冠狀動脈CT血管造影評估冠狀動脈功能性狹窄的研究進(jìn)展

穆玥 洪葉 韓婷婷 黃明剛

(1.西安醫(yī)學(xué)院，陜西 西安 710068；2.陜西省人民醫(yī)院CT室，陜西 西安 710068)

有創(chuàng)冠狀動脈造影是評價冠心病嚴(yán)重程度最常用的方法，在臨床實(shí)踐中被用作決定治療策略的標(biāo)準(zhǔn)。然而，冠狀動脈管腔狹窄程度與心肌缺血的嚴(yán)重程度并不一致，在中度狹窄的冠狀動脈中這種不一致性為37.8%[1]，故評價冠狀動脈狹窄是否引起功能性缺血非常有必要。目前評估冠狀動脈功能性狹窄的金標(biāo)準(zhǔn)是血流儲備分?jǐn)?shù)(fractional flow reserve，F(xiàn)FR)，但其有創(chuàng)且費(fèi)用昂貴，臨床應(yīng)用受限，因此研究人員致力于開發(fā)無創(chuàng)性評估冠狀動脈功能性狹窄的檢查方法。冠狀動脈CT血管造影(coronary computed tomography angiography，CCTA)以其較高的陰性預(yù)測值在冠心病的篩查中得到廣泛應(yīng)用，但其診斷缺血性病變的特異性較低。隨著CT及計(jì)算流體力學(xué)(computational fluid dynamics，CFD)的飛速發(fā)展，用于評價冠狀動脈功能性狹窄的技術(shù)日益進(jìn)步?，F(xiàn)介紹這類技術(shù)的最新進(jìn)展及優(yōu)缺點(diǎn)。

1 冠狀動脈CT血流儲備分?jǐn)?shù)

冠狀動脈CT血流儲備分?jǐn)?shù)(coronary CT fractional flow reserve，F(xiàn)FRCT)是一種以CCTA數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，利用CFD原理，模擬計(jì)算出整個冠狀動脈樹任意一點(diǎn)FFR值的新型無創(chuàng)后處理技術(shù)。FFRCT的計(jì)算主要分為以下三步：(1)識別斑塊，提取管壁，構(gòu)建冠狀動脈三維解剖血管樹模型；(2)定義入口、出口和邊界條件，根據(jù)Navier-Stokes方程構(gòu)建冠狀動脈血流動力學(xué)模型；(3)構(gòu)建集總參數(shù)模型，聯(lián)合解剖學(xué)模型模擬最大充血狀態(tài)下的血流與血壓。

早期研究表明，基于3D運(yùn)算模型的HeartFlow FFRCT(美國，HeartFlow公司)在評估冠狀動脈功能性狹窄方面具有較高的診斷價值，但FFRCT的計(jì)算需將數(shù)據(jù)傳送至超級計(jì)算機(jī)進(jìn)行，運(yùn)算量大，運(yùn)算時間較長[2]。近幾年，研究人員試圖基于不同的算法模型開發(fā)多種FFRCT分析軟件，研究的結(jié)果一致顯示FFRCT對功能性狹窄具有較高的預(yù)測價值[3-5]。國內(nèi)研究人員開發(fā)的一種新的基于CFD建模的現(xiàn)場FFR算法(uCT-FFR)來計(jì)算FFRCT值，結(jié)果顯示uCT-FFR診斷功能性狹窄的敏感度、特異度和準(zhǔn)確度分別為89%、91%和91%，其診斷效能優(yōu)于CCTA和有創(chuàng)冠狀動脈造影[4]。最新研究表明，以FFR≤0.8為參考標(biāo)準(zhǔn)，F(xiàn)FRCT診斷冠狀動脈功能性狹窄的準(zhǔn)確度(87%)略高于正電子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層成像心肌灌注顯像(positron emission computed tomography myocardial perfusion imaging，PET MPI)(80%)，與單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層成像心肌灌注顯像(single-photon emission computed tomography myocardial perfusion imaging，SPECT MPI)(82%)相當(dāng)。FFRCT的敏感度(90%)高于PET MPI(81%)和SPECT MPI(42%)，特異度(86%)略高于PET MPI(76%)，但低于SPECT MPI(97%)[6]。

FFRCT無需壓力導(dǎo)絲及擴(kuò)血管藥物即可測得，具有無創(chuàng)、安全和經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)，但準(zhǔn)確性受圖像質(zhì)量影響，對“灰區(qū)”(FFR值在0.75～0.8)及高鈣積分(Agatston鈣化積分≥400)病變的診斷效能欠佳，故臨床應(yīng)用價值還需進(jìn)一步研究驗(yàn)證。此外，F(xiàn)FRCT在預(yù)測急性冠脈綜合征[7]、指導(dǎo)臨床治療決策及評估遠(yuǎn)期預(yù)后價值[8-9]等方面也具有較好的應(yīng)用前景。

