冠状动脉AI诊断系统在高海拔地区CHD患者评估中的应用价值

王雪燕,鲍海华,温生宝,曹云太,李伟霞,颜 梅

(青海大学附属医院医学影像中心,西宁 810000)

冠状动脉粥样硬化性心脏病(coronary heart disease,CHD)已成为威胁人类健康的主要疾病之一[1]。高海拔地区独特的低氧、低压、高寒、强辐射的自然环境,对机体产生非常复杂的生理或病理影响,均直接或间接地影响冠心病的发生、发展[2-3]。基于人工智能(AI)的冠状动脉AI诊断系统及CT无创血流储备分数(CT-FFR)测量系统可实现仅一次CT血管造影(CTA)检查就完成对冠状动脉狭窄程度及斑块性质的评估,同时获取无创血流储备分数(FFR)值[4-7]。本研究拟通过冠状动脉AI诊断系统及CT-FFR来研究不同海拔下冠心病患者病变结构及功能性特征。

1 资料与方法

1.1 一般资料

前瞻性收集2022年1-12月于本院接受冠状动脉CTA并于3个月内行冠状动脉造影(CAG)检查的318例CHD患者。按照患者来源地区海拔梯度分为2 000～3 000 m组、>3 000 m组。两组患者一般资料对比,差异无统计学意义(P>0.05)。本研究经医院伦理委员会审核通过。纳入标准：(1)有完整临床资料,满足CHD诊断标准;(2)当地居住时间10年以上,性别不限;(3)所有患者均使用Revolution CT行冠状动脉CTA检查,CTA影像质量符合诊断要求;(4)自愿配合研究且签署知情同意书。排除标准：(1)严重肝脑肾病变、妊娠期或哺乳期、恶性肿瘤、碘过敏、先天性心脏病,以及精神疾病或意识障碍;(2)对碘造影剂过敏;(3)冠状动脉搭桥、支架术后及冠状动脉旁路移植术后。

1.2 方法

1.2.1冠状动脉CTA扫描

使用美国GE公司256层GE Revolution CT机进行检查,行心脏前瞻性心电门控螺旋式扫描。扫描过程中嘱患者自由呼吸;所有患者进行胸前4导联心电监测,取仰卧、足先进位,扫描时嘱患者双手上举,水平定位腋前线,扫描范围从气管分叉至膈肌下l cm左右,覆盖整个心脏;先行平扫,确定扫描覆盖范围,探测器宽为14 cm,当部分患者的心脏明显增大时,探测器宽度可调节为16 cm,视野为25 cm,心脏扫描前行Auto-gating监测,管电压120 kV,由系统推荐恰当自适应管电流(Smart MA),旋转时间为0.28 s/转,扫描自动触发感兴趣区(ROI)置于降主动脉处,采用对比剂自动跟踪阈值触发技术,触发阈值280 Hu,触发后延迟2 s开始扫描,采用迭代重建(ASiR-V)技术进行重建;准直器宽度256 mm×0.625 mm,扫描层厚0.625 mm,重建层厚0.625 mm,重建间隔0.450 mm。所有患者均使用350 mgI/mL碘对比剂,采用20 G静脉留置套管针经右肘前静脉以双筒高压注射器注射,注射时间12 s,以0.9 mL/kg剂量注入,总量=体质量(kg)×0.9 mL/kg,注入速率(mL/s)=总量/12,对比剂注射结束后,以相同速率加注30 mL生理盐水。

1.2.2图像处理

使用冠状动脉运动追踪最佳期相选择技术(Smart Phase)扫描原始数据,选取血管显示较好的一组期相进行追踪冻结(SSF)算法重建,分别将SSF重建图像上传至冠状动脉AI诊断系统及CT-FFR测量系统(北京数坤科技股份有限公司)。冠状动脉AI诊断系统可快速完成对CTA图像的自动重建和冠状动脉命名、狭窄与斑块分析等后处理计算;CT-FFR测量系统可在短时间内精确获取冠状动脉树所有位置的FFR值。

