心臟功能學(xué)CT 成像技術(shù)的研究及應(yīng)用現(xiàn)狀

趙娜、高揚綜述，呂濱審校

伴隨醫(yī)療科技的發(fā)展、個體化及精準(zhǔn)醫(yī)療需求的提升，心臟功能學(xué)評估的重要意義被廣泛認(rèn)知。2018 歐洲心臟病學(xué)會（ESC）與歐洲心胸外科協(xié)會（EACTS）聯(lián)合發(fā)布的指南推薦，對冠心病患者實施有創(chuàng)操作前進(jìn)行心肌功能學(xué)評估[1]。冠狀動脈CT血管成像技術(shù)（CCTA）是心血管領(lǐng)域不可或缺的影像學(xué)檢查方法，對解剖性冠狀動脈病變具有良好的敏感度，被英國國家衛(wèi)生與臨床優(yōu)化研究所（NICE）指南推薦為穩(wěn)定性心絞痛患者的一線影像學(xué)檢查技術(shù)[2-3]。除此公認(rèn)的解剖學(xué)診斷優(yōu)勢外，CT 在心臟功能學(xué)成像領(lǐng)域的研究及應(yīng)用日益增多。病變解剖學(xué)與功能學(xué)信息結(jié)合，使CCTA 在冠心病患者臨床決策、預(yù)后評估等方面發(fā)揮重要作用。目前，基于CT 成像的心肌血流儲備分?jǐn)?shù)（FFR CT）技術(shù)和CT 心肌灌注成像（CTP）技術(shù)是心臟功能學(xué)CT 成像技術(shù)中最為關(guān)注且發(fā)展較為迅速的兩大技術(shù)。本文就此對兩種功能學(xué)CT 成像技術(shù)的原理、診斷效能、研究及臨床應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行闡述。

1 基于FFR CT 技術(shù)

1.1 FFR CT 成像原理及技術(shù)

心肌血流儲備分?jǐn)?shù)（FFR）是某狹窄冠狀動脈所供血心肌的最大充血血流量與假設(shè)該血管正常時所供血心肌的最大充血血流量之比[4]。目前多認(rèn)為，F(xiàn)FR 定義病變導(dǎo)致心肌缺血的閾值為0.80。冠狀動脈造影（ICA）檢查中測量FFR，對病變的解剖與功能學(xué)意義進(jìn)行同時評估，已經(jīng)成為診斷冠狀動脈病變導(dǎo)致心肌缺血的金標(biāo)準(zhǔn)，并被用于指導(dǎo)患者臨床決策[5-6]。FFR CT，即基于CT 成像的無創(chuàng)FFR 測量，在CT 成像的基礎(chǔ)上建立冠狀動脈模型，同時結(jié)合計算流體力學(xué)原理模擬冠狀動脈在最大充血狀態(tài)下的血流情況，從而實現(xiàn)對冠狀動脈血流和壓力的預(yù)測，而無需額外的對比劑使用或增加輻射劑量。FFR CT（Heart Flow，美國）是目前基于流體力學(xué)原理建立的唯一商業(yè)化應(yīng)用的FFR 測量產(chǎn)品。同時，在大數(shù)據(jù)時代背景下，人工智能（AI）技術(shù)也被應(yīng)用于FFR CT計算，或是將AI 應(yīng)用到基于計算流體力學(xué)FFR CT 測量的過程中以精簡計算時間、優(yōu)化計算結(jié)果；或是應(yīng)用計算機深度學(xué)習(xí)對原始影像數(shù)據(jù)進(jìn)行特征提取及分析、建立影像與有創(chuàng)FFR 測量值間的直接聯(lián)系，進(jìn)而由原始圖像對FFR CT 進(jìn)行測量[7]，總之AI 正在發(fā)揮更大的作用。最新發(fā)表的一項研究對基于計算流體力學(xué)及基于機器深度學(xué)習(xí)的兩種FFR CT 測量方法的診斷效能進(jìn)行了比較，結(jié)果顯示，兩者對于具有血流動力學(xué)意義的冠狀動脈病變的診斷效能并無明顯差異，但基于機器學(xué)習(xí)的FFR CT 測量所需時間顯著縮短[8]。