2 生物力學(xué)特征

壁面剪切應(yīng)力(wall shear stress，WSS)及軸向斑塊應(yīng)力(axial plaque stress，APS)等生物力學(xué)因素在冠狀動脈粥樣硬化斑塊的發(fā)生、進(jìn)展及轉(zhuǎn)化中具有重要作用。CT技術(shù)與CFD的結(jié)合使得無創(chuàng)性評估生物力學(xué)特征成為可能。WSS定義為血流與血管內(nèi)皮摩擦產(chǎn)生的切線力，APS指作用于狹窄病變的血流動力學(xué)應(yīng)力的軸向分量。有研究顯示，WSS與冠狀動脈功能性狹窄相關(guān)，但其并非功能性狹窄的獨(dú)立預(yù)測因子[10]。另有研究報(bào)道，F(xiàn)FR≤0.8組的APS明顯高于FFR>0.8組，但未對其診斷效能進(jìn)行評估[11]。WSS與APS不僅可提供局部血流動力學(xué)信息，還可識別易損斑塊及罪犯血管[12]，但其評估冠狀動脈功能性狹窄的準(zhǔn)確性尚需大量研究證實(shí)。

3 基于管腔內(nèi)密度衰減的參數(shù)

行CCTA檢查時造影劑的變化可反映與血液流動相關(guān)的信息[13]。基于此，研究者們提出一系列用來量化常規(guī)CCTA圖像中造影劑變化的參數(shù)，包括管腔內(nèi)密度衰減梯度(transluminal attenuation gradient，TAG)、校正的冠狀動脈腔內(nèi)密度(corrected coronary opacification，CCO)、校正的管腔內(nèi)密度衰減梯度(transluminal attenuation gradient-corrected coronary opacification，TAG-CCO)、腔內(nèi)衰減血流編碼(transluminal attenuation flow encoding，TAFE)及對比密度差(contrast density difference，CDD)等，筆者將分別介紹這些參數(shù)評估冠狀動脈功能性狹窄的診斷價值。

3.1 TAG

TAG定義為冠狀動脈管腔內(nèi)密度衰減與距冠狀動脈開口長度之間的線性回歸系數(shù)，反映造影劑通過血管腔的下降情況，有可能間接評估冠狀動脈血流量。測量方法是從冠狀動脈開口處起到管腔橫截面積為2 mm2止，每隔5 mm在軸位圖像顯示的管腔中央放置大小為1 mm2的感興趣區(qū)并測量平均CT值，建立管腔CT值與距冠狀動脈開口長度之間的線性回歸模型，此回歸系數(shù)即為TAG值。有研究顯示，以FFR為參考標(biāo)準(zhǔn)，TAG診斷冠狀動脈功能性狹窄的能力高于CCTA狹窄程度但不如FFRCT[14]。另有研究報(bào)道，不管參考何種標(biāo)準(zhǔn)，TAG均不能有效地識別冠狀動脈功能性狹窄，且TAG+CCTA與單獨(dú)CCTA的診斷價值相當(dāng)[15-16]。目前TAG能否準(zhǔn)確地評估冠狀動脈功能性狹窄尚存在爭議，究其原因主要與TAG值變異性較大有關(guān)。TAG值易受CT掃描機(jī)型、采集時相、造影劑、心輸出量及圖像質(zhì)量等多種因素影響，降低了TAG對功能性狹窄的診斷效能[17]。理論上講，在一次心動周期中獲取的CT圖像是TAG應(yīng)用的理想條件，因?yàn)閱未螔呙杩杀苊鈷呙钑r相不均一對冠狀動脈內(nèi)造影劑的影響。Fujimoto等[18]研究表明通過結(jié)合冠狀動脈血流生理信息可提高TAG的準(zhǔn)確性。

TAG是最早提出的，應(yīng)用最為廣泛，不僅可提高CCTA對管腔狹窄程度診斷的準(zhǔn)確性，還有可能使狹窄程度重新分級，尤其在鈣化病變中具有重大價值[19]。雖然評價功能性狹窄的診斷效能尚存在爭議，但近年來的研究表明通過降低影響因素可提高TAG的準(zhǔn)確性。此外，還有學(xué)者將TAG應(yīng)用于心肌橋[20]、動脈瘤[21]以及側(cè)支循環(huán)[22]等的評估中，已取得較好成果。

3.2 CCO

3.3 TAG-CCO

TAG-CCO定義為冠狀動脈和同層面主動脈管腔密度的比值與距冠狀動脈開口長度之間的線性回歸系數(shù)，是Stuijfzand等[23]為校正圖像采集時相對TAG的影響而提出的，測量方法是在TAG的基礎(chǔ)上加測同層面主動脈CT值。早期研究結(jié)果顯示TAG-CCO診斷冠狀動脈功能性狹窄的能力高于CCTA[23]，但近幾年研究表明TAG-CCO在識別功能性狹窄方面不能提供比單獨(dú)CCTA更高的診斷價值[15]。雖然TAG-CCO可避免圖像采集時相對TAG的影響，但評估功能性狹窄的診斷效能仍存在爭議。此外，還有學(xué)者將TAG-CCO應(yīng)用于心肌橋[29]和支架內(nèi)再狹窄[30]等的評估中，已取得較好成果。

