基于冠脉CTA减影质量与斑块定量参数的相关性研究

乔金晗，祝婷婷，万维佳，宋志成，夏黎明

冠状动脉CT血管成像(coronary computed tomography angiography，CCTA)作为临床常用的冠脉无创性检查手段，对于冠脉疾病的临床诊断、决策及随访都具有重要的价值[1]。CCTA在排除无明显冠状动脉狭窄方面的阴性预测值高达98%[2]，但其阳性预测值及其准确性仍有一定限度[3]。冠状动脉严重的钙化斑块以及金属支架产生的放射状及射线硬化束伪影，影响冠状动脉管腔的真实显示，常导致管腔狭窄程度的高估甚至无法评估[4-5]。随着计算机对CT采集的心脏原始容积数据的后处理能力不断提高，Yoshioka等[6]于2012年首次提出了冠脉减影技术在320排CT上应用，冠脉减影可消除硬化伪影的影响，减少斑块狭窄程度的高估，从而降低常规CCTA的假阳性率。此后，有多项研究证实相较于常规CCTA，减影CCTA可提高冠脉狭窄的诊断准确性[7-8]。但目前尚无研究总结斑块的哪些特性可影响减影CCTA图像冠脉狭窄程度分级。故本研究选择减影图像质量良好的斑块，采用冠状动脉疾病报告和数据系统(coronary artery disease-reporting and data system，CAD-RADS)比较减影前后冠脉狭窄程度变化组和不变组的斑块特性，为减影CCTA的应用范围提供依据。

材料与方法

1.一般资料

前瞻性收集2021年1月1日-2021年3月1日临床怀疑心血管疾病而在华中科技大同济医学院附属同济医院行CCTA检查的患者。纳入标准：①CAD-RADS>0。②心率<75次/分。排除标准：①无钙化斑块者(12例)；②减影图像质量差(4例)；③常规检查禁忌症，如碘对比剂过敏者或心、 肾功能不全者(血肌酐>13.6 mg/L)等。最终纳入34例患者，平均年龄63±11岁，其中男24例(70.6%)。通过电子病历查询患者的临床资料。该研究通过伦理审查委员会审查，所有患者均签署知情同意书。

2.研究方法

CCTA成像方案：采用佳能320排CT机(Aquilion Vision,Canon Medical Systems,Otawara,Japan)前瞻性心电门控监测方式进行扫描。检查前对每名患者进行呼吸训练以减少呼吸伪影。采用双筒高压注射器以4.0～5.0 mL/s的流率注射非离子型碘对比剂碘代沙醇(320 mg I/mL，GE公司)30～50 mL，然后以相同流率注射30 mL生理盐水。扫描过程包括钙化积分平扫和冠状动脉CTA扫描，分别两次屏气完成。采用人工智能触发扫描法，于主动脉根部选择感兴趣区监测CT衰减值，待CT衰减值达100 HU时延迟5 s自动触发扫描。扫描范围为气管分叉下1 cm至心尖。扫描参数：准直器320×0.500 mm，球管转速0.275 s，管电压100 kV，智能mA控制，层厚0.5 mm。迭代算法采用AIDR 3D Enhance，软组织重建使用心脏CTA的重建函数FC43。

冠脉减影处理：冠脉减影采用佳能自动配准减影软件(Volumetric CT Digital Subtraction Angiography,Canon Medical Systems)，选择对位良好的增强扫描和蒙片时的两组图像，将增强扫描的原始容积数据减去蒙片的原始容积数据，得到去除钙化斑块的冠脉减影图像。该冠脉减影软件会对两组图像进行严格匹配以消除失配准伪影。所有图像均传输至后处理工作站进行后续分析。

3.CCTA图像分析

图像质量评估：对冠脉减影前后的图像使用佳能工作站进行后处理(Vitrea 6.7.2,Canon)，包括容积再现(volume rendering，VR)、曲面重组(curved planar reconstruction，CPR)等。由两名3年以上诊断经验的放射科医师对CCTA图像进行双盲评估。在减影后的CCTA图像上，对钙化斑块按照4分法进行图像质量评分[9]。4分法图像质量评分：1分，图像伪影严重，完全不能用于评估管腔；2分，图像伪影稍差，评价管腔狭窄具有较低的诊断信心；3分，图像伪影较轻，病变节段管腔可用于测量，评价管腔狭窄程度具有中等程度的诊断信心；4分，图像质量良好，无伪影干扰，具有较高的诊断信心。

