CT冠状动脉造影对冠状动脉斑块研究的诊断价值

高兴法 刘挨师

[摘要] 随着CT技术的日臻发展和完善，冠状动脉CT血管成像（CCTA）在冠心病的诊断中地位越来越突显，这种技术主要体现在不断提高的时间和空间分辨力上。64层甚至更高的MDCT可获得高精准的诊断率，同时也被广泛认为是无创冠状动脉血管检查的可替代方法。近来临床试验和科研通过CCTA更多倾向于对冠状动脉斑块的形态特征以及患者预后相关性的研究。本文简要讨论冠状动脉CT成像技术发展过程、斑块形态描述及界定与SPECT核素心肌功能显像比较。希望在临床检查中能够有全面、多模态影像检查方法作为无创检查金标准来界定斑块形态以及患者预后。

[关键词] 冠状动脑造影术；X线计算机体层摄影术；冠状动脉斑块；冠状动脉性心脏病

[中图分类号] R816.2 [文献标识码] A [文章编号] 1673-7210（2016）02（a）-0045-05

Diagnostic value of coronary imaging research on coronary plaque by computed tomography angiography

GAO Xingfa1 LIU Aishi2

1.Graduate School of Inner Mongolia Medical University， Inner Mongolia Autonomous Region， Huhhot 010050， China； 2.Department of Radiology， the Affiliated Hospital of Inner Mongolia Medical University， Inner Mongolia Autonomous Region， Huhhot 010050， China

[Abstract] Coronary CT angiography has been increasingly used in the diagnosis of coronary artery disease owing to rapid technological developments， which are reflected in the improved spatial and temporal resolution of the images. High diagnostic accuracy has been achieved with multidetector CT scanners （64 slice and higher）， and in selected patients coronary CT angiography is regarded as a reliable alternative to invasive coronary angiography. Recently， clinical practice and research are increasingly shifting toward defining the clinical implication of plaque morphology and patients outcomes by coronary CTA. In this review we discuss the development of technical aspects of coronary CTA and the coronary plaque morphology estimated by CTA beyond coronary angiography including the comparison to Stress nuclear MPI using single-photon emission tomography. It hopes that an integrated， multi-modality imaging approach will become the gold standard for noninvasive evaluation of coronary plaque morphology and outcome data in clinical practice.

[Key words] Coronary angiography； X-ray computed tomography； Coronary plague； Coronary artery disease

1999年問世的多排螺旋CT（MDCT）在时间和空间分辨力上有了显著提升，使得CT应用于临床疾病的更大范围检查。一些体内较小或者运动迅速的器官如心脏因此也能形成高质量的图像[1]，并且初期四层探测器的螺旋CT的运用经验就足以说明了MDCT在冠脉血管成像中潜在价值。随着扫描技术、软件及后处理工具的不断快速发展，心脏及冠脉成像成为了可能。近些年64层MDCT普及，多中心研究表明MDCT在检查冠心病（CAD）冠脉狭窄方面有稳定的准确性，这也就说明MDCT可以相对可靠地获得心脏的形态和功能成像[2]。最近256层、320排螺旋CT、双源CT（DSCT）、能谱CT的相继问世，有了更快的亚毫秒级扫描速度，更宽的容积覆盖范围，时间和空间分辨力有了更明显地提升[3]。初期由于冠脉的动脉粥样硬化问题导致MDCT临床应用受到一定局限，然而并未影响冠状动脉管腔在非侵入条件下如何可视成像这一问题成为研究的焦点。

1 CT技术的发展历程

第一代可行心电门控技术冠脉成像的大规模应用的CT机即电子束CT（EBCT），在20世纪90年代早期因其无创性就开始临床试验。当时就已经把时间分辨力提升至100 ms，但是受限于其空间分辨力及噪声对图像质量的影响，临床适用范围较小[4]。接着MDCT出现为冠脉成像提供了必要的技术支持，因为它可以在不改变传统X线球管和探测器旋转的设计下进行图像采集[5]。并且还提高了时间、空间分辨力，机架的旋转速度，同时拥有精确的心电门控数据重建算法，它的高时间分辨力可以重建获得相对应时相图像。2000年心电门控4层MDCT的研发，第一次证明了心脏冠脉的螺旋CT扫描是可行的[6]。由于时间分辨力没有达到足够高，所以高心率的患者检查还很难在临床开展。紧接着64层MDCT出现使冠脉CTA成像步入了高清图像时代，随后256层MDCT、DSCT、能谱CT（Spectral CT）相继研发问世。

