校正的管腔内密度变化对冠状动脉钙化斑块诊断价值的研究

杨国华 方 正 冯 杰 范小涛

随着社会经济的发展和国民生活方式的改变，冠心病的发病率呈逐渐上升趋势［1］，已成为严重危害人类健康的常见病。冠状动脉狭窄程度的准确评价对冠心病的诊断和治疗具有重要的临床价值。目前诊断冠状动脉狭窄的“金标准”是冠状动脉造影（invasive coronary angiography，ICA），但是有创、高昂的费用和潜在的并发症限制了其应用。随着64排以上高端CT设备的应用和普及，冠状动脉CT血管成像（coronary CT angiography，CCTA）作为一种无创性检查方法被临床广泛应用［2］。320排容积CT诊断冠状动脉狭窄的灵敏度和特异度均达到92%以上［3］。但是，钙化斑块产生的射线硬化束伪影和晕状伪影，严重影响了CCTA诊断冠状动脉狭窄的准确度［4］，因此，研究无创、客观且准确的评价钙化斑块处狭窄程度的方法具有重要的临床价值。校正的冠状动脉管腔内密度变化（corrected coronary opacification，CCO）是冠状动脉狭窄处近、远端管腔内密度与同层面主动脉管腔内密度比的差值，通过计算CCO来判断冠状动脉狭窄程度，可彻底避开钙化斑块伪影的干扰，且操作简单，故本研究拟探讨CCO和CCTA结合在诊断钙化斑块处管腔狭窄程度中的价值。

方 法

1.一般资料

回顾性研究2017年1月—2018年6月间，在重庆医科大学附属第二医院行CCTA和ICA检查的患者118例。以下情况不被纳入分析：①有明显运动伪影影响狭窄程度的评价和感兴趣区勾画；②目标血管的斑块无钙化；③目标血管有支架植入；④血管直径<2 mm；⑤CCTA和ICA检查的时间间隔>1个月。最终73例患者［男性39例，女性34例，平均年龄（67.03±9.84）岁］共106支血管纳入本研究。

2.仪器与方法

2.1 CCTA检查及评价

采用320排动态容积CT成像系统（Aquilion ONE，Toshiba）。在进行CT扫描前询问病史，排除禁忌证，完成呼吸训练和检测心率，所有病例检查前均签署知情同意书，心率≥80次/min者给予口服倍他洛克25～50 mg，目标心率降至80次／min以下。调节管电流400 mA，管电压100～120 kV，应用前瞻性心电门控和容积扫描模式（320 mm×0.5 mm），延迟12 s屏气行监测扫描，感兴趣区（region of interest，ROI）设定在降主动脉，以经验法手动触发或阈值300 HU自动触发CCTA扫描，扫描范围从气管隆突下至心底部。采用高压注射器经肘静脉以4～5 mL/s的流速注射对比剂（Omnipaque，含碘量350 mg/mL，GE Healthcare）60～70 mL，再以流速3～4 mL/s注射生理盐水30 mL。

采用Cardio ImageXact软件和心电编辑确定冠状动脉最佳期相，将容积数据重建后传入VITREA CORE后处理工作站（VitreaCore fX v6.6），用Coronary Arteries CT软件重建出冠状动脉的横断位、多平面重组和曲面重组图像用于储存和进一步分析。

CCTA图像由3名具有冠状动脉丰富诊断经验的影像科医师（2名主治医师和1名副主任医师）独立分析，以管腔直径目测法将钙化斑块处狭窄程度分为轻度狭窄（<50%）、中度狭窄（50%～69%）、重度狭窄（≥70%）。三者意见不一致则重新评估或者协商达成一致。

2.2 测量和计算CCO

测量冠状动脉开口处、钙化斑块近端5 mm和远端5 mm处的管腔密度值（图1）。测量规则：①调整窗宽和窗位为1 200 HU和400 HU；②以血管的短轴位勾画ROI并进行测量；③ROI应尽量大且避开斑块和伪影；④每处测量3次并记录平均值。钙化斑块处的CCO值计算公式：CCO=A/C-B/C。式中，A为冠状动脉钙化斑块近端腔内密度（HU），B为钙化斑块远端腔内密度（HU），C为冠状动脉开口处管腔密度（HU）。

