冠状动脉CTA易损斑块成像研究进展

湖北医药学院附属襄阳市第一人民医院 放射科，湖北 襄阳 441000

引言

急性冠脉综合征（Acute Coronary Syndrome，ACS）是一种常见的心血管疾病，它是以冠状动脉粥样硬化斑块破裂或侵袭继发完全或者不完全闭塞性血栓形成为病理基础的一组临床综合征。目前研究认为，冠状动脉严重狭窄或易损斑块破裂是诱发ACS的最主要的原因[1]。ACS的早期诊断主要依靠临床症状、血清学标志物、心电图及影像学方法，除了影像学方法，其他几种方法都只能应用于ACS发病之后。虽然冠状动脉造影是诊断冠状动脉疾病的金标准，但冠状动脉造影术是有创的，会伴随手术并发症的风险，且研究证实仅凭视觉评估狭窄程度不能准确评价下游心肌缺血的程度[2]。而冠状动脉CT血管造影（Coronary Computed Tomography Angioplasty，CCTA）是一种无创性方法，可以在静脉注射造影剂后利用螺旋CT重建得出心脏冠状动脉成像，并通过CT值反映出冠状动脉粥样硬化斑块密度之间的差异，更好地识别冠状动脉斑块的不同成分，适用于冠状动脉斑块初步定性诊断[3]。如果可以通过CCTA识别易损斑块，那么就能尽早发现冠脉病变且进行干预，从而改善预后。本文就CCTA上易损斑块的影像学特征的研究成果及进展进行综述。

1 易损斑块概述

冠状动脉粥样硬化斑块依据斑块的状态可分成稳定及不稳定斑块。稳定斑块的成分以纤维帽为主，脂质坏死核心成分少，多为向心性斑块，不易出现破裂，常导致血管内狭窄的阻塞性病变。不稳定斑块的成分以脂质坏死核心成分为主，纤维帽成分少，多为偏心性斑块，容易出现破裂，导致血管内快速梗阻的非阻塞性病变，也被称为易损斑块。易损斑块的特征为薄的纤维帽，大的坏死脂质核伴丰富的炎症细胞和少量平滑肌细胞，斑点状钙化和正性重构，主要分布在前降支近段、回旋支近中段、右冠近中段，是导致ACS的先兆性斑块[4]。

早在1989年，Muller等[5]就在文章中提到了斑块的易损性，他们将易损斑块定义为具有破裂倾向的、非阻塞性的粥样硬化斑块，并且他们认为斑块破裂造成的血栓是造成血流阻塞的主要原因。之后，有研究给出了易损斑块的诊断标准：① 活动性炎症；② 薄的纤维帽和大的脂质核心；③ 内皮剥脱伴表面血小板聚集；④ 斑块有裂隙或损伤以及严重的狭窄；⑤ 表面钙化斑；⑥ 黄色有光泽的斑块；⑦ 斑块内出血；⑧ 正性重构[6]。

2 CCTA在易损斑块中的应用

CCTA最早应用于4排螺旋CT，但因扫描时间过长及空间分辨率较差的局限，图像质量得不到保障。随着螺旋CT的进步及各种技术的发展，CCTA的扫描速度及分辨率都有了极大提升。

就易损斑块的诊断而言，基于侵入性导管造影的血管内超声（Intravascular Ultrasound，IVUS）或光学相干断层扫描（Optical Coherence Tomography，OCT）虽然可以准确地评估易损斑块的范围、成分及特征，但在识别导致患者发生未来事件的高危斑块特征方面准确性较差，而在CCTA成像上所表现出来的一些形态学和功能斑块特征对ACS患者有重要的预后作用。因此，使用CCTA这种无创性方法来识别斑块的特征，从而诊断高危斑块及识别易患主要不良心脏事件（Major Adverse Cardiovascular Events，MACE）的患者是十分必要的[7]。此外，CCTA可以直接可视化地对冠状动脉管腔的狭窄程度进行准确评估，国内的一项研究结果表明双源CTA诊断冠脉狭窄的灵敏度为0.986，特异度为0.750，准确度为0.967，阳性预测值为0.978，阴性预测值为0.818[8]。

