CCTA 技術(shù)對冠狀動脈狹窄及其鈣化斑塊的評估

周立娟 方向明*

冠狀動脈 CT 血管成像（coronary computed tomography angiography,CCTA）作為一種成熟且無創(chuàng)的成像方式，憑借其較高的敏感性及陰性預(yù)測值，已廣泛應(yīng)用于冠心病篩查、初診及治療后隨訪復(fù)查。然而，冠狀動脈鈣化極大地影響冠狀動脈管腔的顯示，干擾狹窄程度的判斷，導(dǎo)致冠狀動脈狹窄率高估及假陽性率顯著升高，特別是對于高鈣化積分的老年病人。相關(guān)研究表明，當(dāng)400＜鈣化積分≤1 000 時，CCTA 診斷冠狀動脈狹窄＞50%的假陽性率為58.3%；當(dāng)鈣化積分＞1 000 時，假陽性率高達(dá)90.9%[1]。關(guān)于鈣化斑塊如何對CCTA 診斷準(zhǔn)確性產(chǎn)生影響，以及如何采用不同的方法改善鈣化所致CCTA 冠狀動脈狹窄高估等方面，已有許多研究報道，本文就此進(jìn)行綜述。

1 鈣化斑塊對CCTA 診斷的影響

除運動偽影外，鈣化導(dǎo)致的偽影是影響管腔狹窄診斷準(zhǔn)確性的主要原因[2]。在嚴(yán)重鈣化的冠狀動脈節(jié)段，當(dāng)X 射線穿過高密度鈣化斑塊時，高能量射線較易穿過，而低能量射線被迅速吸收，使射線在傳播過程中平均能量升高，射線逐漸變硬，最終導(dǎo)致組織CT 值失真，產(chǎn)生射線硬化偽影。另外，由于部分容積效應(yīng)及空間分辨力不足會導(dǎo)致鈣化區(qū)域出現(xiàn)暈狀偽影或開花偽影。每個像素的CT 值與相應(yīng)體素中的平均線性吸收系數(shù)（μ）成正比，當(dāng)體素中包括有高密度鈣化斑塊、軟組織等不同類型組織時，μ 則不能代表其中任何一種組織的特性，取而代之的是不同μ 值的加權(quán)平均，這就使得高μ 值鈣化斑塊占主導(dǎo)地位而相鄰軟組織影像細(xì)節(jié)丟失，夸大鈣化斑塊，即形成“開花”偽影。這會顯著影響冠狀動脈管腔的顯示及斑塊成分的分析，并導(dǎo)致嚴(yán)重高估管腔狹窄程度。

有研究[3]將病理學(xué)檢測結(jié)果作為參考標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)現(xiàn)常規(guī)CCTA 對鈣化斑塊面積的高估達(dá)400%；同時，鈣化斑塊面積越大，高估程度也會越嚴(yán)重。Voros等[4]研究發(fā)現(xiàn)CCTA 對存在開花偽影的鈣化斑塊面積的評估，比血管內(nèi)超聲（intravascular ultrasound,IVUS）高估了約88%。由于鈣化斑塊的存在，冠狀動脈狹窄程度被高估，從而使得CCTA 檢查的特異性降低、假陽性率增高，還會導(dǎo)致病人過度檢查。

2 與準(zhǔn)確評估嚴(yán)重鈣化的冠狀動脈狹窄相關(guān)的技術(shù)進(jìn)展

CCTA 評估冠狀動脈狹窄的能力受到鈣化的嚴(yán)重影響。針對鈣化嚴(yán)重及由此導(dǎo)致影像質(zhì)量不佳的問題，目前有多種技術(shù)、方法可用來改善CCTA 對冠狀動脈管腔器質(zhì)性及功能性狹窄的診斷效能。

2.1 圖像采集與重建技術(shù)

