基于冠脈CTA減影質量與斑塊定量參數的相關性研究

喬金晗，祝婷婷，萬維佳，宋志成，夏黎明

冠狀動脈CT血管成像(coronary computed tomography angiography，CCTA)作為臨床常用的冠脈無創性檢查手段，對于冠脈疾病的臨床診斷、決策及隨訪都具有重要的價值[1]。CCTA在排除無明顯冠狀動脈狹窄方面的陰性預測值高達98%[2]，但其陽性預測值及其準確性仍有一定限度[3]。冠狀動脈嚴重的鈣化斑塊以及金屬支架產生的放射狀及射線硬化束偽影，影響冠狀動脈管腔的真實顯示，常導致管腔狹窄程度的高估甚至無法評估[4-5]。隨著計算機對CT采集的心臟原始容積數據的后處理能力不斷提高，Yoshioka等[6]于2012年首次提出了冠脈減影技術在320排CT上應用，冠脈減影可消除硬化偽影的影響，減少斑塊狹窄程度的高估，從而降低常規CCTA的假陽性率。此后，有多項研究證實相較于常規CCTA，減影CCTA可提高冠脈狹窄的診斷準確性[7-8]。但目前尚無研究總結斑塊的哪些特性可影響減影CCTA圖像冠脈狹窄程度分級。故本研究選擇減影圖像質量良好的斑塊，采用冠狀動脈疾病報告和數據系統(coronary artery disease-reporting and data system，CAD-RADS)比較減影前后冠脈狹窄程度變化組和不變組的斑塊特性，為減影CCTA的應用范圍提供依據。

材料與方法

1.一般資料

前瞻性收集2021年1月1日-2021年3月1日臨床懷疑心血管疾病而在華中科技大同濟醫學院附屬同濟醫院行CCTA檢查的患者。納入標準：①CAD-RADS>0。②心率<75次/分。排除標準：①無鈣化斑塊者(12例)；②減影圖像質量差(4例)；③常規檢查禁忌癥，如碘對比劑過敏者或心、 腎功能不全者(血肌酐>13.6 mg/L)等。最終納入34例患者，平均年齡63±11歲，其中男24例(70.6%)。通過電子病歷查詢患者的臨床資料。該研究通過倫理審查委員會審查，所有患者均簽署知情同意書。

2.研究方法

CCTA成像方案：采用佳能320排CT機(Aquilion Vision,Canon Medical Systems,Otawara,Japan)前瞻性心電門控監測方式進行掃描。檢查前對每名患者進行呼吸訓練以減少呼吸偽影。采用雙筒高壓注射器以4.0～5.0 mL/s的流率注射非離子型碘對比劑碘代沙醇(320 mg I/mL，GE公司)30～50 mL，然后以相同流率注射30 mL生理鹽水。掃描過程包括鈣化積分平掃和冠狀動脈CTA掃描，分別兩次屏氣完成。采用人工智能觸發掃描法，于主動脈根部選擇感興趣區監測CT衰減值，待CT衰減值達100 HU時延遲5 s自動觸發掃描。掃描范圍為氣管分叉下1 cm至心尖。掃描參數：準直器320×0.500 mm，球管轉速0.275 s，管電壓100 kV，智能mA控制，層厚0.5 mm。迭代算法采用AIDR 3D Enhance，軟組織重建使用心臟CTA的重建函數FC43。

冠脈減影處理：冠脈減影采用佳能自動配準減影軟件(Volumetric CT Digital Subtraction Angiography,Canon Medical Systems)，選擇對位良好的增強掃描和蒙片時的兩組圖像，將增強掃描的原始容積數據減去蒙片的原始容積數據，得到去除鈣化斑塊的冠脈減影圖像。該冠脈減影軟件會對兩組圖像進行嚴格匹配以消除失配準偽影。所有圖像均傳輸至后處理工作站進行后續分析。

3.CCTA圖像分析

圖像質量評估：對冠脈減影前后的圖像使用佳能工作站進行后處理(Vitrea 6.7.2,Canon)，包括容積再現(volume rendering，VR)、曲面重組(curved planar reconstruction，CPR)等。由兩名3年以上診斷經驗的放射科醫師對CCTA圖像進行雙盲評估。在減影后的CCTA圖像上，對鈣化斑塊按照4分法進行圖像質量評分[9]。4分法圖像質量評分：1分，圖像偽影嚴重，完全不能用于評估管腔；2分，圖像偽影稍差，評價管腔狹窄具有較低的診斷信心；3分，圖像偽影較輕，病變節段管腔可用于測量，評價管腔狹窄程度具有中等程度的診斷信心；4分，圖像質量良好，無偽影干擾，具有較高的診斷信心。

