冠状动脉CTA钙化斑块成像的研究进展

李 平 徐 磊 范占明

冠心病的主要病因是冠状动脉粥样硬化，动脉粥样硬化斑块的形成是动态和复杂的，其形成过程通常伴随着钙化,而钙化灶与坏死核心及周围的纤维组织最终形成纤维钙化斑块[1]。长期以来动脉粥样硬化中的钙化被认为是一个与年龄相关的被动过程[2]。但现代观点则认为动脉粥样硬化钙化是许多高度可控的生物学过程的共同结局，反映共同的炎性表型的表达，可能存在有价值的靶向治疗靶点，而治疗靶点可改变冠脉的粥样硬化进程[3]。因此检测冠状动脉钙化及其程度对冠心病的诊断及防治十分重要。

目前关于冠状动脉钙化病变的检测方法有多种，包括有创的检查方法如冠状动脉造影、血管内超声、光学相干断层成像，而无创的检查方法冠状动脉CT也已广泛应用于临床。CT在冠状动脉粥样硬化病变评价中发挥着越来越重要作用。

1.冠状动脉CT应用状况

冠状动脉钙化积分扫描应用较早，早在1990年，Agatston和Janowitz就引进了Agatston积分[4]。现在仍然是量化冠状动脉钙化的标准方法。除此之外，用于临床的钙化积分还有体积积分和质量积分。目前已经证实钙化积分提高了冠脉粥样硬化亚临床风险预测的准确性[5]。与冠状动脉钙化积分为0的患难者相比，钙化积分从101升到300的情况下，严重心脏事件的发生率增加7.73倍(P<0.001),积分300以上的增加9.67倍(P<0.001)[6]。研究显示钙化积分可以可靠预测心肌梗死及冠心病的全因死亡率[9-10]。钙化积分可以评估冠状动脉粥样硬化病变总体负荷、心血管病死亡率和全因死亡率[7]。但冠状动脉钙化积分扫描不能评价管腔，近年来冠状动脉CT血管造影(cororary CT argionraply,CCTA)，作为一种无创性检查方法在冠状动脉粥样硬化病变评价中具有重要价值,相较于其它非侵入性检查，CCTA诊断冠心病的敏感性较高(敏感性可达90 %以上)[8]。研究也显示其阴性预测价值高达97%～99%[8]，能可靠排除冠心病，担当者有创冠状动脉造影“看门人”的角色。但是，CCTA的特异性及阳性预测值偏低，其主要原因是由于钙化病变过高估计了管腔狭窄程度所致。

2.钙化是影响冠状动脉CT血道影诊断准确性的主要原因

CCTA诊断冠脉显著狭窄的假阳性率较高，原因是检查中会出现各种伪影。图像伪影是影响冠状动脉狭窄判断准确性的主要原因。Pugliese等研究报道，85%的伪影是钙化斑块造成的[9]。Brodoefel等[10]研究了心率与CCTA诊断准确性的关系,指出虽然心律、心率变异及钙化都会影响图像质量，但CCTA的诊断准确性的降低大多数是由钙化导致的，钙化病变通常意味着对管腔狭窄程度的错误诊断[10]。

Kuettner等[11]的研究同样表明，50%的病变由于存在钙化错误估计了狭窄程度。左前降支的图像受运动伪影影响最小，其70%误诊是因为钙化；而左旋支及右冠状动脉因为钙化误诊的部分分别占50%及44%。Vavere等在另外一项与冠状动脉造影对照的研究中证实，85%的假阳性结果是因为冠状动脉钙化造成的(28%轻度钙化，29%中度钙化，27%重度钙化)[12]。

CCTA图像中钙化斑块可以导致两种伪影，第一种为晕状伪影(blooming artifact)，这与单一体素不同密度产生的部分容积效应及空间分辨率不足有关。高密度钙质超过其他组织体素及相邻体素的密度，这就夸大了钙化的体积[19]。因而不能准确评估冠状动脉管腔，导致过高估计冠状动脉狭窄程度。这种现象就导致了假阳性结果的产生，降低了特异性，并导致了不必要的有创造影检查[13]。此外，Sarwar等[14]研究发现，多层CT检查评估钙化面积比病理检查结果高400%。而Voros等[15]采用CCTA与血管内超声对比来研究斑块体积的Meta分析中指出，由于晕状伪影的存在，CCTA显示的钙化斑块的体积一般要比超声过高估计100%以内。

