基于深度學(xué)習(xí)下C TFFR與CCS患者危險(xiǎn)因素的相關(guān)探討?

徐 彧 杜豐夷 劉 蕾 楊 燕 趙思敏 李小圳 趙天佐 陳正光

1.北京中醫(yī)藥大學(xué)東直門醫(yī)院(北京 100700)

2.北京中醫(yī)藥大學(xué)東直門醫(yī)院放射科(北京 100700)

3.北京中醫(yī)藥大學(xué)東直門醫(yī)院通州院區(qū)放射科(北京 101100)

自1993年[1]血流儲備分?jǐn)?shù)(fraction flow reserve，F(xiàn)FR)概念被提出后，有多項(xiàng)研究[2-5]探索基于冠狀動脈造影(coronary angiography,CAG)導(dǎo)絲下測量的FFR對于冠心病患者的價(jià)值，其對于心肌缺血的診斷、治療及預(yù)后評估價(jià)值不斷被驗(yàn)證，已發(fā)展為評價(jià)冠狀動脈功能學(xué)心肌血流動力學(xué)的“金標(biāo)準(zhǔn)”[6]。多項(xiàng)Meta分析[7-9]表明，以FFR＝0.8作為心肌缺血的閾值，F(xiàn)FR>0.8則臨床認(rèn)為無心肌缺血，F(xiàn)FR≤0.8則存在心肌缺血，且缺血程度隨FFR值降低而增加。

由于有創(chuàng)FFR在臨床應(yīng)用中有一定局限性[10]，基于冠脈CTA(coronary artery computed tomography angiography，CCTA)檢查下的FFR(即CT-FFR)，在保持高診斷效能的基礎(chǔ)上可以一定程度彌補(bǔ)其臨床應(yīng)用中的局限，綜合國內(nèi)外多項(xiàng)基于CCTA下的FFR 研究[11-16]表明CT-FFR與有創(chuàng)FFR相比具有較好的一致性，診斷效能較高，敏感性、特異性均較高。CT-FFR目前的計(jì)算方法主要分為流體動力學(xué)和人工智能機(jī)器深度學(xué)習(xí)兩大類。在現(xiàn)今醫(yī)療人工智能的大趨勢下，人工智能下的深度學(xué)習(xí)技術(shù)在不斷完善中應(yīng)用于臨床研究。深度學(xué)習(xí)下CT-FFR[17-18]作為機(jī)器學(xué)習(xí)中的一種，已在國內(nèi)多家醫(yī)院開始試驗(yàn)性臨床應(yīng)用。目前關(guān)于冠脈CTA的診斷的研究多為其解剖結(jié)構(gòu)的狹窄、斑塊的性質(zhì)等，功能學(xué)評價(jià)與相關(guān)臨床數(shù)據(jù)的研究。本研究針對慢性冠脈綜合征(chronic coronary syndrome，CCS)患者，探究其整支冠狀動脈及三大分支在不同CT-FFR區(qū)間值與高血壓、2型糖尿病(Type 2 diabetes，T2DM)、高脂血癥、高尿酸血癥及吸煙、飲酒幾項(xiàng)暴露因素的關(guān)系。

1 資料與方法

1.1 一般資料回顧性分析2018年6月至2021年6月于北京中醫(yī)藥大學(xué)東直門醫(yī)院已行冠脈CTA的CCS住院患者，篩選冠脈CTA結(jié)果為中重度的患者。CCS納入標(biāo)準(zhǔn)按照《2019年ESC慢性冠狀動脈綜合征(chronic coronary syndrome，CCS)診斷和管理指南》[19]。

排除標(biāo)準(zhǔn)：既往行冠狀動脈血運(yùn)重建；肌橋；CTA掃描圖像質(zhì)量不合格(呼吸錯(cuò)層偽影、斷層、層厚>1毫米等)。最終納入184例患者共552支血管，分析其冠狀動脈整支、左前降支 (Left anterior descending,LAD)、左回旋支(Left circumflex,LCX)、右冠狀動脈(Right coronary artery，RCA)的CT-FFR，并收集其一般資料，患者年齡34～88(66.1±11)歲，其中男102例，女82例，通過院內(nèi)電子病歷系統(tǒng)，查詢其入院期間既往病史、個(gè)人史、家族史及診斷等相關(guān)信息。

1.2 檢查方法和數(shù)據(jù)測量

1.2.1 CCTA掃描 使用Siemens新雙源CT進(jìn)行冠狀動脈掃描，患者心率控制在90次/min以下，心率>90次/min者可于檢查前1小時(shí)予倍他樂克(口服)25～75mg，檢查前告知風(fēng)險(xiǎn)，簽署知情同意書。掃描參數(shù)：管電壓 100～120kV，管電流100～300 mAs/350～450mA，準(zhǔn)直器寬度 128×0.625mm，層厚 0.5mm，層間距 0.5mm，X線管轉(zhuǎn)速0.27s/轉(zhuǎn)，矩陣512×512。采用前瞻性心電門控及對比劑跟蹤技術(shù)(110HU)，以4～5mL/s的流率于肘正中靜脈注射對比劑碘海醇(北陸，100mL：35g)。采用三時(shí)相注射法：第1時(shí)相注射對比劑，第2時(shí)項(xiàng)注射對比劑和生理鹽水，第3時(shí)相注射生理鹽水。掃描數(shù)據(jù)經(jīng)MPR、MIP、CPR及VR重建。

