基于CCTA 对胸痛病人高危斑块成分及血流动力学特征的研究

李永霞 马跃虎 王同兴 谢光辉 徐辉 唐春香

冠状动脉粥样硬化性心脏病（简称冠心病）在我国的发病率及病死率呈逐年上升趋势，其发病机制是由于冠状动脉粥样硬化斑块形成、斑块不稳定发生破裂、动脉血栓形成和管腔闭塞导致相应供血区心肌的缺血坏死。斑块的性质与动脉粥样硬化程度及冠心病进展密切相关，识别和预测不稳定的易损斑块（高危斑块）对评价冠心病危险性和改善病人预后十分重要。冠状动脉CT 血管成像（coronary CT angiography，CCTA）能够识别斑块的易损性和不稳定性。冠状动脉粥样硬化斑块中的高危斑块是指低密度斑块（CT 值＜30 HU）、点状钙化斑块（最大直径＜3 mm）以及具有血管正性重构和“餐巾环”征的斑块[1-3]，这些斑块的特征与增加冠心病病人未来心血管事件的风险有关[4]。胸痛是冠心病的常见临床症状，急性胸痛是高危斑块病人发生冠心病不良事件的危险因素[2,5]，因此准确评估CCTA 的斑块特征可以有效地管理胸痛病人。近年来有研究[6-7]报道，基于CCTA 的血流储备分数（CCTA derived fractional flow reserve，FFRCT）对缺血性冠状动脉狭窄有较高的诊断效能，并证实FFRCT对高危斑块有一定的预后评估价值，且与冠状动脉斑块特征及后续的心脏事件有关。CCTA 斑块定量分析联合FFRCT是目前心血管疾病临床研究的热点，但对高危斑块合并胸痛病人的斑块成分特征和基于机器学习的血流动力学特征的研究尚未见报道。本研究旨在探讨高危斑块合并胸痛病人的斑块成分特征及血流动力学特征，以期对冠心病的诊疗及危险评估提供有力的依据。

1 资料与方法

1.1 一般资料 回顾性纳入2014 年1 月—2018 年6 月在东部战区总医院接受CCTA 且于2 个月内行有创性冠状动脉造影（invasive coronary angiography，ICA）检查的冠心病病人，排除CCTA 影像有运动伪影和冠状动脉支架置入者。共纳入43 例病人，男30例、女 13 例，年龄 42～79 岁，平均（60.8±8.7）岁。28例病人就诊时主诉胸痛。根据2013 年欧洲冠心病指南分型[8]标准分为典型心绞痛17 例，不典型心绞痛7 例，非心绞痛型胸痛4 例。依据病人是否存在高危斑块及胸痛进行分组：组1，病人同时存在胸痛及至少1 个高危斑块特征（23 例）；组2，病人不同时有胸痛和高危斑块（20 例；包括有胸痛无高危斑块者5 例，无胸痛有高危斑块者15 例）。

1.2 设备与方法 采用德国西门子公司SOMATOM Definition Flash 双源CT 扫描设备。扫描前2～3 min 受检者舌下含服0.25 mg 硝酸甘油以扩张冠状动脉。病人取仰卧位，定位像扫描范围从肺尖至横膈，再根据定位像确定心脏扫描范围。采用自适应前瞻性心电门控技术扫描。扫描参数：管电压120 kV，管电流280 mA，准直器宽度64×0.6 mm，层厚 0.75 mm，层间距0.5 mm，螺距 3.4，旋转时间0.28 s/r。利用双筒高压注射器经病人外周静脉团注60～100 mL 非离子型对比剂碘普罗胺（含碘370 mg/mL，德国拜耳先灵医药公司），注射流率4.5～5.0 mL/s。采用人工智能触发扫描系统确定延迟时间，兴趣区选取在升主动脉，注射对比剂后当CT 值达到100 HU 即触发扫描。

1.3 斑块成分特征测定 将CCTA 最佳舒张期数据导入西门子工作站（Syngo Via VB10），采用Frontier Version 4.0 软件进行冠状动脉斑块分析。软件自动提取数据形成冠状动脉树，手动选择兴趣血管，由软件自动分析血管内斑块，在曲面重组影像中根据CT 值可将斑块分为脂质斑块（-100～30 HU）、纤维斑块（30～190 HU）和钙化斑块（190～950 HU）。由1 名有6 年CCTA 影像诊断经验的放射科医生利用软件对长径≥2 mm 的冠状动脉斑块进行成分特征分析，包括斑块总体积、钙化斑块体积、纤维斑块体积、脂质斑块体积占比（脂质斑块%）、病变范围内管腔体积、斑块负荷、脂质斑块面积、最小管腔面积、总斑块面积及偏心指数，并评价斑块是否为高危斑块。参数定义：①斑块总体积，即钙化斑块、纤维斑块及脂质斑块体积之和；②斑块负荷=斑块总体积/管腔体积；③脂质斑块面积，为脂质斑块最大横截面面积；④最小管腔面积，即斑块最狭窄处的管腔面积；⑤总斑块面积，指钙化斑块、脂质斑块、纤维斑块最大横截面面积之和；⑥偏心指数=狭窄病变的中心到血管壁外侧的最大和最小距离的差值/最大距离；⑦高危斑块，具有以下特征的斑块：低密度斑块（CT 值＜30 HU）、点状钙化斑块（最大直径＜3 mm）、重构指数（冠状动脉最狭窄处的管腔面积/近远端参考血管面积的平均值）＞1.1 和“餐巾环”征（即冠状动脉非钙化斑块周围的环状高密度影）[9]。