2.1.1 減影技術(shù) CCTA 減影技術(shù)通過2 次掃描可得到原始容積數(shù)據(jù)和增強后的容積數(shù)據(jù)，將2 組數(shù)據(jù)進(jìn)行精準(zhǔn)匹配并相減，從而獲得剔除鈣化斑塊的純血管影像。目前，對于CCTA 減影技術(shù)的研究主要集中在嚴(yán)重鈣化（鈣化積分≥400）或金屬支架置入術(shù)后的病人。Tanaka 等[5]研究指出，CCTA 減影技術(shù)能夠顯著改善影像質(zhì)量，且相比常規(guī)CCTA 具有更高的診斷準(zhǔn)確度。Amauma 等[6]研究指出，在評估冠狀動脈支架內(nèi)再狹窄時，常規(guī)CCTA 的診斷敏感度和特異度僅為62.75%、90.3%，而減影CCTA 的診斷敏感度及特異度則高達(dá)89.5%、94.3%。這表明CCTA 減影技術(shù)能夠有效改善嚴(yán)重鈣化或金屬支架置入術(shù)后病人的冠狀動脈狹窄評估的準(zhǔn)確性。

有研究[7]表明，單次屏氣減影CCTA 技術(shù)較常規(guī)CCTA 的診斷準(zhǔn)確性、特異性和陽性預(yù)測值要好，但須2 次掃描才能實現(xiàn)減影，而這會增加掃描的輻射劑量[8]。

目前，CCTA 減影技術(shù)可以有效降低因冠狀動脈鈣化斑塊開花偽影而高估病變的發(fā)生率，但仍會發(fā)生假陽性病變。主要原因是原始容積數(shù)據(jù)與增強容積數(shù)據(jù)配準(zhǔn)不當(dāng)，失配準(zhǔn)偽影會導(dǎo)致影像質(zhì)量下降。同時，失配準(zhǔn)偽影后處理時間較長且對計算機配置要求較高，故尚未能廣泛應(yīng)用[9-11]。

2.1.2 能譜CT 能譜CT 是利用物質(zhì)在不同能量下吸收不同的原理，通過一次能譜掃描即能獲得2組能量數(shù)據(jù)，經(jīng)數(shù)據(jù)分析重建出多組單能量（keV）CT 影像，從中選擇最佳信噪比的單能量影像來有效減少鈣化偽影。在觀察嚴(yán)重冠狀動脈鈣化節(jié)段時，通常采用高keV 來消除鈣化斑塊射線硬化的影像偽影，從而提高冠狀動脈狹窄診斷準(zhǔn)確性[12]。

此外，能譜CT 通過基物質(zhì)配對的方法進(jìn)行水/碘物質(zhì)分離，從而獲得虛擬平掃影像。在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步處理得到的碘-鈣影像能夠有效減少鈣化斑塊偽影，并使周圍軟組織結(jié)構(gòu)顯示更加清晰，更為準(zhǔn)確地評估血管狹窄情況。

能譜CT 還可與減影技術(shù)相結(jié)合。有研究者[13]發(fā)現(xiàn)結(jié)合能譜CT 和減影技術(shù)所得到的減影影像診斷特異度高達(dá)94.4%，且可以減少失配準(zhǔn)偽影以及消除支架金屬硬化偽影，表明2 項技術(shù)相結(jié)合是提高支架內(nèi)腔可視化和直徑測量準(zhǔn)確性的有效方法之一。

2.1.3 銳利卷積核和迭代重建（iterative reconstruction，IR）技術(shù) 銳利卷積核能夠提高影像空間分辨率，減少鈣化斑塊開花偽影的干擾，使得鈣化斑塊邊緣顯示更為銳利，更有利于觀察細(xì)微結(jié)構(gòu)。在臨床診療過程中多采用銳利卷積核來觀察冠狀動脈支架或高密度鈣化斑塊[14]。呂等[15]研究發(fā)現(xiàn)，使用銳利卷積核（I46f）重建影像的主觀評分明顯高于平滑卷積核（I26f）重建影像；在診斷中度（≥50%）和重度狹窄（≥70%）時，I46f 重建影像的曲線下面積（AUC）和特異度分別為 0.946、95.0%和 0.927、79.1%，而I26f 重建影像的僅為 0.935、90%和 0.924、74.4%。這表明銳利卷積核重建影像在顯示鈣化斑塊及診斷中重度冠狀動脈管腔鈣化性狹窄時表現(xiàn)更優(yōu)。需要注意的是，銳利卷積核在提高空間分辨率的同時會降低信噪比，增加影像噪聲，所以需要聯(lián)合應(yīng)用IR技術(shù)來減少影像噪聲的影響。

