CCTA 技术对冠状动脉狭窄及其钙化斑块的评估

周立娟 方向明*

冠状动脉 CT 血管成像（coronary computed tomography angiography,CCTA）作为一种成熟且无创的成像方式，凭借其较高的敏感性及阴性预测值，已广泛应用于冠心病筛查、初诊及治疗后随访复查。然而，冠状动脉钙化极大地影响冠状动脉管腔的显示，干扰狭窄程度的判断，导致冠状动脉狭窄率高估及假阳性率显著升高，特别是对于高钙化积分的老年病人。相关研究表明，当400＜钙化积分≤1 000 时，CCTA 诊断冠状动脉狭窄＞50%的假阳性率为58.3%；当钙化积分＞1 000 时，假阳性率高达90.9%[1]。关于钙化斑块如何对CCTA 诊断准确性产生影响，以及如何采用不同的方法改善钙化所致CCTA 冠状动脉狭窄高估等方面，已有许多研究报道，本文就此进行综述。

1 钙化斑块对CCTA 诊断的影响

除运动伪影外，钙化导致的伪影是影响管腔狭窄诊断准确性的主要原因[2]。在严重钙化的冠状动脉节段，当X 射线穿过高密度钙化斑块时，高能量射线较易穿过，而低能量射线被迅速吸收，使射线在传播过程中平均能量升高，射线逐渐变硬，最终导致组织CT 值失真，产生射线硬化伪影。另外，由于部分容积效应及空间分辨力不足会导致钙化区域出现晕状伪影或开花伪影。每个像素的CT 值与相应体素中的平均线性吸收系数（μ）成正比，当体素中包括有高密度钙化斑块、软组织等不同类型组织时，μ 则不能代表其中任何一种组织的特性，取而代之的是不同μ 值的加权平均，这就使得高μ 值钙化斑块占主导地位而相邻软组织影像细节丢失，夸大钙化斑块，即形成“开花”伪影。这会显著影响冠状动脉管腔的显示及斑块成分的分析，并导致严重高估管腔狭窄程度。

有研究[3]将病理学检测结果作为参考标准，发现常规CCTA 对钙化斑块面积的高估达400%；同时，钙化斑块面积越大，高估程度也会越严重。Voros等[4]研究发现CCTA 对存在开花伪影的钙化斑块面积的评估，比血管内超声（intravascular ultrasound,IVUS）高估了约88%。由于钙化斑块的存在，冠状动脉狭窄程度被高估，从而使得CCTA 检查的特异性降低、假阳性率增高，还会导致病人过度检查。

2 与准确评估严重钙化的冠状动脉狭窄相关的技术进展

CCTA 评估冠状动脉狭窄的能力受到钙化的严重影响。针对钙化严重及由此导致影像质量不佳的问题，目前有多种技术、方法可用来改善CCTA 对冠状动脉管腔器质性及功能性狭窄的诊断效能。

2.1 图像采集与重建技术

2.1.1 减影技术 CCTA 减影技术通过2 次扫描可得到原始容积数据和增强后的容积数据，将2 组数据进行精准匹配并相减，从而获得剔除钙化斑块的纯血管影像。目前，对于CCTA 减影技术的研究主要集中在严重钙化（钙化积分≥400）或金属支架置入术后的病人。Tanaka 等[5]研究指出，CCTA 减影技术能够显著改善影像质量，且相比常规CCTA 具有更高的诊断准确度。Amauma 等[6]研究指出，在评估冠状动脉支架内再狭窄时，常规CCTA 的诊断敏感度和特异度仅为62.75%、90.3%，而减影CCTA 的诊断敏感度及特异度则高达89.5%、94.3%。这表明CCTA 减影技术能够有效改善严重钙化或金属支架置入术后病人的冠状动脉狭窄评估的准确性。

