CT及其衍生技術評價冠狀動脈鈣化病變的研究進展

紀欣強　單冬凱　王凡　趙潤濤　楊俊杰

【摘要】冠狀動脈鈣化病變是引起冠狀動脈CT血管成像在診斷冠狀動脈疾病時的診斷準確性和特異性大幅降低的重要原因。然而，冠狀動脈CT血管成像評價冠狀動脈疾病患者冠狀動脈鈣化病變時，影像采集設備、重建后處理及模擬計算技術的選擇和應用目前尚缺乏規范和指導?，F對CT及其衍生技術用于冠狀動脈疾病患者冠狀動脈嚴重鈣化病變診斷時的原理、選擇以及臨床應用做一綜述。

【關鍵詞】計算機斷層掃描；冠狀動脈疾??；冠狀動脈鈣化病變；無創影像診斷

【DOI】10.16806/j.cnki.issn.1004-3934.2024.03.009

Evaluation of Coronary Artery Calcification Using CT and Its Derivative Techniques

JI Xinqiang1，SHAN Dongkai2，WANG Fan1，3，ZHAO Runtao1，YANG Junjie1，2

（1.Medical School of Chinese PLA，Beijing 100853，China；2.Senior Department of Cardiology，The Sixth Medical Center，Chinese PLA General Hospital，Beijing 100048，China；3.Department of Cardiology，The Second Medical Center & National Clinical Research Center for Geriatric Diseases，Chinese PLA General Hospital，Beijing 100853，China）

【Abstract】Coronary artery calcification significantly diminishes the diagnostic accuracy and specificity of coronary CT angiography （CCTA） in the diagnosis of coronary artery disease （CAD）.However，the current state of the field lacks standardization and guidance regarding the selection and application of CCTA equipment，reconstruction，and simulation computing in the evaluation of coronary artery calcification in patients with CAD.This article provides an academic review of the principle，selection，and clinical application of these diagnostic methods in patients with coronary artery calcification who are diagnosed with CAD.

【Keywords】Computer tomography；Coronary artery disease；Coronary artery calcification；Noninvasive imaging diagnosis

對于懷疑穩定型冠狀動脈疾?。╟oronary artery disease，CAD）的患者，目前的國際指南推薦無創檢測作為一線診斷手段［1］。其中冠狀動脈CT血管成像（coronary CT angiography，CCTA）設備易開展、操作簡便、準確性高，已在臨床中廣泛使用。冠狀動脈鈣化病變的暈染偽影和部分容積效應可影響管腔邊界和內部結構的測量，導致CCTA診斷CAD的準確性和特異性大幅降低［2-3］。在影像采集設備和重建后處理維度上，雙源雙能量CT成像（dual-source dual-energy CT imaging，DSCT）技術利用兩種不同的X射線譜能量采集兩個獨立的數據集；光子計數CT（photon-counting CT，PCCT）技術可記錄各個光子的相互作用，并使其轉化為能量分辨CT技術；二者及其衍生的重建后處理技術對于冠狀動脈嚴重鈣化病變CAD的診斷均有較高價值［4-5］。在模擬計算技術中，CT心肌灌注（CT myocardial perfusion，CTP）和CT血流儲備分數（CT-derived fractional flow reserve，CT-FFR）是近年來發展迅速的功能學評價手段，可明顯提高CCTA診斷效能，并實現 “一站式”檢查模式［6］。CTP技術可根據血流量的對比變化診斷心肌缺血，并定量計算心肌血流量（myocardial blood flow，MBF）［7］；CT-FFR技術可在CCTA圖像基礎上計算冠狀動脈流體動力學信息，無需額外的輻射和操作，易于患者接受和臨床推廣［8］?，F綜述各技術用于冠狀動脈嚴重鈣化病變的進展，討論比較幾種 CCTA的影像采集設備、重建后處理及模擬計算技術用于冠狀動脈嚴重鈣化病變CAD患者診斷時的優劣，并探討CCTA檢查手段的選擇。

