非侵入性心臟成像技術在冠狀動脈疾病診斷中的應用進展

賈 璐，楊毅寧

(新疆醫科大學第一附屬醫院第一臨床醫學院心血管內科，烏魯木齊 830054)

目前，全球每年因冠狀動脈疾病(coronary artery disease,CAD)而死亡的人數為1 730萬，且其患病率還在持續增加[1]。冠狀動脈造影術是診斷CAD的金標準，但它在冠狀動脈的功能及病理學檢測方面存在局限性，且無法獲得冠狀動脈病變部位的精確數據(管腔狹窄面積、狹窄長度等)，因此血管腔內影像技術及血流動力學檢測技術應運而生，如血流儲備分數檢測、血管內超聲及光學相干斷層掃描等。然而，這些檢測手段均依賴于經皮介入導管技術的支持，屬于侵入性的有創操作，存在血管損傷、醫源性感染等相關風險，且無法獲得患者在運動負荷狀態下的心肌灌注數據。隨著影像學技術的不斷進步，各種非侵入性心臟成像技術逐漸出現并開始應用于CAD的診斷。這些成像技術既可以為醫師提供詳細的冠狀動脈功能或解剖病理學方面的信息，還可以協助制訂CAD治療策略及預后評估。現就目前常用的幾種非侵入性心臟成像技術及近年新出現的相關技術予以綜述，以評價它們的優點、局限性及在臨床研究中的潛在價值。

1 核素心肌灌注顯像

核素心肌灌注顯像(myocardial perfusion imaging，MPI)是一種無創的影像學檢查手段，是指通過單光子發射計算機斷層顯像(single-photon emission computed tomography，SPECT)或正電子發射計算機斷層顯像(positron emission tomography，PET)來測定注入患者體內的放射性追蹤劑在心肌中的分布及攝取差異，以評估心肌血流的灌注情況。

1.1SPECT 目前，最常使用的心肌灌注成像技術為SPECT[2]。它在20世紀90年代被廣泛使用，并逐漸取代了始于20世紀70年代的二維灌注成像。SPECT的基礎是在靜息及負荷狀態下，分別對心臟180°平面投影圖像進行三維數字化重建，然后將其分為多個代表放射性追蹤劑分布狀態的心臟切片及區域，與正常心肌相比，缺血區域的心肌細胞在負荷應激時血流灌注相對較少，所以放射性追蹤劑在缺血區域的攝取也相對減少或缺損。若心臟某個區域在靜息和負荷狀態時均存在缺血現象，則表示該區域所對應的冠狀動脈可能發生了狹窄或梗死。目前，最常用的放射性追蹤劑為鉈201(201Tl)和锝99m(99Tcm)，由于99Tcm相較201Tl具有更高的能量放射水平及更少的組織衰減，所以使用99Tcm可以得到更高質量的灌注圖像[3-4]。SPECT負荷成像可通過運動或藥物應激進行，其中運動是負荷應激的首選方法，它可以通過運動直接觀察患者的各項生理指標，而藥物應激通常使用血管擴張劑(腺苷或雙嘧達莫)。多數情況下，SPECT-MPI會在冠狀動脈直徑狹窄超過50%～70%時檢測到局部心肌缺血。一個對79項SPECT研究進行的薈萃分析表明，對于冠狀動脈狹窄大于50%的患者，其SPECT診斷的靈敏度和特異度分別為86%和74%[5]。另外，SPECT還可以利用201Tl的生物學特性來進行心肌細胞存活能力的評估，先通過給患者注射201Tl獲得初始灌注圖像，再于18～24 h后重新采集圖像。由于心肌細胞對201Tl的攝取依賴于完整的細胞膜和鈉鉀ATP酶，所以初始圖像上顯示灌注缺損的區域。重新采集圖像后，其201Tl的攝取率如果相對正常區域增加50%以上，則表示該區域心肌細胞雖然處于缺血狀態，但仍具有相對完整的細胞膜和鈉鉀ATP酶活力，即心肌細胞仍具有存活能力；若攝取率增加少于50%，則表示該區域的心肌細胞已不具備存活能力[6]。因此，SPECT對放射性追蹤劑攝取率的量化測定可以證實和預測缺血心肌細胞在血運重建前后是否存活，從而為血運重建治療提供依據。但由于SPECT對心肌缺血的檢測是基于心肌灌注在應激前后的相對變化，所以對三支冠狀動脈病變或左主干病變患者進行診斷時，由于心肌大面積同時缺血，心肌血流儲備較低，在靜息及負荷狀態下的心肌灌注相對變化不明顯，故又被稱作“平衡缺血”現象，可能出現假陰性的診斷結果。有研究顯示，約15%的冠狀動脈多支病變患者可能出現這種假陰性結果，而只有59%的左主干病變患者通過SPECT發現了心肌缺血[5,7]。同時，衰減偽影的出現也會降低MPI的診斷特異性，出現假陽性結果，如男性中高位橫膈膜造成的偽影可能導致出現下壁心肌缺血的灌注顯像，而女性的乳房偽影可能導致出現前壁心肌缺血的灌注顯像，但這些偽影可通過心電門控同步技術和衰減校正算法來進行不同程度的糾正。此外，其他疾病或病理變化在沒有造成冠狀動脈狹窄的情況下也可能導致心肌灌注顯像的異常，如明顯的左心室肥厚、肥厚型心肌病、心肌中的惡性沉積物、冠狀動脈內皮功能障礙、X-綜合征及微血管性心絞痛等。

