冠脉严重钙化节段CT减影血管成像技术的临床应用

过伟锋 曾蒙苏 钱菊英 黄浙勇 顾君英 张利军 陆秀良 郭 帅 杨 姗1,△

(1上海市影像医学研究所 上海 200032; 2复旦大学附属中山医院放射科,3心内科 上海 200032;4东芝医疗系统(中国)有限公司上海分公司 上海 200052)

冠脉严重钙化节段CT减影血管成像技术的临床应用

过伟锋1,2曾蒙苏1,2钱菊英3黄浙勇3顾君英2张利军2陆秀良2郭 帅4杨 姗1,2△

(1上海市影像医学研究所 上海 200032;2复旦大学附属中山医院放射科,3心内科 上海 200032;4东芝医疗系统(中国)有限公司上海分公司 上海 200052)

目的 探讨CT减影冠状动脉血管成像(subtraction coronary computed tomography angiography ,Sub-CCTA)在具有严重钙化节段冠心病中的诊断价值。方法 对同时接受320层减影CCTA扫描和传统冠状动脉血管造影(digital subtraction angiography,DSA)检查的27例患者行回顾性分析。对照DSA检查结果,分别计算常规CCTA (conventional CCTA,Con-CCTA)和Sub-CCTA的灵敏度、特异度、阳性预测值、阴性预测值及准确度;采用受试者工作特征(receiver operating characteristic,ROC)曲线评价两种成像方法的临床诊断准确性。冠脉病变节段的狭窄分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ 4个等级;采用Kappa系数描述两种成像方法与DSA结果之间的一致性。对于剪影前后的图像质量采用4等级评分法,并行t检验对比两者成像质量差异。结果 共评估严重钙化节段52个,其图像质量在Con-CCTA和Sub-CCTA中的得分分别为2.8±0.5和3.4±0.7,两者间差异有统计学意义(t=5.9,P<0.05)。Con-CCTA与DSA对定量评估冠脉狭窄程度的一致性为0.55;Sub-CCTA与DSA之间的一致性为0.81。Con-CCTA诊断冠脉明显狭窄的灵敏度、特异度、阳性预测值、阴性预测值及准确度分别为81.0%、63.1%、63.1%、81.1%及70.8%;Sub-CCTA各值分别为90.5%、85.2%、82.1%、92.0%及87.5%。与Con-CCTA 的ROC曲线下面积0.84 (95%CI:0.70～0.93)相比,Sub-CCTA为0.96 (95%CI:0.86～1.00),两者差异有明显统计学意义(P=0.03)。结论 Sub-CCTA可以提高严重钙化节段冠状动脉狭窄程度的诊断准确性;减影技术在冠状动脉成像中的应用可以减少甚至消除严重钙化斑块产生的伪影,具有较好的临床应用前景。

冠心病; CT冠状动脉成像; 减影技术; 钙化斑块

螺旋CT冠状动脉血管成像(coronary computed tomography angiography,CCTA)因简便、快捷、花费相对低廉及较高的阴性预测值,已经成为临床筛选及诊断冠心病的首要检查方法[1-2],可避免不必要的侵入性冠状动脉造影(invasive coronary angiography,ICA)检查。然而对于具有严重钙化的冠状动脉节段,由于致密钙化斑块高吸收X射线的特性,其产生的射线硬化伪影往往会干扰冠脉管腔的真实显示,从而明显降低冠状动脉节段狭窄评估的准确性[3-4]。故有学者推荐[4-5],对于冠状动脉钙化积分超过400或600的患者,临床上不建议行传统CCTA检查,而可以直接选择ICA检查,因此会增加患者的经济负担以及有创检查可能带来的并发症。CT减影冠状动脉成像(subtraction-CCTA,Sub-CCTA)具有图像质量高、可消除射线硬化束伪影的干扰等优点,清晰准确显示冠状动脉管腔,准确评估冠脉钙化节段的狭窄程度。本研究采用320层螺旋CT行Sub-CCTA,对照冠状动脉血管造影(digital subtraction angiography,DSA)结果,探讨冠脉减影技术在冠脉严重钙化节段中的诊断优势及临床应用价值。