虽然冠脉MDCT成像是 “步进式”，但是它的扫描是基于小螺距下持续扫描，所获得图像是采集了心动周期不同时相的数据，有的甚至在连续的多个心动周期采集。而心电门控技术可以回顾性重建所需的心动周期的任何时相数据，这就能够获得在心脏跳动最缓慢时的瞬时数据。其中心电门控包括了前瞻性和回顾性心电门控技术。另外此技术可以调整获取心动周期数据的多个时间段来满足心脏“动态” 成像和功能分析。到了DSCT面世，时间分辨力从165 ms降到了83 ms，几乎可以不受心率的影响直接进行冠状动脉的数据采集。

放射剂量：常规冠脉CT检查的放射剂量5～20 mSv[7]，低剂量冠脉CT扫描甚至降低至0.9 mSv[8-9]。对于放射剂量的影响因素较多，包括扫描的容积长度、X线束曝光量等。因此扫描范围应当尽量减小，另外可根据ECG相耦合自动调节X线的曝光，还可适当调节管电压、管电流以降低X线剂量。此外还可谨慎采用大螺距，合理前置滤线器，运用不同重建技术的不同重建算法如GE的适应性统计迭代重建、Siemens的图像空间迭代重建和正弦确定迭代重建算法。

2 冠脉斑块影像

MDCT出现以后，冠状动脉的不仅能观察血管狭窄程度，而且还能评估冠脉斑块的质和量，这与血管内超声（IVUS）和光学相干断层扫描（OCT）类似[10]。有研究利用个体化扫描方案在64层MDCT上获得的冠脉数据和IVUS数据在斑块区域的显示有良好的相关性。Voros等[11]关于CCTA与IVUS对于评估冠脉准确性的Meta分析研究表明CCTA过高地评估了管腔狭窄。由于容积效应影响，斑块的体积以及狭窄测量等都被放大。

MDCT在显示含有钙化成分斑块和无钙化成分斑块时的作用是不同的。和IVUS相比，MDCT也能够很好显示低密度非钙化性斑块，即便是富含纤维脂肪的斑块[12]。MDCT冠脉影像特征与急性冠脉综合征（ACS）发生有较高相似性[13]。其中影像特征包括进行性血管重塑、低密度斑块、点状钙化。当冠脉有进行性血管重塑、斑块密度<30 HU、点状钙化三者发生时，ACS的可能性大大增加。但是遺憾的是MDCT不能够很好描述内膜完整无损由纤维帽所引起的ACS。

DSCT在技术层面明显强于MDCT，时间分辨力降到了83 ms，甚至一些患者可以不用服用β受体阻滞剂。Westwood等[14]系统分析了DSCT在心律不齐、高心率患者评估冠脉狭窄的准确性。每个心律不齐患者被低估敏感性为97.7%的95%置信区间为88.0%～99.9%，而每个高心率患者被低估敏感性为97.7%的95%置信区间为93.3%～99.9%；特异性为81.7%的95%置信区间为71.6%～89.4%，而特异性为86.3%的95%置信区间为80.2%～90.7%。高钙化积分、冠脉支架植入后、肥胖、每支冠脉影像都可以获得，其敏感性也较高，特异性为71.9%～100%。

3 非梗死相关冠状动脉斑块成像

大约6%的PCI（经皮冠状动脉介入治疗）患者1年以后在临床上斑块有进行性进展，且需要再进行无靶目标的PCI治疗，这种斑块的进展对于加剧CAD的发生起到至关重要的作用[15]。研究表明[16]：急性心肌梗塞的患者中无罪犯血管的CTA图像上相较稳定性心绞痛且心肌灌注图像无异常的患者更容易观察到冠脉斑块，尤其是更容易观察到非钙化性、混合性、脆性的斑块。非钙化性斑块引起急性心肌梗塞的危险性比较高。MDCT可以清楚得显示与斑块破裂相关的脂质核和点状钙化。虽然引起ACS的机制尚未研究透彻，但由此可推测冠脉三支病变的急性心肌梗塞患者病变血管内可能有较多的脆性斑块，这些斑块具有明显引起ACS的潜在可能性。

近些年来研究表明冠心病的发生发展和代谢疾病的密切相关。Amano等[17]的研究指出代谢类疾病可导致富脂性斑块形成，脂质成分的增加却导致了斑块脆性，进而增加了ACS风险。在急性心肌梗塞组中，患有代谢综合征的患者较不患有代谢综合征的患者更容易出现正性重塑。这些试验结果是和最近的相关研究是相符的。

