双源CT评估冠状动脉钙化与病理诊断符合度

刘云霏，马延贺，王常月，李志营，郭长英，郭琳

1.郑州市第七人民医院重症医学科，郑州 450016；2.天津市胸科医院影像科，天津 300051；3.天津医科大学人体解剖与组织胚胎系，天津 300070

冠状动脉钙化作为冠心病的独立危险因子是预测患者心血管疾病事件和死亡率的重要指标[1]。研究表明，微小钙化、钙化结节与急性冠状动脉综合征（acute coronary syndrome，ACS）密切相关，严重的冠状动脉钙化则往往预示冠状动脉粥样硬化斑块负荷较重，与稳定型心绞痛密切相关[2～4]。严重冠状动脉钙化是导致经皮冠状动脉介入术（percutaneous coronary intervention，PCI）中支架膨胀不良和搭桥手术困难的重要危险因素[5]，因此，准确定性和定量冠状动脉钙化对指导冠心病人的分型、治疗和判断预后有重要临床意义。本实验以病理组织学为对比标准，评价双源CT（dual source computed tomography，DSCT）定性和定量冠状动脉钙化斑块的能力。

1 材料和方法

1.1 材料

由天津医科大学人体解剖学教研室提供12具10%福尔马林固定尸体标本，男性7例，女性5例，死亡年龄42～80岁，平均（67.5±10.2）岁。

1.2 实验方法

1.2.1 冠状动脉获取 大体解剖获取心标本，解剖出心表面的右冠状动脉、左主干、前降支和左回旋支等血管，结扎细小分支和血管末端，从起始处切断冠状动脉，去除血管周围的脂肪组织，生理盐水冲洗血管3遍，将管壁有破坏和管腔有阻塞的冠状动脉给予排除。

1.2.2 DSCT增强扫描 采用西门子64层DSCT，用连接导管的5 ml注射器从冠状动脉上端开口处注入对比剂，在扫描床上冠状动脉放在倾斜一定角度的托板上以免对比剂从开口处流出，冠状动脉长轴与床长轴一致类似于在心腔中的位置，用5 ml的针管吸满对比剂放在冠状动脉一侧做对比和定位，增强扫描后吸尽冠状动脉里面的对比剂，并用生理盐水冲洗3遍以防对比剂粘于血管壁影响下一步的病理切片。扫描参数：选用CT冠状动脉方案，管电压140 kV，管电流162 mA，FOV 200 mm，球管旋转时间为0.33 s，螺距0.25，层间距0.6 mm，层厚0.6 mm。为达到近似临床CT检查时的增强效果，对比剂的CT值约280 HU，由碘海醇（欧乃派克，350 mg/ml）与生理盐水以1：40混合而成。

1.2.3 DSCT图像后处理及分析 原始图像传至syngo VE32E工作站，分别重建最大密度投影（MIP）、容积再现（VR）和多平面重建（MPR）等分析冠状动脉斑块，用MIP测量斑块距离冠状动脉开口的长度（图1）。采用双盲法，由两名实验员分别独立阅读图像，当意见有分歧时通过讨论取得一致结果。根据美国心脏协会（AHA）的冠状动脉分段标准[6]，对心表面较粗大的冠状动脉（AHA1，2，3，5，6，7，8，11，12，13）进行分析，并排除质量较差的图像。测量斑块CT值时，根据斑块大小调整感兴趣区（ROI）大小，每个斑块测量3次取平均值。据前人研究结果[7,8]将CT值＞130 HU的斑块定性为钙化斑块，见图2～7。依据钙化在管壁横断面中的弧度将钙化斑块分为3型[2,9]：钙化弧度＜90°者为轻度钙化；90°～180°者为中度钙化；弧度＞180°者为重度钙化，微小钙化属于轻度钙化范围。

图1 最大密度投影图像，测量钙化斑块距冠状动脉开口的距离Fig.1 The distance of the plaques to the coronary ostium was measured by using MIP