钙化斑块导致的第二种伪影是线束硬化伪影(beam hardening artifact)。其产生是由于多能X线在通过高密度钙质时其中的低能成分被吸收，这虽然可以提高平均X线束的能量和穿透性，但结果却使X线通过钙质的组织的衰减减少。这种现象会使临近钙质的周边密度变低，从而误认为非钙化斑块[14]。

3.提高钙化斑块狭窄评价准确性的方法

(1)依据钙化弧度与面积估计:在钙化斑块造成冠状动脉狭窄的图像分析中发现，钙化斑块越大，造成冠脉狭窄的可能性越大。横断面显示偏心钙化斑块及所占面积<50%时,造成管腔狭窄的可能性比较小[16]。对于横断面>50%但却没有充满整个管腔的钙化斑块，则很可能实际狭窄<50%。如果钙化斑块充满整个管腔的中心部分，则造成管腔狭窄>50%的可能性较大。

Cerci等[17]用弧度及占据截面积象限的方法对斑块钙化进行分类显示：如果钙化斑块的角度>180°，且可以看到残余管腔，有80.3%无显著狭窄。如果大的钙化斑块，角度>270度，看不到残余管腔，则76.9%存在显著(>50%)狭窄。Park等研究发现单纯钙化斑块，尤其是偏心性的纯钙化斑块导致有意义狭窄的可能性不大[18]。

对于偏心性钙化斑块即使超过了截面积的50%，也很有可能无显著狭窄。如果钙化斑块占据了截面积的100%，看不到残余管腔，或者由于正性重构钙化斑块的截面积超过管腔截面积，存在显著狭窄的可能性会非常高，应推荐患者进一步做有创冠状动脉造影(invasive coronary arteriogaphy，ICA)检查。

(2)根据钙化形态、种类及大小估计：Kajinami等[19]根据斑块的长度与宽度在管腔直径所占的比例，将钙化斑块分为点状钙化、长条钙化、宽钙化及弥漫钙化。点状钙化一般不会造成有意义狭窄。宽钙化是指钙化宽度≥2/3冠状动脉直径，而其长度<同层冠脉直径1.5倍的钙化，长钙化是宽度<2/3冠状动脉直径，长度≥同层冠状动脉直径1.5倍的钙化，宽钙化比长条钙化更容易引起冠状动脉有意义狭窄。3个以上的长条钙化或宽钙化即为弥漫钙化，弥漫钙化与显著狭窄关系密切。Thilo等[20]评估钙化形态与狭窄关系的研究中也有类似的结论，即节段性及弥漫性钙化及非钙化斑块比点状钙化更易引起冠状动脉狭窄。

但遗憾的是，无论将钙化斑块如何分类，都只是根据钙化斑块的形态大小来估计是否引起管腔狭窄，都存在较高的误诊率，管腔狭窄准确评价还存在局限性。

(3)降低钙化伪影的技术 1)采用合适的窗宽窗位：根据2014 年SCCT指南，CCTA评价冠状动脉的窗宽窗位一般采用800/300Hu[21]。当存在钙化斑块时，CCTA图像的窗宽窗位需要适当调节，其窗宽需要适当增宽。对于一般的钙化斑块，合适的窗宽窗位是1 500/300Hu。窗宽增加后，钙化斑块的体积会显示缩小。对于严重钙化，可以使用窗宽窗位2 700/900Hu，而观察横断面通常采用1 500/300Hu[22]。

Shmilovich等[23]研究显示，如果用传统的窗宽窗位显示严重钙化斑块，其管壁模糊，采用钙化窗宽窗位则边缘相对清晰，管腔狭窄程度评判能够符合诊断需要。对严重钙化节段，采用窗宽窗位1 500/300Hu或者是用针对钙化的窗宽窗位2 700/900Hu都显著提高了冠状动脉狭窄的诊断准确性[23]。1 500/300Hu及2 700/900Hu两种窗宽窗位间诊断冠脉狭窄≥50%的准确性差异并无统计学意义。

2)提高空间分辨率：CT的空间分辨率通常用体素来表示，是由X、Y、Z轴三个方向上的分辨率决定的。X轴及Y轴方向上的分辨率叫做平面分辨率，平面分辨率取决于探测器孔径的大小、焦点尺寸、旋转的圈数、卷积滤波器的形式等。使用飞焦点或双层重建算法可提高平面分辨率。Z轴空间分辨率是纵轴方向上的长度，受限于探测器宽度及焦点尺寸。而用50%间隔重建则可提高Z轴分辨率[24]。