1.2PET 相對于SPECT提供的心肌灌注的定性或半定量評估，PET可以提供心肌血流量和心肌微循環的全定量評估，其成像的基本原理為將某種人體內的物質(一般為葡萄糖)，標記上短壽命的放射性核素(18F、11C等)并注入人體，因放射性核素在衰變過程中釋放正電子，正電子在隨后的湮滅過程中會產生一對光子，這對光子可以通過高度靈敏的照相機捕捉，并經計算機進行校正和相關分析處理后得到能反映該放射性核素在心肌內部聚集情況的三維圖像，及心肌灌注-代謝的相關數據，從而比較精確地測量出心肌血流量，并對心肌動脈的微循環及心肌代謝情況進行評估[8]，將CAD的診斷從病理解剖層面拓展到生物代謝層面。目前，常用的放射性標志物為18F-氟代脫氧葡萄糖。由于缺血心肌細胞與正常心肌細胞對葡萄糖的代謝狀態不同，故通過PET測定18F-氟代脫氧葡萄糖在心肌灌注中的攝取情況，可以判斷心肌缺血的程度和區域，甚至可以檢測到心肌微血管功能層面的改變，這種早期發現將使醫師可在CAD完全出現之前對患者的生活方式或危險因素進行干預[9]。Nandalur等[10]發現，PET診斷CAD的靈敏度為92%，特異度為85%。而PET對CAD患者預后判斷的價值也在研究中得到證實，Marwick和Hollman[11]在685例可疑或已確診為CAD的患者中發現，PET心肌灌注掃描正常患者的死亡率明顯低于掃描異常患者。Yoshinaga等[12]對367例患者行PET心肌灌注掃描后隨訪發現，灌注正常組患者1年內心臟不良事件的發生率為0.4%，輕度灌注異常組為2.3%，中度至重度灌注缺損組為7%。此外，PET也可用于預測再灌注治療后心肌細胞的存活能力。根據心肌的運動功能及灌注-代謝特點，可以將心肌分為以下4種狀態[13]：①灌注和收縮功能降低但代謝功能正常的心肌，稱為“冬眠”的存活心肌；②節段運動功能失調但灌注和代謝正常的心肌，代表心肌重構；③為灌注和代謝均已出現減少或缺損的心肌，提示心肌瘢痕；④為運動功能、灌注和代謝均無異常的心肌，代表完全正常的心肌。前兩種心肌由于代謝功能正常，若及時得到血運重建治療可以完全或部分恢復其生理功能，而第三種心肌由于代謝功能已基本消失，即使進行了血運重建，其生理功能也無法恢復，這些信息可以協助臨床醫師判斷是否有必要對缺血區域的冠狀動脈進行干預，同時也為評估患者預后提供依據[14]。與SPECT相比，PET的檢查價格相對昂貴，但輻射暴露較少，導致假陽性與假陰性結果的影響因素更少，如多支冠狀動脈狹窄、左主干狹窄及偽影的存在等[14]。在一項對11 862例患者進行的大型薈萃分析中，PET顯示出較SPECT更高的診斷CAD的敏感性[15]。其缺點為使用的放射性追蹤劑成本昂貴；患者機體的代謝狀態對FDG的攝取影響較大，可能對評估心肌灌注-代謝的準確性產生干擾。

