心臟功能學CT 成像技術的研究及應用現狀

趙娜、高揚綜述，呂濱審校

伴隨醫療科技的發展、個體化及精準醫療需求的提升，心臟功能學評估的重要意義被廣泛認知。2018 歐洲心臟病學會（ESC）與歐洲心胸外科協會（EACTS）聯合發布的指南推薦，對冠心病患者實施有創操作前進行心肌功能學評估[1]。冠狀動脈CT血管成像技術（CCTA）是心血管領域不可或缺的影像學檢查方法，對解剖性冠狀動脈病變具有良好的敏感度，被英國國家衛生與臨床優化研究所（NICE）指南推薦為穩定性心絞痛患者的一線影像學檢查技術[2-3]。除此公認的解剖學診斷優勢外，CT 在心臟功能學成像領域的研究及應用日益增多。病變解剖學與功能學信息結合，使CCTA 在冠心病患者臨床決策、預后評估等方面發揮重要作用。目前，基于CT 成像的心肌血流儲備分數（FFR CT）技術和CT 心肌灌注成像（CTP）技術是心臟功能學CT 成像技術中最為關注且發展較為迅速的兩大技術。本文就此對兩種功能學CT 成像技術的原理、診斷效能、研究及臨床應用現狀進行闡述。

1 基于FFR CT 技術

1.1 FFR CT 成像原理及技術

心肌血流儲備分數（FFR）是某狹窄冠狀動脈所供血心肌的最大充血血流量與假設該血管正常時所供血心肌的最大充血血流量之比[4]。目前多認為，FFR 定義病變導致心肌缺血的閾值為0.80。冠狀動脈造影（ICA）檢查中測量FFR，對病變的解剖與功能學意義進行同時評估，已經成為診斷冠狀動脈病變導致心肌缺血的金標準，并被用于指導患者臨床決策[5-6]。FFR CT，即基于CT 成像的無創FFR 測量，在CT 成像的基礎上建立冠狀動脈模型，同時結合計算流體力學原理模擬冠狀動脈在最大充血狀態下的血流情況，從而實現對冠狀動脈血流和壓力的預測，而無需額外的對比劑使用或增加輻射劑量。FFR CT（Heart Flow，美國）是目前基于流體力學原理建立的唯一商業化應用的FFR 測量產品。同時，在大數據時代背景下，人工智能（AI）技術也被應用于FFR CT計算，或是將AI 應用到基于計算流體力學FFR CT 測量的過程中以精簡計算時間、優化計算結果；或是應用計算機深度學習對原始影像數據進行特征提取及分析、建立影像與有創FFR 測量值間的直接聯系，進而由原始圖像對FFR CT 進行測量[7]，總之AI 正在發揮更大的作用。最新發表的一項研究對基于計算流體力學及基于機器深度學習的兩種FFR CT 測量方法的診斷效能進行了比較，結果顯示，兩者對于具有血流動力學意義的冠狀動脈病變的診斷效能并無明顯差異，但基于機器學習的FFR CT 測量所需時間顯著縮短[8]。

1.2 FFR CT 的診斷效能

FFR CT 良好的診斷效能早在2015 年以前就被多項針對穩定性冠心病患者的前瞻性多中心臨床試驗所驗證。DISCOVER-FLOW、DeFACTO、NXT 三項大型多中心臨床試驗以ICA FFR 為金標準，對609 例患者共1 050 支冠狀動脈進行FFR CT 測量并探究其診斷效能。研究均發現FFR CT 對于冠狀動脈缺血性病變的診斷效能明顯高于僅對血管狹窄程度進行解剖學評估的CCTA 檢查[9-11]。其中，DISCOVER-FLOW 研究表明，較之于CCTA 單獨應用，CCTA 與FFR CT 相結合明顯提高了CT 對冠心病的診斷準確率（84% vs.59%），以特異度提高更為顯著（84% vs.40%），敏感度變化不明顯（87% vs.91%）[9]。