图1 冠状动脉斑块处管腔密度测量和COO的计算

2.3 ICA图像分析

由2名具有丰富ICA诊断经验的医师（1名主治医师和1名副主任医师）进行盲法分析，用目测法将钙化斑块处管腔狭窄程度分为轻度狭窄（<50%）、中度狭窄（50%～69%）和重度狭窄（≥70%），作为本研究的“金标准”，并据此将病变血管分为轻度、中度和重度3组。

3.统计学分析

采用SPSS22.0软件对轻度、中度、重度狭窄组间CCO比较进行单因素方差分析，以及CCO与CCTA的二元logistic回归分析。采用MedCalc15.2.2软件绘制受试者操作特征（ROC）曲线，计算CCO、CCTA和CCO+CCTA诊断狭窄程度的ROC曲线下面积、灵敏度、特异度、阳性预测值和阴性预测值。以约登指数计算CCO的最佳界值点。采用组内相关系数（intraclass correlation efficient，ICC）检验对同一感兴趣区3次测量的重复性；采用Kendall’s W检验比较3名医师间对图像评价的一致性。正态分布的计量资料以均数±标准差表示，P<0.05表示差异有统计学意义。

结 果

1.CCTA对钙化斑块处狭窄程度评价的符合率

对比“金标准”ICA结果（轻度组55支、中度组37支、重度组14支），CCTA目测法为轻度狭窄83支、中度狭窄17支、重度狭窄6支（表1）。CCTA对冠状动脉钙化斑块处狭窄诊断的符合率为轻度组58.49%、中度组64.15%、重度组84.91%。

表1 CCTA与ICA的诊断结果单位：支

2.CCO与管腔狭窄程度关系

轻度组、中度组和重度组的CCO值（单位：HU）分 别 为0.054±0.090、0.079±0.116和0.247±0.150，CCO随管腔狭窄程度增加呈增高趋势。重度组与轻度、中度组间差异均有统计学意义（P<0.01），轻度组与中度组间差异无统计学意义（P=0.288）。

3.CCO、CCTA及CCO+CCTA诊断管腔狭窄的价值

以管腔狭窄≥50%为阳性事件，CCO、CCTA和CCO+CCTA的ROC曲线下面积分别为0.671、0.574和0.675（图2）。CCO与CCTA间（P=0.129 6）和CCO与CCO+CCTA间（P=0.849 6）的差异无统计学意义，但CCTA与CCO+CCTA间差异有统计学意义（P=0.049 0）。CCO诊断的最佳界值为≥0.116（表2）。

图2 各方法对管腔狭窄≥50%诊断价值的ROC曲线

表2 各方法对管腔狭窄≥50%的诊断价值

以管腔狭窄≥70%为阳性事件，CCO、CCTA和CCO+CCTA的ROC曲线下面积（AUC）分别为0.904、0.550和0.906（图3）。CCO与CCO+CCTA间的差异无统计学意义（P=0.236 5），但CCTA与CCO间、CCTA与CCO+CCTA间差异有统计学意义（均P<0.000 1）。CCO诊断的最佳界值为≥0.157（表3）。

图3 各方法对管腔狭窄≥70%诊断价值的ROC曲线

表3 各方法对管腔狭窄≥70%的诊断价值

上述结果表明，CCO可以明显提高CCTA诊断冠状动脉钙化斑块处管腔狭窄的准确度。

4.观测者的重复性和一致性

本研究对同一感兴趣区3次测量的重复性很强（ICC=0.814；95%Cl 0.765～0.848）。2名医师评价ICA图像的一致性极高（Kendall’s W系数为0.910，P<0.05），另3名医师评价CCTA图像的一致性同样很高（Kendall’s W系数为0.852，P<0.05）。

讨 论

冠心病的主要病因是冠状动脉粥样硬化，动脉粥样硬化斑块的形成过程通常伴随着钙化，随着多层螺旋CT冠状动脉成像质量不断提高，CCTA已在评估冠状动脉管腔狭窄及斑块形成中获得广泛认可［5］，成为临床诊断和筛查冠心病的首选检查方法。但是，图像伪影是影响CCTA诊断准确度的主要原因。Pugliese等［6］研究报道，85%的伪影是钙化斑块造成的，因此，寻找有效消除或减低钙化伪影的方法，提高对钙化斑块处狭窄的诊断准确度，始终是影像科医生的任务与挑战。