IR 技術(shù)將原始數(shù)據(jù)作為圖像重建基礎(chǔ)，應(yīng)用模擬光子統(tǒng)計學(xué)和電子噪聲建立系統(tǒng)噪聲模型，利用迭代技術(shù)對噪聲加以抑制，從而能夠在短時間內(nèi)獲得低噪聲、少偽影和高對比度的影像。IR 技術(shù)能夠選擇性提高影像空間分辨率，減少鈣化斑塊暈狀偽影，有助于準(zhǔn)確評價嚴(yán)重鈣化節(jié)段的管腔狹窄程度。Pontone 等[16]分別采用IR 和濾過反投影（filtered back projection,FBP）技術(shù)重建影像評估鈣化血管，結(jié)果表明IR 技術(shù)比FBP 更明顯地減少鈣化斑塊暈狀偽影，顯著提高了診斷準(zhǔn)確性。Renker 等[17]研究發(fā)現(xiàn)，IR 診斷冠狀動脈管腔狹窄＞50%的準(zhǔn)確性、特異性和陽性預(yù)測值均高于FBP。

2.1.4 后處理算法 由于鈣化斑塊偽影產(chǎn)生的根本原因是CT 成像算法無法從受偽影干擾的投影數(shù)據(jù)中重建出真實的影像數(shù)據(jù)，所以可通過后處理算法對投影數(shù)據(jù)進(jìn)行校正，進(jìn)而消除偽影。Sun 等[18]比較了15 種不同的CT 影像后處理算法，結(jié)果發(fā)現(xiàn)使用Image J 銳化函數(shù)測得的管腔內(nèi)徑最接近有創(chuàng)性冠狀動脈血管造影（invasive coronary angiography，ICA），說明該銳化函數(shù)可以有效減少開花偽影，改善冠狀動脈管壁的可視化，即便在嚴(yán)重鈣化的情況下也能精確地顯示并測量冠狀動脈管腔內(nèi)徑。

Li 等[19]研究了一種主要針對部分容積效應(yīng)及CT 有限空間分辨力的De-blooming（去開花）算法。進(jìn)一步研究[20]證實，使用De-blooming 算法重建的CCTA 在診斷冠狀動脈管腔狹窄＞50%的特異度顯著高于常規(guī)CCTA。

2.1.5 窗寬和窗位 窗寬是指CT 影像中包含的CT 值范圍，主要影響影像的對比度；窗位是指窗寬上下限的平均值，主要與影像的亮度有關(guān)。合適的窗寬窗位有助于識別強化的血管管腔和高密度鈣化斑塊。2014 年美國心血管計算機斷層掃描學(xué)會（Society of Cardiovascular Computed Tomography，SCCT）發(fā)布的 CCTA 報告指南[21]推薦設(shè)置窗寬800 HU，窗位300 HU，同時要根據(jù)鈣化程度和組織對比度進(jìn)行調(diào)整。適當(dāng)加大窗寬、調(diào)高窗位，可以在嚴(yán)重鈣化的情況下使冠狀動脈管壁顯示更清晰，斑塊邊緣更銳利，斑塊體積顯示相對縮小。有研究[22]指出當(dāng)窗寬從1 000 HU 增寬到1 500 HU 時，CCTA在識別管腔狹窄（≥50%）的總體陽性預(yù)測值和準(zhǔn)確度分別從40%、65%提高到61%、83%。對于支架置入術(shù)后的病人，窗寬/窗位設(shè)置為1 500 HU/300 HU時的CT 影像較1 000 HU/200 HU 能更清晰地顯示支架內(nèi)腔，更有利于評估支架再狹窄。與ICA 相比，在嚴(yán)重鈣化的冠狀動脈節(jié)段，增加窗寬可以提高CCTA 對管腔狹窄度量化的準(zhǔn)確性。隨著窗寬的增加，CCTA 和定量冠狀動脈成像（quantitative coronary angiography，QCA）對狹窄程度的評價一致性較好。