图1～5 半自动化斑块定量分析软件对冠状动脉CT血管成像(CCTA)进行定量分析。图1 常规CCTA图像观察到的前降支近中段多发钙化斑块，导致部分管腔显示不清(箭)。 图2 冠脉减影CCTA图像上相同位置的管腔狭窄程度(箭)比常规CCTA图像(图1)上轻。 图3 血管重建图上斑块长度的测量方法(箭)。 图4 血管重建图上斑块宽度的测量方法(箭)。 图5 左旋支横截面，红色代表脂质成分，蓝色代表纤维成分，黄色代表钙化成分，绿色代表管腔(箭)。

斑块特性分析：对于图像质量评分为3分或4分的斑块可进行血管狭窄程度的评估，其CAD-RADS分级为1～5级[10-11]：1-轻微狭窄：有斑块，1%～24%狭窄；2-轻度狭窄：25%～49%狭窄；3-中度狭窄：50%～69%狭窄；4-重度狭窄：70%～99%狭窄；5-闭塞。评估冠脉减影前后的CAD-RADS分级(图1、2)，依据减影后CAD-RADS评分是否较减影前变化，分为减影后RADS降低组、不变组和升高组。但减影后没有CAD-RADS评分升高的斑块，故分为RADS降低组和RADS不变组。结论不一致时，由另一名20年以上诊断经验的放射科医师评估。

记录斑块的位置信息：根据美国心血管计算机断层扫描学会(society of cardiovascular computed tomography，SCCT)指南，将冠状动脉分为18个节段[12]。记录斑块是否位于血管近端[13]，其中近端血管包含左主干、左前降支近段和中段、右冠状动脉近段和中段以及左旋支近段，其他节段则为远端血管。并记录斑块是否位于血管开口处。

测量斑块的定量特性：在平扫图像上测量斑块的钙化积分(>130 HU认为是钙化)。在曲面重组的血管图中将血管拉直，在血管长轴面上测量斑块沿血管走向的长度和垂直于血管走向的宽度(图3、4)。标记斑块的起始位置，软件可以自动识别管腔内外径，在识别错误时手工予以矫正。由软件自动分析斑块的重塑指数(remodeling index，RI)、斑块负荷(plaque burden，PB)、以及斑块的组成成分等，RI及PB算法见公式(1)和(2)：

(1)

(2)

斑块组成成分分析时，认为钙化成分CT值为350～1300 HU，对比剂CT值为150～349 HU，纤维成分CT值为50～149 HU，脂质成分CT值为-100～49 HU(图5)[16]。

4.统计学方法

结 果

1.临床基本资料

患者的一般资料(年龄、性别、体重、吸烟史、饮酒史)及病史资料(高血压、高血脂和糖尿病情况)见表1。

表1 患者基本临床资料

纳入的斑块一共164个，其中RADS分级不变的斑块有76个(RADS不变组)，RADS分级下降的斑块有88个(RADS降低组)。2名医生对于减影后斑块的图像质量和CAD-RADS评分一致性均较高，Kappa值分别为0.83(95%CI：0.72～0.94，P<0.001)和0.85(95%CI：0.71～-0.99，P<0.001)。RADS降低组斑块在常规CCTA图像上的的CAD-RADS评分高于RADS不变组，差异具有统计学意义(P<0.05，表2)。

2.斑块特性与冠脉减影质量的相关性

2名医生对斑块的定量分析可重复性好， ICC为0.78～0.99(P<0.001)。RADS降低组的斑块更长、更宽，其钙化积分、斑块负荷、斑块总体积和斑块平均密度都更高(P<0.05)。但RADS降低组的斑块在位置分布上差异无统计学意义。两组间重塑指数的差异也无统计学意义(表2)。

但进一步分析斑块的组成成分，RADS降低组斑块的脂质成分比例更低，而钙化成分的体积、比例和钙化成分的平均密度值更高(表2)。

表2 两组斑块管腔狭窄、位置、斑块特征定量指标比较

3.斑块特性指标对预测冠脉减影质量的价值

在各项斑块特性的定量指标中，斑块的钙化积分、宽度、平均CT值、钙化成分的平均CT值、斑块长度、斑块负荷的AUC更大，差异均有统计学意义(P均<0.05，表3)。

表3 各指标对于减影后CAD-RADS评分降低的诊断价值

其中，钙化积分的阈值为28，长轴截面上斑块宽度的阈值为2.1 mm，斑块平均CT值的阈值为200 HU，斑块中钙化成分的平均CT值的阈值为422 HU，长轴截面上斑块长度的阈值为3.6 mm，斑块负荷的阈值为53%。

讨 论

本研究以斑块为研究对象，分析了斑块自身特性对减影质量的影响。结果显示，斑块位于血管近端还是远端、是否位于血管开口处以及斑块的重塑指数对于减影质量无明显影响，钙化积分更高、直径更宽和平均密度更高的斑块更易在减影后出现CAD-RADS评分的降低。斑块成分分析时显示，钙化成分的平均CT值更高、钙化、纤维和脂质成分的体积更大时更易出现CAD-RADS分级的降低。由ROC曲线分析可知，对于钙化积分>28、宽度>2.1 mm、平均CT值>200 HU的斑块可考虑结合减影CCTA评估其狭窄程度。