2 負荷超聲心動圖

負荷超聲心動圖是指讓患者處于運動狀態或多巴酚丁胺、腺苷等藥物負荷下，引發患者心肌需氧量增加，若冠狀動脈存在病變，則患者心肌血流灌注受限，從而導致心肌室壁運動異常，并反映到超聲心動圖中，由此判斷心肌是否缺血，其他信息則通過靜息狀態的超聲圖像獲得，如各心室的大小、心臟收縮和舒張功能、肺動脈壓力等。它的最大優點為無電離輻射，因此在年輕患者及妊娠患者中使用較多[16]。在運動方式上，患者可以選擇跑步機或運動單車，而跑步機較運動單車產生的心臟負荷更高。如果患者無法耐受運動，可以使用多巴酚丁胺誘發心肌耗氧量增加。當室壁心肌運動在靜息及負荷狀態下均為正常時，提示無心肌缺血；當負荷狀態下≥2個室壁節段運動減退或運動異常時，可診斷為心肌缺血；如果心肌有瘢痕，則在靜息和負荷狀態時均會有室壁運動障礙的表現[17]。研究顯示，負荷超聲心動圖診斷CAD的總體靈敏度為88%，特異度為83%[18]。不同負荷方式下超聲心動圖診斷的敏感性和特異性也不同：使用多巴酚丁胺、運動和雙嘧達莫負荷方式診斷的靈敏度分別為80%、85%和78%，特異度分別為86%、76%和91%[19-21]。與單支血管病變患者相比，負荷超聲心電圖對多支冠狀動脈病變患者CAD診斷的敏感性較高，而對回旋支病變患者的診斷敏感性較低，可能與回旋支供血區域較小及該區域容易出現成像偽影有關[22]。負荷超聲心動圖已被證明是心臟不良事件的獨立預測因素，一項納入32 739例患者的研究顯示，正常負荷超聲心動圖患者的年不良事件發生率(死亡或心肌梗死)為1.2%，異常者為7%[23]。而靜脈造影劑與三維超聲心動圖聯合使用，可以實現對心肌灌注的量化評估，從而進一步提高診斷的敏感性和特異性。近年來，關于超聲心動圖用于心肌缺血評價的最新技術為左心室應變測定，應變是衡量心肌變形的指標，可通過組織多普勒成像或二維斑點追蹤超聲心動圖對其進行評估，從而定量測定心肌缺血或梗死的范圍及程度。該技術的診斷價值已在急性心肌缺血和心肌梗死的動物模型中得到驗證[24-25]。

與SPECT相比，負荷超聲心動圖在診斷左主干和三支血管病變的CAD方面可能更有優勢，因為它不受“平衡缺血”現象的影響；負荷超聲心動圖的診斷敏感性稍低，但特異性較高[26]。因此，其總體診斷性能與SPECT相似。在美國心臟協會及美國心臟病學會指南中，藥物負荷超聲心動圖用于診斷無法耐受運動的CAD患者的推薦級別為ⅠB類，與藥物負荷SPECT的推薦級別相同[27]。而負荷超聲心動圖的主要缺點為其診斷的準確性高度依賴于超聲醫師的操作水平。此外，在嚴重左心室功能不全、血壓水平較低、缺血面積較小、左心室肥厚等情況下可能出現假陰性的診斷結果。

3 心臟CT成像

3.1冠狀動脈CT血管造影(coronary CT angiography，CCTA) 近年來，在診斷CAD方面使用較為廣泛的心臟CT成像技術為CCTA，它已成為目前臨床診斷CAD的重要手段之一。其主要原理是通過給患者靜脈注射適當對比增強劑后，利用多排螺旋CT對冠狀動脈進行掃描，從而了解冠狀動脈病變的情況，且結合心電門控同步技術，可以在一個心動周期內選取最恰當的時機采集圖像，進一步減少了因心臟搏動導致的運動偽影出現。最新一代的廣域探測技術可以在一個心動周期內對整個心臟(12～16 cm范圍)進行成像，從而使心律失常患者可以得到較為理想的圖像。目前，CCTA除了可以通過對管壁、管腔進行三維解剖成像來提供有關狹窄程度、斑塊負荷等信息外，還能夠通過分析衰減信號的特點準確評估冠狀動脈粥樣硬化斑塊的病理特征，如纖維斑塊顯示為高衰減，具有大的壞死核心或脂質池的斑塊則顯示為低衰減，準確了解病變特點可以幫助臨床醫師制訂更加個體化的治療策略及預測未來不良事件的發生[28]。對于急診胸痛患者，CCTA可以更快地協助鑒別診斷，在盡可能短的時間內對患者進行分診，從而為是否進一步行侵入性血管造影提供依據[29-32]。一項對1 869例急性胸痛患者進行的薈萃分析顯示，CCTA明顯縮短了患者的住院時間[33]。其主要缺點為對患者心率、心律有一定要求，輻射劑量較高，且可能因使用對比增強劑而出現過敏反應及腎臟損害。