1.4 斑块血流动力学特征测定 采用德国西门子原型软件cFFR（version 3.0.0）[10]的机器深度学习模型（模型训练集根据Navier-Stokes 方程计算流体力学特征）计算冠状动脉的FFRCT值（血流模拟压力/平均主动脉压力）。病人CCTA 舒张期扫描数据导入模型后，系统可自动识别冠状动脉中心线和管腔（也可进行手工修正）并测得平均主动脉压力，手动测量斑块的血流模拟压力。计算斑块FFRCT值（在斑块远端 2～4 cm 处测得）及△FFRCT值（即斑块近端边缘与远端边缘FFRCT值之差）。

1.5 统计学方法 采用SPSS 23.0 软件对数据进行统计学分析。符合正态分布的计量资料以均数±标准差（）表示，2 组间比较采用独立样本 t 检验；非正态分布的计量资料以中位数（四分位间距）[M（P25，P75）]表示，2 组间比较采用 Mann-Whitney U 检验。利用约登指数计算斑块成分特征及血流动力学特征判断高危斑块合并胸痛的临界值，采用受试者操作特征（ROC）曲线分析计算其临界值的敏感度、特异度以及曲线下面积（AUC）。P＜0.05 为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 高危斑块发生率 CCTA 显示高危斑块的发生率为 83.7%（36/43 例）。43 例中 31 例（72.1%）为点状钙化斑块，19 例（44.2%）为低密度斑块，11 例（25.6%）重构指数＞1.1，5 例（11.6%）表现为“餐巾环”征。

2.2 2 组病人斑块成分及血流动力学特征比较 组1的脂质斑块%、脂质斑块面积均高于组2（均P＜0.05），其余斑块成分特征差异均无统计学意义（均P＞0.05），见表 1。组 1 的 FFRCT值低于组 2（P＜0.05），△FFRCT差异无统计学意义（P＞0.05）（表1）。高危斑块合并胸痛病人的血流动力学特征表现见图1。

2.3 斑块成分特征及血流动力学特征的诊断效能 脂质斑块%、脂质斑块面积及FFRCT的临界值判断高危斑块并胸痛的诊断效能见表2，其中脂质斑块面积的临界值为7.35 mm2时的敏感度最低（30%），特异度最高（95%），AUC 最低（0.60）；FFRCT的临界值为0.82 时的敏感度最高（61%），特异度最低（85%），AUC 最高（0.80）。3 项参数判断高危斑块并胸痛的ROC 曲线见图2。

表1 2 组斑块成分特征及血流动力学特征比较

图1 病人男，56 岁，典型心绞痛。A 图为CTA 多平面重组影像，左冠状动脉前降支近段混合性斑块，管腔最狭窄处的狭窄程度为70%；B 图为基于多平面重组影像的斑块分析图，C 图为血管横断面影像的斑块分析图，蓝色为脂质斑块，绿色为纤维斑块，黄色为钙化斑块，D 图为基于冠状动脉树的血流分析图，斑块近端及远端FFRCT 分别为0.93、0.67，斑块远端 2～3 cm FFRCT 值为 0.60，△FFRCT 值为 0.26。

表2 斑块的3 个特征参数对高危斑块并胸痛的诊断效能

图2 斑块成分特征及血流动力学特征判断高危斑块并胸痛的ROC 曲线

3 讨论

胸痛是心肌缺血的常见典型症状，高危斑块伴胸痛病人有较高的斑块负荷, 斑块特征与冠心病病人未来心血管事件风险增加有关[11-12]。目前关于高危斑块对早期诊断作用的研究有限[2]。CCTA 是评估冠心病胸痛病人较好的无创性影像方法，通过CCTA 和血管内超声研究证实动脉粥样硬化斑块特征与心肌缺血相关，而与腔内狭窄的程度无关[6]，斑块进展和斑块不稳定性与急性心肌缺血之间存在密切联系[11]。近年有研究[13-14]表明，评估冠心病病人病情不应仅局限于冠状动脉斑块特征及其狭窄程度，而应重视与冠状动脉狭窄相关的心肌血流灌注动力学的改变，这对病人的治疗方案选择及预后评估具有重要意义。FFRCT是基于CCTA 解剖成像基础上分析血流动力学异常的无创性方法，可以从结构和功能评估冠状动脉狭窄所致的心肌缺血，具有较高的诊断效能[15]，也有研究[12]证实了FFRCT对高危斑块的预后价值。自2013 年首次提出以FFRCT评估冠心病心肌缺血情况以来，FFRCT技术逐渐得到临床认可，并展现出广阔的应用前景。