1.3 诊断标准

冠状动脉窄程度按照美国心血管CT学会(SCCT)分级方法分为：无狭窄(0)、轻微狭窄(<25%)、轻度狭窄(25%～<50%)、中度狭窄(50%～<70%)、重度狭窄(70%～<100%)和闭塞(100%)[9]。

冠状动脉斑块分为稳定斑块和易损斑块。稳定斑块根据斑块中钙化成分的存在与否,分为非钙化斑块(整个斑块无钙化密度)、钙化斑块(整个斑块均呈现为钙化密度)及混合斑块(斑块中同时存在钙化与非钙化密度)[10]。易损斑块(高危斑块)特征：(1)低密度斑块,CT值<30 Hu;(2)点状钙化斑块,最大直径<3 mm;(3)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;(4)“餐巾环”征,即冠状动脉非钙化斑块周围的环状高密度影。

以CAG检查结果为金标准,灵敏度=真阳性/(真阳性+假阴性);特异度=真阴性/(假阳性+真阴性);准确度=(真阳性+真阴性)/总例数;阳性预测值=真阳性/(真阳性+假阳性);阴性预测值=真阴性/(假阴性+真阴性);诊断一致率=(真阳性+真阴性)/血管节段总数。利用Kappa值判断：≥0.8为一致性良好,0.4～<0.8为一致性一般,<0.4为一致性较差。冠状动脉狭窄功能学意义的CT-FFR值>0.80,通常认为不会诱发心肌缺血;<0.70通常提示可能诱发心肌缺血;位于“灰区”CT-FFR值≥0.70～≤0.80应综合考虑临床和其他功能影像学信息。

1.4 统计学处理

2 结 果

2.1 冠状动脉AI诊断系统诊断高海拔地区CHD患者冠状动脉斑块性质的性能评价

2 000～3 000 m组血管节段779个,>3 000 m组血管节段756个,>3 000 m组钙化斑块、易损斑块的数量高于2 000～3 000 m组(P<0.05),见表1。以CAG结果为金标准,对两组共1 535个血管节段进行诊断效果评价,显示冠状动脉AI诊断系统诊断钙化斑块、混合斑块、非钙化斑块及易损斑块具有较好的灵敏度及特异度,见表2。

表2 冠状动脉AI诊断系统诊断高海拔地区CHD患者冠状动脉斑块性质的性能评价

2.2 冠状动脉AI诊断系统诊断高海拔地区CHD患者冠状动脉狭窄情况的评价

2 000～3 000 m组狭窄血管共356条,>3 000 m组狭窄血管共370条。>3 000 m组冠状动脉多支病变、中度狭窄、重度狭窄、完全闭塞发生率均高于2 000～3 000 m组,2 000～3 000 m组冠状动脉单支病变、轻度狭窄发生率高于>3 000 m组,差异有统计学意义(P<0.05),见表3。以CAG结果为金标准,冠状动脉AI诊断系统诊断冠状动脉狭窄具有较好的灵敏度及特异度,见表4。

表3 冠状动脉AI诊断系统诊断高海拔地区CHD患者冠状动脉狭窄情况的评价[n(%)]

表4 冠状动脉AI诊断系统诊断高海拔地区CHD患者冠状动脉狭窄情况的效能评价

2.3 冠状动脉AI诊断系统诊断高海拔地区CHD患者冠状动脉血流情况的评价

>3 000 m组血管节段CT-FFR值(0.74±0.03)明显低于2 000～3 000 m组(0.86±0.04),>3 000 m组血管节段CT-FFR值≤0.80、<0.70的比例均高于2 000～3 000 m组(P<0.05),见表5。

表5 冠状动脉AI诊断系统诊断高海拔地区CHD患者冠状动脉血流情况的评价[n(%)]

