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冠状动脉狭窄的CT功能评价技术进展

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作者:天津医科大学总医院心内科(于雪芳、陈俊)放射科(张璋)

 

有创冠状动脉造影(coronary angiography, CAG)和无创冠状动脉CT血管成像(coronary CT angiography, CCTA)是目前诊断冠心病的最常用方法,但二者仅能提供冠状动脉的解剖信息,不能对狭窄进行功能评价。冠状动脉狭窄的解剖特点并不能直接反映功能状况,特别在中等狭窄病变,二者相关性较差。临床上,对冠状动脉狭窄的功能评估是决定患者是否需要血运重建并影响临床预后的最重要因素。

 

目前,对于冠状动脉狭窄功能判断常用方法主要包括有创的血流储备分数(fractional flow reserve,FFR)测定和无创的心肌灌注核素显像,但前者为有创检查,操作复杂、费用昂贵并增加患者辐射剂量;后者虽为无创,但与造影解剖评价不能同时完成,给操作带来不便并增加额外费用。近年来,无创CT功能评估技术出现,其与CCTA结合能一站式完成对冠状动脉解剖和功能的评价,给临床诊断治疗带来极大便利。笔者就这方面进展做综述如下。

 

一、基于计算机血流动力学模拟的CT-FFR

 

CT-FFR主要由心脏血管影像资料、心脏解剖与生理功能关系的数学模型及计算机血流动力学模拟3方面综合分析而来。通过心肌体积和血流之间的关系模型得出冠状动脉血流量;通过血管大小与阻力之间的关系模型得到基础状态下冠状动脉循环阻力;再通过假设冠状动脉循环基础和充血状态阻力比为一常数去计算充血状态下冠状动脉微循环阻力。以此数值和血流动力学为基础计算得出CT-FFR值。2012年Min等在17个中心共入选252例患者,以压力导丝测得FFR值(≤0.8为功能缺血)为金标准。结果显示CT-FFR+CTA相比于CTA显著提高了缺血诊断的准确性(73% vs. 64%)和诊断效果(ROC曲线下面积:0.81vs. 0.68)。

 

接着,另一项关于CT-FFR的重要试验NXT研究发表,该研究一共入选254例临床怀疑冠心病的患者,与有创FFR(≤0.8为功能缺血)比较,CT-FFR和CTA诊断功能缺血的ROC曲线下面积分别为0.90和0.81,CT-FFR、CTA和CAG诊断功能缺血的敏感度和特异度分别为86%和79%、94%和34%、64%和83%。该研究再次证实CT-FFR的诊断效能。

 

最近,Li等将关于CT-FFR的临床研究资料进行荟萃分析,统计1 050例患者得出结论:CT-FFR与CTA诊断敏感度相似但特异性大大提高,CT-FFR可作为有创FFR的一个替代选择。CT-FFR通过一次静态扫描,利用计算机模拟对冠状动脉功能实现定量评估,其最大的优点在于安全、无创和经济,为权衡有创冠状动脉检查利弊的患者和医师提供了一种很好的替代工具。CT-FFR测量可重复性好,一些影响CTA图像质量的因素如噪音比、钙化、移动等对其测量影响较少。其主要缺陷在于所有计算参数都是通过公式模拟而来,一些生理学参数取统计学平均值,这些模拟不可避免影响其准确性;另外,CT-FFR计算程序复杂,耗时较长也限制其应用。

 

二、腔内对比剂密度衰减梯度分析技术

 

冠状动脉腔内对比剂衰减梯度的概念由Steigner等首先提出,目前有冠状动脉腔内密度差(contrast opacification,CO)、校正冠状动脉腔内密度差(corrected contrast opacification CCO)、腔内对比剂密度衰减梯度(transluminal attenuation gradient,TAG)和腔内衰减血流编码(transluminal attenuation flow encoding,TAFE)4种分析技术。CO是指冠状动脉狭窄近、远段腔内CT值差;而CCO是因为扫描图像可能不是同一时间获得而取同一扫描轴平面降主动脉CT值进行校正而来的差值;TAG被定义为冠状动脉腔内密度衰减和距冠状动脉开口长度之间的线性回归系数。

 

具体由距冠状动脉口每10 mm间隔测CT值进行回归计算而得;TAFE是由TAG、冠状动脉横断面积、血管长度和对比剂动脉输入时间间隔4个参数通过公式推算的冠状动脉血流,理论上由于其考虑了血管解剖和对比剂输入因素可能优于TAG,但目前临床资料不多,其可靠性尚需进一步证明。从原理上讲TAG多点回归计算较CO、COO更具可靠性和科学性,因此,后期临床研究多以TAG作为冠状动脉腔内对比剂衰减梯度的代表指标。前期运用64排及256排CT测量TAG与FFR比较的结果并不满意,两者只有中度相关;近期Wong等运用320排CT研究发现TAG对FFR值(≤0.8)有较好预测价值(敏感度77%,特异度74%),结合CTA对于判定狭窄意义有帮助。因此,目前认为较窄探测器宽度扫描由于并非单次心动周期采集,所得TAG与FFR相关性稍差;而320排CT因为能一次扫描全心覆盖,在TAG分析中更具优势。TAG320+CTA可改善诊断的特异度,中度提高冠心病诊断的准确性。和CTA相似,钙化和伪影会影响TAG测量的准确性。

 

三、心肌跨壁灌注比

 