1.2 FFR CT 的診斷效能

FFR CT 良好的診斷效能早在2015 年以前就被多項針對穩(wěn)定性冠心病患者的前瞻性多中心臨床試驗所驗證。DISCOVER-FLOW、DeFACTO、NXT 三項大型多中心臨床試驗以ICA FFR 為金標(biāo)準(zhǔn)，對609 例患者共1 050 支冠狀動脈進(jìn)行FFR CT 測量并探究其診斷效能。研究均發(fā)現(xiàn)FFR CT 對于冠狀動脈缺血性病變的診斷效能明顯高于僅對血管狹窄程度進(jìn)行解剖學(xué)評估的CCTA 檢查[9-11]。其中，DISCOVER-FLOW 研究表明，較之于CCTA 單獨應(yīng)用，CCTA 與FFR CT 相結(jié)合明顯提高了CT 對冠心病的診斷準(zhǔn)確率（84% vs.59%），以特異度提高更為顯著（84% vs.40%），敏感度變化不明顯（87% vs.91%）[9]。

除探究FFR CT 診斷效能等基本問題外，這三大臨床試驗還對影響FFR CT 診斷準(zhǔn)確性的細(xì)節(jié)問題進(jìn)行了初步探討。DeFACTO 研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)FR CT對冠狀動脈嚴(yán)重鈣化（鈣化積分＞400 分）病變導(dǎo)致心肌缺血的診斷特異度較CCTA 明顯提高，而敏感度不受影響[12]。但需要注意的是，該研究納入的冠狀動脈嚴(yán)重鈣化病例較少，鈣化積分＞1 000 分的病例則更少。因此鈣化對于FFR CT 診斷準(zhǔn)確性的影響究竟如何，還需要后續(xù)研究驗證。同樣，冠狀動脈彌漫性病變對FFR CT 診斷準(zhǔn)確性的影響亦不明確。Tanaka 等[13]基于NXT 臨床試驗、以ICA FFR 為參考標(biāo)準(zhǔn)，探究FFR CT 對缺血性冠狀動脈彌漫性病變的診斷效能后發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)FR CT 在一定程度上低估了彌漫性病變的血流動力學(xué)意義，但彌漫性病變近、遠(yuǎn)端的FFR CT 差值與相對應(yīng)的ICA FFR差值間具有高度相關(guān)性。然而該研究僅納入18 支病變血管，樣本量較小。

1.3 FFR CT 的臨床應(yīng)用

隨著大量支持性研究證據(jù)的出現(xiàn)，F(xiàn)FR CT 對于冠狀動脈缺血性病變良好的診斷效能逐漸被廣泛認(rèn)可，F(xiàn)FR CT 相關(guān)研究更多地向患者獲益及預(yù)后評估等臨床應(yīng)用方向轉(zhuǎn)變。Eftekhari 等[14]同樣以ICA FFR 為金標(biāo)準(zhǔn)，探究FFR CT 在高血壓、糖尿病、高血壓合并糖尿病患者中對于冠狀動脈缺血性病變的診斷效能。研究顯示，F(xiàn)FR CT 的診斷效能并不受患者基礎(chǔ)疾病的影響。由此可見，F(xiàn)FR CT 的受眾范圍較廣，其應(yīng)用推廣能夠使更多患者受益。

不僅如此，F(xiàn)FR CT 的使用還可能會對患者危險分層、臨床決策、預(yù)后評估等產(chǎn)生影響。Collet 等[15]對SYNTAX Ⅱ試驗中冠狀動脈三支病變患者進(jìn)行無創(chuàng)功能性SYNTAX 積分（SS）評估的可行性研究，發(fā)現(xiàn)基于FFR CT 的無創(chuàng)功能學(xué)SS 評估能夠得到與基于ICA FFR 功能學(xué)SS 評估相似的結(jié)果，并且經(jīng)前者評估后約30%中高?；颊弑恢匦聞澐譃榈惋L(fēng)險級別。Curzen 等[16]研究發(fā)現(xiàn)，依據(jù)FFR CT 評估結(jié)果，大約77%的中度狹窄（51%～70%）和46%的重度狹窄（71%～90%）患者并不存在心肌缺血。該結(jié)果也使此研究約36%的患者臨床決策發(fā)生變化：采取藥物治療者增加23%，行經(jīng)皮冠狀動脈介入治療（PCI）者減少5%，擬行冠狀動脈旁路移植術(shù)（CABG）者增加0.5%。Colleran 等[17]同樣發(fā)現(xiàn)FFR CT 的應(yīng)用能夠在一定程度上改變患者的診療路徑及指導(dǎo)臨床決策。Colleran 等[17]將PLATFORM（一項關(guān)于FFR CT 的前瞻性縱向研究）試驗中德國研究中心的116例擬行ICA 冠心病患者分為兩組，一組行CCTA+FFR CT+必要時ICA 檢查，另一組則按常規(guī)診療流程行擬定的ICA 檢查，并在ICA 術(shù)后對患者進(jìn)行1年隨訪，比較兩組患者的臨床結(jié)局及經(jīng)濟學(xué)獲益。研究發(fā)現(xiàn)，以術(shù)前CCTA、FFR CT 指導(dǎo)ICA 檢查能夠明顯降低ICA 的陰性率，患者所接受的輻射劑量及醫(yī)療費用也較對照組降低，術(shù)后生活質(zhì)量亦得到提高。