有研究[7]表明，单次屏气减影CCTA 技术较常规CCTA 的诊断准确性、特异性和阳性预测值要好，但须2 次扫描才能实现减影，而这会增加扫描的辐射剂量[8]。

目前，CCTA 减影技术可以有效降低因冠状动脉钙化斑块开花伪影而高估病变的发生率，但仍会发生假阳性病变。主要原因是原始容积数据与增强容积数据配准不当，失配准伪影会导致影像质量下降。同时，失配准伪影后处理时间较长且对计算机配置要求较高，故尚未能广泛应用[9-11]。

2.1.2 能谱CT 能谱CT 是利用物质在不同能量下吸收不同的原理，通过一次能谱扫描即能获得2组能量数据，经数据分析重建出多组单能量（keV）CT 影像，从中选择最佳信噪比的单能量影像来有效减少钙化伪影。在观察严重冠状动脉钙化节段时，通常采用高keV 来消除钙化斑块射线硬化的影像伪影，从而提高冠状动脉狭窄诊断准确性[12]。

此外，能谱CT 通过基物质配对的方法进行水/碘物质分离，从而获得虚拟平扫影像。在此基础上进一步处理得到的碘-钙影像能够有效减少钙化斑块伪影，并使周围软组织结构显示更加清晰，更为准确地评估血管狭窄情况。

能谱CT 还可与减影技术相结合。有研究者[13]发现结合能谱CT 和减影技术所得到的减影影像诊断特异度高达94.4%，且可以减少失配准伪影以及消除支架金属硬化伪影，表明2 项技术相结合是提高支架内腔可视化和直径测量准确性的有效方法之一。

2.1.3 锐利卷积核和迭代重建（iterative reconstruction，IR）技术 锐利卷积核能够提高影像空间分辨率，减少钙化斑块开花伪影的干扰，使得钙化斑块边缘显示更为锐利，更有利于观察细微结构。在临床诊疗过程中多采用锐利卷积核来观察冠状动脉支架或高密度钙化斑块[14]。吕等[15]研究发现，使用锐利卷积核（I46f）重建影像的主观评分明显高于平滑卷积核（I26f）重建影像；在诊断中度（≥50%）和重度狭窄（≥70%）时，I46f 重建影像的曲线下面积（AUC）和特异度分别为 0.946、95.0%和 0.927、79.1%，而I26f 重建影像的仅为 0.935、90%和 0.924、74.4%。这表明锐利卷积核重建影像在显示钙化斑块及诊断中重度冠状动脉管腔钙化性狭窄时表现更优。需要注意的是，锐利卷积核在提高空间分辨率的同时会降低信噪比，增加影像噪声，所以需要联合应用IR技术来减少影像噪声的影响。

IR 技术将原始数据作为图像重建基础，应用模拟光子统计学和电子噪声建立系统噪声模型，利用迭代技术对噪声加以抑制，从而能够在短时间内获得低噪声、少伪影和高对比度的影像。IR 技术能够选择性提高影像空间分辨率，减少钙化斑块晕状伪影，有助于准确评价严重钙化节段的管腔狭窄程度。Pontone 等[16]分别采用IR 和滤过反投影（filtered back projection,FBP）技术重建影像评估钙化血管，结果表明IR 技术比FBP 更明显地减少钙化斑块晕状伪影，显著提高了诊断准确性。Renker 等[17]研究发现，IR 诊断冠状动脉管腔狭窄＞50%的准确性、特异性和阳性预测值均高于FBP。

2.1.4 后处理算法 由于钙化斑块伪影产生的根本原因是CT 成像算法无法从受伪影干扰的投影数据中重建出真实的影像数据，所以可通过后处理算法对投影数据进行校正，进而消除伪影。Sun 等[18]比较了15 种不同的CT 影像后处理算法，结果发现使用Image J 锐化函数测得的管腔内径最接近有创性冠状动脉血管造影（invasive coronary angiography，ICA），说明该锐化函数可以有效减少开花伪影，改善冠状动脉管壁的可视化，即便在严重钙化的情况下也能精确地显示并测量冠状动脉管腔内径。

