基于CCTA 對胸痛病人高危斑塊成分及血流動力學(xué)特征的研究

李永霞 馬躍虎 王同興 謝光輝 徐輝 唐春香

冠狀動脈粥樣硬化性心臟病（簡稱冠心?。┰谖覈陌l(fā)病率及病死率呈逐年上升趨勢，其發(fā)病機制是由于冠狀動脈粥樣硬化斑塊形成、斑塊不穩(wěn)定發(fā)生破裂、動脈血栓形成和管腔閉塞導(dǎo)致相應(yīng)供血區(qū)心肌的缺血壞死。斑塊的性質(zhì)與動脈粥樣硬化程度及冠心病進展密切相關(guān)，識別和預(yù)測不穩(wěn)定的易損斑塊（高危斑塊）對評價冠心病危險性和改善病人預(yù)后十分重要。冠狀動脈CT 血管成像（coronary CT angiography，CCTA）能夠識別斑塊的易損性和不穩(wěn)定性。冠狀動脈粥樣硬化斑塊中的高危斑塊是指低密度斑塊（CT 值＜30 HU）、點狀鈣化斑塊（最大直徑＜3 mm）以及具有血管正性重構(gòu)和“餐巾環(huán)”征的斑塊[1-3]，這些斑塊的特征與增加冠心病病人未來心血管事件的風(fēng)險有關(guān)[4]。胸痛是冠心病的常見臨床癥狀，急性胸痛是高危斑塊病人發(fā)生冠心病不良事件的危險因素[2,5]，因此準(zhǔn)確評估CCTA 的斑塊特征可以有效地管理胸痛病人。近年來有研究[6-7]報道，基于CCTA 的血流儲備分?jǐn)?shù)（CCTA derived fractional flow reserve，F(xiàn)FRCT）對缺血性冠狀動脈狹窄有較高的診斷效能，并證實FFRCT對高危斑塊有一定的預(yù)后評估價值，且與冠狀動脈斑塊特征及后續(xù)的心臟事件有關(guān)。CCTA 斑塊定量分析聯(lián)合FFRCT是目前心血管疾病臨床研究的熱點，但對高危斑塊合并胸痛病人的斑塊成分特征和基于機器學(xué)習(xí)的血流動力學(xué)特征的研究尚未見報道。本研究旨在探討高危斑塊合并胸痛病人的斑塊成分特征及血流動力學(xué)特征，以期對冠心病的診療及危險評估提供有力的依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 一般資料 回顧性納入2014 年1 月—2018 年6 月在東部戰(zhàn)區(qū)總醫(yī)院接受CCTA 且于2 個月內(nèi)行有創(chuàng)性冠狀動脈造影（invasive coronary angiography，ICA）檢查的冠心病病人，排除CCTA 影像有運動偽影和冠狀動脈支架置入者。共納入43 例病人，男30例、女 13 例，年齡 42～79 歲，平均（60.8±8.7）歲。28例病人就診時主訴胸痛。根據(jù)2013 年歐洲冠心病指南分型[8]標(biāo)準(zhǔn)分為典型心絞痛17 例，不典型心絞痛7 例，非心絞痛型胸痛4 例。依據(jù)病人是否存在高危斑塊及胸痛進行分組：組1，病人同時存在胸痛及至少1 個高危斑塊特征（23 例）；組2，病人不同時有胸痛和高危斑塊（20 例；包括有胸痛無高危斑塊者5 例，無胸痛有高危斑塊者15 例）。

1.2 設(shè)備與方法 采用德國西門子公司SOMATOM Definition Flash 雙源CT 掃描設(shè)備。掃描前2～3 min 受檢者舌下含服0.25 mg 硝酸甘油以擴張冠狀動脈。病人取仰臥位，定位像掃描范圍從肺尖至橫膈，再根據(jù)定位像確定心臟掃描范圍。采用自適應(yīng)前瞻性心電門控技術(shù)掃描。掃描參數(shù)：管電壓120 kV，管電流280 mA，準(zhǔn)直器寬度64×0.6 mm，層厚 0.75 mm，層間距0.5 mm，螺距 3.4，旋轉(zhuǎn)時間0.28 s/r。利用雙筒高壓注射器經(jīng)病人外周靜脈團注60～100 mL 非離子型對比劑碘普羅胺（含碘370 mg/mL，德國拜耳先靈醫(yī)藥公司），注射流率4.5～5.0 mL/s。采用人工智能觸發(fā)掃描系統(tǒng)確定延遲時間，興趣區(qū)選取在升主動脈，注射對比劑后當(dāng)CT 值達到100 HU 即觸發(fā)掃描。

