dǎo)入cFFR軟件后，該軟件會自動提取冠狀動脈樹的中心線及管腔，若自動提取不滿意時，可手動修改。當(dāng)操作者認(rèn)可了軟件提取的全部中心線和管腔后，則會自動顯示偽彩色的冠狀動脈樹，不同顏色代表不同的FFRCT數(shù)值。由一位影像科醫(yī)師(有3年CCTA相關(guān)工作經(jīng)驗(yàn))對所有患者的冠脈FFRCT值進(jìn)行測量，根據(jù)有創(chuàng)法測量每支血管(管徑≥2 mm)的FFR值時所選取的位置，在CCTA圖像上選取對應(yīng)位置進(jìn)行FFRCT值的測量。以FFRCT≤0.80作為診斷心肌缺血的標(biāo)準(zhǔn)[6,11]。

圖1 左冠脈近段狹窄患者。a) CTA多平面重組圖像，示左冠狀動脈前降支近段易損斑塊，管腔中度狹窄(箭)； b) 斑塊分析顯示左冠狀動脈前降支脂質(zhì)斑塊(藍(lán)色)的體積33.95mm3，纖維斑塊(綠色)的體積324.18mm3，鈣化斑塊(黃色)的體積38.78mm3； c) 測量左冠狀動脈前降支中段FFRCT值為0.77(箭)； d) 冠狀動脈造影顯示左冠狀動脈前降支近段管腔狹窄達(dá)70%(箭)，測得FFR值為0.75。

斑塊特征的定量分析：應(yīng)用Siemens工作站Frontier Version 4.0中Coronary Plaque Analysis 4.2.1軟件對測量了FFR值的相應(yīng)冠狀動脈內(nèi)的斑塊(長度≥2 mm者)進(jìn)行斑塊特征分析，由一位影像科醫(yī)師(3年CCTA相關(guān)工作經(jīng)驗(yàn))進(jìn)行操作和測量，并由另外一位高年資醫(yī)師對測量過程中選取的管腔中心線及斑塊內(nèi)外壁是否正確進(jìn)行審核。不同性質(zhì)的斑塊通過三種偽彩色進(jìn)行標(biāo)識(脂質(zhì)斑塊為藍(lán)色，纖維斑塊為綠色，鈣化斑塊為黃色)。根據(jù)冠狀動脈的三大分支以及美國心臟病協(xié)會的冠脈分段方法對斑塊的位置進(jìn)行標(biāo)注，并注明是否存在“餐巾環(huán)”征，生成斑塊分析報告(圖1)。斑塊特征定量分析指標(biāo)包括斑塊長度、斑塊總體積、鈣化斑塊體積、脂質(zhì)斑塊體積、纖維斑塊體積、狹窄程度、最小管腔面積、重塑指數(shù)和偏心指數(shù)。斑塊長度是指沿著冠脈走向自斑塊起始處至斑塊遠(yuǎn)端的長度。斑塊總體積為斑塊內(nèi)的鈣化斑塊、脂質(zhì)斑塊和纖維斑塊的體積之和。鈣化斑塊體積指CT值>190 HU且<950 HU的斑塊體積。脂質(zhì)斑塊體積指CT值>-100 HU且<30 HU的斑塊體積。纖維斑塊體積指CT值在30～190 HU的斑塊體積。最小管腔面積即斑塊所在處血管腔最狹窄處的管腔面積。按照以下公式分別計算冠脈的狹窄程度、重塑指數(shù)(remodeling index，RI)和偏心指數(shù)(eccentricity index，EI)：

(1)

(2)

(3)

3.統(tǒng)計學(xué)方法

使用SPSS 23.0軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析。以FFRCT值為依據(jù)將50支觀察血管分為FFRCT>0.80組和FFRCT≤0.80組。正態(tài)分布的計量資料采用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示，非正態(tài)分布的計量資料用中位數(shù)(上四分位數(shù)，下四分位數(shù))表示；計數(shù)資料采用例數(shù)和百分比表示。兩組計量資料的比較，先對數(shù)據(jù)進(jìn)行正態(tài)性檢驗(yàn)(以0.1作為檢驗(yàn)水準(zhǔn)進(jìn)行Shapiro-Wilk檢驗(yàn))，當(dāng)數(shù)據(jù)不服從正態(tài)分布時采用Mann-Whitney非參數(shù)檢驗(yàn)，當(dāng)數(shù)據(jù)服從正態(tài)分布時進(jìn)行方差齊性檢驗(yàn)(以0.1作為檢驗(yàn)水準(zhǔn)進(jìn)行Levene檢驗(yàn))，當(dāng)方差齊性時采用兩獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，方差不齊時采用Satterthwaite校正t檢驗(yàn)。以P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

結(jié) 果

1.基本臨床資料

38例患者共有50支冠脈血管進(jìn)行了觀察和分析，包括右冠狀動脈主干7支、左冠脈前降支35支、左回旋支4支、對角支2支、左室后支1支和后降支1支。50支血管的FFRCT值為0.67～0.98，中位數(shù)為0.85； FFRCT>0.80組共39支血管，F(xiàn)FRCT≤0.80組共11支血管。