跨壁灌注比(transmural perfusion ratio, TPR)即内层和外层心肌平均CT值比。正常心肌灌注内膜高于外膜层,但当冠状动脉有明显狭窄时TPR降低。早期研究显示TPR诊断狭窄特异度高而敏感度稍差,有较高的假阴性率,分析可能是由于广泛或严重缺血时血流灌注普遍减少所致。320排CT分别在静息和负荷扫描更适合TPR的测量评估,TPR受心肌成份及伪影(如运动、硬化线束等)影响较大,有研究显示TPR+CTA能轻度提高冠心病诊断能力。

 

四、CT心肌灌注显像

 

CT心肌灌注显像(myocardial perfusion imaging,MPI)一直是CT功能评价的热点与重心。现分述如下。

 

1.静态CT-MPI:静态CT-MPI和核素心肌灌注显像原理相似,通过首过阶段随血流而来的对比剂在心肌分布特点判断血流灌注情况,通过静息和负荷扫描增加诊断准确性。一些早期研究证明CT-MPI+CTA诊断准确性优于CTA,而与CAG+单光子发射计算机断层扫描(singlephoton emission computed tomography, SPECT)相近。最近Ko等运用有创FFR为标准(≤0.8为功能缺血)评价320排静态CT-MPI诊断效果,研究表明静态CT-MPI显著提高诊断的特异性(达98%)。

 

首个评价静态CT-MPI的多中心试验CORE320研究在16个中心共入选381 例患者,应用320排CT分别进行静息和腺苷负荷下扫描(管电压120 kV,管电流270~400 mA),以CAG≥50%+SPECT灌注缺损为对照标准,结果CTA≥50%+CT-MPI诊断的敏感度和特异度分别为80%和74%,CTA+CT-MPI显著提高诊断准确性。2015年Cury等发表了一项对比CT-MPI和SPECT的随机多中心研究,124例患者同时行两项检查,一致率为0.87(95%CI为0.77~0.97),作者认为CT-MPI对可逆性缺血诊断价值不次于SPECT。

 

总体而言,CT-MPI诊断价值和特点与SPECT相似,其诊断准确性受伪影、扫描技术和诊断软件等影响。

 

2.动态CT-MPI:动态CT-MPI是通过连续扫描获得对比剂-时间衰减曲线后通过数学模型计算心肌血流(myocardial blood flow,MBF)值。目前已有最大增强法、最大斜率法、Gamma变量曲线契合法、去卷积法和去卷积+最大斜率杂交法等求算MBF。简单计算原理可理解为:对比剂-时间衰减曲线的上升斜率和血流量相关,而曲线下面积和血液体积相关。通过心肌对比剂时间曲线上升斜率和动脉输出上升斜率函数之比或曲线下面积之比/曲线契合计算MBF值。

 

(1)定量心肌血流测定:动态CT-MPI最大的优势在于能够定量计算MBF值。Bamberg等以FFR≤0.8为标准,得出动态CT-MPI功能缺血的阈值为75 ml·100 ml-1·min-1,将此值结合CTA可将诊断的阳性预测值从49%提高到78%。接着Rossi等在80例稳定心绞痛患者中对比FFR(≤0.8为功能缺血),发现动态CT-MPI诊断敏感度和特异度分别为88%和90%,得出MBF血流阈值为78 ml·100 ml-1·min-1。另外,有研究也对比了动态CT-MPI和MRI、PET所测MBF值,发现它们之间有很好的相关。目前,已有动态CT-MPI软件计算MBF,但不同技术求得MBF一致性并不好,而且求算MBF往往需要多次扫描,射线辐射量大。

 

(2)心肌血流比(MBF ratio, MBFR):最近,Kono等提出MBFR即狭窄和正常区域MBF之比的概念。对比42例患者的MBFR和MBF,显示MBFR与FFR相关性更好(0.76对0.52,P<0.01)。作者认为相对定量指标由于较少受计算方法技术等多种因素影响,可能是目前反映心肌缺血的较好指标。总体而言,CT-MPI研究仍处于探索阶段,最佳扫描程序方法仍未确定。

 

近期Pelgrim等对一共32篇CT-MPI文章做了Meta分析,共1 507例患者,作者比较了分别以核素、CAG等为标准评价静态及动态CT-MPI的结果:在血管水平,静态CT-MPI诊断冠脉造影>70%狭窄敏感度和特异度分别为82%和78%;在心肌节段水平,动态CT-MPI对比SPECT诊断缺血敏感度和特异度分别为77%和89%;CTA+静态CT-MPI诊断造影>50%狭窄的敏感度和特异度分别为84%和93%。各研究间存在较大变异,但CT-MPI评价在功能意义冠状动脉狭窄具有较高敏感度和特异度。作者指出各研究CT扫描方案不尽相同,以后标准化CT操作技术是必要的。目前,CT-MPI存在主要问题有放射量较大和图像质量伪像,其可以通过改进CT技术、改进计算方法、优化扫描模式、运用迭代重建技术等加以改进。

 

五、总结及展望

 

目前,CT-FFR、TAG、TPR和CT-MPI等功能评价技术结合CTA都能提高冠心病诊断准确性。相比较而言,CT-FFR和CT-MPI可能较优,其次为TAG。但这些技术和有创FFR相比准确性仍稍差;CT-FFR和CT-MPI是两项有前景的技术。CT-FFR只需一次常规扫描可同时完成冠状动脉解剖和功能评估,不需药物负荷,在简便、减少对比剂用量和减少辐射剂量方面较CT-MPI有明显的优势。静态CT-MPI诊断效果与SPECT相近,动态CT-MPI最佳方法仍在探索,扫描模式方法的改进和迭代重建技术的应用将极大改善目前技术的不足。动态CT-MPI理论上可以给我们提供精确的定量功能评估,未来的发展值得期待。

 

来源:中华放射学杂志2017年4月第51卷第4期

 

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