CAD-RADS联合CCTA血流储备分数诊断冠状动脉病变致局部心肌缺血的临床研究

王子荣 于妲 张邢炜

冠状动脉（下称冠脉）计算机断层扫描血管造影（coronary computed tomography angiography，CCTA）是目前公认诊断冠心病的非侵袭性检查方法[1]。冠脉疾病报告与数据系统（coronary artery disease-reporting and data system，CAD-RADS）系由美国心血管CT学会、美国放射学会和北美心血管影像学会于2016年发布的CCTA报告规范[2]。有研究表明，CADRADS 0~5级对应5年累积无主要心血管不良事件（major adverse cardiovascular events，MACE）生存率为69.3%~95.2%，CAD-RADS评分与MACE危险率显著相关，可有效判定冠心病患者MACE风险[3]。侵入性血流储备分数（fractional flow reserve，FFR）医疗费用较非侵入性高，且会面临更大的手术风险。CCTA的FFR（fractional flow reserve derived from coronary computed tomography angiography，FFR-CT）是一种无创性的压力测试，对缺血性冠脉狭窄的诊断准确度高，且与有创FFR有良好的相关性[4]，对临床决策和预后有重要影响[5-6]。本研究分析CAD-RADS联合FFR-CT诊断冠脉病变致局部心肌缺血的准确度，现将结果报道如下。

1 对象和方法

1.1对象 选择2017年2月至2022年2月杭州师范大学附属医院收治的冠心病或疑似冠心病患者61例，男40例，女21例，年龄36～85（64.3±11.5）岁，体重指数（body mass index，BMI）17~32（24.1±3.2）kg/m2；高血压47例，糖尿病、高胆固醇血症各15例，吸烟19例，冠心病家族史17例；左冠脉前降支病变37支，右冠脉病变15支，左冠脉旋支病变11支，对角支病变5支，后侧支病变1支；FFR为0.86（0.78，0.92），其中FFR≤0.8冠脉21支，FFR＞0.8冠脉48支，CAD-RADS为3（2，3）级，FFR-CT为0.84（0.77,0.90）。纳入标准：年龄18～85岁；接受CCTA检查和冠脉造影术（coronary angiography，CAG）且两种检查间隔不超过60 d。排除标准：曾行冠脉搭桥术；行冠脉支架植入术后支架再狭窄；行心脏起搏器术；行心脏人工瓣膜植入术；本次就诊系急诊。本研究经医院医学伦理委员会审批[批准文号：2019（伦02）-HS-45]。患者或家属均签署知情同意书。

1.2 方法

1.2.1 CCTA使用日本东芝公司Aquilion ONE 640层CT扫描机，依据《心脏冠状动脉CT血管成像技术规范化应用中国指南》[7]，患者禁食4 h后开始检测，均使用前瞻性心电门控扫描。当心率≤69次/min时，曝光时间窗为RR间期的70%～80%；心率为70～89次/min，曝光时间窗为RR间期的40%～80%；心率≥90次/min则在无禁忌证的情况下使用美托洛尔（阿斯利康制药有限公司，国药准字：H32025391）25～50 mg使心率降低至≤65次/min再检查，扫描范围自气管分叉下1 cm至心脏左膈面下方2 cm。于肘前静脉埋置20G套管针，采用德国欧利奇Missouri-XD2001型双筒高压注射器以5.0 mL/s速率注射60～65 mL非离子型对比剂碘海醇（350 mgI/mL），之后注入0.9%氯化钠溶液20～30 mL。连接心电门控，采用对比剂浓度追踪技术，以扫描范围中间层面的降主动脉为监测区，达到300 Hu阈值自动触发扫描，获得CT数据。扫描参数：管电流350～500 mA，管电压120 kV，探测器采集范围320 mm×0.5 mm，重建层厚0.5 mm，层间距0.25 mm。通过自动X射线管电流调制及自适应小剂量迭代技术减少辐射剂量。将CT数据上传至美国vital公司VE 6.7.2型后处理工作站进行曲面重建、多平面重组、容积再现和最大密度投影等图像重建，得到左冠脉前降支、左冠脉旋支、右冠脉及病变冠脉血管分支的后处理图像。