4 冠脉CTA、FFR-CT与核素心肌灌注显像（MPI）

单光子发射体层摄影术（SPETCT）获得的压力负荷下心肌灌注影像对于诊断冠脉狭窄以及判断狭窄危险程度可靠且无创的一种检查手段[18]。CTA上≥50%的冠脉狭窄却在MPI表现为可逆性的心肌显像缺损，这种不一致性较为常见。CTA和MPI是两种检查血管通畅程度的方法，各自有各自的特点。CTA上血管管腔狭窄50%以上时，只有50%被阻塞的血管才表现出异常MPI[19]。单纯从CTA上判断冠脉狭窄并不充分，更别说评估狭窄的程度。当冠脉狭窄≤60%时，缺血表现很少被观察到，一般来说狭窄严重到80%以上，缺血表现肯定出现。考虑到CT的空间分辨力，介于两者之间的狭窄程度还是不容易去评估的。因此当CTA和MPI两者结合，对于冠心病的诊断准确性就有了大大提高。130例拟诊CAD的患者同时检查CTA和MPI[20]，在这130例患者的390支冠脉血管中由于严重钙化、运动伪影、显影不良等因素导致54支血管无应用价值，这些无法分析血管认为是正常的，CTA的灵敏度、特异度、阳性预测值、阴性预测值分别为95%、80%、69%、97%。CTA联合MPI的灵敏度、特异度、阳性预测值、阴性预测值分别为94%、92%、85%、97%。数据分析显示特异性和阳性预测值明显提高。根据试验结果可以指导临床，在对拟诊患者做检查时应有一定的选择性：临床上怀疑中低度冠脉狭窄的患者可以首选CTA，因其有较高阴性预测值；而临床怀疑重度狭窄患者，可以选择MPI，因为CTA的低阳性预测值可以导致放射剂量增加。事实上压力负荷下MPI作为评估诊断准确性的第一选择尚有争议性。从当下的研究中，还不能够明确哪个是第一选择，但是两者结合可以明显提高诊断准确性是毋庸置疑的。

近些年，通过有创性冠状动脉造影（ICA）获得血流储备分数（FFR）可以评估狭窄程度及血运重建，因此被认为是新的指标指导临床[21]。其中，FFR-CT可以模拟支架置入前后冠状动脉狭窄部位的血运改变程度[22]，进而指导临床治疗决策，降低医疗费[23]。Ko等[24]发现FFR对比CTA联合CT灌注显像发现了86个心肌灌注缺损区中，在CTA狭窄大于50%，CT心肌灌注图像上表现异常的区域FFR却较低，相反，CTA图像上无严重冠脉狭窄且心肌灌注无缺损区的区域FFR明显升高。这些不一致的结果中，FFR相比于CTA、MPI对于冠脉狭窄的评估要更相符。Min等[25]以ICA测得FFR为金标准评价利用CT获得FFR-CT的应用价值，试验中CTA评估CAD中获得受试者特征曲线下面积AUC是0.68，而FFR-CT中AUC为0.81，很显然，和单独利用CTA评估冠脉狭窄相比，FFR-CT在评估“罪犯”血管中的价值有了显著提高。

HeartFlowNXT研究中共纳入254例冠脉狭窄程度30%～90%的患者（484支冠脉血管），结果显示FFR-CT与CCTA相比ROC曲线下面积分别为0.90和0.81（P < 0.001），准确度81%和53%、特异度79%和34%、阳性预测值65%和40%，均高于单纯CCTA检查。这表明FFR-CT对于稳定型冠脉狭窄性疾病有较高的诊断价值[26]。DeFacto试验[27]以有创FFR 为标准，对比分析FFR-CT与单纯冠脉CT识别病变特异性缺血的准确性：以FFR≤0.80且CTA 冠脉狭窄≥50%时和单独应用FFR-CT 诊断进行比较，诊断心肌缺血的准确性、敏感性、特异性、阳性预测值、阴性预测值分别为73%比64%、90%比84%、54%比42%、67%比61%、84%比72%。

5 冠脉CTA在临床应用中的预后价值

其实临床中CTA的主要价值在于其有较高的阴性预测值，这样，CTA在评估低危因素下ACS引起的急性胸痛变为了一把强有力的工具[28-29]。Litt等[30]研究中，1370例患者有急性胸痛症状，其中640例在接受CTA检查后排除ACS的可能，使其脱离急诊状态，这相比于传统诊断在排除疾患中有明显提高（49.6%比22.7%）。早期检查CTA的患者，其在医院急诊部的平均时间减少7.6 h[31]。即便CTA不能准确判定CAS，至少冠脉CTA明确斑块或者狭窄的存在，这也有力说明患者可能突发ACS，能够提早预防[32]。