资 料 和 方 法

临床资料 回顾分析复旦大学附属中山医院2016年1月至5月期间对于有冠心病史或临床疑诊为冠心病的行CCTA的患者,纳入标准:(1)行CCTA检查后的1个月内行ICA检查者;(2)存在严重钙化冠状动脉节段者(严重钙化冠脉节段定义为横断面上钙化斑块覆盖管腔超过180°者);(3)图像无运动伪影。排除标准:(1)未进行ICA检查或Sub-CCTA检查1个月后行ICA检查者;(2)无严重冠脉钙化节段患者。本研究最后共纳入27名患者。

CT扫描 扫描设备为东芝第二代320层螺旋CT(AquilionONE VISION Edition,日本Toshiba Medical Systems公司),其探测器宽度为160 mm,层厚0.5 mm,旋转周期为275 ms,电压120 kV,电流300～350 mA。检查前患者心率若高于65 bpm,嘱咐患者口服倍他洛克,以使心率降低到65 bpm以下;若口服倍他洛克后患者心率仍高于65 bpm,患者将被排除使用减影扫描。检查禁忌证:碘对比剂过敏者;心脏内植入金属物产生严重伪影者;心、肾功能不全患(血肌酐>13.6 mg/L);支气管痉挛患者(如哮喘);急性冠脉综合征患者;Ⅱ～Ⅲ度房室传导阻滞患;不能耐受口服倍他洛克者。扫描开始前给予所有患者舌下含服硝酸甘油。为了降低扫描辐射剂量及患者的屏气时间,采用两次屏气扫描方法[6]。采用Agatston方法计算患者的钙化积分[7]。以钙化积分平扫得到容积数据图像作为减影成像的“蒙片”。增强扫描以4或5mL/s经肘前静脉使用高压注射泵连续注入对比剂碘帕醇(370 mg/mL)40～50 mL+30 mL生理盐水。采用触发扫描,以降主动脉为监测点,阈值设定为300 Hu。扫描范围自气管隆突水平至心脏膈面下2 cm。均采用前瞻性心电门控编辑扫描模式,采集时间窗控制在心动周期R-R间期的65%～80%。

采用标准的血管重建函数FC09算法及3D自适应迭代剂量减低重建算法(adaptive iterative dose reduction 3D,3D-AIDR)[8]进行图像后处理重建。重建层厚为0.5 mm,重建间隔为0.25 mm。以5 ms时间间隔重建增强扫描图像,选取图像运动伪影最少同时匹配最佳的两组图像成为减影后处理的原始图像。

Sub-CCTA扫描总的有效辐射剂量(effective dose,ED)计算公式为:ED=DLP(剂量长度乘积)×0.014[9]。

图像减影处理 减影图像处理采用东芝减影软件“容积CT数字减影血管成像软件”[10]。将所选中的平扫和增强的容积数据导入工作站,减影即增强扫描的原始容积数据减去平扫的原始容积数据。在行减影处理之前,该减影软件会对所选中两组图像进行严格的匹配进一步消除失配准伪影。最终得到的减影图像为消除钙化斑块而保留对比剂充盈的血管影像。

影像数据分析将Con-CCTA及Sub-CCTA数据上传到东芝后处理工作站,使用东芝CT后处理软件(Vitrea,版本6.5.3) 进行图像分析。多平面重建图像及横断面冠脉图像用于图像质量分析。根据美国心脏病协会将冠状动脉分为17个节段[11]。严重钙化节段定义为弧形钙化斑块围绕横断面管腔超过180°者[12]。狭窄率=D/((D1+D2)/2),其中D为斑块处管腔最小直径,D1、D2分别为病变处近远端正常管腔直径。由两名具有10年以上工作经验的放射科医师进行数据分析。若意见不统一,由两人协商得出结果;当两者之间差异较显著超过20%时,由第3位年资超过15年的放射科医师裁决最后结果。根据定量测量结果将狭窄分为4个等级,对应的狭窄分别是1%～25% (Ⅰ级)、26%～50% (Ⅱ级)、51%～75% (Ⅲ级)、76%～100% (Ⅳ级)。当钙化伪影严重,管腔遮盖明显,导致无法测出狭窄处管腔直径时,管腔狭窄被视为严重狭窄(Ⅳ级)。对于以上所有严重钙化冠脉节段行ICA时均行定量冠状动脉分析(quantitifying coranary angiography,QCA)。

