冠心病无创性检查的研究进展

张光明 朱汇庆

现用于诊断冠心病和亚临床冠心病患者的无创性检查方法主要包括:CT为基础的冠状动脉钙化积分(coronary calcium score,CCS)和心脏冠状CTA;核医学心肌显像包括SPECT-MPI和PET心肌血流代谢显像,后者还可进行血流定量分析;MRI用于冠脉成像正迅猛发展;融合图像已经起步,一幅图像可同时包括心脏冠状动脉结构和心肌功能两种信息,对心脏的病理生理学状态做出全面有效的评价,从而有助于提高冠心病诊断的准确性。SPECT/CT和PET/CT同机融合仪器以及以软件为基础的异机融合,使得这种诊断冠心病方式成为可能。

如今钙化积分的临床适用范围存在争议,核心脏病学是评价心肌血流灌注和诱导性心肌缺血程度最为广泛的方法,近年来MRI心脏病学发展迅速,图像融合则是今后影像学发展方向[1,2],现就冠心病无创性检查方法做一综述。

CT

1.CCS(coronary calcium score)

电子束CT(EBCT)和多排CT(M SCT)均可对冠脉钙化程度和范围进行定量分析,利用Agatston算法对冠状动脉HU值超过130的钙化灶进行计算从而得到冠脉总钙化积分[3]。据钙化积分值大小分为4级:＞400分为重度钙化,101～400为中度钙化,11～100为轻度钙化,＜11为微小钙化[4-6]。CCS对轻中度冠心病患者的预后评价有较大价值[7],传统Framingham分数多用于亚临床冠心病(存在多种冠心病危险因素)十年生存率或者危险分级的评价,超声颈动脉中膜厚度测定对于低危险级冠心病患者预后有较大用处。CCS特异性值得商榷,虽然可提示冠状动脉粥样硬化存在,但不一定表明冠脉血流灌注下降,且冠脉斑块钙化造成管腔狭窄常常出现于中重度粥样硬化患者或其治疗愈合阶段。钙化积分不断升高意味着冠心病发生率增大,但是低值钙化积分不能完全排除其造成冠脉血流减低的可能。

2.心脏冠脉CTA

随着CT及相关软硬件技术发展,除了用于计算CCS,心脏冠脉CTA亦得到广泛应用。现进行冠脉造影一般要求至少64排CT,不仅提高采集速度,而且大大提高图像空间分辨率、时间分辨率,转速小于0.4s,采集时间约为10s(相对于4排CT提高30s),将屏气时间缩短为15s以内[8]。MSCT技术的发展提高了冠心病诊断的准确性,同时拥有较高灵敏度和特异性(均大于90%),并减少运动伪影和假阳性[9]。64排CT与16排CT相比,灵敏度有较大提高,阴性预测值很高[8]。

MSCT可同时显示管腔和管壁病变,优于DSA,并可计算钙化斑块大小,评价管腔狭窄具有较高准确性。M SCT的不足之处是不能以钙化程度来评价冠脉狭窄程度,且要求患者心律齐,心率不能过快,小于65次/min,否则检查前需服用β受体阻滞剂[7,8]。心动过速、心律不齐、运动伪影以及冠脉钙化均为降低图像质量的因素。建议同时利用MSCT、血管内超声以及显微镜镜检斑块,通过密度和回声的不同来鉴别斑块性质,可提高诊断效率[9]。

如今随着MSCT技术的迅速发展,256排CT即“极速”CT的出现,具有明显临床意义。256排CT扫描一圈厚度达到12.8cm(足够包括整个心脏、脑、关节、大半肺、大半肝等),为64排CT的4倍,所采集的信息量为每秒5～10GB,64排CT则为每秒1～2.5GB。心脏扫描时间256排CT可以做到不到1个心跳,一般为1～2s,64排CT则需要8～10s,可大大降低心脏运动造成的运动伪影,同时对患者心率的要求也相应降低,对伴有心律不齐的冠心病患者亦是很大的福音。值得提出的是,对于患者行心脏冠脉256排CTA检查所承受的辐射剂量为64排CTA的1/8～1/3。