最近有学者提出，应该在CCTA检查中增加一项新的指标来预测死亡率或者心肌感染率，同时也需要评估血管重建的指标。动脉粥样硬化性血管成像参数比如冠脉钙化积分（CACS）、颈动脉中膜厚度等在没有急性胸痛时也应需要达成一致的指南，并且CACS在诸多评估CAD危险因素中的作用显著。然而当下缺乏一个CACS的临床大样本模型来评估CAD，因此笔者认为对于CACS在ACS中不应调整减少，相反需更深入研究。

6 小结与展望

随着未来CT技术进一步发展，CCTA能够更加精确的再现冠脉形态和功能，并且大量临床试验证明CCTA对心脏影像的发展的起了有力的推动。本文简要回顾了CCTA的发展历程以及临床应用和试验。笔者认为未来CCTA发展过程中，放射剂量与图像质量是一对矛盾体，终究顾此失彼，总原则即达到临床诊断情况下尽量减少放射剂量。临床上诸多因素的影响也很难让两者平衡，那么CCTA的发展或许该朝着引入多参数来描述心脏形态和功能。希望CCTA能够逐渐增加其临床价值，成为冠状动脉疾病诊断的无创性的金标准。

[参考文献]

[1] Achenbach S，Ropers D，Hoffmann U，et al. Assessment of coronary remodeling in stenotic and nonstenotic coronary atherosclerotic lesions by multidetector spiral computed tomography [J]. J Am Coll Cardiol，2004，43（5）：842-847.

[2] Miller JM，Rochitte CE，Dewey M，et al. Diagnostic performance of coronary angiography by 64-row CT [J]. N Engl J Med，2008，359（22）：2324-2336.

[3] Schuleri KH，George RT，Lardo AC.Applications of cardiac multidetector CT beyond coronary angiography [J]. Nat Rev Cardiol，2009，6（11）：699-710.

[4] Schoepf UJ，Becker CR，Ohnesorge BM，et al. CT of coronary artery disease [J]. Radiology，2004，232（1）：18-37.

[5] Achenbach S，Ropers D，Hoffmann U et al. Assessment of coronary remodeling in stenotic and nonstenotic coronary atherosclerotic lesions by multidetector spiral computed tomography [J]. J Am Coll Cardiol，2004，43（5）：842-847.

[6] Flohr TG，Schaller S，Stierstorfer K，et al. Multi-detector row CT systems and image-reconstruction techniques [J]. Radiology，2005，235（3）：756-773.

[7] Muhlenbruch G，Seyfarth T，Soo CS，et al. Diagnostic value of 64-slice multi-detector row cardiac CTA in symptomatic patients [J]. Eur Radiol，2007，17（3）：603-609.

[8] 王怡宁，曹剑，孔令燕，等.高灵敏度探测器结合迭代重建在低管电压冠状动脉CT血管成像的價值[J].中华放射学杂志，2014，48（2）：109-113.

[9] 曹剑，易妍，王怡宁，等，70 kV超低管电压低对比剂用量冠状动脉CTA研究[J].放射学实践，2014，29（6）：589-592.

[10] Kashiwagi M，Tanaka A，Kitabata H，et al. Feasibility of noninvasive assessment of thin-cap fibroatheroma by multidetector computed tomography [J]. JACC Cardiovasc Imaging，2009，2（12）：1412-1419.

[11] Voros S，Rinehart S，Qian Z，et al. Coronary atherosclerosis imaging by coronary CT angiography：current status，correlation with intravascular interrogation and meta-analysis [J]. JACC Cardiovasc Imaging，2011，4（5）：537-548.

[12] Voros S，Rinehart S，Qian Z，et al. Prospective validation of standardized，3-dimensional，quantitative coronary computed tomographic plaque measurements using radiofrequency backscatter intravascular ultrasound as reference standard in intermediate coronary arterial lesions：results from the ATLANTA（assessment of tissue characteristics，lesion morphology，and hemodynamics by angiography with fractional flow reserve，intravascular ultrasound and virtual histology，and noninvasive computed tomography in atherosclerotic plaques）I study [J]. JACC Cardiovasc Interv，2011，4（2）：198-208.

[13] Motoyama S，Kondo T，Sarai M，et al. Multislice computed tomographic characteristics of coronary lesions in acute coronary syndromes [J]. J Am Coll Cardiol，2007，50（4）：319-326.

[14] Westwood ME，Raatz HD，Misso K，et al. Systematic review of the accuracy of dual-source cardiac CT for detection of arterial stenosis in difficult to image patient groups [J]. Radiology，2013，267（2）：387-395.