所有严重冠状动脉钙化节段按照4分法进行图像质量评分:1分,图像伪影严重,完全遮盖管腔,完全不能用于评估;2分,图像质伪影较明显,管腔大部分遮盖,不能用于评估;3分,图像伪影较轻,遮盖部分管腔,可用于管腔狭窄的评估;4分,图像质量良好,无伪影,完全可用于诊断。

统计学分析 以ICA结果为标准,分别统计Con-CCTA及Sub-CCTA诊断冠脉节段≥50%狭窄的灵敏度、特异度、阳性预测值、阴性预测值及准确度。使用MedCalc统计分析软描绘和计算受试者工作特征曲线(receiver operator characteristic curve,ROC)及曲线下面积(area under the cure,AUC)。用t检验比较Con-CCTA和Sub-CCTA的明显钙化节段图像质量评分的差异性。使用kappa系数描述两种成像方法之间评价冠脉狭窄程度的一致性。P<0.05为差异有统计学意义。95%可信区间(confidence interval,CI)用于统计分析结果的表达。

结 果

一般情况 27例患者(共52个病变节段)行Sub-CCTA扫描及ICA检查,其中男性17例,女性10例,年龄56～81岁,平均67.9岁。其中糖尿病患者15例,高血压患者19例,高血脂患者15例,抽烟者14例。钙化积分范围为60～2 113,均值为496。两项检查的时间间隔为5～28天,平均17.6天。行Sub-CCTA检查的总的有效辐射剂量为(3.7±0.8)mSv。

常规CCTA检查 明显钙化节段的成像图像质量评分均值为2.8±0.5。Sub-CCTA与DSA之间对定量诊断冠脉狭窄的一致性为0.55,具有中等的一致性。与DSA金标准对照,Con-CCTA诊断冠脉狭窄≥50%的AUC值为0.84 (95%CI:0.70～0.93,图1)。灵敏度、特异度、阳性预测值、阴性预测值及准确度分别为81.0%、63.1%、63.1%、81.1%及70.8% (表1)。

减影CCTA检查 成像图像质量评分均值为3.4±0.7,明显优于Con-CCTA图像质量(P<0.05)。Con-CCTA与DSA之间的一致性为0.81,具有良好的一致性。与DSA金标准相对比,Sub-CCTA诊断冠脉狭窄≥50%的AUC值为0.96 (95%CI:0.86～1.00),与Con-CCTA相比差异有统计学意义(P=0.03,图1)。Sub-CCTA诊断明显狭窄(≥50%)节段的灵敏度、特异度、阳性预测值、阴性预测值及准确度分别为90.5%,85.2%,82.1%,92.0%及87.5% (表1)。图2、图3为行Sub-CCTA扫描的病例报道。

图1 以ICA的诊断结果为金标准,Con-CCTA与Sub-CCTA在诊断冠脉狭窄≥50%的AUC值比较

ImagingmethodSensitivitySpecificityPPVNPVAccuracyAUC(95%CI)Con⁃CCTA81．0%63．1%63．1%81．1%70．8%0．84(0．70-0．93)Sub⁃CCTA90．5%85．2%82．1%92．0%87．5%0．96(0．86-1．00)

PPV:Positive predictive value;NPV:Negative predictive value;AUC:Area under the receiver operating curve.

Curved planar reformation image (A) and cross-sectional image (C) at the site of severe calcification of the left artery descending in Con-CCTA.Severe calcifications make it difficult to assess the lumen (arrow).MPR image (B) and cross-sectional image (D) in Sub-CCTA at the same position as in A and C.The severe calcifications are removed,and no significant stenosis is depicted (arrow).Invasive coronary angiography (E).No significant stenosis is demonstrated in the left artery descending (black arrow).

图2 冠状动脉严重钙化的75岁女性病例(钙化积分=1 210)

Fig 2 A 75-year-old woman with severe coronary artery calcification (calcium score=1 210)

A:Mask image;B:Postcontrast image;C:Subtraction image;D:ICA.Severe calcifications are observed in theproximal-middle segments of the left anterior descending.It is difficult to evaluate these segments because of severe calcifications by conventional CCTA.No significant stenosis was demonstrated by subtraction CCTA and ICA.There was a good agreement between subtraction CCTA and ICA for the evaluation of severe calcified segments.