1 CCTA的影像采集設備和重建后處理技術

1.1 DSCT及其重建后處理技術

DSCT能獲取完全同步數據，圖像錯配率低，CCTA最前沿成果都是通過最新的DSCT獲得的［9］。DSCT的兩個X射線球管可提供80 kV的最大差值范圍，這種改進意味著更準確的雙能信息和更精細的密度識別［10］。多項研究及實踐已證明以DSCT為基礎的重建后處理技術可提高診斷準確性和圖像質量，其中虛擬單能量圖像（virtual monoenergetic images，VMI）、虛擬平掃（virtual non-contrast，VNC）重建和心肌灌注碘圖在CAD診斷中的應用具有較好的效果。VMI可設定一個理想的能量水平完成圖像后處理，并通過優化噪聲比來提高圖像質量，有助于減少造影劑劑量、輻射劑量和檢查時間［11］。VMI可調整DSCT獲得圖像的能量水平，減少暈染偽影和部分容積效應［12］。既往研究［13］表明，高能量水平VMI（≥110 keV）可顯著減少鈣化暈染偽影，提高圖像質量和診斷效能。VNC通過一次DSCT圖像采集獲得造影前和動脈期的數據，從而減低患者接受的輻射劑量。VNC有助于區分造影劑和鈣化斑塊，有研究［14］已證實其在冠狀動脈鈣化評分中的應用是可行的。DSCT獲取的心肌灌注碘圖聯合CCTA診斷CAD，較心臟磁共振成像、單光子計算機斷層掃描和有創導管血管造影具有更好的診斷準確性 ［15-16］。

1.2 PCCT及其重建后處理技術

與傳統DSCT相比，PCCT能計算X射線光子的總數及其分布，從而提高對比噪聲比和能量分辨率。PCCT半導體材料的使用以及探測器單元分類的精確選擇可使PCCT獲得更高空間分辨率的圖像，有助于精確評估嚴重鈣化冠狀動脈管腔的通暢性［17］。獲取同樣的圖像質量時，PCCT可顯著減少輻射劑量，PCCT在顱骨中應用時輻射劑量可減少85%［18］，造影劑用量亦明顯減少。最重要的是，在DSCT的基礎上，PCCT在每個層面均可實現多能量數據（“顏色信息”）的掃描，這種多層面且標準一致的數據更加有助于CAD的診斷。Rajendran等［19］研究證實，“顏色信息”可解決冠狀動脈鈣化的暈染偽影這一難題。一項針對PCCT評估冠狀動脈嚴重鈣化病變患者冠狀動脈狹窄情況的研究［20］發現，與DSCT完成的CCTA相比，只有PCCT完成的CCTA可評估嚴重鈣化的冠狀動脈管腔狹窄（環狀鈣化斑塊，狹窄面積75%），識別管腔未完全堵塞，表明PCCT完成的CCTA具有評估冠狀動脈嚴重鈣化斑塊的潛力，但該研究是利用人體模型進行的，臨床研究尚在進行中?；诩韧环N去除鈣化的重建后處理方法［21］，Allmendinger等［22］在PCCT完成的CCTA中原創了一種新型去除鈣化的重建后處理技術（PureLumen），可在人體模型中有效減少鈣化病變引起的鈣化暈染偽影，而且在運動狀態下仍能保持診斷性能，目前正在進行臨床研究進一步證實。Eberhard等［23］應用基于PCCT進行VMI重建評價冠狀動脈鈣化積分，發現其診斷準確性較好。

1.3 CCTA重建后處理技術

目前針對冠狀動脈鈣化病變，一些研究正在發掘CCTA重建后處理技術，用于弱化、去除鈣化對冠狀動脈評估的影響。Mannil等［21］在評價頸動脈CT血管成像中引入了一種可去除鈣化影響的重建后處理方法，驗證了這種方法的可行性。Li等［24］在CCTA中使用了一種去除鈣化暈染偽影的重建后處理算法，與傳統的重建方法相比，新的算法可有效減少暈染偽影，從而提高CCTA評估鈣化嚴重病變CAD的診斷準確性。Okutsu等［25］通過CCTA獲取的鈣化斑塊最大CT密度估算鈣化厚度，與光學相干斷層掃描測量鈣化的傳統方法相比，該方法能更準確地評價鈣化斑塊的范圍。Otgonbaatar 等［26］的研究發現，在腦血管CT血管成像中，深度學習重建方法可提高CT血管成像的圖像質量，但目前尚未應用于CCTA。