2.2 鈣化斑塊形態(tài)特性 冠狀動脈鈣化斑塊與冠狀動脈管腔狹窄發(fā)生率存在密切的關(guān)系，其中冠狀動脈鈣化斑塊形態(tài)是一個重要影響因素，也是評價冠狀動脈鈣化的一個新概念[23]。鈣化斑塊形態(tài)特征與管腔狹窄之間存在一定的相關(guān)性，可根據(jù)斑塊形態(tài)特征初步評估管腔狹窄程度。不同斑塊形態(tài)造成的管腔狹窄程度和類型不同，生物力學(xué)模型研究[24]表明，冠狀動脈鈣化斑塊的形狀可能與周圍組織的機械應(yīng)力有關(guān)，冠狀動脈鈣化斑塊尖銳的邊緣和不規(guī)則的形狀可能會降低粥樣硬化斑塊帽的穩(wěn)定性。有研究[25]表明球形鈣化(即更小的機械應(yīng)力)與更少的心血管事件相關(guān)[風(fēng)險比（HR）=0.55]；心包側(cè)鈣化的發(fā)生率低于心肌側(cè)病變，且心血管事件發(fā)生率較?。℉R＝0．66）。另一項研究[26]指出點狀鈣化斑塊更易造成偏心性管腔狹窄，多不會引起嚴(yán)重管腔狹窄；而殼狀和彌漫性鈣化更易造成向心性管腔狹窄，且管腔狹窄顯著。

此外，鈣化重構(gòu)指數(shù)（remodeling index, RI）是一種新的評價鈣化冠狀動脈管腔狹窄程度的指標(biāo)。Yu 等[27]研究發(fā)現(xiàn)中、重度鈣化冠狀動脈病變的鈣化RI 與ICA 測定的管腔狹窄程度呈顯著負(fù)相關(guān)，最佳臨界值為0.94，是冠狀動脈顯著狹窄（≥70%）的最強獨立預(yù)測因子。原因可能是由于顯著負(fù)性重構(gòu)的鈣化斑塊主要位于血管內(nèi)膜，較易向腔內(nèi)突出導(dǎo)致嚴(yán)重的管腔狹窄。

2.3 冠狀動脈功能學(xué)檢測 由于傳統(tǒng)CCTA 特異性和陽性預(yù)測值偏低，同時為避免后續(xù)額外的有創(chuàng)性檢查，可以通過一些血流動力學(xué)方法來進(jìn)一步評估管腔的功能性狹窄。

2.3.1 管腔內(nèi)衰減梯度（transluminal attenuation gradient，TAG） 冠狀動脈TAG 為距冠狀動脈開口每10 mm 單位長度間隔CT 值（HU）的變化量，可作為檢測冠狀動脈顯著狹窄的定量參數(shù)，用于評價冠狀動脈功能性狹窄程度。當(dāng)TAG 影像斜率呈下降趨勢，表明管腔內(nèi)的對比劑衰減值下降明顯，提示該處血管存在功能性狹窄。

盡管TAG 是一種在常規(guī)冠狀動脈CT 采集范圍內(nèi)分析管腔功能性狹窄的最簡便且迅速的方法，可是理論上TAG 僅能反映靜息態(tài)的冠狀動脈血流量[28]，這對于可以持續(xù)維持穩(wěn)定冠狀動脈靜息血流量的中度管腔狹窄并沒有實質(zhì)性的診斷價值。因此，與常規(guī)CCTA 相比，TAG 有增加AUC 的趨勢，但診斷效能并無顯著增加[29]。同時，相關(guān)研究表明，TAG 與CCTA 結(jié)合對評估冠狀動脈功能性狹窄，尤其是嚴(yán)重鈣化病變的診斷價值有所提高，其特異性、陽性預(yù)測值、陰性預(yù)測值及準(zhǔn)確性均高于單純常規(guī)CCTA[30]。