1.2.2 CAD-RADS评估 将CT数据及后处理图像传至阅片系统，依据CAD-RADS评定标准对患者冠脉情况整体评估。读片时要求对所有直径≥1.5 mm的血管均进行狭窄程度的判断。CAD-RADS 0级为无狭窄；CAD-RADS 1级为冠脉最狭窄处狭窄率为1%～24%（轻微狭窄）；CAD-RADS 2级为冠脉最狭窄处狭窄率为25%～49%（轻度狭窄）；CAD-RADS 3级为冠脉最狭窄处狭窄率为50%～69%（中度狭窄）；CAD-RADS 4A级为冠脉最狭窄处狭窄率为70%～99%（重度狭窄）；CAD-RADS 4B级为左冠脉主干狭窄率＞50%或3支血管最狭窄处狭窄率≥70%（重度狭窄）；CAD-RADS 5级为冠脉闭塞。当冠脉病变诊断为CAD-RADS 3级至CAD-RADS 5级时考虑病变血管局部心肌缺血可能。

1.2.3 FFR-CT CT数据以薄层Dicom格式传输至北京数坤科技公司FFR DOC型冠脉FFR计算软件。依据《冠状动脉CT血流储备分数应用中国专家建议》[8]，通过冠脉分割得到骨架，提取中心线并命名，生成冠脉树结构。在冠脉重建几何中定义进出口边界条件，以降维模型构建患者的血流动力学模型。由心肌质量计算得到进口流速，进口压力为患者个体化肱动脉压力，出口边界条件为阻抗边界。迭代收敛求解，得出FFR-CT。

1.2.4 纠正CAD-RADS误差的方法 当冠脉血管的FFR-CT≤0.80，则CAD-RADS 4级升为5级，CAD-RADS 2级和3级相应升为3级和4级。当冠脉血管的FFR-CT＞0.80，则CAD-RADS 4级降为3级，CAD-RADS 2级和3级保持不变。比较3种检查方法的诊断病例数、准确度和误诊率。

1.2.5 CAG检查 采用荷兰飞利浦公司Allura Xper FD 10型全数字化血管造影系统下，以标准Judkins导管行CAG，经桡动脉或股动脉置入6/7F的指引导管至冠脉口，先向冠脉内注入硝酸甘油100～200μg，使冠脉血管充分扩张，经指引导管送入压力导丝至冠脉口；将经指引导管测定的压力与经压力导丝测定的压力校正一致后，将压力导丝推送至狭窄冠脉病变的远端，保持压力导丝顶端在血管腔中间的位置，且不接触血管壁；经静脉注射血管活性药物腺苷140μg-1·kg-1·min-1，使冠脉微血管充分扩张，达到最大充血状态。通过压力导丝测定冠脉狭窄远端压力（distal pressure，Pd），通过指引导管测定冠脉近端压力，即主动脉压力（aortic pressure，Pa），计算FFR，FFR=Pd/Pa。以FFR检查结果为诊断冠脉病变致局部心肌缺血的“金标准”，比较CAD-RADS、FFR-CT及CAD-RADS联合FFR-CT 3种检查方法的诊断效能。

1.3 统计学处理 采用SPSS 23.0统计软件。正态分布的计量资料以表示，组间比较采用两独立样本t检验。非正态分布的计量资料以M（P25，P75）表示，比较采用秩和检验。通过Spearman秩相关分析评价FFR-CT与FFR的相关性。以CAG检查测得的FFR=0.8为金标准，分别绘制CAD-RADS、FFR-CT及FFR-CT联合CAD-RADS诊断冠脉病变致局部心肌缺血的ROC曲线，并计算AUC，采用DeLong检验比较各参数下ROC曲线AUC的差异，评估诊断准确度、灵敏度、特异度、阳性预测值、阴性预测值、阳性似然比及阴性似然比。P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 3种检查方法的诊断病例数比较61例患者共69支病变血管，经CAG检查21支确诊为冠脉病变致局部心肌缺血，48支确诊为冠脉病变不致局部心肌缺血。CAD-RADS联合FFR-CT检出冠脉病变致局部心肌缺血的准确度优于FFR-CT、CAD-RADS。FFR-CT误诊率最高，CAD-RADS联合FFR-CT误诊率最小，见表1至表3。