1.3 斑塊成分特征測定 將CCTA 最佳舒張期數(shù)據(jù)導(dǎo)入西門子工作站（Syngo Via VB10），采用Frontier Version 4.0 軟件進行冠狀動脈斑塊分析。軟件自動提取數(shù)據(jù)形成冠狀動脈樹，手動選擇興趣血管，由軟件自動分析血管內(nèi)斑塊，在曲面重組影像中根據(jù)CT 值可將斑塊分為脂質(zhì)斑塊（-100～30 HU）、纖維斑塊（30～190 HU）和鈣化斑塊（190～950 HU）。由1 名有6 年CCTA 影像診斷經(jīng)驗的放射科醫(yī)生利用軟件對長徑≥2 mm 的冠狀動脈斑塊進行成分特征分析，包括斑塊總體積、鈣化斑塊體積、纖維斑塊體積、脂質(zhì)斑塊體積占比（脂質(zhì)斑塊%）、病變范圍內(nèi)管腔體積、斑塊負(fù)荷、脂質(zhì)斑塊面積、最小管腔面積、總斑塊面積及偏心指數(shù)，并評價斑塊是否為高危斑塊。參數(shù)定義：①斑塊總體積，即鈣化斑塊、纖維斑塊及脂質(zhì)斑塊體積之和；②斑塊負(fù)荷=斑塊總體積/管腔體積；③脂質(zhì)斑塊面積，為脂質(zhì)斑塊最大橫截面面積；④最小管腔面積，即斑塊最狹窄處的管腔面積；⑤總斑塊面積，指鈣化斑塊、脂質(zhì)斑塊、纖維斑塊最大橫截面面積之和；⑥偏心指數(shù)=狹窄病變的中心到血管壁外側(cè)的最大和最小距離的差值/最大距離；⑦高危斑塊，具有以下特征的斑塊：低密度斑塊（CT 值＜30 HU）、點狀鈣化斑塊（最大直徑＜3 mm）、重構(gòu)指數(shù)（冠狀動脈最狹窄處的管腔面積/近遠端參考血管面積的平均值）＞1.1 和“餐巾環(huán)”征（即冠狀動脈非鈣化斑塊周圍的環(huán)狀高密度影）[9]。

1.4 斑塊血流動力學(xué)特征測定 采用德國西門子原型軟件cFFR（version 3.0.0）[10]的機器深度學(xué)習(xí)模型（模型訓(xùn)練集根據(jù)Navier-Stokes 方程計算流體力學(xué)特征）計算冠狀動脈的FFRCT值（血流模擬壓力/平均主動脈壓力）。病人CCTA 舒張期掃描數(shù)據(jù)導(dǎo)入模型后，系統(tǒng)可自動識別冠狀動脈中心線和管腔（也可進行手工修正）并測得平均主動脈壓力，手動測量斑塊的血流模擬壓力。計算斑塊FFRCT值（在斑塊遠端 2～4 cm 處測得）及△FFRCT值（即斑塊近端邊緣與遠端邊緣FFRCT值之差）。

1.5 統(tǒng)計學(xué)方法 采用SPSS 23.0 軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計學(xué)分析。符合正態(tài)分布的計量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（）表示，2 組間比較采用獨立樣本 t 檢驗；非正態(tài)分布的計量資料以中位數(shù)（四分位間距）[M（P25，P75）]表示，2 組間比較采用 Mann-Whitney U 檢驗。利用約登指數(shù)計算斑塊成分特征及血流動力學(xué)特征判斷高危斑塊合并胸痛的臨界值，采用受試者操作特征（ROC）曲線分析計算其臨界值的敏感度、特異度以及曲線下面積（AUC）。P＜0.05 為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 高危斑塊發(fā)生率 CCTA 顯示高危斑塊的發(fā)生率為 83.7%（36/43 例）。43 例中 31 例（72.1%）為點狀鈣化斑塊，19 例（44.2%）為低密度斑塊，11 例（25.6%）重構(gòu)指數(shù)＞1.1，5 例（11.6%）表現(xiàn)為“餐巾環(huán)”征。

2.2 2 組病人斑塊成分及血流動力學(xué)特征比較 組1的脂質(zhì)斑塊%、脂質(zhì)斑塊面積均高于組2（均P＜0.05），其余斑塊成分特征差異均無統(tǒng)計學(xué)意義（均P＞0.05），見表 1。組 1 的 FFRCT值低于組 2（P＜0.05），△FFRCT差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05）（表1）。高危斑塊合并胸痛病人的血流動力學(xué)特征表現(xiàn)見圖1。

2.3 斑塊成分特征及血流動力學(xué)特征的診斷效能 脂質(zhì)斑塊%、脂質(zhì)斑塊面積及FFRCT的臨界值判斷高危斑塊并胸痛的診斷效能見表2，其中脂質(zhì)斑塊面積的臨界值為7.35 mm2時的敏感度最低（30%），特異度最高（95%），AUC 最低（0.60）；FFRCT的臨界值為0.82 時的敏感度最高（61%），特異度最低（85%），AUC 最高（0.80）。3 項參數(shù)判斷高危斑塊并胸痛的ROC 曲線見圖2。