核心脏病学

1.SPECT-MPI

SPECT-MPI是用于评价心肌血流灌注最为广泛的方法,常用的放射性药物为201T l、99mTc标记M IBI和tetrofosmin。显像基本原理为心肌放射性分布与相应冠脉血流量有较大相关性。SPECT-MPI分为静息显像和负荷显像,后者可分为运动负荷和药物负荷(双嘧达莫或多巴酚丁胺)。给予相应负荷,正常冠脉血流灌注量可提高3～5倍,相反存在较大狭窄或病变冠脉则不会相应增加灌注量,使得狭窄冠脉对应心肌区出现稀疏区和缺损区[10]。

SPECT-MPI灵敏度高,特异性差,与组织衰减有很大关系,故临床通过相应技术进行衰减校正以提高图像质量。以门控技术为著,可提高评价心肌血流灌注和左室功能的准确性。其次有多种重建技术,定量分析和图像显示技术。定量分析则是为了避免由于主观原因及衰减导致诊断准确效能下降,以及因医生读片造成的偏差。另心肌血流灌注显像均需使用放射性药物是其固有的缺点,但相对于有创性检查仍具优势,而且几乎不存在不良反应。

临床SPECT-MPI多应用于存在冠脉狭窄且影响心肌血流灌注者,建议对亚临床冠心病患者行SPECT-MPI进行初步筛选,使患者能得到早期及时治疗,从而受益最大。研究提示20%～25%患者受益于MPI,从而避免了不必要的有创性检查和治疗[11]。SPECT-MPI显示轻度缺血患者,应用药物治疗优于冠脉再通术(如PCI);对于冠脉中重度狭窄患者,行冠脉再通术较好[12]。

2.PET

与SPECT相比,PET空间分辨率高,定量分析能力较强。常用显像剂为13N-氨水,82Rb和H 215O。13N-氨水是应用最广泛的PET心肌血流灌注显像剂,心肌摄取快,排泄迟,血浆清除率较快可得到对比度和图像质量较高的图像。但是为了心肌显像,同时需要配备加速器或医院核医学科附近有正电子药物供应中心。82Rb心肌血流灌注显像质量受限于给药时间和采集方案,往往造成血池放射本底偏高H 215O显像需要加速器生产,因其半衰期短,给药速度和时间要求迅速。另H 215O冠脉和心肌均有分布,图像分析或鉴别存在困难,需要利用其他技术进行校正处理[10]。

与SPECT相比,PET诊断冠心病灵敏度、特异性和预后方面均有优势。PET可进行衰减校正,从而减少SPECT-MPI假阳性,高灵敏度使得对冠脉血流灌注评价成为可能,门控PET则可提供更多心室功能信息。对于可能存在假阳性和假阴性患者将最有可能从PET检查中受益,其中包括肥胖者和乳房较大妇女,肝肾功能较差者,腹水、水肿、膈肌抬高者,心包积液者和其余无创性检查患者发现可疑病灶者。

MRI

应用MRI进行无创冠脉血管成像较以往有较大进步,但仍受限于某些因素,包括小冠脉分支、走形曲折冠脉分支以及心脏搏动和呼吸运动等混杂因素。14%患者可因呼吸不规律使得该检查效果欠佳。近来利用弹丸平面快速序列和平板显像技术,提高了三维M R血管成像图像质量、体积覆盖度、采集速度以及血管对比度。MRI对不规则走形冠脉和冠脉近端成像有较高灵敏度和特异性,全心冠脉MRI成像现已可达到,冠脉狭窄诊断灵敏度为82%,特异性为90%,可发现直径2mm冠脉狭窄病灶。

软硬件技术、心电图激发技术、梯度技术、更快采集序列的出现,使得采集时间大为缩短。显像时间缩短可降低心脏搏动造成的伪影,提高图像信噪比。利用对比造影剂(钆螯合剂),缩短T1弛豫时间,信号加强。心肌对比剂浓度取决于冠脉血流量,使得心肌信号增强,而后信号降低。相反,对于冠脉狭窄严重的患者,其供应心肌信号相对降低或者信号增强延迟[13]。MRI亦可利用药物负荷或者运动负荷评价心肌储备能力,尤其对于血流动力学严重受损患者,准确性较高。3T比1.5T在评价心肌血流灌注,尤其是单支严重病变或者多支病变存在较大优势,有不错的前景。