Li 等[19]研究了一种主要针对部分容积效应及CT 有限空间分辨力的De-blooming（去开花）算法。进一步研究[20]证实，使用De-blooming 算法重建的CCTA 在诊断冠状动脉管腔狭窄＞50%的特异度显著高于常规CCTA。

2.1.5 窗宽和窗位 窗宽是指CT 影像中包含的CT 值范围，主要影响影像的对比度；窗位是指窗宽上下限的平均值，主要与影像的亮度有关。合适的窗宽窗位有助于识别强化的血管管腔和高密度钙化斑块。2014 年美国心血管计算机断层扫描学会（Society of Cardiovascular Computed Tomography，SCCT）发布的 CCTA 报告指南[21]推荐设置窗宽800 HU，窗位300 HU，同时要根据钙化程度和组织对比度进行调整。适当加大窗宽、调高窗位，可以在严重钙化的情况下使冠状动脉管壁显示更清晰，斑块边缘更锐利，斑块体积显示相对缩小。有研究[22]指出当窗宽从1 000 HU 增宽到1 500 HU 时，CCTA在识别管腔狭窄（≥50%）的总体阳性预测值和准确度分别从40%、65%提高到61%、83%。对于支架置入术后的病人，窗宽/窗位设置为1 500 HU/300 HU时的CT 影像较1 000 HU/200 HU 能更清晰地显示支架内腔，更有利于评估支架再狭窄。与ICA 相比，在严重钙化的冠状动脉节段，增加窗宽可以提高CCTA 对管腔狭窄度量化的准确性。随着窗宽的增加，CCTA 和定量冠状动脉成像（quantitative coronary angiography，QCA）对狭窄程度的评价一致性较好。

2.2 钙化斑块形态特性 冠状动脉钙化斑块与冠状动脉管腔狭窄发生率存在密切的关系，其中冠状动脉钙化斑块形态是一个重要影响因素，也是评价冠状动脉钙化的一个新概念[23]。钙化斑块形态特征与管腔狭窄之间存在一定的相关性，可根据斑块形态特征初步评估管腔狭窄程度。不同斑块形态造成的管腔狭窄程度和类型不同，生物力学模型研究[24]表明，冠状动脉钙化斑块的形状可能与周围组织的机械应力有关，冠状动脉钙化斑块尖锐的边缘和不规则的形状可能会降低粥样硬化斑块帽的稳定性。有研究[25]表明球形钙化(即更小的机械应力)与更少的心血管事件相关[风险比（HR）=0.55]；心包侧钙化的发生率低于心肌侧病变，且心血管事件发生率较小（HR＝0．66）。另一项研究[26]指出点状钙化斑块更易造成偏心性管腔狭窄，多不会引起严重管腔狭窄；而壳状和弥漫性钙化更易造成向心性管腔狭窄，且管腔狭窄显著。

此外，钙化重构指数（remodeling index, RI）是一种新的评价钙化冠状动脉管腔狭窄程度的指标。Yu 等[27]研究发现中、重度钙化冠状动脉病变的钙化RI 与ICA 测定的管腔狭窄程度呈显著负相关，最佳临界值为0.94，是冠状动脉显著狭窄（≥70%）的最强独立预测因子。原因可能是由于显著负性重构的钙化斑块主要位于血管内膜，较易向腔内突出导致严重的管腔狭窄。

2.3 冠状动脉功能学检测 由于传统CCTA 特异性和阳性预测值偏低，同时为避免后续额外的有创性检查，可以通过一些血流动力学方法来进一步评估管腔的功能性狭窄。

2.3.1 管腔内衰减梯度（transluminal attenuation gradient，TAG） 冠状动脉TAG 为距冠状动脉开口每10 mm 单位长度间隔CT 值（HU）的变化量，可作为检测冠状动脉显著狭窄的定量参数，用于评价冠状动脉功能性狭窄程度。当TAG 影像斜率呈下降趋势，表明管腔内的对比剂衰减值下降明显，提示该处血管存在功能性狭窄。