3.4 TAFE

TAFE是一種無創(chuàng)性測量冠狀動脈血流量的新方法，由4個常規(guī)參數(shù)(包括TAG、造影劑動脈輸入時間間隔、平均橫截面面積和血管長度)通過公式計(jì)算得出。Bae等[31]研究證實(shí)單位心肌血流量隨狹窄程度的增加而持續(xù)下降，血流速度則通過微血管阻力和管腔的代償性降低而保持不變。結(jié)果顯示，由TAFE計(jì)算的狹窄和正常血管流量比與CFD模型計(jì)算的流量比具有很好的一致性，TAFE測得的冠狀動脈血流量與CT心肌灌注成像得出的血管特異性心肌血流量有很好的相關(guān)性。TAFE無需復(fù)雜的計(jì)算即可提供全面的冠狀動脈生理學(xué)信息，比TAG考慮的因素更多，其診斷冠狀動脈功能性狹窄的效能應(yīng)優(yōu)于TAG，但目前相關(guān)報(bào)道較少，仍需進(jìn)一步研究證實(shí)。

3.5 CDD

4 CCTA定量指標(biāo)

隨著CT采集技術(shù)和數(shù)據(jù)重建軟件的發(fā)展，在后處理工作站上可快速地評估冠狀動脈管腔狹窄程度、斑塊特征及病變周圍脂肪，研究結(jié)果顯示，這些CCTA定量指標(biāo)與血管特異性缺血密切相關(guān)。在狹窄定量指標(biāo)方面，最小管腔面積和最大面積狹窄率是冠狀動脈功能性狹窄的獨(dú)立預(yù)測因子[33]。在斑塊特征方面，斑塊長度、非鈣化斑塊體積、重構(gòu)指數(shù)及餐巾環(huán)征能獨(dú)立地預(yù)測功能性狹窄[34]。另有研究報(bào)道，血管周圍脂肪密度指數(shù)是功能性狹窄的獨(dú)立預(yù)測因子[35]。最新研究表明，將患者的臨床資料及CCTA定量斑塊特征通過機(jī)器學(xué)習(xí)進(jìn)行客觀組合可提高其對功能性狹窄的預(yù)測能力[32]。在常規(guī)CT后處理工作站測得的CCTA定量指標(biāo)可無創(chuàng)性地評估冠狀動脈功能性狹窄，具有操作簡單和可重復(fù)測量等優(yōu)勢，隨著斑塊定量分析技術(shù)的精準(zhǔn)細(xì)化，CCTA定量指標(biāo)未來會有更好的應(yīng)用前景。

5 泊肅葉冠狀動脈指數(shù)

血液在心血管系統(tǒng)中的流動取決于泊肅葉和伯努利闡明的管內(nèi)液體流動原理。據(jù)泊肅葉方程所述，通過狹窄管腔的流動阻力與半徑的4次方成反比，與狹窄長度成正比，而泊肅葉冠狀動脈指數(shù)具體指病變長度與最小管腔直徑4次方的比值(ratio of lesion length to the forth power of minimal lumen diameter，LL/MLD4)。研究結(jié)果顯示，LL/MLD4是冠狀動脈功能性狹窄的獨(dú)立預(yù)測因子，當(dāng)LL/MLD4>3.54時診斷功能性狹窄的敏感度為92.3%，特異度為86.1%[36]。最新研究表明，以瞬時無波形比率為參考標(biāo)準(zhǔn)時，LL/MLD4可提高單獨(dú)CCTA對血流動力學(xué)顯著狹窄的檢出率[25]。另有研究報(bào)道，LL/MLD4識別功能性狹窄的能力高于CCTA、TAG及CCO[24]。LL/MLD4本質(zhì)上屬于CCTA定量指標(biāo)，測量方法簡單，但目前相關(guān)研究較少，其準(zhǔn)確性尚需大量研究證實(shí)。

6 小結(jié)與展望

目前的研究表明，這些方法對冠狀動脈功能性狹窄的無創(chuàng)性評估可行。FFRCT的診斷效能最高，現(xiàn)已取得較好的研究成果，有待在臨床中進(jìn)一步推廣；WSS與APS可反映斑塊局部生物力學(xué)特征，其準(zhǔn)確性仍需大量研究證實(shí)；TAG、CCO、TAG-CCO、TAFE及CDD是基于管腔密度衰減的參數(shù)，無需復(fù)雜的計(jì)算即可測得，但影響因素較多，診斷價值有待提高；CCTA定量指標(biāo)在后處理工作站上即可測得，具有較好的應(yīng)用前景；LL/MLD4的報(bào)道較少，其診斷效能尚需大量研究證實(shí)。將來，隨著CT技術(shù)的發(fā)展，這些方法會不斷改進(jìn)，有望成為指導(dǎo)臨床治療決策和評估預(yù)后的新手段。