3.2冠狀動脈鈣化評分(coronary artery calcification score，CACS) CACS是指在不使用對比增強劑的心臟CT成像的基礎上，通過測量冠狀動脈中的高密度鈣化斑點來對血管鈣化情況進行評分，評分越高則鈣化程度越重[34]。由于冠狀動脈鈣化程度與血管粥樣硬化斑塊的體積成正比，且在急性破裂的斑塊愈合處和易損斑塊的表面往往有斑點狀或碎裂狀的鈣化沉積，穩定性斑塊則表現為動脈壁內較大面積的局灶性鈣化，所以CACS可以通過觀察血管鈣化情況對粥樣斑塊的負荷及穩定性進行快速推測。雖然鈣化斑塊通常是穩定的，但鈣化負荷越高，其發生斑塊破裂的可能性就越大[35-36]。所以CACS還可以預測CAD患者發生不良事件的風險，且無需靜脈注射對比增強劑或任何預先用藥，患者接受的輻射劑量僅為1 mSv，相當于采集一張乳房X線照片的劑量。一項納入了3 398例患者的多中心、前瞻性研究發現，CACS分數與心血管不良事件風險呈正相關[37]。另一項對9 715例患者進行的大型前瞻性隨訪研究中，CACS為0分且冠心病危險分層為低到中危的患者15年內的死亡率明顯低于其他患者，且不受年齡或性別的影響，提示CACS分數低的患者預后良好[38]。但對于規律服用他汀類藥物的患者，其抗炎抗脂的藥理作用可能會使斑塊中富含脂質的部分脫脂，出現CACS假性升高，故該類患者不推薦進行CACS[39]。但不論是CCTA還是CACS，他們的共同局限性為只能提供解剖學及病理學層面的相關描述，無法發現血管狹窄導致的功能學改變，而近年出現的CT灌注成像和CT血流儲備分數測定技術克服了這一困難。

3.3CT灌注成像 CT灌注成像的基本原理是在給患者使用血管擴張藥物(雙嘧達莫或腺苷)前后，通過CT動態捕獲冠狀動脈和心肌中的血流及對比劑的動力學數據并加以對比，計算出心肌中的絕對血流量。研究顯示，它與侵入性血流儲備分數(fractional flow reserve，FFR)測定在評價冠狀動脈血流功能學方面具有良好的相關性，可以協助判斷冠狀動脈狹窄對心肌供血產生的影響[40]。另有研究指出，CT灌注成像聯合CCTA用于鑒別冠狀動脈狹窄引起心肌缺血的靈敏度為86%，特異度為92%[41]。但該技術目前還存在一些局限性，如CT灌注成像需二次掃描，意味著患者輻射暴露的增加；另外心肌對比度的衰減程度不穩定，受操作人員技術水平及掃描參數設定的影響較大。

3.4CT血流儲備分數(CT fractional flow reserve，CT-FFR) CT-FFR是利用流體動力學理論通過CT對心肌和冠狀動脈進行分割掃描并評估各區域的血流量，為冠狀動脈的每個節段提供一個非侵入性的FFR值，從而使人們可以查看冠狀動脈循環中所有節段的FFR值，并評估某個病變導致的血流功能學影響。它具有既不需要二次掃描也不需要額外注射增強對比劑的優點，還允許醫師進行可視化的虛擬支架植入來制訂介入治療策略及預測支架植入后的療效。在DISCOVER-FLOW試驗中，學者對分別接受了CCTA和冠狀動脈造影的103例患者的159支血管進行了CT-FFR和侵入性FFR測定，結果顯示CT-FFR對罪犯血管病變檢測的準確度為84.3%、靈敏度為87.9%、特異度為82.2%，且其與侵入性FFR具有良好的相關性[42]。雖然與侵入性FFR相比，CT-FFR的耗時較長，在獲得相關數據后，還需要額外的設備進行二次處理，但隨著相關技術的進步，這一缺點有望得到改善。