3 易损斑块在CCTA上的影像表现

3.1 低密度斑块

有研究者在每个斑块内随机选取至少5个点，将感兴趣区放置在这5个点上，随后将其中间值定义为斑块密度[9]。低密度斑块（Low Density Plaque，LAP）是指斑块密度减低（即CT值降低）的富含脂质坏死中心的粥样硬化斑块。以往研究者们通常将LAP的CT值临界点定义为＜30 HU[10]。但在2017年的一项前瞻性研究中，Feuchtner等[11]进行多元线性回归分析，在评估了LAP 30、60和90 HU与CTA结果之间的相关性后，得出63 HU（敏感性为89.2%，特异性为82.3%）为最佳阈值，Kaplan-Meier曲线显示出LAP＜60 HU的患者预后不良，且单变量和未经调整的多变量Cox比例风险模型显示60 HU是预测MACE的最强指标。

3.2 正性重构

冠状动脉重构是指在AS的进程中，血管为了防止自身管腔变窄，促使斑块部分的血管壁体积发生的反应性变化。在CCTA上，血管的重构常常由重构指数（Remodeling Index，RI）来评估，RI是指病变部位和病变邻近部位的正常血管面积的比值。重构可分为正性重构及负性重构，其中正性重构是ACS患者动脉重构的主要模式。RI＞1.1时，表示冠状动脉发生了正性重构（Positive Remodeling，PR）[12]。有研究表明，随着PR的增加和低CT衰减，薄帽纤维粥样斑块逐渐增加，而CCTA可以通过PR和LAP识别冠状动脉斑块，为斑块易损性提供非侵入信息[13]。Yamada等[14]经过为期6个月的随访，利用OCT和IVUS检查了纤维帽厚度变化和动脉重构的关系，从而证明了PR不仅是一个适应过程，同时也和纤维帽的变薄有关。

3.3 点状钙化

动脉粥样硬化斑块钙化是对于局部巨噬细胞炎症及免疫活动的强烈反应。钙化斑块一般包括钙化结节，浅层钙化片，钙化突起三种不同类型，破裂的脂质斑块常有碎片状钙化和微钙化（0.5～15 mm）[15]。广泛的大钙化是动脉粥样硬化进展期和稳定期的特征，很少导致破裂；直径＜0.06 mm的微钙化出现在冠状动脉内膜钙化的早期，它会嵌在纤维粥样硬化的纤维帽内，使得斑块不稳定且易于破裂[16]。微钙化沉积会产生点状钙化（Spotty Calci fication，SPC），在CCTA上，SPC有以下特点：① 斑块的平均密度＞130 HU；② 斑块的直径＜3 mm；③ 在任何方向上钙化的长度＜1.5倍血管直径且宽度小于血管直径的2/3；④ 钙化最大弧度的钙化范围＜90°[17]。SPC与中等、较大及致密钙化斑块相比，坏死脂质含量明显增加，且在急性心肌梗死患者出现率更高[18]。Messerli等[19]认为，冠状动脉粥样硬化斑块中钙化的存在与粥样硬化的程度以及MACE有紧密的关系，而点状钙化则是可硬化斑块的重要特征。

3.4 餐巾环征

餐巾环征（Napkin-Ring Sign，NRS）的特征是一个低CT衰减的斑块中心，其周围绕以环形的高CT衰减区（不超过130 HU）的动脉粥样硬化斑块，这是富含脂质的坏死中心和纤维斑块在CCTA上的表现[20]。Otsuka等[21]的研究首次证明在CCTA上发现NRS对ACS事件的预后有重要的现实意义，其作为斑块破裂和血栓形成的先兆病变的标志，独立于PR和LAP等其他特征。他们认为这也许是由CCTA斑块内血管滋养管增强、斑块内出血或血栓周围造影增强、斑块内的微钙化等NRS的机制所造成的，由此可以认为在CCTA中检出NRS可以为CCTA评估易损斑块的预后提供特异性。Brutkiewicz等[22]通过对89名疑似冠状动脉疾病患者进行研究，发现在22例（25%）患者中观察到53处NRS，其中7例（8%）为单发NRS，15例（17%）为多发NRS。该研究认为CCTA上存在的NRS可以无创性诊断晚期富含脂质坏死核心的动脉粥样硬化斑块，虽然比组织病理学检查的敏感性要低，但CCTA的诊断准确性的总体水平可以与IVUS或OCT等侵入性方法相比。