CAD-RADS评分是评估冠脉管腔狭窄程度的指标，相较于钙化积分，它对稳定性心绞痛患者的预后有着更高的价值[17]，RADS分级在3级及以上的患者行有创性冠脉造影——数字减影血管造影(digital subtraction angiography，DSA)检查的比率明显高于1和2级的患者[18]，因此准确评估斑块的RADS分级对患者的临床决策和预后有着重要意义。但CAD-RADS分级常常受钙化的部分容积效应和硬化伪影的影响而出现高估，冠脉减影技术是基于常规CCTA基础上的一种后处理方法，无创且无需额外费用，这种方法可消除硬化伪影[19]，减轻冠脉狭窄程度的高估，所以冠脉减影之后可出现RADS分级的降低[13,20]。

有研究报道远端血管减影后图像质量较差，减影成功率较低[21]，这可能是因为远端血管的运动幅度更大，更易出现增强前后对位不良，故减影成功率较低，而本研究中远端血管和近端血管的图像质量差异无统计学意义，这可能是因为本研究侧重于探究减影前后CAD-RADS分级与斑块特性的关系，因此人为地排除了不能用于评估狭窄程度的斑块，仅纳入了图像质量良好的斑块，故两组间差异无统计学意义。此外，该研究发现斑块位置对减影前后CAD-RADS分级的判断无影响，这可能是因为虽然远端血管直径较小[22]，但钙化斑块体积也常常较小，所产生的硬化伪影对狭窄程度评估的影响也较轻，这可能与近端血管中的大斑块所产生的明显硬化伪影在狭窄程度评估上的影响相似，这尚需进一步的研究证实。此外，本研究中，重塑指数在两组之间的差异也无统计学意义，这可能是因为较大的重塑指数在病理上反应为较大的脂质池和坏死核心，而硬化伪影主要是由钙化成分引起，因此反应脂质坏死成分的重塑指数在两组之间无显著差异[23]。

根据ROC曲线分析结果，钙化积分在预测减影后CAD-RADS是否降低的效能最大，可能是因为钙化积分(Agatston积分)的计算同时考虑到钙化密度和面积[24]。它是先根据病变的CT值进行赋分，130～199为1分、200～299为2分、300～399为3分、400以上为4分，然后乘以钙化面积而得。钙化积分越高的斑块，其硬化伪影和部分容积效应越重，因此钙化积分越高的斑块在使用减影技术后越易消除因为伪影造成的狭窄程度的高估[13]。斑块成分分析可知钙化密度以及各成分体积对狭窄程度的影响较大。其中，脂质体积增加也可引起CAD-RADS分级的下降，结合重塑指数在两组之间的差异无统计学意义，考虑可能是因为本研究中纳入的研究对象均为钙化斑块，一般脂质体积大，其斑块的总体积、钙化体积、钙化密度等一般也较高，故易出现减影后CAD-RADS分级的下降。

在本研究中，认为对于钙化积分>28、长轴截面上宽度>2.1 mm、平均CT值>200 HU的斑块可考虑结合减影CCTA评估其狭窄程度。这些斑块特征大致相当于本研究中CAD-RADS分级为3级的斑块的平均水平，故在实际中对于严重钙化的斑块应考虑结合减影技术判断狭窄程度[7]。

本研究还存在一些不足。首先，本研究侧重的是斑块特性对减影前后狭窄程度的影响，未分析DSA结果，结合以往文献，认为减影CCTA可消除斑块的硬化伪影，提高诊断敏感度和特异度[8,13]，有关减影后狭窄程度的准确性有待进一步研究。其次，本研究中纳入的斑块其CAD-RADS评分在3级及以上的较少，本研究中斑块CAD-RADS评分在3分及以上的有40个，占总斑块数量的24.4%，在未来的研究中应纳入更多CAD-RADS分级在3分及以上的斑块，以探究这部分斑块的特性对于冠脉减影后CAD-RADS分级的影响。

本研究发现钙化斑块的位置和重塑指数对于冠脉减影前后的狭窄程度评估没有影响。而钙化斑块的长度、宽度、体积、钙化积分、平均CT值以及钙化成分的比例可造成常规CCTA图像上斑块狭窄程度的高估。对于钙化积分>28、长轴截面上宽度>2.1 mm、长度>3.6 mm、平均CT值>200 HU的钙化斑块可考虑结合减影CCTA评估其狭窄程度。