2.斑塊特征對FFRCT值的影響

兩組中斑塊特征定量參數(shù)值及統(tǒng)計分析結(jié)果見表1。共9項(xiàng)定量參數(shù)中斑塊長度(P=0.004)、斑塊總體積(P=0.008)、脂質(zhì)斑塊體積(P=0.001)以及纖維斑塊體積(P=0.013)這4項(xiàng)參數(shù)的組間差異具有統(tǒng)計學(xué)意義。

討 論

本研究以冠狀動脈血管造影測量的FFR值作為金標(biāo)準(zhǔn)，分析冠狀動脈斑塊定量特征與FFRCT值間的相關(guān)性。在前期的相關(guān)研究中已證實(shí)FFRCT與FFR值之間具有良好的一致性[12]。因FFR值的測量方法為有創(chuàng)性檢查，限制了其臨床應(yīng)用，因此本研究中根據(jù)FFRCT值對病變血管進(jìn)行分組，具有重要的臨床意義。本研究結(jié)果顯示，斑塊長度、斑塊總體積、脂質(zhì)斑塊體積和纖維斑塊體積是FFRCT值的主要影響因素，提示除冠狀動脈狹窄以外，斑塊成分是影響心肌缺血的主要因素。

基于CCTA的冠狀動脈FFRCT測量作為一種新的無創(chuàng)性測量方法，與冠脈造影FFR測量值間具有良好的一致性[6,11]。以往應(yīng)用比較多的是基于流體力學(xué)分析方法計算的FFRCT(如HeartFlow軟件，Redwood City,California)，其在冠狀動脈缺血性疾病中的診斷準(zhǔn)確性已得到證實(shí)[13]。本研究中采用基于深度學(xué)習(xí)模型cFFR軟件來測量FFRCT值，cFFR軟件可以迅速(平均2.4s)獲得FFRCT值，可重復(fù)測量，所測得的FFRCT值與基于冠脈造影檢查測得的FFR值間具有較好的一致性[8,14]。另外，對斑塊特征的分析基于半自動的斑塊定量測量，通過分析這些特征與FFRCT值的相關(guān)性，進(jìn)一步預(yù)測該病變血管是否伴有心肌缺血的可能性。

表1 兩組中斑塊特征的定量參數(shù)值及對比分析

注：斑塊長度的對應(yīng)統(tǒng)計量為t值，其它參數(shù)的對應(yīng)統(tǒng)計量為Z值。

以往多項(xiàng)研究[9,11,13,15,16]已證實(shí)冠狀動脈粥樣硬化斑塊特征與心肌缺血之間的相關(guān)性。冠狀動脈粥樣硬化斑塊中脂質(zhì)斑塊體積較大解釋了冠狀動脈狹窄程度與心肌缺血之間不匹配的原因[11]。脂質(zhì)斑塊的特征是存在壞死核心[17]。含有壞死核心的斑塊是引起心肌梗死以及心源性猝死的主要原因[15-16,18]。因此，本研究及其他研究結(jié)果提示脂質(zhì)斑塊與缺血間的密切關(guān)系。DeFACTO多中心研究表明斑塊體積百分比、低密度非鈣化斑塊、斑塊長度均可提示心肌缺血[11]。Gaur等[19]研究入組了254例患者的484支血管(均進(jìn)行了有創(chuàng)FFR測定、FFRCT測定以及斑塊特征分析)，結(jié)果顯示低密度非鈣化斑塊體積≥30 mm3，非鈣化性斑塊體積≥185 mm3，斑塊總體積≥195 mm3，斑塊長度≥30 mm，均提示FFR≤0.80，其中低密度非鈣化斑塊體積≥30 mm3可作為獨(dú)立危險因素。Naya等[20]的報道稱斑塊長度、成分及重塑指數(shù)與缺血之間并無相關(guān)性。本研究中發(fā)現(xiàn)斑塊長度、斑塊總體積、脂質(zhì)斑塊體積(即低密度非鈣化斑塊體積)、纖維斑塊體積是FFRCT值的影響因素，與其他研究結(jié)果存在一定差異，主要原因可能在于納入的樣本量較小及斑塊的多樣性的差異，這需要以后進(jìn)一步增大樣本量及更多樣的斑塊特征進(jìn)行深入研究來證實(shí)。

本研究不足之處：①本研究納入的病例數(shù)較少，研究結(jié)果顯示斑塊長度、斑塊總體積、脂質(zhì)斑塊體積、纖維斑塊體積對于FFRCT值的影響，有可能存在一定偏倚，擴(kuò)大樣本量進(jìn)行深入研究仍是非常必要的；②本研究以血管為研究單位并針對有FFR測量值的血管，對于存在斑塊而未進(jìn)行FFR測量的其它冠狀動脈血管并未研究。③斑塊特征分析中脂質(zhì)斑塊與纖維斑塊的區(qū)分僅依據(jù)其CT值的高低，在判別斑塊類型的準(zhǔn)確性方面有待進(jìn)一步完善。④本研究未針對cFFR的準(zhǔn)確性開展研究，然而cFFR的準(zhǔn)確性已經(jīng)在前期相關(guān)研究中得到驗(yàn)證[12]。

總之，本研究顯示定量的冠狀動脈斑塊特征，尤其是斑塊長度、斑塊總體積、脂質(zhì)斑塊體積、纖維斑塊體積是FFRCT值的主要影響因素。然而由于本研究病例數(shù)較少，仍需要積累更多病例進(jìn)一步證實(shí)本研究發(fā)現(xiàn)。