表1 CAD-RADS诊断冠脉病变致局部心肌缺血

表2 FFR-CT诊断冠脉病变致局部心肌缺血

表3 CAD-RADS联合FFR-CT诊断冠脉病变致局部心肌缺血

2.2 3种检查方法的诊断效能比较FFR-CT的AUC明显高于CAD-RADS，差异有统计学意义（Z=2.551，P＜0.05）；CAD-RADS联 合FFR-CT的AUC显著高于FFR-CT，差异有统计学意义（Z=2.075，P＜0.05），见表4、图1。CAD-RADS灵敏度较低，特异度最高；FFR-CT灵敏度较高；CAD-RADS联合FFR-CT诊断冠脉病变致局部心肌缺血的准确度、灵敏度高于CAD-RADS和FFR-CT。

图1 CAD-RADS、FFR-CT及CAD-RADS联合FFR-CT诊断冠脉病变致局部心肌缺血效能的ROC曲线

表4 CAD-RADS、FFR-CT、CAD-RADS联合FFR-CT诊断效能比较

2.3 FFR-CT与FFR的相关性分析 经Spearman秩相关性析显示，FFR-CT与FFR呈正相关（rs=0.680，P＜0.01），见图2。

图2 FFR-CT与FFR相关性分析的散点图

3 讨论

冠心病主要病理改变为冠脉粥样硬化致使冠脉管腔闭塞或狭窄，严重危及患者生命。随着影像检查技术的发展，CCTA已经融入临床工作流程，并成为临床诊断的一线检查方法，为临床医师提供患者心脏解剖及功能的相关信息，不同诊断方法各有优劣，单一使用不能全面反映患者冠脉病变及心肌缺血情况。CAD-RADS联合FFR-CT预测冠脉病变致局部心肌缺血的诊断准确度为0.96，灵敏度为0.95，CAD-RADS的准确率和灵敏度分别为0.81和0.43，联合明显优于单独CAD-RADS诊断性能，且FFR-CT与FFR有较好的相关性。有研究表明，CCTA对血流限制性疾病有较高的特异度和阴性预测值，但诊断易损病变及心肌缺血的灵敏度较低[9]。CAD-RADS联合FFR-CT综合评估解剖和血流动力学数据，可以更全面客观诊断冠脉狭窄导致局部心肌缺血的患者。

CAD-RADS是CCTA的标准化报告方法，从CAD-RADS 0~5级，根据冠脉狭窄的严重程度、斑块形态、支架评估和冠脉搭桥术分析决定最终的CAD-RADS等级，报告还给出进一步检查及治疗建议[10]。CAD-RADS提供了一致的标准化评估，能更好地与临床医生进行有效沟通、给临床提出诊疗建议和风险预测。Abdel等[11]研究发现两位阅片者在CAD-RADS评分方面有良好的一致性。CAD-RADS在诊断CAD-RADS 4级和5级严重冠心病患者方面表现良好，有高特异度和准确度（分别为0.97、0.99）[12]，本研究在诊断局部心肌缺血方面也得到了相似结果，特异度0.98、准确度0.81。这个结果基于CCTA冠脉解剖学特征，CCTA是诊断冠脉狭窄严重程度的可靠方式，最近在许多研究中得到验证[13-14]。一项多中心研究分析CAD-RADS评分对预测患者心肌梗死的长期预后价值，结果发现CAD-RADS的预测价值与Duke指数和传统方法相似，表明CAD-RADS可用作高危无症状冠心病人群的预后预测因子[15]。然而，本研究发现CAD-RADS诊断局部心肌缺血的灵敏度不高，仅为0.43。冠脉中度狭窄也可以引起局部心肌缺血，所以仅从解剖学特征诊断冠脉狭窄所致局部心肌缺血的诊断能力还需进一步提高。CCTA显著狭窄并不一定是心肌缺血的原因。狭窄的位置和严重程度、微血管状态和心肌床活力等因素，将决定将来的心肌缺血的程度，如心肌梗死。因此，确定病变的血流动力学意义对指导患者治疗具有重大意义。CT灌注、FFR-CT和腔内衰减梯度成像等各种CT技术可以分析冠脉狭窄的血流动力学特征[16]。