除探究FFR CT 診斷效能等基本問題外，這三大臨床試驗還對影響FFR CT 診斷準確性的細節問題進行了初步探討。DeFACTO 研究發現，FFR CT對冠狀動脈嚴重鈣化（鈣化積分＞400 分）病變導致心肌缺血的診斷特異度較CCTA 明顯提高，而敏感度不受影響[12]。但需要注意的是，該研究納入的冠狀動脈嚴重鈣化病例較少，鈣化積分＞1 000 分的病例則更少。因此鈣化對于FFR CT 診斷準確性的影響究竟如何，還需要后續研究驗證。同樣，冠狀動脈彌漫性病變對FFR CT 診斷準確性的影響亦不明確。Tanaka 等[13]基于NXT 臨床試驗、以ICA FFR 為參考標準，探究FFR CT 對缺血性冠狀動脈彌漫性病變的診斷效能后發現，FFR CT 在一定程度上低估了彌漫性病變的血流動力學意義，但彌漫性病變近、遠端的FFR CT 差值與相對應的ICA FFR差值間具有高度相關性。然而該研究僅納入18 支病變血管，樣本量較小。

1.3 FFR CT 的臨床應用

隨著大量支持性研究證據的出現，FFR CT 對于冠狀動脈缺血性病變良好的診斷效能逐漸被廣泛認可，FFR CT 相關研究更多地向患者獲益及預后評估等臨床應用方向轉變。Eftekhari 等[14]同樣以ICA FFR 為金標準，探究FFR CT 在高血壓、糖尿病、高血壓合并糖尿病患者中對于冠狀動脈缺血性病變的診斷效能。研究顯示，FFR CT 的診斷效能并不受患者基礎疾病的影響。由此可見，FFR CT 的受眾范圍較廣，其應用推廣能夠使更多患者受益。

不僅如此，FFR CT 的使用還可能會對患者危險分層、臨床決策、預后評估等產生影響。Collet 等[15]對SYNTAX Ⅱ試驗中冠狀動脈三支病變患者進行無創功能性SYNTAX 積分（SS）評估的可行性研究，發現基于FFR CT 的無創功能學SS 評估能夠得到與基于ICA FFR 功能學SS 評估相似的結果，并且經前者評估后約30%中高危患者被重新劃分為低風險級別。Curzen 等[16]研究發現，依據FFR CT 評估結果，大約77%的中度狹窄（51%～70%）和46%的重度狹窄（71%～90%）患者并不存在心肌缺血。該結果也使此研究約36%的患者臨床決策發生變化：采取藥物治療者增加23%，行經皮冠狀動脈介入治療（PCI）者減少5%，擬行冠狀動脈旁路移植術（CABG）者增加0.5%。Colleran 等[17]同樣發現FFR CT 的應用能夠在一定程度上改變患者的診療路徑及指導臨床決策。Colleran 等[17]將PLATFORM（一項關于FFR CT 的前瞻性縱向研究）試驗中德國研究中心的116例擬行ICA 冠心病患者分為兩組，一組行CCTA+FFR CT+必要時ICA 檢查，另一組則按常規診療流程行擬定的ICA 檢查，并在ICA 術后對患者進行1年隨訪，比較兩組患者的臨床結局及經濟學獲益。研究發現，以術前CCTA、FFR CT 指導ICA 檢查能夠明顯降低ICA 的陰性率，患者所接受的輻射劑量及醫療費用也較對照組降低，術后生活質量亦得到提高。

不僅如此，在科技飛速發展的今天，FFR CT與其他計算機技術的碰撞產生了許多更加新穎的“火花”。Kim 等[18]前瞻性納入44 例先后行CCTA、ICA 及PCI 的冠心病患者，記錄術中支架置入前后的FFR 值，同時使用CCTA 圖像建立冠狀動脈模型模擬支架置入前后的血流動力學情況、獲得“虛擬支架置入”前后相對應的FFR CT 值。數據分析后發現，基于計算機的“虛擬支架置入”前后的FFR CT值與ICA 支架置入前后的FFR 值一致性較好。基于計算機冠狀動脈“虛擬支架”技術及FFR CT，臨床醫生能夠在ICA 術前針對患者靶病變制定詳細而精準的支架治療方案，同時又可以良好地預測支架置入術后靶血管的血流改善情況[18-19]。由此可見，FFR CT 的臨床應用前景十分廣闊，絕不僅限于人們目前對FFR CT 研究和應用的認知，未來可期。