图3 疑似冠心病的67岁男性病例

Fig 3 A 67-year-old man with suspected coronary heart disease

讨 论

近年来,随着CT成像设备的时间分辨率及空间分辨率的不断提高,CCTA对于评价冠状动脉狭窄的准确性已经可以和ICA相媲美。因其高达95%～99%的阴性预测值,可以有效地排除明显狭窄病变的存在,从而避免不必要的ICA检查[1-2]。但是对于冠脉钙化斑块严重的患者,斑块产生的射线硬化伪影以及容积效应导致的放射状伪影会干扰冠脉管腔的真实显示,CCTA诊断冠心病的假阳性率显著升高,造成患者不必要的检查,增加患者的经济和精神负担。一些学者认为,对于冠脉钙化严重的患者,不建议行CCTA检查,而应该直接行ICA检查或者核素心肌灌注检查[5]。

为了消除钙化斑块对于CT冠脉成像的干扰,Yoshioka等[6]于2012年首次提出Sub-CCTA,即使用冠脉增强的容积影像数据减去平扫的容积数据可得到消除冠脉钙化的冠脉成像数据,并证实了其在冠脉成像中的可行性。Tanaka等[13]及Amanuma等[14]发现Sub-CCTA与Con-CCTA比较,可显著提高冠脉成像的图像质量及诊断准确性,主要通过消除钙化斑块的放射状伪影,对血管腔的显示更佳。之前的研究报道均选择具有严重钙化的病例(钙化积分>300或400),但是Vavere等[15]通过研究认为对于冠脉钙化严重的(钙化积分>600)患者,与传统ICA金标准对比,以患者为研究对象时,CCTA诊断冠脉明显狭窄的准确性并不会降低;以冠脉血管节段为研究对象时,诊断冠脉明显狭窄的准确性会随着冠脉钙化积分的增高而降低。说明影响CCTA诊断冠脉狭窄准确性的因素不仅与总的钙化积分有关,而且和冠脉节段的钙化严重程度相关。因此本研究选择的是钙化节段存在明显钙化的患者,而不是仅仅考虑总的冠状动脉钙化积分。

通过减影技术消除严重钙化斑块的射线硬化束伪影效应,还原冠脉管腔的真实显示,从而提高诊断冠脉明显狭窄的准确性。本研究中,与Con-CCTA的ROC曲线下面积为0.84相比,Sub-CCTA为0.96,显著高于前者(P=0.03),说明对于严重钙化节段Sub-CCTA可以有效提高其诊断明显钙化节段狭窄程度的准确性。相较于Yoshioka等[16]的最近研究结果,本研究的成像图像质量均优于前者(Con-CCTA:2.8±0.5vs. 2.3±0.8;Sub-CCTA:3.4±0.7vs. 3.2±0.6)。造成此差异的原因可能是我们的研究具有较低的平均钙化积分值(498±477vs.938 ± 640)。

行Sub-CCTA扫描如采用单次屏气扫描方式,除了Con-CCTA扫描外,还需要增加一次“蒙片”容积扫描,因此会显著增加该检查的总的有效辐射剂量,这是我们不得不关注的问题。为了遵循尽可能低剂量的原则(as low as reasonably achievable,ALARA),本研究使用两次呼吸屏气扫描方法。与Tanaka等[13]及Amanuma等[14]使用一次屏气方法扫描的有效辐射剂量分别为(5.21 ± 2.01)mSv和(5.1±2.9)mSv相比,本研究为(3.7±0.8)mSv,平均有效辐射剂量明显低于前两者。

采用两次屏气行Sub-CCTA也存在明显的不足之处,由于呼吸运动的影响,不能保证两次呼吸完全处于同一个水平,因此增加减影失配准伪影的可能性。本研究有5例患者14个(26%)病变节段因为失配准的影响,减影之后冠脉管壁仍有钙化显影残留。其中有4个(7%)节段在减影之后变为不可评估节段;10个(19%)钙化节段管壁仍有钙化残留,但是仍然可以评估管腔狭窄。产生失配准伪影的患者的钙化积分均值为1 219 (979～1 759),明显高于总体的钙化积分(均值496,60～2 113)。所以对于钙化积分非常严重的患者,采用本实验的两次屏气采集方法,减影失配准伪影的概率将大大增加。但是在常规临床工作中,应该是两种成像模式相结合,共同应用于明显钙化节段狭窄的准确性评估。尽管如此,两次屏气法扫描对于那些不能耐受一次屏气(约20～40 s)的患者,仍然是较好的选择。