表1 2 組斑塊成分特征及血流動力學(xué)特征比較

圖1 病人男，56 歲，典型心絞痛。A 圖為CTA 多平面重組影像，左冠狀動脈前降支近段混合性斑塊，管腔最狹窄處的狹窄程度為70%；B 圖為基于多平面重組影像的斑塊分析圖，C 圖為血管橫斷面影像的斑塊分析圖，藍色為脂質(zhì)斑塊，綠色為纖維斑塊，黃色為鈣化斑塊，D 圖為基于冠狀動脈樹的血流分析圖，斑塊近端及遠端FFRCT 分別為0.93、0.67，斑塊遠端 2～3 cm FFRCT 值為 0.60，△FFRCT 值為 0.26。

表2 斑塊的3 個特征參數(shù)對高危斑塊并胸痛的診斷效能

圖2 斑塊成分特征及血流動力學(xué)特征判斷高危斑塊并胸痛的ROC 曲線

3 討論

胸痛是心肌缺血的常見典型癥狀，高危斑塊伴胸痛病人有較高的斑塊負(fù)荷, 斑塊特征與冠心病病人未來心血管事件風(fēng)險增加有關(guān)[11-12]。目前關(guān)于高危斑塊對早期診斷作用的研究有限[2]。CCTA 是評估冠心病胸痛病人較好的無創(chuàng)性影像方法，通過CCTA 和血管內(nèi)超聲研究證實動脈粥樣硬化斑塊特征與心肌缺血相關(guān)，而與腔內(nèi)狹窄的程度無關(guān)[6]，斑塊進展和斑塊不穩(wěn)定性與急性心肌缺血之間存在密切聯(lián)系[11]。近年有研究[13-14]表明，評估冠心病病人病情不應(yīng)僅局限于冠狀動脈斑塊特征及其狹窄程度，而應(yīng)重視與冠狀動脈狹窄相關(guān)的心肌血流灌注動力學(xué)的改變，這對病人的治療方案選擇及預(yù)后評估具有重要意義。FFRCT是基于CCTA 解剖成像基礎(chǔ)上分析血流動力學(xué)異常的無創(chuàng)性方法，可以從結(jié)構(gòu)和功能評估冠狀動脈狹窄所致的心肌缺血，具有較高的診斷效能[15]，也有研究[12]證實了FFRCT對高危斑塊的預(yù)后價值。自2013 年首次提出以FFRCT評估冠心病心肌缺血情況以來，F(xiàn)FRCT技術(shù)逐漸得到臨床認(rèn)可，并展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。