采用MPR、MIP、VRT和横断面重建图像对钙化斑块导致的冠状动脉狭窄进行观察，测量钙化斑块导致冠状动脉最狭窄处的管腔内直径，狭窄近端和远端的正常管腔的内直径。冠状动脉狭窄程度＞50%认为存在阻塞性冠心病（coronary artery disease，CAD）。冠状动脉狭窄程度的计算公式为：1-2×最狭窄管腔内直径/（狭窄近端的正常管腔内直径+狭窄远端的正常管腔内直径）×100%。

1.2.4 组织病理切片 将增强扫描成功的冠状动脉标本切成4 mm长的小段，石蜡包埋，为保证影像扫描与病理切片是同一斑块，对组织包块进行连续5～10 μm厚的冠状切片，记录每一切片距离开口的距离，进行苏木精-伊红（HE）染色，由两位未知DSCT结果的实验员分别用荧光显微镜（OLYMPUS）的普通光源对病理切片进行观察分型并照相，有不同意见的经协商后达成一致结果。测量每一个钙化斑块导致狭窄的程度，病理分型和所测狭窄程度作为对比标准。

1.3 统计分析

运用SPSS 23.0软件对所测数据进行统计学分析，连续变量数据表示为（），分类变量数据表示为百分数形式。计算敏感性（sensitivity）评价DSCT增强扫描对钙化斑块的检测能力，钙化斑块CT值与管腔对比剂CT值的比较用t检验；评价DSCT与病理所测冠状动脉狭窄程度的相关性用Pearson检验，评价二者差异性用t检验，P＜0.05具有统计学意义。

2 结果

2.1 DSCT增强扫描结果

根据AHA的15段标准[6]最终对53段冠状动脉标本进行影像分析，包括右冠状动脉22段，左主干和前降支23段，左回旋支8段。DSCT发现57个钙化斑块，其中31个轻度钙化，12个中度钙化，14个重度钙化，见图2～7。

2.2 病理检测

病理切片发现Vb型[10]钙化斑块69个，其中43个轻度钙化，12个中度钙化，14个重度钙化，见图2～7。病理切片所测轻度、中度和重度钙化斑块导致的冠状动脉狭窄的平均值见表3。35.7%（5/14）的重度钙化、25%（3/12）的中度钙化和4.6%（2/43）的轻度钙化斑块导致的冠状动脉狭窄被病理切片诊断为阻塞性CAD。

图2～7 CT与病理检测不同分型钙化斑块致冠状动脉狭窄程度比较A：冠状动脉横断面CT图像 B：冠状动脉病理切片（HE染色，bar=2.0 mm）图2 轻度钙化斑块（白箭头）CT测冠状动脉狭窄为38%，病理测狭窄为36% 黑箭头示脂质沉积图3 中度钙化斑块（白箭头）CT测冠状动脉狭窄为59%，病理测狭窄为55% 黑箭头示厚纤维帽，DSCT不能定性和定量厚纤维帽图4 重度钙化斑块（白箭头）CT测冠状动脉狭窄为71%，病理测狭窄为35% 重度钙化未导致严重管腔狭窄却被DSCT诊断为阻塞性CAD图5 重度钙化斑块（白箭头）CT测冠状动脉狭窄为73%，病理测狭窄为52% DSCT高估了狭窄程度图6 两个钙化斑块（白箭头）两个钙化斑块被DSCT检出，CT测冠状动脉狭窄为68%，病理测狭窄为53%黑箭头示薄纤维帽，DSCT不能定性和定量薄纤维帽图7 3个钙化斑块（白箭头）3个钙化斑块被DSCT检出，病理切片中两个大箭头所示钙化斑块发生在内膜和中膜，小箭头所示钙化斑块发生在中膜和外膜，DSCT不能区分钙化斑块在管壁中的位置Fig.2～7 Comparison of the degree of coronary artery stenosis caused by different types of calcified plaque by CT and pathologyA:Cross-sectional image；B:Histopathologic section(hematoxylin-eosin stain,scale bar=2.0 mm)Fig.2 Mild calcified plaque (White arrows).The coronary stenosis quantified by DSCT and histopathology was 38%and 36%,respectively.The black arrow showed lipid depositionFig.3 Moderate calcified plaque(White arrows).The coronary stenosis quantified by DSCT and histopathology was 59%and 55%，respectively.The black arrow showed thick fibrous cap.DSCT did not determine and quantify thick fibrouscapFig.4 Severe calcified plaque(White arrows).The coronary stenosis quantified by DSCT and histopathology was 71%and 35%，respectively.Severe calcified plaque did not lead to severe stenosis,but was wrongly diagnosed as obstructive CAD by DSCTFig.5 Severe calcified plaque(White arrows).The coronary stenosis quantified by DSCT and histopathology was 73% and 52%，respectively.DSCT overestimated coronary stenosis caused by severe calcified plaqueFig.6 Two calcified plaques(White arrows).The coronary stenosis quantified by DSCT and histopathology was 68%and 53%，respectively.The black arrow showed thin fibrous cap.DSCT did not determine and quantify thin fibrouscapFig.7 Three calcified plaques(White arrows).Three calcified plaques were detected by DSCT.Two big arrows showed calcified plaques occurred at intima and media,while small arrows showed calcified plaque occurred at media and adventitia.DSCT could not distinguish the location of calcified plaquein coronary artery wall

