冠狀動脈CTA易損斑塊成像研究進展

湖北醫藥學院附屬襄陽市第一人民醫院 放射科，湖北 襄陽 441000

引言

急性冠脈綜合征（Acute Coronary Syndrome，ACS）是一種常見的心血管疾病，它是以冠狀動脈粥樣硬化斑塊破裂或侵襲繼發完全或者不完全閉塞性血栓形成為病理基礎的一組臨床綜合征。目前研究認為，冠狀動脈嚴重狹窄或易損斑塊破裂是誘發ACS的最主要的原因[1]。ACS的早期診斷主要依靠臨床癥狀、血清學標志物、心電圖及影像學方法，除了影像學方法，其他幾種方法都只能應用于ACS發病之后。雖然冠狀動脈造影是診斷冠狀動脈疾病的金標準，但冠狀動脈造影術是有創的，會伴隨手術并發癥的風險，且研究證實僅憑視覺評估狹窄程度不能準確評價下游心肌缺血的程度[2]。而冠狀動脈CT血管造影（Coronary Computed Tomography Angioplasty，CCTA）是一種無創性方法，可以在靜脈注射造影劑后利用螺旋CT重建得出心臟冠狀動脈成像，并通過CT值反映出冠狀動脈粥樣硬化斑塊密度之間的差異，更好地識別冠狀動脈斑塊的不同成分，適用于冠狀動脈斑塊初步定性診斷[3]。如果可以通過CCTA識別易損斑塊，那么就能盡早發現冠脈病變且進行干預，從而改善預后。本文就CCTA上易損斑塊的影像學特征的研究成果及進展進行綜述。

1 易損斑塊概述

冠狀動脈粥樣硬化斑塊依據斑塊的狀態可分成穩定及不穩定斑塊。穩定斑塊的成分以纖維帽為主，脂質壞死核心成分少，多為向心性斑塊，不易出現破裂，常導致血管內狹窄的阻塞性病變。不穩定斑塊的成分以脂質壞死核心成分為主，纖維帽成分少，多為偏心性斑塊，容易出現破裂，導致血管內快速梗阻的非阻塞性病變，也被稱為易損斑塊。易損斑塊的特征為薄的纖維帽，大的壞死脂質核伴豐富的炎癥細胞和少量平滑肌細胞，斑點狀鈣化和正性重構，主要分布在前降支近段、回旋支近中段、右冠近中段，是導致ACS的先兆性斑塊[4]。

早在1989年，Muller等[5]就在文章中提到了斑塊的易損性，他們將易損斑塊定義為具有破裂傾向的、非阻塞性的粥樣硬化斑塊，并且他們認為斑塊破裂造成的血栓是造成血流阻塞的主要原因。之后，有研究給出了易損斑塊的診斷標準：① 活動性炎癥；② 薄的纖維帽和大的脂質核心；③ 內皮剝脫伴表面血小板聚集；④ 斑塊有裂隙或損傷以及嚴重的狹窄；⑤ 表面鈣化斑；⑥ 黃色有光澤的斑塊；⑦ 斑塊內出血；⑧ 正性重構[6]。

2 CCTA在易損斑塊中的應用

CCTA最早應用于4排螺旋CT，但因掃描時間過長及空間分辨率較差的局限，圖像質量得不到保障。隨著螺旋CT的進步及各種技術的發展，CCTA的掃描速度及分辨率都有了極大提升。

就易損斑塊的診斷而言，基于侵入性導管造影的血管內超聲（Intravascular Ultrasound，IVUS）或光學相干斷層掃描（Optical Coherence Tomography，OCT）雖然可以準確地評估易損斑塊的范圍、成分及特征，但在識別導致患者發生未來事件的高危斑塊特征方面準確性較差，而在CCTA成像上所表現出來的一些形態學和功能斑塊特征對ACS患者有重要的預后作用。因此，使用CCTA這種無創性方法來識別斑塊的特征，從而診斷高危斑塊及識別易患主要不良心臟事件（Major Adverse Cardiovascular Events，MACE）的患者是十分必要的[7]。此外，CCTA可以直接可視化地對冠狀動脈管腔的狹窄程度進行準確評估，國內的一項研究結果表明雙源CTA診斷冠脈狹窄的靈敏度為0.986，特異度為0.750，準確度為0.967，陽性預測值為0.978，陰性預測值為0.818[8]。

3 易損斑塊在CCTA上的影像表現

3.1 低密度斑塊

有研究者在每個斑塊內隨機選取至少5個點，將感興趣區放置在這5個點上，隨后將其中間值定義為斑塊密度[9]。低密度斑塊（Low Density Plaque，LAP）是指斑塊密度減低（即CT值降低）的富含脂質壞死中心的粥樣硬化斑塊。以往研究者們通常將LAP的CT值臨界點定義為＜30 HU[10]。但在2017年的一項前瞻性研究中，Feuchtner等[11]進行多元線性回歸分析，在評估了LAP 30、60和90 HU與CTA結果之間的相關性后，得出63 HU（敏感性為89.2%，特異性為82.3%）為最佳閾值，Kaplan-Meier曲線顯示出LAP＜60 HU的患者預后不良，且單變量和未經調整的多變量Cox比例風險模型顯示60 HU是預測MACE的最強指標。