3 讨 论

随着疾病辅助诊疗和防治的信息化和便捷化需求发展,AI技术逐渐应用于医疗领域,且以多种方式应用于心血管疾病[11-12]。有文献指出AI诊断系统可作为冠状动脉病变筛查、评价病变狭窄程度的有效方法[13],因此AI诊断系统逐渐成为国内外心血管疾病临床研究方面的热点。

冠状动脉CTA经过多年的快速发展和临床实践,已成为我国冠状动脉疾病诊断的基础性检查技术。但经长期临床观察发现,单纯依靠冠状动脉CTA评价CHD结构对需要血运重建患者的检出存在较高的假阳性,且冠状动脉的结构性狭窄与其功能性缺血匹配度较差,因此对CHD的评估必须结合其结构和功能双重信息[14-15]。以往普遍认为,传统FFR是冠状动脉狭窄病变心肌缺血功能性评估的主要检查方法,但FFR是一种有创的侵入式检查,操作需要一定的技术水准且费用较高,在临床的接受度不高[16-18]。而通过上述AI诊断系统中的CT-FFR评价冠状动脉FFR值无创、无需负荷药物[19]。有研究报道,CT-FFR测得的FFR值与传统有创的FFR值一致性较高[20-21],且CT-FFR对缺血性冠状动脉狭窄的诊断、对高危斑块的预后评估均具有较高的应用价值[22-23],因此CT-FFR已逐渐开始应用于临床。另外有报道提出对于CHD患者,冠状动脉狭窄程度在中、重度时,冠状动脉有创或无创造影的狭窄程度结果较易出现与FFR功能性缺血不匹配的情况,从而导致漏诊或患者需再次进行侵入性检查[24],为此,CT-FFR在此类病例中的应用更为关键。

目前国内外学者针对CHD结构性特点的研究已经很成熟,但对功能性的研究相对较少,并且无地域性区分,尤其对高海拔地区冠心病心肌缺血情况的风险评估报道甚少。本研究发现,>3 000 m组钙化斑块、易损斑块的数量多于2 000～3 000 m组,>3 000 m组冠状动脉多支病变、中度狭窄、重度狭窄、完全闭塞发生率均高于2 000～3 000 m组,2 000～3 000 m组冠状动脉单支病变、轻度狭窄发生率高于>3 000 m组。表明3 000 m以上地区冠心病患者其冠状结构特征以钙化斑块、多支病变、中重度狭窄及完全闭塞为主要特征,这与以往报道结果一致[25]。且3 000 m以上地区患者易损斑块的发生率更高,其患CHD的比例可能更高,但尚需进行更加深入的研究。本研究还发现,>3 000 m组CT-FFR值(0.74±0.03)明显低于2 000～3 000 m组(0.86±0.04);>3 000 m组CT-FFR值≤0.80、<0.70的比例均高于2 000～3 000 m组,表明3 000 m以上地区CHD患者存在更显著的血流动力学改变。以CAG为金标准,对两组1 535个血管节段进行诊断效能评价,显示冠状动脉AI诊断系统对诊断冠状动脉斑块及狭窄具有较好的灵敏度及特异度。

综上所述,3 000 m以上地区CHD患者主要以钙化斑块、多支病变、中重度狭窄及完全闭塞为主要特征,血流动力学改变更加明显。冠状动脉AI诊断系统对评估不同海拔地区CHD患者的冠状动脉特征及血流动力学改变具有一定的临床价值,能够避免多次检查,降低检查成本,具有一定的社会效益及经济效益。但AI技术及CT-FFR技术是基于冠状动脉CTA图像数据的一种新方法,因此对冠状动脉CTA图像质量要求较高,这可能影响病例收集进程,同时本研究样本量偏少,且未进行检查次数及成本比较,存在一定的局限性。今后考虑进行前瞻性、多中心、大样本研究来进一步评估冠状动脉AI诊断系统诊断效能。