2.3 两种检测结果比对

7个轻度Vb斑块被DSCT发现但未被DSCT定性为钙化斑块，5个轻度Vb斑块（图8）被病理切片发现而未被DSCT检出。DSCT检测轻度、中度和重度钙化斑块的敏感性见(表1)。

表1 DSCT和病理切片检测的冠状动脉钙化及其分型（个）Tab.1 Calcified plaques detected and classified by DSCT and histopathology

对比增强管腔、钙化斑块的平均CT值和变化区间见表2，两者的平均CT值有统计学差异（t检验；P＜0.05）。

表2 钙化斑块和对比增强管腔的CT值（HU）Tab.2 The CT values of the calcified plaque and contrast-enhanced lumen（HU）

DSCT所测轻度、中度和重度钙化斑块导致的冠状动脉狭窄的平均值见表3。DSCT在定量轻度、中度和重度钙化斑块导致的冠状动脉狭窄方面与病理切片有很好的相关性，分别是：r=0.9、r=0.9和r=0.8；P＜0.05。与病理对比，DSCT高估了轻度、中度和重度钙化斑块导致的冠状动脉狭窄，见表3。

表3 DSCT和病理切片检测轻度、中度和重度钙化斑块导致的冠状动脉狭窄(,%)Tab.3 The coronary stenosis caused by mild、moderate and severe calcification quantified by DSCT and histopathology（Mean±SD,%）

表3 DSCT和病理切片检测轻度、中度和重度钙化斑块导致的冠状动脉狭窄(,%)Tab.3 The coronary stenosis caused by mild、moderate and severe calcification quantified by DSCT and histopathology（Mean±SD,%）

虽然DSCT能够定量钙化斑块导致的冠状动脉狭窄，但是DSCT还不能够定量和定性斑块纤维帽以及区分钙化斑块在管壁中的位置（图3，6，7）。

3 讨论

3.1 DSCT检测和定性不同类型钙化斑块的能力

本实验中DSCT检测轻度、中度和重度钙化斑块均有较高的敏感性，且以CT值定性钙化斑块与病理切片结果有很好的一致性，这与HenzlerT等人[11]的体外研究结果和Soeda等人[12]的体内研究结果相近。有5个Vb型斑块被病理切片划分为轻度钙化（图8）而未被DSCT检出，可能是这些斑块位置较深且体积较小超出了DSCT的空间分辨力，这些钙化斑块未与粥样硬化斑块相伴可能相对稳定而对病人影响较小；而出现在混合粥样硬化斑块的边缘或内膜下且纤维帽较薄的微小钙化（图6）可能增加斑块的剪切力，使斑块不稳定而容易发生破裂，这可能是微小钙化与ACS密切相关的原因[13,14]。冠状动脉钙化可出现在冠状动脉粥样硬化进展的不同时期，轻度钙化（图2）和中度钙化斑块可能与富含脂质核心的纤维粥样斑块相伴随，这也是其危险性更高的原因[13]。