3.5 斑块破裂

斑块破裂的特点包括斑块溃疡和斑块内染色渗透。有一项研究通过对145名患者（其中包括51名临床稳定患者和94名出现ACS的患者）进行分析发现：在19名（37.3%）稳定患者中检测到至少1个破裂病变，在9名（17.6%）稳定患者中检测到多个破裂病变；在72名（77.7%）ACS患者中检测到至少1个破裂病变，在45名（47.5%）ACS患者中检测到多个破裂病变[23]。这表明破裂病变是ACS的特征性标志，但在临床稳定患者中也不容小觑。并且研究得知在CCTA上破裂病变显示出统计学意义上更高的斑块体积、更高的LAP体积、更大比例的LAP体积并导致更严重的狭窄以及更高的重塑指数。但由于CT的对比度欠佳，研究中通常使用OCT和IVUS进行检测，CT溃疡样强化斑块在IVUS中均表现为破裂斑块[24]。Ohashi等[25]对OCT和IVUS评估斑块破裂的适用性、敏感性及特异性进行分析，发现在ACS患者中，HR-IVUS可用于所有患者的影像学检查，而OCT可用于77.1%的患者，并且HRIVUS对OCT引起的斑块破裂的敏感性较高（84.8%），但特异性仅57.1%。还有研究通过OCT和IVUS对斑块裂隙及斑块破裂进行了评估[26]，在OCT上破裂斑块通常显示为内膜撕裂、破裂或者帽状剥离，当注入造影剂时，这些缺陷可能会有很少甚至没有OCT信号，斑块裂隙在OCT上常表现为线状撕裂，而斑块破裂则表现为破裂的空腔。

4 易损斑块CCTA研究进展

4.1 基于CT的冠状动脉血流储备分数

冠状动脉血流储备分数（Fractional Flow Reserve，FFR）是指冠状动脉狭窄远端压力和近端压力的比值，它是冠状动脉狭窄的功能性指标[27]，FFR值小于0.8通常被认为是血流阻塞的标志，也是冠状动脉重建术后改善临床结果的最佳预测因子[28]。基于CT的冠状动脉血流储备分数（CT-Fractional Flow Reserve，CT-FFR）将流体动力学应用于CCTA检查，使FFR分析与CCTA解剖成像相结合，通过CCTA的影像数据计算得出FFR，进而评估病变部位的血流动力学情况，并通过测验狭窄的冠状动脉来识别心肌有无缺血发生，据此从解剖及功能性角度更全面及精准地评估病变。与传统FFR相比，CT-FFR的优点是：① 具有无创性，并且其扫描中所受的辐射量也低于传统FFR；② 能够检测多支血管；③ 是可重复的。最近已经有多项研究证明CT-FFR 对易损斑块的识别和诊断有很大的意义[28-29]。另外，von Knebel Doeberitz等[30]的研究也发现，在CCTA上显示出易损斑块相关特征的同时加入CT-FFR的分析，能对斑块进行更准确地鉴别。2019年的一项观察性研究发现在急性胸痛患者中，较低的CT-FFR值与CT血管造影疾病的严重性相关[31]。由此，在未来我们可以对CT-FFR更深入研究，使其更加适用于易损斑块的发现与评估中。

4.2 能谱CT及高排螺旋CT在易损斑块诊断中的应用

能谱CT是近年来新兴的一种影像学检查方法。能谱CT凭借其特有的物质CT衰减曲线，与传统CCTA相比，能够更加准确地区分斑块内的各种成分，同时能够通过宝石瞬时能量转化，实现物质成分的有效分离，从而对斑块内的物质进行定量分析和鉴别[32-33]。有研究使用能谱CT对冠心病患者进行CCTA检查[33]，结果表明斑块中各成分对碘的吸收程度不同，通过对碘含量情况的分析，可以判断斑块的主要成分。

目前常用于易损斑块诊断的64排CT的探测器较窄，而320排CT机具有160 mm的宽探测器，能够覆盖整个心脏，并且320排CT可避免螺旋扫描导致的阶梯伪影，能够提高冠状动脉图像质量，从而更全面更清晰地对易损斑块进行显示[34]。国内有相关研究结果表明，320排CT检测冠状动脉易损斑块的灵敏度为90.6%，特异度为91.4%，阳性预测值为86.7%，阴性预测值为94.8%[35]。国外也有研究得到了与此研究一致的结果[36]。目前，有关高排量CT应用于易损斑块诊断的研究较少，在未来，我们也可以把提高CT排量作为准确检测易损斑块的研究方向之一。