FFR-CT是一种新型的图像后处理技术，应用常规CCTA图像数据，并根据Navier-Stokes方程计算流体动力学，生成冠脉树网状结构计算FFR-CT[17]。Driessen等[18]研究评估208例（共612支冠脉）疑似稳定冠心病患者，发现FFR-CT比CCTA和单光子发射计算机体层成像对血管特异度缺血的诊断性能更高（AUC分别为0.94、0.83、0.70），具有更高的准确度、灵敏度和特异度（0.87、0.90、0.86），FFR-CT可以提供可靠的冠脉病变血管血流动力学评价的临床潜力。有学者研发的FFR-CT技术与侵入性FFR具有良好的相关性，在多个研究结果中表明诊断特异性心肌缺血准确率范围为73%～86%，AUC为0.81～0.90[19-20]。2019年，一项5 083例患者的多中心前瞻性研究表明，FFR-CT为临床决策提供更多有效数据，使67%患者改进了治疗决策，且依据FFR-CT指导的患者提高了1年生存率，期间无MACE[5]。Gao等[21]提出了一种深度神经网络解决方案，可以直接从冠脉CT血管树获得FFR值，诊断特异性心肌缺血的AUC为0.92。本研究也得到了相似的结果，通过冠脉FFR计算软件计算FFR-CT诊断心肌缺血的准确率、灵敏度、特异度分别为0.88、0.95、0.85，与Driessen等[18]研究的结果一致。

FFR-CT的灵敏度显著高于CAD-RADS（0.95比0.43），灵敏度的升高表明真阳性的提升，即发现真正心肌缺血患者的能力显著提高，这点非常重要，因为在常规的CCTA检查中同时得到FFR-CT值，可以简单快捷地诊断患者冠脉狭窄是否引起局部心肌缺血，可以显著减少患者急性心肌梗死风险。本文中FFR-CT的AUC与之前Driessen、Ko等[18，20]研究的结果相当。

Coenen等[22]研究中基于工作站深度学习模型开发的一种机器学习FFR-CT算法大约需要40 min。本研究通过冠脉FFR计算软件，基于卷积神经网络、降维构建的流体力学模型完整工作流程，包括冠脉树容积重建和FFR-CT值计算，大约需要10 min。计算效率的提高，可大大减少影像医师阅片的等待时间，使FFR-CT临床常规应用成为可能。有创FFR的压力导丝需要高昂的医疗费用，且有一定的手术风险。Artzner等[23]发现，FFR-CT联合CCTA增强了阅片医生对冠心病分级、识别血流动力学显著狭窄的信心，减少了报告时间。阅片医生在对冠心病患者分级时，被评为可疑还需进一步相关检查的病例下降27%，在识别血流动力学显著狭窄，被评为可疑的病例下降75%，联合FFR-CT使CCTA报告时间减少5 min。

本研究发现，CAD-RADS联合FFR-CT的准确度、敏感度、特异度及AUC较CAD-RADS都有显著提升。CAD-RADS提供一致标准化评分，从冠脉解剖学诊断心肌缺血的灵敏度较低，特异度较高；FFR-CT从冠脉血流动力学方面评价心肌缺血情况具有较高的灵敏度；将两种方法融合即提高了灵敏度又增加了特异度，从冠脉病变的形态学和功能学诊断心肌缺血在CAD-RADS的基础上提高了诊断准确度和AUC。本研究存在一些局限性，样本量相对较小且为单中心回顾性研究，可能存在一定的选择性偏倚；需要进行大样本、多中心、前瞻性临床研究进一步验证CAD-RADS联合FFR-CT的诊断效能和临床适用性。

综上所述，CAD-RADS联合FFR-CT具有较高的诊断冠脉病变致局部心肌缺血的效能，减少了患者有创FFR测量的风险。将来其可能成为一种无创、高效、廉价、准确和可靠的诊断心肌缺血工具。