心脏MRI空间分辨率较高,对比度较好,可定位心肌血流灌注减低处,区分心内膜、心外膜下病灶,且非离子性对比剂引起的不良反应较小[14]。评价图像可使用半定量分析,使得主观因素减少。MRI同时对整个心室功能评价、室壁厚度测量,可实现1小时内一站式检查。至今因系统性的临床应用尚未实施,限制了其发展,另MRI室内进行运动负荷、对装有除颤仪和起搏器患者仍为禁忌证,均使得MRI心脏检查临床应用受到一定限制。但随着软硬件技术发展,血流灌注分析方法改进,更快更为独立技术的出现,MRI的应用会越来越广泛。

图像融合

医学影像技术发展和临床实践证明,对于疑难病例或某种特定人群,任何单独一种影像检查方式都不可能单独解决问题。多种影像方式提供互补的信息,这是影像医学发展的方向。一幅好的影像学图像应该同时包括解剖结构和功能的信息,不单单能够体现冠状动脉狭窄的信息,同时可以提供心肌血流灌注的情况,能够整体详细了解并评价心脏的病理生理状态。一般认为,冠状动脉管腔狭窄大于50%才可以影响心肌血供,故结合心肌血流灌注显像可对患者更为准确有效的评价,对临床管理干预和治疗评价均有较大的意义。

图像融合是通过计算机图像处理技术使各种影像模式统一在一个公共坐标系中,并合成一个新的影像模式。医学上图像融合是将不同影像学技术的图像融合为一幅图像的技术,其中包括同机融合和异机融合。随着软硬件技术的革新和进步,同机融合的仪器才会出现,包括SPECT/CT、PET/CT,同时软件的迅速发展使得异机融合亦成为可能。不同图像之间经过图像配准、交换和处理,使其在空间位置和空间坐标上达到匹配,产生包含原图像信息的一种新的图像来理解。医学影像技术正在向更加直观的方向发展,融合图像则是顺应此种潮流,应运而生,将最能反映生理、病理变化的形态和功能信息突出显示出来。

PET/CT与SPECT/CT使得在一幅图像中将结构与病理,功能与代谢相结合,具有较高空间分辨率和对比度[15]。PET或SPECT与CT分别在横断面采集,并实现较好融合,CT衰减图可对融合图像进行快速及时的衰减校正,可提高诊断的准确性[16]。融合图像已经在很大程度上指导临床管理。众所周知,并不是所有冠脉狭窄均引起血流灌注改变,故核医学负荷心肌显像对于轻中度冠脉狭窄患者是一种较好的补充,从而获益于早期及时的临床干预。PET/CT可以对冠脉钙化或非钙化斑块病变程度、血管活性、血管内皮厚度进行定量分析。对于CT发现冠脉狭窄患者,行PET血流灌注是一种补充,但是有必要进行大样本对照研究并验证相关技术,从而客观评价检查方式的效价比。SPECT/CT获益于CT较快较准确的衰减校正,对于妇女心肌前壁、男性心肌下壁以及静息负荷造成软组织衰减造成的不一致性均可得到较好的处理效果。融合图像可提供心脏的全景直观图,明确狭窄冠脉属支与血流灌注减低灶的关联,多支病变或者复杂性冠心病患者用途最大[17,18]。以心脏冠脉CTA为代表的解剖成像与以SPECT为代表的功能成像进行图像融合可充分利用各成像设备的优点,不仅可提高冠心病的确诊率,而且可提高冠脉狭窄部位的定位精度,在临床诊断上具有重要的应用价值[19-22]。

近年来,由于CT技术的迅猛发展,256排“极速”CT的出现,使得心率对心脏冠脉CTA的影响大大降低,适应证拓宽,图像质量亦获得很大提高。但是在我国,SPECT/CT同机融合机器革新速度落后于CT,同机融合仪器SPECT/CT多为16排CT,最高端PET/CT配置64排CT。现我国部分三甲医院已配置高端CT,高端MRI(3T)和核医学显像仪器SPECT和PET,如何能够充分及时利用医疗资源,并为患者提供额外的信息,以软件为基础的异机融合提供了一种可行的解决方案,可提高检查的性价比,在一定程度上可避免进行额外的有创检查或者治疗,同时可减轻了患者的经济和精神负担。当然,图像融合亦存在很多困难之处,包括运动校正,多模型图像的配准,以及空间归一化等,但是我们相信随着软硬件的不断更新和改进,异机融合亦会在临床实践中发挥更大的作用。