不僅如此，在科技飛速發(fā)展的今天，F(xiàn)FR CT與其他計算機技術(shù)的碰撞產(chǎn)生了許多更加新穎的“火花”。Kim 等[18]前瞻性納入44 例先后行CCTA、ICA 及PCI 的冠心病患者，記錄術(shù)中支架置入前后的FFR 值，同時使用CCTA 圖像建立冠狀動脈模型模擬支架置入前后的血流動力學(xué)情況、獲得“虛擬支架置入”前后相對應(yīng)的FFR CT 值。數(shù)據(jù)分析后發(fā)現(xiàn)，基于計算機的“虛擬支架置入”前后的FFR CT值與ICA 支架置入前后的FFR 值一致性較好?；谟嬎銠C冠狀動脈“虛擬支架”技術(shù)及FFR CT，臨床醫(yī)生能夠在ICA 術(shù)前針對患者靶病變制定詳細(xì)而精準(zhǔn)的支架治療方案，同時又可以良好地預(yù)測支架置入術(shù)后靶血管的血流改善情況[18-19]。由此可見，F(xiàn)FR CT 的臨床應(yīng)用前景十分廣闊，絕不僅限于人們目前對FFR CT 研究和應(yīng)用的認(rèn)知，未來可期。

2 CTP

2.1 CTP 的成像原理及技術(shù)

心肌灌注是反映流經(jīng)心肌內(nèi)冠狀動脈血管網(wǎng)的血流，即血流從小動脈流入、經(jīng)毛細(xì)血管到靜脈流出過程的檢查[20]。CTP 分為靜態(tài)和動態(tài)心肌灌注成像兩種技術(shù)。靜態(tài)CTP 檢查是在團注對比劑后一定時期進(jìn)行單次心肌CT 掃描。它通過對心肌內(nèi)碘分布的評估（心肌CT 值的大?。┓从承募」嘧⒌那闆r，又稱為靜態(tài)心肌血池成像。靜態(tài)CTP 圖像中密度低于左心室正常心肌節(jié)段的部分被認(rèn)為存在灌注缺損。但這種評估是定性的，且依賴于與周邊正常心肌組織的對比，因此準(zhǔn)確性較低，當(dāng)心肌灌注彌漫性減低時極易出現(xiàn)漏診。而動態(tài)CTP 成像是在團注碘對比劑后，快速同層動態(tài)掃描獲得多個連續(xù)圖像，根據(jù)不同時間點心肌內(nèi)對比劑濃度的變化獲得時間密度曲線，從而計算相關(guān)參數(shù)來定量評價組織灌注情況。常用的定量參數(shù)有：平均通過時間（MTT）、心肌血容量（MBV）、心肌血流量（MBF）等。動態(tài)心肌灌注的定量分析使結(jié)果更加精確、可靠，優(yōu)于靜態(tài)CTP 成像技術(shù)，對于高度鈣化、心肌彌漫性缺血或血管重建后的患者應(yīng)用價值較大。