然而，在实际临床应用中，CT的空间分辨率基本取决于图像采集时的层厚。层厚越薄，空间分辨率越高。自64排CT扫描仪问世以来，最新一代CT扫描仪的探测器宽度或层厚并没有太大改善，基本在0.5～0.625mm间。薄层平板探测器CT的层厚为0.2mm，但该探测器还没有应用于临床[25]。

高分辨率主要是通过改良探测器以增大旋转周期采集的信息量及提高对高旋转探测器动态焦点的变化速度实现，探测器宽度对分辨率的影响并不十分显著。然而，提高空间分辨率会使得的图像噪声更高[36]。Pontone等比较了高空间分辨率(0.23mm)与标准空间分辨率(0.625mm)CT图像发现，高空间分辨率图像可以提高冠状动脉钙化病变狭窄评判的准确性，降低了由晕状伪影所致的假阳性[26]。

3)高卷积重建算法：研究证实运用高卷积核算法能够提高图像质量[27]。这是因为高空间频率和边缘保存重建算法能够改善图像质量，提高钙化边缘的锐利度,所以严重钙化的病人也应该常规应用高卷积过滤器。Ulrich等通过使用不同卷积及后处理过滤器评估对支架管腔的观察研究发现，后处理滤波过滤器降低图像噪声, B46f卷积核对支架内再狭窄的评估具有优势，敏感性及特异性分别为67%和94%[28]。然而，还未见针对钙化斑块方面的相关研究。

4)改变kV值：增加kV值，从120kVp增加到130kVp甚至140kVp，会使患者受到更高的辐射剂量。高kV对于评估支架内再狭窄没有意义，虽然提高了图像质量，却没有提高支架内腔的评价[29]。提高kV值并没有提高空间分辨率，所以晕状伪影也没有明显改善[29]。因为冠状动脉支架和严重钙化同样具有高密度，所以具有严重钙化的病人使用更高kV对管腔评价可能没有明显改善。但目前尚无相关研究证据。

5)迭代重建算法：CCTA图像后处理时可以用原始数据或采集到的图像信息进行迭代重建[25]。迭代技术可以减少图像的噪声及患者的辐射剂量，因为扫描时可以用比平常更低的管电压或管电流。有研究分别采用迭代重建和滤波反投影(filter back projection,FBP)重建评估钙化血管，迭代重建较FBP重建提高了诊断准确性，这是由于迭代重建减轻了钙化的晕状伪影[30]。作者认为迭代重建提高了CCTA的阳性预测值，降低了假阳性率，同时减少了可疑冠心病患者的进一步检查。

但目前对于迭代算法研究结果还存在矛盾:Willemink认为迭代算法并没有显著改善钙化的晕状伪影[31],Renker等则认为有改善[30]。因此还需要进一步研究和验证。

6)钙化剪影技术：双能CT成像在过去几年已经成为研究热点。有研究指出用成分分析的原理，双能CT成像可以自动去除钙化斑块中的钙质成分，这一技术的准确性基本达到了数字减影血管造影的准确性，Korn等研究的敏感性是100%，特异性是92%[32]，可以适用于颈动脉斑块形态分析及量化管腔狭窄[33]。自动化的钙化减影提高了视觉上颈动脉管腔的可评估性，使其免受临近钙化斑块的影响，提高了诊断准确性[34]。遗憾的是尚无相关技术应用于冠状动脉钙化斑块上。

另外一个钙化剪影的新技术是采用320排CT增强前后扫描，用既定的算法得到剪影图像。该技术要求扫描参数一致。对使用对比剂前后的数据进行剪影处理可以减掉钙化斑块。与ICA对照研究结果显示，CCTA经过剪影后ROC曲线下面积从0.741增加到0.905，评估CCTA管腔狭窄>50%的准确性有了显著提高[35]。

4.总结与展望

CCTA已广泛应用于临床，在评价冠状动脉斑块和管腔狭窄中发挥着越来越重要作用。但是对于钙化斑块管腔狭窄的评价仍是CCTA面临的重要挑战。钙化可以引起晕状伪影，造成管腔狭窄的过高评价，导致诊断的假阳性。尽管有多种减轻钙化晕状伪影的措施应用，提高了CCTA狭窄评价的准确性，但都没有在根本上彻底解决由晕状伪影带来的不利影响，还需要研发更有效的晕状伪影校正技术。随着双能成像、剪影技术及更新重建算法的发展，相信未来CCTA对来钙化斑块评价的准确性会不断提高。