2.3.2 CT 血流儲備分?jǐn)?shù)（CT fractional flow reserve，F(xiàn)FRCT） 血流儲備分?jǐn)?shù)（fractional flow reserve，F(xiàn)FR）是臨床上評估冠狀動脈血供的“金標(biāo)準(zhǔn)”，已被廣泛應(yīng)用于介入性冠狀動脈造影中的缺血性病變定位以及改善血管重建術(shù)后病人的預(yù)后；但由于該方法屬于有創(chuàng)性檢查且費用昂貴，不適合早期診斷，限制了其在臨床上的應(yīng)用[31]。近年來，F(xiàn)FRCT作為一種無創(chuàng)性評估冠狀動脈功能性狹窄的技術(shù)，在評估心肌缺血、指導(dǎo)治療策略以及提供預(yù)后信息方面具有重要的潛力，且與FFR 的相關(guān)性較好[32]。一項HeartFlow-NXT 試驗的子研究結(jié)果表明[33]，隨著鈣化積分增加，F(xiàn)FRCT的診斷準(zhǔn)確性和特異性呈現(xiàn)下降，但是FFRCT的診斷準(zhǔn)確性及特異性仍顯著高于常規(guī)CCTA。

2.3.3 CT 心肌灌注成像（CT myocardial perfusion imaging，CT MPI） CT MPI 是一種基于 CT 的檢測缺血心肌的功能成像方法，能夠精確反映心肌血流動力學(xué)變化，可用于診斷穩(wěn)定型冠狀動脈疾病病人的冠狀動脈血運重建及病人預(yù)后情況，還可評價心肌灌注分布，評估心肌缺血程度。一項對CT MPI 和CCTA 在預(yù)測冠心病低危病人中陰性結(jié)果差別的薈萃分析[34]表明，CT MPI 和CCTA 在識別疑似冠心病的低風(fēng)險病人方面具有相似的能力。進(jìn)一步研究[35]表明，在CCTA 的基礎(chǔ)上聯(lián)合CT MPI 可在一次檢查中同時從解剖和功能兩方面對心臟及冠狀動脈進(jìn)行綜合評估，提高診斷準(zhǔn)確性。Pontone 等[36]研究指出，CCTA 聯(lián)合CT MPI 的AUC 和特異性均高于CCTA。

Li 等[37]基于血管節(jié)段分析的研究表明，動態(tài)CT MPI 診斷阻塞性冠狀動脈病變的準(zhǔn)確性和特異性均顯著優(yōu)于FFRCT，在識別缺血病變方面的表現(xiàn)也優(yōu)于FFRCT，且動態(tài)CT MPI 的診斷性能不會受總鈣化負(fù)荷影響。

3 總結(jié)與展望

鈣化對CCTA 冠狀動脈狹窄評估影響很大。對于鈣化嚴(yán)重及其導(dǎo)致影像質(zhì)量不理想者，目前有多種方法可以改善CCTA 對管腔器質(zhì)性及功能性狹窄的診斷效能，但是改善的程度尚不夠理想，穩(wěn)定性也不佳。目前仍沒有一個可以從根本上徹底解決鈣化偽影的方法，鈣化斑塊仍是CCTA 面臨的巨大挑戰(zhàn)。在眾多已有方法中，最有可能解決鈣化偽影問題的是雙能量成像或能譜成像，但是能量成像掃描時需要損失一半的XY 平面時間分辨率，故目前尚不適用于高心率及心律失常病人。同時，圖像算法尚不能在能量CT 影像上達(dá)到完全去鈣化的效果，因此隨著未來CT 設(shè)備進(jìn)一步發(fā)展，時間分辨率及算法的不斷提高及改進(jìn)，這一問題才有可能徹底解決。