[15] Glaser R，Selzer F，Faxon DP，et al.Clinical progression of incidental，asymptomatic lesions discovered during culprit vessel coronary intervention [J]. Circulation，2005，111（2）：143-149.

[16] Sato A，Ohigashi H，Nozato T，Hikita H，et al. Coronary artery spatial distribution，morphology，and composition of nonculprit coronary plaques by 64-slice computed tomographic angiography in patients with acute myocardial infarction [J]. Am J Cardiol，2010，105（7）：930-935.

[17] Amano T，Matsubara T，Uetani T，et al. Impact of metabolic syndrome on tissue characteristics of angiographically mild to moderate coronary lesions integrated backscatter intravascular ultrasound study [J]. J Am Coll Cardiol，2007， 49（11）：1149-1156.

[18] Hachamovitch R，Berman DS，Shaw LJ，et al. Incremental prognostic value of myocardial perfusion single photon emission computed tomography for the prediction of cardiac death：differential stratification for risk of cardiac death and myocardial infarction [J]. Circulation，1998，97（6）：535-543.

[19] Schuijf JD，Wijns W，Jukema JW，et al. Relationship between noninvasive coronary angiography with multi-slice computed tomography and myocardial perfusion imaging [J]. J Am Coll Cardiol，2006，48（12）：2508-2514.

[20] Sato A，Hiroe M，Tamura M，et al. Quantitative measures of coronary stenosis severity by 64-Slice CT angiography and relation to physiologic significance of perfusion in nonobese patients：comparison with stress myocardial perfusion imaging [J]. J Nucl Med，2008，49（4）：564-572.

[21] Fearon WF，Bornschein B，Tonino PA，et al. Economic evaluation of fractional flow reserve-guided percutaneous coronary intervention in patients with multivessel disease [J]. Circulation，2010，122（24）：2545-2550.

[22] Kim KH，JH Doh，BK Koo，et al. A novel noninvasive technology for treatment planning using virtual coronary stenting and computed tomography-derived computed fractional flow reserve [J]. JACC Cardiovasc Interv，2014， 7（1）：72-78.

[23] Hlatky MA，Saxena A，Koo BK，et al. Projected costs and consequences of computed tomography-determined fractional flow reserve [J]. Clin Cardiol，2014，36（12）：743-748.

[24] Ko BS，Cameron JD，Meredith IT，et al. Computed tomography stress myocardial perfusion imaging in patients considered for revascularization：a comparison with fractional flow reserve [J]. Eur Heart J，2012，33（1）：67-77.

[25] Min JK，Leipsic J，Pencina MJ，et al. Diagnostic accuracy of fractional flow reserve from anatomic CT angiography [J]. JAMA，2012，308（12）：1237-1245.

[26] Norgaard BL，Leipsic J，Gaur S，et al. Diagnostic performance of noninvasive fractional flow reserve derived from coronary computed tomography angiography in suspected coronary artery disease：the NXT trial（Analysis of Coronary Blood Flow Using CT Angiography： Next Steps）[J]. J Am Coll Cardiol，2014，63（12）：1145-1155.

[27] Leipsic J，TH.Yang，A Thompson，et al. CT angiography（CTA）and diagnostic performance of noninvasive fractional flow reserve：results from the Determination of Fractional Flow Reserve by Anatomic CTA （DeFACTO）study [J]. AJR Am J Roentgenol，2014，202（5）：989-994.

[28] Schlett CL，Hoffmann U，Geisler T，et al. Cardiac computed tomography for the evaluation of the acute chest pain syndrome：state of the art [J]. Radiol Clin North Am，2014， 53（2）：297-305.

[29] Meinel FG，Bayer 2nd RR，Zwerner PL，et al. Coronary computed tomographic angiography in clinical practice： state of the art [J]. Radiol Clin North Am，2015，53（2）：287-296.

[30] Litt HI，Gatsonis C，Snyder B，et al. CT angiography for safe discharge of patients with possible acute coronary syndromes [J]. N Engl J Med，2012，366（15）：1393-1403.

[31] Hoffmann U，Truong QA，Schoenfeld DA，et al. Coronary CT angiography versus standard evaluation in acute chest pain [J]. N Engl J Med，2012，367（4）：299-308.

[32] Bilolikar AN，Goldstein JA，Madder RD，et al. Plaque disruption by coronary computed tomographic angiography in stable patients vs acute coronary syndrome：a feasibility study [J]. Eur Heart J Cardiovasc Imaging，2015，pii： jev281. [Epub ahead of print]

（收稿日期：2015-10-28 本文編辑：苏 畅）