2 CCTA的模擬計算技術

2.1 CTP

CTP技術可分為動態CTP及靜態CTP技術，二者在CAD的診斷、危險分層、治療和預測預后中均具有較好的應用價值。其中，動態 CTP可通過使用心肌負荷藥物提高心肌做功，根據CTP下心肌不同節段的造影劑密度模擬計算MBF的相對值和絕對值，量化評估相應區域的血供狀態，從而間接反映相應冠狀動脈的功能狀態，可避免冠狀動脈支架及鈣化對管腔結構判斷的影響，既往研究已證實了CTP在評估冠狀動脈支架內再狹窄中具有較好的診斷效能［27］，而其在嚴重鈣化病變CAD患者中的應用也具有臨床意義［28］。在一項前瞻性研究［29］中，由MBF計算出的負荷心肌血流量比值在評價阻塞性CAD患者的冠狀動脈病變時具有很好的準確性。El Mahdiui等［30］前瞻性納入131例有穩定胸痛癥狀的患者，均行CTP及CCTA檢查，根據Agatston評分（Agatston score，AS）分組進行多變量分析。結果發現，大多數冠狀動脈嚴重鈣化病變患者在CTP檢查中發現藥物負荷狀態下心肌缺血的證據，進一步分析顯示AS是CTP藥物負荷狀態下心肌缺血的唯一獨立預測指標。CORE320前瞻性研究［31-33］以AS分層（1～300及≥400），計算ROC曲線下面積以評估CTP的診斷性能。結果顯示，在疑似CAD或已診斷CAD患者中，合并冠狀動脈嚴重鈣化病變（AS≥400）時，聯合CCTA和CTP比單純使用CCTA或CTP有更好的診斷準確性，該研究推薦在冠狀動脈嚴重鈣化病變的患者中聯合CCTA和CTP評估CAD。

2.2 CT-FFR

CT-FFR將血液視為牛頓流體，通過心肌體積和心肌血流間的關系模型、血管粗細和血流阻力間的關系模型，模擬計算出最大充血狀態下冠狀動脈的局部壓力［34］。Zhao等［35］前瞻性納入了來自CT-FFR CHINA研究中的305例患者（348支靶血管），分別在患者和血管水平上，分析各AS組的CT-FFR對血流動力學顯著病變的診斷效能。結果顯示，CT-FFR測量值誤差與AS呈正相關，但冠狀動脈鈣化病變對于CT-FFR的診斷效能無顯著影響。Di Jiang等［36］回顧性納入442例患者的544支血管，發現無論隨著鈣化弧、鈣化重構指數還是AS的升高，CT-FFR的診斷性能幾乎不受影響，且均高于CCTA，但當鈣化程度超過一定程度時，CT-FFR的診斷性能出現了一定程度的下降。Mickley等［37］前瞻性納入FACC研究中AS＞399的CAD患者260例，在90 d的隨訪中評估了每個患者的CT-FFR、冠狀動脈血運重建和主要不良臨床事件之間的聯系。結果發現，與最低CT-FFR相比，共定位CT-FFR可提高診斷的準確性和特異性。術后90 d隨訪CT-FFR＞0.80的患者，行冠狀動脈血運重建的患者較少，均無主要不良臨床事件發生。在TARGET研究［38］中，首次將CT-FFR應用于指導CAD的臨床決策，并對預后進行隨訪，發現CT-FFR的臨床應用具有較好的效果及經濟學效益。