1.2.2 CT-FFR的測量 將CCTA掃描后的多平面重組(MPR/斷面層)DICOM格式圖像，導(dǎo)入DEEPVESSEL-FFR 平臺(DVFFR深脈分?jǐn)?shù)，北京昆侖醫(yī)云科技有限公司)，該軟件根據(jù)Poiseuille定律和Navier-Stokes方程計(jì)算流體力學(xué)特征融合深度學(xué)習(xí)模擬算法進(jìn)行計(jì)算，DVFFR將自動識別冠狀動脈的管腔及中心線，提取其算法所需幾何特征，并對其進(jìn)行分析處理并生成報(bào)告，可計(jì)算出冠脈的各支CT-FFR值及各支任意部位的CT-FFR值，并通過偽彩圖將數(shù)值可視化。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法使用SPSS 26.0 對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，將血管分為CT-FFR>0.8組(無缺血組)、CT-FFR≤0.8組(特異性缺血組)。連續(xù)變量采用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示，采用多因素logistic回歸分析其與各暴露因素的相關(guān)性，置信區(qū)間為95%。以分析結(jié)果P<0.05為其具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，B值(相關(guān)系數(shù))判斷其正負(fù)相關(guān)。

2 結(jié) 果

2.1 基本臨床資料184例患者，平均年齡為66.1±11歲，其中男102例，女82例；整支有缺血組(n＝87)，非缺血組(n＝97)；LAD缺血組(n＝56)，非缺血組(n＝128)；LCX缺血組(n＝47)，非缺血組(n＝137)；RCA缺血組(n＝45)，非缺血組(n＝139)；經(jīng)非參數(shù)秩和檢驗(yàn)組間無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P>0.05)。

2.2 各危險(xiǎn)因素與CT-FFR的相關(guān)性納入年齡、性別、有無高血壓等構(gòu)建多因素Logistic回歸方程。結(jié)果發(fā)現(xiàn)CCS合并T2DM患者對CT-FFR下的心肌缺血的影響具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(OR值＝2.662，95%CI 1.541～4.601，P<0.001)，即T2DM患者比非T2DM患者基于CT-FFR下的整支冠脈發(fā)生心肌缺血風(fēng)險(xiǎn)高2.662倍，見表1。

表1 整支冠脈無缺血與特異性缺血組的logistic分析

LAD的特異性缺血組與非缺血組在暴露因素的Logistic回歸結(jié)果見表2，其中CCS合并T2DM患者的P＝0.001(OR值＝2.332，95%CI 1.393～3.906，P<0.05)有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；T2DM患者比非T2DM患者基于CT-FFR下LAD的缺血風(fēng)險(xiǎn)高2.332倍，見表2。

表2 LAD無缺血與特異性缺血組的logistic分析

LCX的特異性缺血組與非缺血組在暴露因素的Logistic回歸結(jié)果見表3，其中CCS合并T2DM患者的P＝0.000(OR值＝2.837，95%CI 1.623～4.959，P<0.001)有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，即T2DM患者比非T2DM患者的LCX缺血風(fēng)險(xiǎn)高2.837倍。其中一般資料中性別P＝0.001(OR值＝0.328，95%CI 0.166～0.648，P<0.05)，B值為-1.114，男性與LCX缺血存在負(fù)相關(guān)，即女性相較男性在基于CT-FFR下LCX的缺血風(fēng)險(xiǎn)高32.8%，見表3。

表3 LCX無缺血與特異性缺血組的logistic分析

RCA的特異性缺血組與非缺血組在暴露因素的多因素Logistic回歸統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表4，其中CCS具有吸煙史患者的P＝0.043(OR值=2.173，95%CI 1.024-4.610，P<0.05)有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，即吸煙與深度學(xué)習(xí)的CTFFR診斷下RCA的心肌缺血具有相關(guān)性，且吸煙患者比不吸煙患者的RCA缺血概率高2.173倍，見表4。

表4 RCA無缺血與特異性缺血組的logistic分析

3 討 論

DISCOVER -FLOW研究[16]、DeF ACTO研究[15]、NXT研究[14]三大研究肯定了CT-FFR在FFR比較下的診斷價(jià)值，CT-FFR具有較高的準(zhǔn)確性以及特異性和敏感性，CT-FFR在CCTA的基礎(chǔ)上不僅滿足冠狀動脈的形態(tài)學(xué)評價(jià)又同時(shí)實(shí)現(xiàn)了其功能學(xué)評價(jià)，使得在無創(chuàng)的條件下更全面的評估冠狀動脈的病變情況。但對于FFR的灰色區(qū)域0.8～0.75對缺血的一致性評價(jià)存在一定的質(zhì)疑[10,20-21]，所以本研究以0.8公認(rèn)閾值為分組界值，未進(jìn)行FFR數(shù)值下缺血程度的進(jìn)一步區(qū)分。