圖1～5 半自動化斑塊定量分析軟件對冠狀動脈CT血管成像(CCTA)進行定量分析。圖1 常規CCTA圖像觀察到的前降支近中段多發鈣化斑塊，導致部分管腔顯示不清(箭)。 圖2 冠脈減影CCTA圖像上相同位置的管腔狹窄程度(箭)比常規CCTA圖像(圖1)上輕。 圖3 血管重建圖上斑塊長度的測量方法(箭)。 圖4 血管重建圖上斑塊寬度的測量方法(箭)。 圖5 左旋支橫截面，紅色代表脂質成分，藍色代表纖維成分，黃色代表鈣化成分，綠色代表管腔(箭)。

斑塊特性分析：對于圖像質量評分為3分或4分的斑塊可進行血管狹窄程度的評估，其CAD-RADS分級為1～5級[10-11]：1-輕微狹窄：有斑塊，1%～24%狹窄；2-輕度狹窄：25%～49%狹窄；3-中度狹窄：50%～69%狹窄；4-重度狹窄：70%～99%狹窄；5-閉塞。評估冠脈減影前后的CAD-RADS分級(圖1、2)，依據減影后CAD-RADS評分是否較減影前變化，分為減影后RADS降低組、不變組和升高組。但減影后沒有CAD-RADS評分升高的斑塊，故分為RADS降低組和RADS不變組。結論不一致時，由另一名20年以上診斷經驗的放射科醫師評估。

記錄斑塊的位置信息：根據美國心血管計算機斷層掃描學會(society of cardiovascular computed tomography，SCCT)指南，將冠狀動脈分為18個節段[12]。記錄斑塊是否位于血管近端[13]，其中近端血管包含左主干、左前降支近段和中段、右冠狀動脈近段和中段以及左旋支近段，其他節段則為遠端血管。并記錄斑塊是否位于血管開口處。

測量斑塊的定量特性：在平掃圖像上測量斑塊的鈣化積分(>130 HU認為是鈣化)。在曲面重組的血管圖中將血管拉直，在血管長軸面上測量斑塊沿血管走向的長度和垂直于血管走向的寬度(圖3、4)。標記斑塊的起始位置，軟件可以自動識別管腔內外徑，在識別錯誤時手工予以矯正。由軟件自動分析斑塊的重塑指數(remodeling index，RI)、斑塊負荷(plaque burden，PB)、以及斑塊的組成成分等，RI及PB算法見公式(1)和(2)：

(1)

(2)

斑塊組成成分分析時，認為鈣化成分CT值為350～1300 HU，對比劑CT值為150～349 HU，纖維成分CT值為50～149 HU，脂質成分CT值為-100～49 HU(圖5)[16]。

4.統計學方法

結 果

1.臨床基本資料

患者的一般資料(年齡、性別、體重、吸煙史、飲酒史)及病史資料(高血壓、高血脂和糖尿病情況)見表1。

表1 患者基本臨床資料

納入的斑塊一共164個，其中RADS分級不變的斑塊有76個(RADS不變組)，RADS分級下降的斑塊有88個(RADS降低組)。2名醫生對于減影后斑塊的圖像質量和CAD-RADS評分一致性均較高，Kappa值分別為0.83(95%CI：0.72～0.94，P<0.001)和0.85(95%CI：0.71～-0.99，P<0.001)。RADS降低組斑塊在常規CCTA圖像上的的CAD-RADS評分高于RADS不變組，差異具有統計學意義(P<0.05，表2)。

2.斑塊特性與冠脈減影質量的相關性

2名醫生對斑塊的定量分析可重復性好， ICC為0.78～0.99(P<0.001)。RADS降低組的斑塊更長、更寬，其鈣化積分、斑塊負荷、斑塊總體積和斑塊平均密度都更高(P<0.05)。但RADS降低組的斑塊在位置分布上差異無統計學意義。兩組間重塑指數的差異也無統計學意義(表2)。

但進一步分析斑塊的組成成分，RADS降低組斑塊的脂質成分比例更低，而鈣化成分的體積、比例和鈣化成分的平均密度值更高(表2)。

表2 兩組斑塊管腔狹窄、位置、斑塊特征定量指標比較

3.斑塊特性指標對預測冠脈減影質量的價值

在各項斑塊特性的定量指標中，斑塊的鈣化積分、寬度、平均CT值、鈣化成分的平均CT值、斑塊長度、斑塊負荷的AUC更大，差異均有統計學意義(P均<0.05，表3)。

表3 各指標對于減影后CAD-RADS評分降低的診斷價值

其中，鈣化積分的閾值為28，長軸截面上斑塊寬度的閾值為2.1 mm，斑塊平均CT值的閾值為200 HU，斑塊中鈣化成分的平均CT值的閾值為422 HU，長軸截面上斑塊長度的閾值為3.6 mm，斑塊負荷的閾值為53%。