3 應用局限性

上述幾種CCTA影像采集設備、重建后處理及模擬計算技術在診斷冠狀動脈嚴重鈣化病變的CAD時均具有各自的優勢，但在臨床驗證及應用上仍存在許多問題。DSCT技術的一些缺點限制了其在臨床上的使用及推廣：DSCT儀器價格昂貴，成本大約比同等的單能量CT高出25%，其重建后處理系統的成本同樣大幅增加；對進行掃描和后處理的醫生和技師要求較高，需更系統化的培訓和長時間的經驗積累才能做到熟練和準確的操作；DSCT的兩個能量數據集有出現錯配的可能［39］。DSCT技術雖然通過VMI、VNC重建后處理可較傳統CCTA 更加準確地評價嚴重鈣化的CAD，但仍不能完全避免鈣化暈染偽影的影響［13-14］；心肌灌注碘圖雖可提高心臟CT掃描診斷CAD的診斷準確性，但目前尚無研究對冠狀動脈嚴重鈣化病變診斷效能的影響進行探討［15-16］。PCCT技術雖在DSCT技術的基礎上可獲得空間分辨率更高、密度對比更明顯的圖像，其重建后處理技術如去除鈣化重建（PureLumen）、VMI重建亦優于傳統能量CT，但PCCT技術圖像及后處理數據龐大，而且其臨床推廣才剛剛開始，許多研究仍停留在實驗室階段，其臨床驗證及應用尚需進一步探索［4，20］。在CORE320研究［31-33］中，研究者通過對較大樣本量進行了分層分析，最終得出了在冠狀動脈嚴重鈣化病變的患者中推薦聯合CCTA和CTP評估CAD的結論，但該研究納入人群并非完全由冠狀動脈嚴重鈣化病變人群組成，且并未完全排除支架植入術后的患者。El Mahdiui等［30］雖然發現AS是負荷CTP心肌缺血的唯一獨立預測指標，但該研究CTP檢查采用靜態CTP的主觀評價方法，并未對心肌缺血進行量化評估。CT-FFR CHINA研究［35］結果顯示冠狀動脈鈣化病變對于CT-FFR的診斷效能無顯著影響，但該研究納入的冠狀動脈嚴重鈣化病變患者的比例較少。Di Jiang等［36］發現無論隨著鈣化弧、鈣化重構指數還是AS的升高，CT-FFR的診斷性能幾乎不受影響，且仍高于CCTA，但當鈣化程度超過一定程度時，CT-FFR的診斷性能出現了一定程度的下降；該研究還發現，與有創FFR對應的CT-FFR測量位置并非冠狀動脈鈣化病變最嚴重的位置，究竟是管腔最嚴重鈣化處還是管腔最狹窄處引起了血流變化，還需進一步研究。Mickley等［37］研究發現與CT-FFR相比，共定位CT-FFR提高了診斷的準確性和特異性，但未對共定位CT-FFR優勢是由鈣化導致的非特異性缺血引起，還是由冠狀動脈鈣化暈染偽影造成的進行探討。

4 討論與未來展望

冠狀動脈鈣化病變造成的暈染偽影對CCTA冠狀動脈解剖學評價的影響很難消除，只有將CCTA影像采集設備、重建后處理及模擬計算技術互補、結合才能更準確地評價CAD患者的嚴重鈣化病變。在CCTA影像采集設備、重建后處理技術方面，目前的臨床應用還十分有限，只有硬件、軟件設備成本進一步降低，操作更加簡化，才能充分發揮這些技術的臨床作用，降低嚴重鈣化對CAD診斷的影響。在CCTA模擬計算技術方面，雖然既往多項研究［38，40］已證實了CT-FFR在CAD中評估病變、指導治療的能力，但其診斷效能與反應局部壓力的金標準有創FFR尚存在一定差距，故CT-FFR需探索冠狀動脈鈣化的范圍和種類對其結果的影響，并探尋最理想的CT-FFR測量位置。ADVANCE研究［41］和Yan等［42］的研究聚焦于跨病變CT-FFR值變化——梯度CT-FFR（ΔCT-FFR），發現該指標能更準確地反映病變特異性冠狀動脈血流壓力變化，可一定程度上避免嚴重鈣化病變對局部圖像質量造成的影響。然而，ΔCT-FFR無法反映冠狀動脈的全局情況，最近一項研究［43］引入全局ΔCT-FFR（global ΔCT-FFR，GΔCT-FFR）的概念，該研究發現在非阻塞性CAD的糖尿病患者中，GΔCT-FFR與5年隨訪的預后相關，這種改進風險分層的新指標可用于糖尿病患者冠狀動脈整體血流動力學評估，為冠狀動脈嚴重鈣化病變CAD的診斷提供了新思路。CTP的優勢在于其聯合CCTA的“一站式檢查”不僅可用于阻塞性CAD的診斷，也可同時為CAD患者再灌注治療后微循環功能及遠期預后的評估提供思路。然而，目前針對合并冠狀動脈嚴重鈣化病變的CAD人群進行的動態CTP研究相對有限，未來需更多針對性研究，并對其治療、預后進行進一步探索。

相信隨著DSCT、PCCT及其重建后處理技術在臨床上不斷推廣，CT-FFR測量位置和范圍更加優化，CTP獲得更廣泛的臨床驗證和普及，未來CCTA在評價CAD患者冠狀動脈嚴重鈣化病變中一定會有很大突破。

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收稿日期：2023-08-10

基金項目：國家重點研發計劃課題（2021YFC2500505）

通信作者：楊俊杰，E-mail：fearlessyang@126.com