本研究利用CCTA 斑塊分析和血流動力學(xué)測定“一站式”判斷來評估狹窄冠狀動脈解剖及功能，探討了冠心病病人的斑塊特征組成，定量分析了斑塊成分、大小在高危斑塊并胸痛病人的特征。近年有研究[16]發(fā)現(xiàn)高危斑塊的發(fā)生率隨年齡增長呈類拋物線樣變化，41～50 歲時達到高峰，而本組冠心病病人中高危斑塊的發(fā)生率高達83.7%，略高于上述研究中相應(yīng)年齡組高危斑塊的發(fā)生率（75.6%），這可能與本研究的病例數(shù)較少及本組病例年齡范圍較大有關(guān)。Puchner 等[2]報道高危斑塊中點狀鈣化斑塊的發(fā)生率高于正性重構(gòu)斑塊，其次是低密度斑塊及有“餐巾環(huán)”征的斑塊，本組高危斑塊中點狀鈣化的發(fā)生率最高（72.1%），與上述研究結(jié)果相仿。鈣化嚴(yán)重的斑塊一般為相對穩(wěn)定的硬斑塊，但目前認(rèn)為點狀鈣化斑塊屬高危斑塊[16-17]。以往對于點狀鈣化的定義未統(tǒng)一，多按形態(tài)進行分類（點狀、新月形、環(huán)狀等），大小也無明確限值，目前認(rèn)為點狀鈣化是指在任何方向直徑不超過3 mm 的鈣化，并且長度（血管長軸方向）不超過血管直徑的1.5 倍，寬度（垂直于血管長軸方向）不超過血管直徑的2/3[18]。本組其他高危斑塊特征的發(fā)生率依次為低密度斑塊（44.2%）、重構(gòu)指數(shù)＞1.1（25.6%）、“餐巾環(huán)”征（11.6%），與文獻[2]的結(jié)果不符，主要原因可能是由于納入的研究人群和冠狀動脈硬化負(fù)荷程度不同。斑塊成分特征分析顯示組1 的脂質(zhì)斑塊%、脂質(zhì)斑塊面積高于組2，提示脂質(zhì)斑塊與心肌缺血所致胸痛之間存在密切關(guān)系。有研究者[18-19]認(rèn)為由于脂質(zhì)斑塊存在壞死中心，脂質(zhì)斑塊的穩(wěn)定性較鈣化斑塊及纖維斑塊差，在血管的正性重構(gòu)作用下脂質(zhì)斑塊體積增大，斑塊局部剪切力和軸向應(yīng)力增加，斑塊易發(fā)生缺氧壞死，會進一步增加斑塊的不穩(wěn)定性，并且含有壞死中心的斑塊是引起心肌梗死以及心源性猝死的主要原因。高危斑塊并胸痛病人不穩(wěn)定的易損斑塊中脂質(zhì)斑塊占比較高并且脂質(zhì)斑塊面積較大[20]，因此對脂質(zhì)斑塊%測量更為重要。本研究所采用的脂質(zhì)斑塊%及脂質(zhì)斑塊面積指標(biāo)能夠準(zhǔn)確反映斑塊的特征。本項研究結(jié)果有助于提示臨床醫(yī)生重視對高危斑塊胸痛病人的監(jiān)測以及控制血脂的必要性。同時，本研究還發(fā)現(xiàn)組1 的FFRCT值較組2 更低，可能反映高危斑塊胸痛病人斑塊周圍微環(huán)境改變，斑塊易損性較組2 病人加重，缺血情況進一步加劇。有創(chuàng)的FFR 使用壓力導(dǎo)絲在狹窄病變的遠端進行測量被認(rèn)為是評價冠狀動脈血管生理功能的“金標(biāo)準(zhǔn)”，而FFRCT是將計算流體力學(xué)應(yīng)用于CCTA 影像，通過后處理技術(shù)數(shù)據(jù)模擬冠狀動脈生理狀態(tài)，從而評估冠狀動脈狹窄的血流動力學(xué)差異，并能提供FFR 值的無創(chuàng)性檢查。本研究采用基于機器深度學(xué)習(xí)模型cFFR 來計算冠狀動脈的FFR 值，較以往的物理血流動力學(xué)模型更快速（平均2.4 s）獲得新的FFRCT值，并且可重復(fù)測量。以往研究[6]表明，cFFR 測得的FFRCT值與有創(chuàng)FFR 值具有較好的一致性，但FFRCT對FFR 值會有輕度的高估[21]。我們通過對斑塊近、遠端邊緣FFRCT的差值（△FFRCT）進行比較，探索斑塊結(jié)構(gòu)對于血流壓力梯度改變的影響，2 組間未顯示出具有統(tǒng)計學(xué)意義的差異，可能是由于血流壓力在跨越病變后會受渦流的影響而回升，導(dǎo)致△FFRCT值不能準(zhǔn)確反映斑塊周圍血流變化。

對脂質(zhì)斑塊%、脂質(zhì)斑塊面積和FFRCT3 個參數(shù)的最佳臨界值進行診斷效能比較發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)FRCT的敏感度（61%）和 AUC 值（0.80）在 3 個參數(shù)中最高，與耿等[22]研究結(jié)果基本相符，但本研究中FFRCT的特異度（85%）最低，有研究[22-23]表明，F(xiàn)FRCT較 CCTA 可以在不降低敏感度的前提下能有效提高病變診斷特異度，本研究結(jié)果與其不符，分析原因可能與本組病例診斷標(biāo)準(zhǔn)及觀測指標(biāo)存在差異有關(guān)；本研究未考慮斑塊特征對FFRCT值的影響也可能是另一因素。

本研究存在以下局限性：①納入的病例數(shù)較少，斑塊特征不夠多樣化。②本研究CCTA 掃描期相采用的是最佳收縮期和最佳舒張期，而不是收縮末期或舒張末期，因此基于CCTA 的血流儲備分?jǐn)?shù)測量的冠狀動脈可能無法達到最大充血狀態(tài)，測量數(shù)據(jù)可能存在偏差。③因胸痛不合并高危斑塊的病人只有5 例，未對其進一步分組分析，因此需要增加樣本量進一步研究。

總之，本研究利用斑塊特征分析及FFRCT的計算方法探索高危斑塊并胸痛病人的斑塊成分特征及血流動力學(xué)特征，發(fā)現(xiàn)高危斑塊并胸痛病人脂質(zhì)斑塊%、脂質(zhì)斑塊面積更高且FFRCT更低，從而提示斑塊成分特征分析聯(lián)合血流動力學(xué)測量可以作為CCTA 評估高危斑塊合并胸痛病人的輔助手段，但需要積累更多病例以進一步驗證本研究的結(jié)論。