討 論

本研究以斑塊為研究對象，分析了斑塊自身特性對減影質量的影響。結果顯示，斑塊位于血管近端還是遠端、是否位于血管開口處以及斑塊的重塑指數對于減影質量無明顯影響，鈣化積分更高、直徑更寬和平均密度更高的斑塊更易在減影后出現CAD-RADS評分的降低。斑塊成分分析時顯示，鈣化成分的平均CT值更高、鈣化、纖維和脂質成分的體積更大時更易出現CAD-RADS分級的降低。由ROC曲線分析可知，對于鈣化積分>28、寬度>2.1 mm、平均CT值>200 HU的斑塊可考慮結合減影CCTA評估其狹窄程度。

CAD-RADS評分是評估冠脈管腔狹窄程度的指標，相較于鈣化積分，它對穩定性心絞痛患者的預后有著更高的價值[17]，RADS分級在3級及以上的患者行有創性冠脈造影——數字減影血管造影(digital subtraction angiography，DSA)檢查的比率明顯高于1和2級的患者[18]，因此準確評估斑塊的RADS分級對患者的臨床決策和預后有著重要意義。但CAD-RADS分級常常受鈣化的部分容積效應和硬化偽影的影響而出現高估，冠脈減影技術是基于常規CCTA基礎上的一種后處理方法，無創且無需額外費用，這種方法可消除硬化偽影[19]，減輕冠脈狹窄程度的高估，所以冠脈減影之后可出現RADS分級的降低[13,20]。

有研究報道遠端血管減影后圖像質量較差，減影成功率較低[21]，這可能是因為遠端血管的運動幅度更大，更易出現增強前后對位不良，故減影成功率較低，而本研究中遠端血管和近端血管的圖像質量差異無統計學意義，這可能是因為本研究側重于探究減影前后CAD-RADS分級與斑塊特性的關系，因此人為地排除了不能用于評估狹窄程度的斑塊，僅納入了圖像質量良好的斑塊，故兩組間差異無統計學意義。此外，該研究發現斑塊位置對減影前后CAD-RADS分級的判斷無影響，這可能是因為雖然遠端血管直徑較小[22]，但鈣化斑塊體積也常常較小，所產生的硬化偽影對狹窄程度評估的影響也較輕，這可能與近端血管中的大斑塊所產生的明顯硬化偽影在狹窄程度評估上的影響相似，這尚需進一步的研究證實。此外，本研究中，重塑指數在兩組之間的差異也無統計學意義，這可能是因為較大的重塑指數在病理上反應為較大的脂質池和壞死核心，而硬化偽影主要是由鈣化成分引起，因此反應脂質壞死成分的重塑指數在兩組之間無顯著差異[23]。

根據ROC曲線分析結果，鈣化積分在預測減影后CAD-RADS是否降低的效能最大，可能是因為鈣化積分(Agatston積分)的計算同時考慮到鈣化密度和面積[24]。它是先根據病變的CT值進行賦分，130～199為1分、200～299為2分、300～399為3分、400以上為4分，然后乘以鈣化面積而得。鈣化積分越高的斑塊，其硬化偽影和部分容積效應越重，因此鈣化積分越高的斑塊在使用減影技術后越易消除因為偽影造成的狹窄程度的高估[13]。斑塊成分分析可知鈣化密度以及各成分體積對狹窄程度的影響較大。其中，脂質體積增加也可引起CAD-RADS分級的下降，結合重塑指數在兩組之間的差異無統計學意義，考慮可能是因為本研究中納入的研究對象均為鈣化斑塊，一般脂質體積大，其斑塊的總體積、鈣化體積、鈣化密度等一般也較高，故易出現減影后CAD-RADS分級的下降。

在本研究中，認為對于鈣化積分>28、長軸截面上寬度>2.1 mm、平均CT值>200 HU的斑塊可考慮結合減影CCTA評估其狹窄程度。這些斑塊特征大致相當于本研究中CAD-RADS分級為3級的斑塊的平均水平，故在實際中對于嚴重鈣化的斑塊應考慮結合減影技術判斷狹窄程度[7]。

本研究還存在一些不足。首先，本研究側重的是斑塊特性對減影前后狹窄程度的影響，未分析DSA結果，結合以往文獻，認為減影CCTA可消除斑塊的硬化偽影，提高診斷敏感度和特異度[8,13]，有關減影后狹窄程度的準確性有待進一步研究。其次，本研究中納入的斑塊其CAD-RADS評分在3級及以上的較少，本研究中斑塊CAD-RADS評分在3分及以上的有40個，占總斑塊數量的24.4%，在未來的研究中應納入更多CAD-RADS分級在3分及以上的斑塊，以探究這部分斑塊的特性對于冠脈減影后CAD-RADS分級的影響。

本研究發現鈣化斑塊的位置和重塑指數對于冠脈減影前后的狹窄程度評估沒有影響。而鈣化斑塊的長度、寬度、體積、鈣化積分、平均CT值以及鈣化成分的比例可造成常規CCTA圖像上斑塊狹窄程度的高估。對于鈣化積分>28、長軸截面上寬度>2.1 mm、長度>3.6 mm、平均CT值>200 HU的鈣化斑塊可考慮結合減影CCTA評估其狹窄程度。