4 心血管磁共振成像

4.1磁共振冠狀動脈造影(magnetic resonance coronary angiography，MRCA) 近年來，磁共振血管造影已廣泛應用于外周血管狹窄的檢測，但由于心臟搏動對圖像采集的影響較大，所以磁共振在冠狀動脈成像中的應用一直比較滯后。近年來，隨著全心臟3D磁共振掃描、門控圖像同步采集等技術的出現，MRCA應運而生，其是通過給患者靜脈注射適當對比增強劑后，利用磁共振成像結合門控同步技術，在心搏間歇期對冠狀動脈進行掃描并得到相關病變信息。目前，MRCA的圖像分辨率約為1 mm，其可成功檢測到較大心外膜冠狀動脈的狹窄，但對較小冠狀動脈分支的檢測效果不理想[43]。日本的一項多中心研究以冠狀動脈造影為金標準，結果顯示MRCA診斷CAD的靈敏度、特異度及準確度分別為88%、72%和79%[44]。但在Schuetz等[45]的薈萃分析中，CCTA排除CAD的陰性診斷準確率優于MRCA。雖然與CCTA相比，MRCA不是檢測冠狀動脈狹窄的首選方法，但它在檢測冠狀動脈結構異常(冠狀動脈畸形、冠狀動脈瘤)方面仍具有很高價值[46]。

4.2心肌灌注磁共振顯像(perfusion cardiovascular magnetic resonance，PCMR) PCMR是指通過使用釓造影劑及血管擴張劑，采用與MPI相似的方式獲得靜息和藥物負荷時的心肌灌注圖像來鑒別心肌供血是否出現異常，從而判斷冠狀動脈是否存在病變。研究顯示，與SPECT相比，PCMR具有與其相當或更好的診斷能力[47-48]。一項多中心研究將PCMR與SPECT進行了比較，結果顯示兩者的診斷能力相似，表明PCMR可作為SPECT在CAD診斷中的替代方法[47]。有學者在CE-MARC研究納入了752例疑似心絞痛并至少具有一種心血管危險因素的患者，并對這些患者分別進行了CMR、SPECT和有創冠狀動脈造影，結果發現與SPECT相比，PCMR診斷的靈敏度為86.5%(SPECT為66.5%)，陰性預測值為90.5%(SPECT為79.1%)。且在5年隨訪中，與SPECT相比，PCMR對不良心臟事件具有更高的預測價值[48]。另外，使用釓造影劑的增強心肌磁共振掃描能識別出≥1 g的心肌瘢痕組織，而心肌瘢痕組織的存在對心臟不良事件的發生具有獨立預測價值[49]。

4.3藥物負荷心血管磁共振(cardiovascular magnetic resonance，CMR) 另一種使用磁共振顯像技術評估心肌缺血的手段為藥物負荷CMR，與負荷超聲心動圖相似，它也是利用藥物負荷(注射多巴酚丁胺)增加心肌需氧量，同時通過CMR觀察心肌室壁運動是否異常，但無需使用釓造影劑。相對于負荷超聲心動圖，其缺點為患者在檢查過程無法進行心電圖監測(監測設備無法靠近磁共振掃描儀)，對ST段壓低或心律失常等病理變化無法進行觀察，從而影響診斷的敏感性。一項前瞻性研究分別對208例患者進行了藥物負荷超聲心動圖與藥物負荷CMR，結果顯示與負荷超聲心動圖相比，藥物負荷CMR檢測室壁運動異常的準確性更高[50]。另外，藥物負荷CMR還可用于計算心肌FFR。研究顯示，藥物負荷CMR在辨別冠狀動脈病變引起的血流動力學異常的靈敏度和特異度分別為侵入性FFR的88%和90%，與CT-FFR相當，且沒有輻射暴露[51]。

可見，CMR較其他非侵入成像技術診斷價值相當，在某些方面甚至更好，且無電離輻射和軟組織衰減偽影。對于胸痛患者，這是一種潛在的影像學選擇，其缺點為價格相對昂貴，檢查耗時較長且對于有磁性金屬植入物的患者是禁忌。

5 小 結

隨著技術的進步，非侵入性心臟成像技術不僅在CAD診斷方面價值愈加明顯，且在確定疾病預后、制訂治療策略方面也發揮了重要作用。這些成像技術在診斷價值和成本、便捷性等方面均具有各自的優勢和局限性，雖然美國心臟協會、美國心臟病學會和歐洲心臟病學會的指南對于如何選擇這些成像技術進行了部分推薦，但其具體應用還需要密切結合患者的臨床情況。總之，影像學檢查的價值不僅僅在于其定義或排除疾病的能力，還在于其獲得的信息如何能使患者壽命延長，使患者生活質量提高。未來隨著相關研究的進一步深入，相信這些問題均會得到逐步解決。