2.2 CTP 的診斷效能

大量研究表明，CTP 對于檢測因血管狹窄、血流受限引起的心肌灌注缺損具有較高的準(zhǔn)確性。Cury 等[21]納入124 例同時行靜息+負(fù)荷核醫(yī)學(xué)SPECT（單光子發(fā)射計算機斷層成像）檢查以及負(fù)荷+靜息CTP 檢查（靜息CTP 圖像中可以提取CCTA圖像）的冠心病患者，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在檢測或排除可逆性心肌缺血方面，負(fù)荷CTP 的敏感度和特異度分別為0.90、0.84，并不劣于SPECT；以SPECT 為參照標(biāo)準(zhǔn)時，負(fù)荷CTP 對缺血病變的診斷準(zhǔn)確度明顯高于CCTA（0.85 vs.0.69）。約翰霍夫金斯大學(xué)學(xué)者進(jìn)行的一項多中心頭對頭病例對照研究（CORE320）以ICA 評估的冠狀動脈解剖學(xué)狹窄率為標(biāo)準(zhǔn)，比較CTP 與SPECT 對于有意義狹窄（≥50%）的診斷效能后發(fā)現(xiàn)，CTP 對于有意義解剖學(xué)狹窄病變的診斷效能優(yōu)于SPECT，尤其是對于左主干病變以及多支病變的診斷敏感度較高[22]。此外，還有研究比較CTP與MRI 心肌灌注顯像對缺血病變的診斷效能，亦得出CTP 與之相媲美的結(jié)論[21，23]。

2.3 CTP 的臨床應(yīng)用

CTP 具有良好的心臟功能學(xué)評估價值，對于冠心病患者不良心血管事件的發(fā)生具有一定預(yù)測價值。一項多中心臨床試驗對行CTP 檢查、已確診或疑診冠心病的144 例患者隨訪18 個月，以觀察主要不良心血管事件（心原性死亡、非致死性心肌梗死，需要住院治療的不穩(wěn)定心絞痛，血管重建PCI 或CABG）的發(fā)生情況[24]。研究者發(fā)現(xiàn)，隨著CTP 灌注缺損區(qū)域數(shù)量的增加，患者出現(xiàn)不良心血管事件的風(fēng)險也有明顯增加的趨勢。

不僅如此，由于具有對心肌血流量、血容量等參數(shù)的定量評估能力[25]，CTP 在心肌微循環(huán)病變的檢測、診斷方面也具有重要意義。既往研究顯示，女性較男性更容易罹患非冠狀動脈阻塞性冠心病[26-27]。因此，將CTP 納入冠心病患者的臨床診療路徑中，更好地提高影像學(xué)對心肌缺血病變的診斷效能，對于女性患者意義尤其重大。

3 FFR CT 與CTP 的各自優(yōu)勢及臨床應(yīng)用選擇

同屬于功能學(xué)CT 成像技術(shù)，F(xiàn)FR CT 與CTP在疾病診斷、事件預(yù)測、臨床應(yīng)用等各個方面的比較一直為學(xué)者們所關(guān)注。目前已有部分研究以ICA FFR 為參考標(biāo)準(zhǔn)，對兩者診斷缺血性病變的效能進(jìn)行研究。Yang 等[28]納入72 例行靜息-負(fù)荷CTP 及ICA FFR 檢查的冠心病患者，并于靜息CTP 圖像中提取CCTA 圖像以計算FFR CT，比較CTP、FFR CT對于缺血性病變的診斷效能。研究發(fā)現(xiàn)，CTA+CTP、CTA+FFR CT 的診斷效能非常相近（CTA+FFR CT：AUC=0.919，CTA+CTP：AUC=0.913）。Coenen 等[29]同樣以ICA FFR 為參照，對兩者進(jìn)行比較研究后得出相近結(jié)論：CTP 和FFR CT 對于缺血性病變的敏感度（73% vs.82%）、特異度（68% vs.60%）、診斷準(zhǔn)確度相當(dāng)（70% vs.70%）；兩者聯(lián)合應(yīng)用的診斷效能（準(zhǔn)確度79%，AUC=0.85）較CTP 或FFR CT 單獨相比提高。更重要的是，兩者聯(lián)合應(yīng)用對灰色區(qū)域病變（FFR 在0.75～0.85）的診斷準(zhǔn)確率明顯提高（55%vs.77%），對于灰區(qū)病變的解釋同樣具有重要意義。