2 CTP

2.1 CTP 的成像原理及技術

心肌灌注是反映流經心肌內冠狀動脈血管網的血流，即血流從小動脈流入、經毛細血管到靜脈流出過程的檢查[20]。CTP 分為靜態和動態心肌灌注成像兩種技術。靜態CTP 檢查是在團注對比劑后一定時期進行單次心肌CT 掃描。它通過對心肌內碘分布的評估（心肌CT 值的大小）反映心肌灌注的情況，又稱為靜態心肌血池成像。靜態CTP 圖像中密度低于左心室正常心肌節段的部分被認為存在灌注缺損。但這種評估是定性的，且依賴于與周邊正常心肌組織的對比，因此準確性較低，當心肌灌注彌漫性減低時極易出現漏診。而動態CTP 成像是在團注碘對比劑后，快速同層動態掃描獲得多個連續圖像，根據不同時間點心肌內對比劑濃度的變化獲得時間密度曲線，從而計算相關參數來定量評價組織灌注情況。常用的定量參數有：平均通過時間（MTT）、心肌血容量（MBV）、心肌血流量（MBF）等。動態心肌灌注的定量分析使結果更加精確、可靠，優于靜態CTP 成像技術，對于高度鈣化、心肌彌漫性缺血或血管重建后的患者應用價值較大。

2.2 CTP 的診斷效能

大量研究表明，CTP 對于檢測因血管狹窄、血流受限引起的心肌灌注缺損具有較高的準確性。Cury 等[21]納入124 例同時行靜息+負荷核醫學SPECT（單光子發射計算機斷層成像）檢查以及負荷+靜息CTP 檢查（靜息CTP 圖像中可以提取CCTA圖像）的冠心病患者，結果發現，在檢測或排除可逆性心肌缺血方面，負荷CTP 的敏感度和特異度分別為0.90、0.84，并不劣于SPECT；以SPECT 為參照標準時，負荷CTP 對缺血病變的診斷準確度明顯高于CCTA（0.85 vs.0.69）。約翰霍夫金斯大學學者進行的一項多中心頭對頭病例對照研究（CORE320）以ICA 評估的冠狀動脈解剖學狹窄率為標準，比較CTP 與SPECT 對于有意義狹窄（≥50%）的診斷效能后發現，CTP 對于有意義解剖學狹窄病變的診斷效能優于SPECT，尤其是對于左主干病變以及多支病變的診斷敏感度較高[22]。此外，還有研究比較CTP與MRI 心肌灌注顯像對缺血病變的診斷效能，亦得出CTP 與之相媲美的結論[21，23]。

2.3 CTP 的臨床應用

CTP 具有良好的心臟功能學評估價值，對于冠心病患者不良心血管事件的發生具有一定預測價值。一項多中心臨床試驗對行CTP 檢查、已確診或疑診冠心病的144 例患者隨訪18 個月，以觀察主要不良心血管事件（心原性死亡、非致死性心肌梗死，需要住院治療的不穩定心絞痛，血管重建PCI 或CABG）的發生情況[24]。研究者發現，隨著CTP 灌注缺損區域數量的增加，患者出現不良心血管事件的風險也有明顯增加的趨勢。

不僅如此，由于具有對心肌血流量、血容量等參數的定量評估能力[25]，CTP 在心肌微循環病變的檢測、診斷方面也具有重要意義。既往研究顯示，女性較男性更容易罹患非冠狀動脈阻塞性冠心病[26-27]。因此，將CTP 納入冠心病患者的臨床診療路徑中，更好地提高影像學對心肌缺血病變的診斷效能，對于女性患者意義尤其重大。