多項(xiàng)研究[22]表明當(dāng)T2DM患者的血管長期暴露在高血糖和胰島素抵抗環(huán)境下，其內(nèi)皮細(xì)胞和血管平滑肌細(xì)胞發(fā)生功能障礙。本研究通過對184例CCTA下具有中重度狹窄的CCS患者與相關(guān)危險(xiǎn)因素的統(tǒng)計(jì)結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)，T2DM因素?zé)o論在整支冠脈還是LAD、LCX中均有增加其功能缺血的風(fēng)險(xiǎn)。此結(jié)果可能與各分支供血分布情況有關(guān)，雖然冠狀動脈的解剖分布是以右冠優(yōu)勢型常見，但左冠狀動脈在心臟血液供應(yīng)中處于主導(dǎo)地位，是心臟血液供應(yīng)的主要來源，左冠的血流量及供血范圍可能導(dǎo)致了高血糖介導(dǎo)下的相關(guān)損傷因素?fù)碛懈鄼C(jī)會損傷血管，從而在糖尿病患者中此分支更易發(fā)生病變。

在LCX功能缺血中男性風(fēng)險(xiǎn)較女性低，在此研究樣本量中女性的平均年齡在68.1±11.6歲，此結(jié)果的出現(xiàn)可能與女性患者在絕經(jīng)后雌激素水平嚴(yán)重下降，而雌激素水平的降低可能加速血管內(nèi)皮損傷、血清膽固醇異常等[23-24]，從而在動脈粥樣硬化中扮演重要角色。但目前無相關(guān)研究指出女性或激素水平與LCX的缺血及粥樣硬化機(jī)制上存在聯(lián)系，此部分結(jié)果有待大樣本量的臨床數(shù)據(jù)及相關(guān)基礎(chǔ)研究支持。

吸煙作為冠心病的獨(dú)立危險(xiǎn)因素，相關(guān)研究[25-26]分析表明吸煙可影響動脈粥樣硬化進(jìn)程的所有階段，氧化應(yīng)激等導(dǎo)致的血小板活化、白細(xì)胞活化、脂質(zhì)過氧化和平滑肌增生等血管內(nèi)皮功能紊亂，增加炎癥和血栓形成。本研究結(jié)果吸煙可能增加RCA在CT-FFR下的缺血風(fēng)險(xiǎn)，目前僅有部分文獻(xiàn)[27]指出中年吸煙人群與右心室的收縮及舒張功能惡化有獨(dú)立相關(guān)性，從RCA供血區(qū)域看RCA閉塞時(shí)會導(dǎo)致右心室的供血不足，但吸煙與右心室缺血的相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道較少。

以往研究[28]多是基于CCTA下解剖學(xué)狹窄程度、斑塊性質(zhì)、CT值等與臨床相關(guān)因素的相關(guān)性，本研究從冠狀動脈的功能學(xué)評價(jià)中尋求與臨床資料的相關(guān)性，從而挖掘CT-FFR在臨床中的相關(guān)價(jià)值。

本研究仍存在一定的局限性：回顧性研究，存在一定偏倚；結(jié)果易受CCTA圖像質(zhì)量的影響，且深度學(xué)習(xí)的算法在不斷更新中；未對CT-FFR的單支及多支病變與治療及預(yù)后進(jìn)行研究。今后應(yīng)提高CCTA圖像質(zhì)量，做多中心、大樣本量的實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步完善研究。

綜上所述，研究結(jié)果顯示在CT-FFR檢測結(jié)果分析中CCS患者更易受T2DM因素的影響，促進(jìn)心肌功能缺血的發(fā)生，在LCX功能缺血中，女性的風(fēng)險(xiǎn)可能較男性高，吸煙可能提高RCA的缺血風(fēng)險(xiǎn)，但后兩者分析結(jié)果缺乏與LCX、RCA之間定位的基礎(chǔ)證據(jù)。本研究提示在臨床中CCS患者應(yīng)警惕糖尿病對冠狀動脈功能缺血的影響，在疾病的預(yù)防中，對于CCS合并T2DM患者應(yīng)積極控制血糖，減少血糖對冠狀動脈供血的影響。此研究基于深度學(xué)習(xí)下的CT-FFR與危險(xiǎn)因素的相關(guān)也從另一角度體現(xiàn)出影像學(xué)技術(shù)對于臨床診斷及治療上的意義，反映出影像技術(shù)在疾病的預(yù)防中可能發(fā)揮的作用。