4.3 CT脂肪衰减指数

2010年，Takaoka等[37]研究发现血管内膜损伤可诱发血管周围脂肪表型改变，这意味着可以通过研究冠状动脉周围脂肪组织（Pericoronary Adipose Tissue，PCAT）表型来识别易损斑块。在影像学方面认为可以通过检测PCAT的CT脂肪衰减指数（Fat Attenuation Index，FAI）来检测易损斑块。国外有多项研究均得出了相同的结论，即：高危斑块附近的FAI值越高，发生MACE的几率越高[38-40]。近年来，国内也有研究发现冠状动脉斑块内钙化成分越多，斑块周围的FAI值越高[41]，并且可以认为斑块中的高衰减成分是影响斑块周围FAI值的独立因素。综上所述，通过对FAI值与易损斑块关系的研究，可能将有助于易损斑块的检出及鉴别。

4.4 人工智能、影像组学及多模态成像

人工智能（Arti ficial Intelligence，AI）已广泛应用医学领域，AI可以通过大数据分析使疾病的诊断更加可靠。AI分为机器学习（Machine Learning，ML）和深度学习（Deep Learning，DL）。ML是一种赋予AI学习能力的技术，而DL则是在ML的过程中基于数据学习事物表征来识别特征图像的方法，是一种更为复杂的算法，可以通过建立神经网络来模拟人脑对图像进行分析[42]。目前，已经有许多研究证实[43-46]，AI可以很好地适用于冠状动脉病变。相对于单纯的CCTA来说，基于AI的CCTA不仅可以降低低剂量扫描的图像重建为常规剂量扫描的图像从而实现在降低辐射剂量的同时保证图像质量，还可以更精确地分析斑块的类型及冠状动脉狭窄的程度。同时，AI也可以计算FFR[47]，并有研究证明基于AI的FFR对于病变特异性缺血的诊断比单纯CT-FFR速度更快且更准确[48-49]。

影像组学是指在从CT、PET或MRI等获得的影像图像中高通量地提取有价值的特征，从而为疾病的诊断、定性及预后提供有价值的信息。影像组学所提取的特征主要包括两类：① 形状、大小、密度等肉眼可见的特征；② 纹理、分形及分维等需要特殊软件处理的不可视特征[50]。Araki等[51]开发了基于ML的冠心病风险分层CADx系统，即通过提取斑块中的不同纹理特征能够对冠状动脉进行风险评估。而Araki等[52]还提出，在CADx系统的应用中加入主成分分析（Principal Component Analysis，PCA）来选择灰度优势特征从而提高分层的精确度。但这些研究都缺乏基于血管壁参数的特征，Banchhor等[53]的研究将斑块纹理与基于血管壁的测量特征相结合，从而进一步提高冠心病风险分层CADx系统的准确性。Kolossváry等[54-55]认为，影像组学可以通过对斑块的某些不可视特征的分析来诊断易损斑块，并且可以提高传统CCTA对易损斑块诊断的准确性。

多模态成像是指将不同形式的影像方法进行融合，从而在取长补短的同时能够相对全面地显示病变，为临床提供更丰富的信息[56]。多模态成像大致可以分为解剖成像及功能成像。对于易损斑块的诊断，Huibers等[57]认为目前没有任何一种成像方式可以检测到所有易损斑块的特征，如果使用多模态成像来诊断易损斑块，则可以尽可能多地显示易损斑块的特征，从而更加准确地识别和鉴别易损斑块。Kirişli等[58]研究证实，两种及以上的影像技术融合后的成像数据对冠心病的诊断比单独使用某一种影像技术更加准确。

5 总结与展望

综上所述，CCTA对辨别易损斑块的各种特征（低衰减斑块、正性重塑、点状钙化、餐巾环征及斑块破裂）有一定的意义。因此，CCTA已经成为鉴别易损斑块的主要无创方法，它可以预测未来ACS事件，从而指导临床对斑块进行个体化及精准化的干预，减少MACE的发生。目前，由于CCTA在破裂斑块的显示上略有不足，OCT、IVUS等有创方法仍然是评估易损斑块的主要影像学检查方法。但是，随着CT硬件及软件的进一步发展，CCTA这项无创检查在破裂斑块的显示率上也必将越来越高，从而更准确地预防未来ACS的发生，这也将是未来CCTA易损斑块研究的崭新方向。CCTA的不足之处还在于其电离辐射的剂量，因此在未来可以通过研究前瞻性与回顾性心电门控的辐射剂量、优化采集时间窗、人工智能优化算法以及使用低千伏、低用量、低浓度的对比剂来实现低剂量易损斑块的识别。同时，利用FFR、能谱CT与高排量CT、FAI、人工智能、影像组学及多模态成像技术探讨急性冠脉综合征易损斑块的影像学特征及斑块破裂的过程也是有待进一步研究的方向。