最近,有研究[17]尝试通过虚拟平扫影像计算冠脉钙化积分。其原理为通过单源双能量CT的两种管电压快速切换而得到两种不同能量的冠脉容积数据;再通过减影算法,可消除碘对比剂而只保留钙化斑块的虚拟“蒙片”容积数据。由于无需再行钙化积分扫描,因此可减低钙化积分扫描带来的辐射剂量。因此,从理论上来说,也可以通过此方法消除钙化斑块而只保留对比剂充盈的冠脉影像数据;同时,两种管电压快速切换成像模式,也不存在失配准伪影。但是到目前为止,还没有相关可行性研究的大样本临床应用报道。

本研究尚存在一定的局限性:第一,样本量小;第二,回顾性分析造成选择性偏倚;第三,本研究纳入的是钙化较严重的节段,对轻中度钙化节段未做分析,有待进一步研究减影技术的应用价值;第四,对于扫描方案的设计需要进一步优化,进一步减少甚至消除失配准伪影并降低辐射剂量。

综上所述,与Con-CCTA相对比,使用320层螺旋CT行Sub-CCTA检查可以显著提高明显钙化冠脉节段的诊断准确性,具有良好的临床应用前景。

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Investigation of clinical application for severe segmental calcification by subtraction technique of coronary artery CT angiography

GUO Wei-feng1,2, ZENG Meng-su1,2, QIAN Ju-ying3, HUANG Zhe-yong3, GU Jun-ying2, ZHANG Li-jun2, LU Xiu-liang2, GUO Shuai4, YANG Shan1,2△

(1ShanghaiInstituteofMedicalImaging,Shanghai200032,China;2DepartmentofRadiology,3DepartmentofCardiology,ZhongshanHospital,FudanUniversity,Shanghai200032,China;4ToshibaMedicalSystems(China)Co.,Ltd.ShanghaiBranch,Shanghai200052 ,China)

Objective To investigate the feasibility of subtraction coronary computed tomography angiography (Sub-CCTA) for the diagnosis of coronary heart disease in the segment with severe calcification. Methods A retrospective analysis was performed on 27 patients who underwent clinically indicated digital subtraction angiography (DSA) and CCTA using a 320-detector row

CT.Compared with the results of DSA,sensitivity,specificity,positive predictive value,negative predictive value and accuracy of Con-CCTA and Sub-CCTA were calculated.The clinical diagnostic accuracy of the two imaging methods was evaluated using the receiver operating characteristic (ROC) curve.The stenosis of coronary segments was divided into four grades (Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ).Kappa coefficient was used to measure agreement between two imaging methods.Image quality of 4-scale grade scoring method was used andttest was conducted. Results A total of 52 segments with severe calcification were evaluated.The scores of image quality in Con-CCTA and Sub-CCTA were 2.8±0.5 and 3.4±0.7,respectively.There was significant difference between them (t=5.9,P<0.05).Compared with the result of DSA as the golden standard,the Kappa coefficients were 0.55 and 0.81 respectively in Con-CCTA and Sub-CCTA for the quantitative evaluation of the severe calcified segments.The sensitivity,specificity,positive predictive value and negative predictive value and accuracy of Con-CCTA were 81.0%,63.1%,63.1%,81.1% and 70.8%;and for Sub-CCTA they were 90.5%,85.2%,82.1%,92.0% and 87.5% respectively.Compared with Con-CCTA,the area under the ROC curve of Con-CCTA and Sub-CCTA were 0.84 (95%CI:0.70-0.93) and 0.96 (95%CI:0.86-1.00),respectively,and the difference was statistically significant (P=0.03). ConclusionsSub-CCTA can improve the diagnostic accuracy of coronary artery stenosis in severe calcified segment.Application of subtraction technique in CCTA can reduce or even eliminate the artifacts caused by severe calcified plaque,and has a good clinical application prospect.

coronary heart disease; CT coronary angiography; subtraction technique;calcified plaque

上海市卫生局科研课题(20124163)

R445

A

10.3969/j.issn.1672-8467.2017.03.004

2016-10-29;编辑:王蔚)

△Corresponding author E-mail:yang.shan@zs-hospital.sh.cn

*This work was supported by Research Subject of Shanghai Municipal Health Bureau (20124163).