图8 两钙化斑块（白箭头）均在病理中发现而未被DSCT检出（HE染色，scalebar=2.0 mm）Fig.8 Two calcified plaques(White arrows)were detected by histopathology but not detected by DSCT(HEstaining,scalebar=2.0 mm)

3.2 DSCT定量不同类型钙化斑块的能力

CT对定量不同类型钙化斑块导致的冠状动脉狭窄的准确度不同[9,15]。本研究表明，DSCT在定量轻度、中度和重度钙化斑块导致的冠状动脉狭窄方面与病理有很好的相关性，与病理对比，DSCT高估了轻度、中度和重度钙化斑块导致的冠状动脉狭窄，DSCT对定量轻度和中度钙化斑块导致的冠状动脉狭窄的准确性高于重度钙化斑块导致的冠状动脉狭窄，这可能是轻度和中度钙化斑块引起的部分容积效应较轻而重度钙化斑块引起的部分容积效应较重造成的，这与Cerci等人[15]在体内和Dettmer等人[16]在体外的研究结果相似。冠状动脉钙化是引起定量冠状动脉造影（quantitative coronary angiography，QCA）错误诊断阻塞性CAD的主要原因，严重的钙化往往导致图像质量较差而对管腔狭窄无法评价，为防止漏诊延误治疗，医生有时将钙化斑块严重而无法评价的冠状动脉段落认为存在阻塞性CAD，本研究表明虽然严重钙化斑块导致的冠状动脉狭窄程度高于中度和轻度钙化斑块导致的冠状动脉狭窄程度，但仅有35.7%的严重钙化斑块导致的冠脉狭窄在病理切片上被诊断为阻塞性CAD，严重钙化斑块并不一定导致严重狭窄（图4），这与Sangiorgi等人[4]的体外研究结果相似，所以有人认为广泛钙化可能是冠心病人的一种保护性机制，将存在严重钙化而导致图像质量较差的段落诊断为存在阻塞性CAD可能不妥。然而，冠状动脉重度弥漫钙化是导致困难冠状动脉搭桥手术和PCI手术预后不良的主要原因[17,18]，冠状动脉广泛重度钙化导致的困难搭桥往往需要行冠状动脉内膜剥脱术，而此手术易导致冠状动脉搭桥术后急性血栓形成和冠状动脉破裂风险增加；冠状动脉广泛重度钙化易导致PCI术后支架膨胀不良而引起再狭窄风险增高，因此，准确检测严重冠状动脉钙化对指导冠心病人分型，制定PCI手术或者搭桥手术策略有重要意义[5,19]。本实验以10%福尔马林浸泡固定的冠状动脉为实验对象，可以防止病理切片中福尔马林对管腔狭窄的影响，保证DSCT和病理切片所测冠状动脉狭窄的一致性，这是与Dettmer等人[16]的研究不同之处，本实验对冠状动脉连续病理切片，以发现的斑块数为对比标准，而Henzler等人[11]的研究以切开冠状动脉所见斑块数为对比标准，因此，本实验可以更加准确地对DSCT进行评价。

本实验存在一定的局限性。DSCT增强扫描是在体外静止的情况下所做，没有心肌运动伪影的影响，也没有胸腔和冠状动脉周围组织包绕的影响；标本从尸体上取来，且经过福尔马林浸泡，可能对斑块密度有一定的影响，与活体相比其斑块CT值可能有所变化；实验只选取较粗的冠状动脉增强扫描和对较好的段落进行分析，且DSCT的扫描参数较高，这些可能是本实验结果较好的原因。

DSCT增强扫描不仅能够定性还能定量不同类型的钙化斑块，对指导冠心病人的分型、治疗和判断预后有重要的临床意义，DSCT有望成为冠心病人的一种无创性常规检查手段。