本研究利用CCTA 斑块分析和血流动力学测定“一站式”判断来评估狭窄冠状动脉解剖及功能，探讨了冠心病病人的斑块特征组成，定量分析了斑块成分、大小在高危斑块并胸痛病人的特征。近年有研究[16]发现高危斑块的发生率随年龄增长呈类抛物线样变化，41～50 岁时达到高峰，而本组冠心病病人中高危斑块的发生率高达83.7%，略高于上述研究中相应年龄组高危斑块的发生率（75.6%），这可能与本研究的病例数较少及本组病例年龄范围较大有关。Puchner 等[2]报道高危斑块中点状钙化斑块的发生率高于正性重构斑块，其次是低密度斑块及有“餐巾环”征的斑块，本组高危斑块中点状钙化的发生率最高（72.1%），与上述研究结果相仿。钙化严重的斑块一般为相对稳定的硬斑块，但目前认为点状钙化斑块属高危斑块[16-17]。以往对于点状钙化的定义未统一，多按形态进行分类（点状、新月形、环状等），大小也无明确限值，目前认为点状钙化是指在任何方向直径不超过3 mm 的钙化，并且长度（血管长轴方向）不超过血管直径的1.5 倍，宽度（垂直于血管长轴方向）不超过血管直径的2/3[18]。本组其他高危斑块特征的发生率依次为低密度斑块（44.2%）、重构指数＞1.1（25.6%）、“餐巾环”征（11.6%），与文献[2]的结果不符，主要原因可能是由于纳入的研究人群和冠状动脉硬化负荷程度不同。斑块成分特征分析显示组1 的脂质斑块%、脂质斑块面积高于组2，提示脂质斑块与心肌缺血所致胸痛之间存在密切关系。有研究者[18-19]认为由于脂质斑块存在坏死中心，脂质斑块的稳定性较钙化斑块及纤维斑块差，在血管的正性重构作用下脂质斑块体积增大，斑块局部剪切力和轴向应力增加，斑块易发生缺氧坏死，会进一步增加斑块的不稳定性，并且含有坏死中心的斑块是引起心肌梗死以及心源性猝死的主要原因。高危斑块并胸痛病人不稳定的易损斑块中脂质斑块占比较高并且脂质斑块面积较大[20]，因此对脂质斑块%测量更为重要。本研究所采用的脂质斑块%及脂质斑块面积指标能够准确反映斑块的特征。本项研究结果有助于提示临床医生重视对高危斑块胸痛病人的监测以及控制血脂的必要性。同时，本研究还发现组1 的FFRCT值较组2 更低，可能反映高危斑块胸痛病人斑块周围微环境改变，斑块易损性较组2 病人加重，缺血情况进一步加剧。有创的FFR 使用压力导丝在狭窄病变的远端进行测量被认为是评价冠状动脉血管生理功能的“金标准”，而FFRCT是将计算流体力学应用于CCTA 影像，通过后处理技术数据模拟冠状动脉生理状态，从而评估冠状动脉狭窄的血流动力学差异，并能提供FFR 值的无创性检查。本研究采用基于机器深度学习模型cFFR 来计算冠状动脉的FFR 值，较以往的物理血流动力学模型更快速（平均2.4 s）获得新的FFRCT值，并且可重复测量。以往研究[6]表明，cFFR 测得的FFRCT值与有创FFR 值具有较好的一致性，但FFRCT对FFR 值会有轻度的高估[21]。我们通过对斑块近、远端边缘FFRCT的差值（△FFRCT）进行比较，探索斑块结构对于血流压力梯度改变的影响，2 组间未显示出具有统计学意义的差异，可能是由于血流压力在跨越病变后会受涡流的影响而回升，导致△FFRCT值不能准确反映斑块周围血流变化。

对脂质斑块%、脂质斑块面积和FFRCT3 个参数的最佳临界值进行诊断效能比较发现，FFRCT的敏感度（61%）和 AUC 值（0.80）在 3 个参数中最高，与耿等[22]研究结果基本相符，但本研究中FFRCT的特异度（85%）最低，有研究[22-23]表明，FFRCT较 CCTA 可以在不降低敏感度的前提下能有效提高病变诊断特异度，本研究结果与其不符，分析原因可能与本组病例诊断标准及观测指标存在差异有关；本研究未考虑斑块特征对FFRCT值的影响也可能是另一因素。

本研究存在以下局限性：①纳入的病例数较少，斑块特征不够多样化。②本研究CCTA 扫描期相采用的是最佳收缩期和最佳舒张期，而不是收缩末期或舒张末期，因此基于CCTA 的血流储备分数测量的冠状动脉可能无法达到最大充血状态，测量数据可能存在偏差。③因胸痛不合并高危斑块的病人只有5 例，未对其进一步分组分析，因此需要增加样本量进一步研究。

总之，本研究利用斑块特征分析及FFRCT的计算方法探索高危斑块并胸痛病人的斑块成分特征及血流动力学特征，发现高危斑块并胸痛病人脂质斑块%、脂质斑块面积更高且FFRCT更低，从而提示斑块成分特征分析联合血流动力学测量可以作为CCTA 评估高危斑块合并胸痛病人的辅助手段，但需要积累更多病例以进一步验证本研究的结论。