尽管TAG 是一种在常规冠状动脉CT 采集范围内分析管腔功能性狭窄的最简便且迅速的方法，可是理论上TAG 仅能反映静息态的冠状动脉血流量[28]，这对于可以持续维持稳定冠状动脉静息血流量的中度管腔狭窄并没有实质性的诊断价值。因此，与常规CCTA 相比，TAG 有增加AUC 的趋势，但诊断效能并无显著增加[29]。同时，相关研究表明，TAG 与CCTA 结合对评估冠状动脉功能性狭窄，尤其是严重钙化病变的诊断价值有所提高，其特异性、阳性预测值、阴性预测值及准确性均高于单纯常规CCTA[30]。

2.3.2 CT 血流储备分数（CT fractional flow reserve，FFRCT） 血流储备分数（fractional flow reserve，FFR）是临床上评估冠状动脉血供的“金标准”，已被广泛应用于介入性冠状动脉造影中的缺血性病变定位以及改善血管重建术后病人的预后；但由于该方法属于有创性检查且费用昂贵，不适合早期诊断，限制了其在临床上的应用[31]。近年来，FFRCT作为一种无创性评估冠状动脉功能性狭窄的技术，在评估心肌缺血、指导治疗策略以及提供预后信息方面具有重要的潜力，且与FFR 的相关性较好[32]。一项HeartFlow-NXT 试验的子研究结果表明[33]，随着钙化积分增加，FFRCT的诊断准确性和特异性呈现下降，但是FFRCT的诊断准确性及特异性仍显著高于常规CCTA。

2.3.3 CT 心肌灌注成像（CT myocardial perfusion imaging，CT MPI） CT MPI 是一种基于 CT 的检测缺血心肌的功能成像方法，能够精确反映心肌血流动力学变化，可用于诊断稳定型冠状动脉疾病病人的冠状动脉血运重建及病人预后情况，还可评价心肌灌注分布，评估心肌缺血程度。一项对CT MPI 和CCTA 在预测冠心病低危病人中阴性结果差别的荟萃分析[34]表明，CT MPI 和CCTA 在识别疑似冠心病的低风险病人方面具有相似的能力。进一步研究[35]表明，在CCTA 的基础上联合CT MPI 可在一次检查中同时从解剖和功能两方面对心脏及冠状动脉进行综合评估，提高诊断准确性。Pontone 等[36]研究指出，CCTA 联合CT MPI 的AUC 和特异性均高于CCTA。

Li 等[37]基于血管节段分析的研究表明，动态CT MPI 诊断阻塞性冠状动脉病变的准确性和特异性均显著优于FFRCT，在识别缺血病变方面的表现也优于FFRCT，且动态CT MPI 的诊断性能不会受总钙化负荷影响。

3 总结与展望

钙化对CCTA 冠状动脉狭窄评估影响很大。对于钙化严重及其导致影像质量不理想者，目前有多种方法可以改善CCTA 对管腔器质性及功能性狭窄的诊断效能，但是改善的程度尚不够理想，稳定性也不佳。目前仍没有一个可以从根本上彻底解决钙化伪影的方法，钙化斑块仍是CCTA 面临的巨大挑战。在众多已有方法中，最有可能解决钙化伪影问题的是双能量成像或能谱成像，但是能量成像扫描时需要损失一半的XY 平面时间分辨率，故目前尚不适用于高心率及心律失常病人。同时，图像算法尚不能在能量CT 影像上达到完全去钙化的效果，因此随着未来CT 设备进一步发展，时间分辨率及算法的不断提高及改进，这一问题才有可能彻底解决。