3 FFR CT 與CTP 的各自優勢及臨床應用選擇

同屬于功能學CT 成像技術，FFR CT 與CTP在疾病診斷、事件預測、臨床應用等各個方面的比較一直為學者們所關注。目前已有部分研究以ICA FFR 為參考標準，對兩者診斷缺血性病變的效能進行研究。Yang 等[28]納入72 例行靜息-負荷CTP 及ICA FFR 檢查的冠心病患者，并于靜息CTP 圖像中提取CCTA 圖像以計算FFR CT，比較CTP、FFR CT對于缺血性病變的診斷效能。研究發現，CTA+CTP、CTA+FFR CT 的診斷效能非常相近（CTA+FFR CT：AUC=0.919，CTA+CTP：AUC=0.913）。Coenen 等[29]同樣以ICA FFR 為參照，對兩者進行比較研究后得出相近結論：CTP 和FFR CT 對于缺血性病變的敏感度（73% vs.82%）、特異度（68% vs.60%）、診斷準確度相當（70% vs.70%）；兩者聯合應用的診斷效能（準確度79%，AUC=0.85）較CTP 或FFR CT 單獨相比提高。更重要的是，兩者聯合應用對灰色區域病變（FFR 在0.75～0.85）的診斷準確率明顯提高（55%vs.77%），對于灰區病變的解釋同樣具有重要意義。

就方法學而言，CTP、FFR CT 各具優勢：CTP成像著眼于心肌血供情況，對心肌灌注相關參數進行定性或定量分析，反映心臟大血管及微血管病變，而不受血管鈣化斑塊或移動偽影的影響；FFR CT 則無需進行負荷檢查，僅靜息狀態下單期掃描即能獲得相關信息、反映特定病變的血流動力學情況。因此，在總結現有研究成果的基礎上，部分學者認為，臨床應用中對于冠狀動脈CTA 不能滿足診斷要求（鈣化或偽影重）、狹窄程度不夠明確以及懷疑微循環病變的患者可首選CTP 檢查；反之，對于冠狀動脈CTA 圖像良好、狹窄程度在30%～90%之間的患者則可首選FFR CT 檢查。

4 FFR CT 與CTP 目前存在的問題及未來展望

盡管在研究中CTP 及FFRCT 顯示出良好的診斷效能以及對于臨床工作的指導價值，但目前仍有許多問題未得到解決。例如，對于FFR CT 結果的合理解釋和應用，尤其當FFR CT 值在0.75～0.80（“灰區”）時，如何合理使用患者的臨床及影像學信息對病變性質進行分析以指導后續診療工作尚無定論。圖像偽影、鈣化斑塊以及冠狀動脈彌漫性病變、分叉病變等對FFR CT 診斷效能影響的研究數據較少。CTP 成像，尤其是動態負荷CTP，導致患者接受輻射劑量增加。由于相關研究數據的缺乏，目前CTP 診斷價值較高的定量參數（如MBF、MBV 等）在正常與病變心肌間的最佳截斷值尚不可知。因此，在未來工作中要繼續完善相關研究，橫向拓寬對CTP 及FFR CT 內在性質的了解，彌補相應研究和應用領域的空缺。同時，還要縱向延伸加強CTP、FFR CT 兩大心臟功能學CT 成像技術與其他心血管技術的聯合應用，增加對臨床問題的解決能力。如前文所述，FFR CT 與CTP 聯合應用，可使影像學檢查對于“灰區”病變的診斷效能得到一定提高，較多研究已經證實FFR CT（≤0.7）、CTP（MBF）與CCTA（狹窄≥50%）三者聯合應用對于具有血流動力學意義冠狀動脈粥樣硬化病變的診斷效能較高（AUC=0.92～0.94）[28，30]。而CCTA 的價值亦不僅限于提供基礎的解剖學狹窄信息，還可以在一定程度上分析冠狀動脈粥樣硬化斑塊的成分及易損特征，并能通過計算流體力學模型評估血管剪切力、斑塊軸向應力等其他指征血流動力學情況的功能學指標。與此同時，伴隨大數據時代的到來，AI 技術的迅速發展也為醫療科技的進步提供了契機。AI 技術的加入，不僅能提高影像信息的利用率、為實現精準診療助力，而且還更加節省大量人力、時間。因此，在將來的研究中可嘗試將各技術的優勢相聯合，最大程度提取、融合、利用心血管CT 技術所能提供的解剖學及功能學信息，充分發揮無創影像學檢查的自身優勢以指導臨床診療、預測心血管事件及評估預后，這將是心血管影像領域不斷進步的目標。“道阻且長，行則將至” 。

利益沖突：所有作者均聲明不存在利益沖突