就方法學(xué)而言，CTP、FFR CT 各具優(yōu)勢：CTP成像著眼于心肌血供情況，對心肌灌注相關(guān)參數(shù)進(jìn)行定性或定量分析，反映心臟大血管及微血管病變，而不受血管鈣化斑塊或移動偽影的影響；FFR CT 則無需進(jìn)行負(fù)荷檢查，僅靜息狀態(tài)下單期掃描即能獲得相關(guān)信息、反映特定病變的血流動力學(xué)情況。因此，在總結(jié)現(xiàn)有研究成果的基礎(chǔ)上，部分學(xué)者認(rèn)為，臨床應(yīng)用中對于冠狀動脈CTA 不能滿足診斷要求（鈣化或偽影重）、狹窄程度不夠明確以及懷疑微循環(huán)病變的患者可首選CTP 檢查；反之，對于冠狀動脈CTA 圖像良好、狹窄程度在30%～90%之間的患者則可首選FFR CT 檢查。

4 FFR CT 與CTP 目前存在的問題及未來展望

盡管在研究中CTP 及FFRCT 顯示出良好的診斷效能以及對于臨床工作的指導(dǎo)價值，但目前仍有許多問題未得到解決。例如，對于FFR CT 結(jié)果的合理解釋和應(yīng)用，尤其當(dāng)FFR CT 值在0.75～0.80（“灰區(qū)”）時，如何合理使用患者的臨床及影像學(xué)信息對病變性質(zhì)進(jìn)行分析以指導(dǎo)后續(xù)診療工作尚無定論。圖像偽影、鈣化斑塊以及冠狀動脈彌漫性病變、分叉病變等對FFR CT 診斷效能影響的研究數(shù)據(jù)較少。CTP 成像，尤其是動態(tài)負(fù)荷CTP，導(dǎo)致患者接受輻射劑量增加。由于相關(guān)研究數(shù)據(jù)的缺乏，目前CTP 診斷價值較高的定量參數(shù)（如MBF、MBV 等）在正常與病變心肌間的最佳截斷值尚不可知。因此，在未來工作中要繼續(xù)完善相關(guān)研究，橫向拓寬對CTP 及FFR CT 內(nèi)在性質(zhì)的了解，彌補相應(yīng)研究和應(yīng)用領(lǐng)域的空缺。同時，還要縱向延伸加強CTP、FFR CT 兩大心臟功能學(xué)CT 成像技術(shù)與其他心血管技術(shù)的聯(lián)合應(yīng)用，增加對臨床問題的解決能力。如前文所述，F(xiàn)FR CT 與CTP 聯(lián)合應(yīng)用，可使影像學(xué)檢查對于“灰區(qū)”病變的診斷效能得到一定提高，較多研究已經(jīng)證實FFR CT（≤0.7）、CTP（MBF）與CCTA（狹窄≥50%）三者聯(lián)合應(yīng)用對于具有血流動力學(xué)意義冠狀動脈粥樣硬化病變的診斷效能較高（AUC=0.92～0.94）[28，30]。而CCTA 的價值亦不僅限于提供基礎(chǔ)的解剖學(xué)狹窄信息，還可以在一定程度上分析冠狀動脈粥樣硬化斑塊的成分及易損特征，并能通過計算流體力學(xué)模型評估血管剪切力、斑塊軸向應(yīng)力等其他指征血流動力學(xué)情況的功能學(xué)指標(biāo)。與此同時，伴隨大數(shù)據(jù)時代的到來，AI 技術(shù)的迅速發(fā)展也為醫(yī)療科技的進(jìn)步提供了契機。AI 技術(shù)的加入，不僅能提高影像信息的利用率、為實現(xiàn)精準(zhǔn)診療助力，而且還更加節(jié)省大量人力、時間。因此，在將來的研究中可嘗試將各技術(shù)的優(yōu)勢相聯(lián)合，最大程度提取、融合、利用心血管CT 技術(shù)所能提供的解剖學(xué)及功能學(xué)信息，充分發(fā)揮無創(chuàng)影像學(xué)檢查的自身優(yōu)勢以指導(dǎo)臨床診療、預(yù)測心血管事件及評估預(yù)后，這將是心血管影像領(lǐng)域不斷進(jìn)步的目標(biāo)。“道阻且長，行則將至” 。

利益沖突：所有作者均聲明不存在利益沖突