目前已有部分研究取得了一定的进展。Renker等［7］研究发现滤波反投影（filter back projection，FBP）重建［8］及迭代重建［9］可以减轻钙化的晕状伪影，有助于提高诊断准确度；但Willemink等［10］认为迭代算法并没有显著改善钙化的晕状伪影，因此迭代算法的价值还需要进一步研究和验证。2012年，Yoshioka等［11］首次提出将减影技术应用于CCTA，以消除钙化斑块伪影的影响。已有文献报道通过减影可以提高CCTA评估管腔狭窄的准确度［12-13］，但是，其研究主要集中在具有严重钙化（Agatston score>400分）或金属支架植入后的患者，且减影技术存在多次扫描的高剂量和图像失配准的问题，或者仅限于高端能谱CT，导致该方法临床应用受限。

Chow［14］等于2011年提出CCO的概念，用于研究冠状动脉狭窄的血流动力学，其计算公式为冠状动脉狭窄近端管腔内密度（HU）/近端同层面主动脉管腔内密度（HU）-冠状动脉狭窄远端管腔内密度（HU）/远端同层面主动脉管腔内密度（HU）。通过计算CCO来判断冠状动脉狭窄程度，就彻底避开了钙化斑块伪影的干扰，且操作简单，这使其具有很高的临床价值。有研究［15］以FFR为参照，证明冠状动脉管腔内衰减梯度（transluminal attenuation gradient TAG）联合CCO（TAG‑CCO）在发现冠状动脉功能性狭窄和非功能性狭窄间的差异有统计学意义。而将CCO引入对冠状动脉钙化斑块管腔狭窄的评价鲜有报道，且上述对TAG和CCO的研究多是采用的64排CT，其探测器宽度无法一次覆盖心脏，导致冠状动脉管腔内密度代表的不是同一时间的对比剂浓度。

本研究采用320排容积CT，16 cm的探测器宽度具有独特优势，保证了所采集的冠状动脉各节段对比剂浓度在时间上的一致性，因此计算CCO时无须与同层主动脉进行密度校正。且本研究进一步改良了CCO的测算方法，是因为考虑到：①个体差异造成的血流阻力不同、对比剂注射速率不同以及扫描时间点选择不一致，都会造成管腔密度的差异，因此需要对密度进行标准化校正；②各支冠状动脉的充盈程度可能有差异，因此校正点选择在冠状动脉自身开口处；③沿血管的短轴面勾画ROI，而非CCTA的横轴位，能更准确地反映该处的灌注浓度。所以本研究的优化能更真实地反映冠状动脉静息血流状态，有助于更准确地评价管腔狭窄。

本研究关注冠状动脉狭窄≥50%和≥70%的诊断价值，是因为狭窄≥50%是临床诊断冠心病的标准，而狭窄≥70%会导致心肌灌注降低。本研究发现仅以CCTA诊断钙化斑块处管腔狭窄是否≥50%和≥70%的灵敏度、特异度分别为29.41%、85.45%和14.29%、95.65%，而将CCO≥0.116和≥0.157作为判断狭窄≥50%和≥70%的界值纳入诊断，则诊断效能得到了显著提高，这也证明了CCO的临床应用价值。

本研究的局限性：①冠状动脉重度狭窄的慢性患者可能存在远端侧支循环，这种逆向充盈会导致CCO降低。②排除了冠状动脉有明显运动伪影和血管直径<2 mm的病例，并且只对同时完成了CCTA和ICA检查的患者进行回顾性分析，可能造成研究的选择性偏移，因此有待前瞻性、大样本的研究进一步证实。

综上，CCO有助于解决冠状动脉钙化斑块处管腔狭窄程度难以判断的问题。CCO与冠状动脉狭窄程度密切相关，且随狭窄程度增加而增高；CCO≥0.116和≥0.157是判断狭窄≥50%和≥70%的最佳界值；CCO联合CCTA可以显著提高CT诊断冠状动脉狭窄程度的准确度。