3.2 正性重構

冠狀動脈重構是指在AS的進程中，血管為了防止自身管腔變窄，促使斑塊部分的血管壁體積發生的反應性變化。在CCTA上，血管的重構常常由重構指數（Remodeling Index，RI）來評估，RI是指病變部位和病變鄰近部位的正常血管面積的比值。重構可分為正性重構及負性重構，其中正性重構是ACS患者動脈重構的主要模式。RI＞1.1時，表示冠狀動脈發生了正性重構（Positive Remodeling，PR）[12]。有研究表明，隨著PR的增加和低CT衰減，薄帽纖維粥樣斑塊逐漸增加，而CCTA可以通過PR和LAP識別冠狀動脈斑塊，為斑塊易損性提供非侵入信息[13]。Yamada等[14]經過為期6個月的隨訪，利用OCT和IVUS檢查了纖維帽厚度變化和動脈重構的關系，從而證明了PR不僅是一個適應過程，同時也和纖維帽的變薄有關。

3.3 點狀鈣化

動脈粥樣硬化斑塊鈣化是對于局部巨噬細胞炎癥及免疫活動的強烈反應。鈣化斑塊一般包括鈣化結節，淺層鈣化片，鈣化突起三種不同類型，破裂的脂質斑塊常有碎片狀鈣化和微鈣化（0.5～15 mm）[15]。廣泛的大鈣化是動脈粥樣硬化進展期和穩定期的特征，很少導致破裂；直徑＜0.06 mm的微鈣化出現在冠狀動脈內膜鈣化的早期，它會嵌在纖維粥樣硬化的纖維帽內，使得斑塊不穩定且易于破裂[16]。微鈣化沉積會產生點狀鈣化（Spotty Calci fication，SPC），在CCTA上，SPC有以下特點：① 斑塊的平均密度＞130 HU；② 斑塊的直徑＜3 mm；③ 在任何方向上鈣化的長度＜1.5倍血管直徑且寬度小于血管直徑的2/3；④ 鈣化最大弧度的鈣化范圍＜90°[17]。SPC與中等、較大及致密鈣化斑塊相比，壞死脂質含量明顯增加，且在急性心肌梗死患者出現率更高[18]。Messerli等[19]認為，冠狀動脈粥樣硬化斑塊中鈣化的存在與粥樣硬化的程度以及MACE有緊密的關系，而點狀鈣化則是可硬化斑塊的重要特征。

3.4 餐巾環征

餐巾環征（Napkin-Ring Sign，NRS）的特征是一個低CT衰減的斑塊中心，其周圍繞以環形的高CT衰減區（不超過130 HU）的動脈粥樣硬化斑塊，這是富含脂質的壞死中心和纖維斑塊在CCTA上的表現[20]。Otsuka等[21]的研究首次證明在CCTA上發現NRS對ACS事件的預后有重要的現實意義，其作為斑塊破裂和血栓形成的先兆病變的標志，獨立于PR和LAP等其他特征。他們認為這也許是由CCTA斑塊內血管滋養管增強、斑塊內出血或血栓周圍造影增強、斑塊內的微鈣化等NRS的機制所造成的，由此可以認為在CCTA中檢出NRS可以為CCTA評估易損斑塊的預后提供特異性。Brutkiewicz等[22]通過對89名疑似冠狀動脈疾病患者進行研究，發現在22例（25%）患者中觀察到53處NRS，其中7例（8%）為單發NRS，15例（17%）為多發NRS。該研究認為CCTA上存在的NRS可以無創性診斷晚期富含脂質壞死核心的動脈粥樣硬化斑塊，雖然比組織病理學檢查的敏感性要低，但CCTA的診斷準確性的總體水平可以與IVUS或OCT等侵入性方法相比。

3.5 斑塊破裂

斑塊破裂的特點包括斑塊潰瘍和斑塊內染色滲透。有一項研究通過對145名患者（其中包括51名臨床穩定患者和94名出現ACS的患者）進行分析發現：在19名（37.3%）穩定患者中檢測到至少1個破裂病變，在9名（17.6%）穩定患者中檢測到多個破裂病變；在72名（77.7%）ACS患者中檢測到至少1個破裂病變，在45名（47.5%）ACS患者中檢測到多個破裂病變[23]。這表明破裂病變是ACS的特征性標志，但在臨床穩定患者中也不容小覷。并且研究得知在CCTA上破裂病變顯示出統計學意義上更高的斑塊體積、更高的LAP體積、更大比例的LAP體積并導致更嚴重的狹窄以及更高的重塑指數。但由于CT的對比度欠佳，研究中通常使用OCT和IVUS進行檢測，CT潰瘍樣強化斑塊在IVUS中均表現為破裂斑塊[24]。Ohashi等[25]對OCT和IVUS評估斑塊破裂的適用性、敏感性及特異性進行分析，發現在ACS患者中，HR-IVUS可用于所有患者的影像學檢查，而OCT可用于77.1%的患者，并且HRIVUS對OCT引起的斑塊破裂的敏感性較高（84.8%），但特異性僅57.1%。還有研究通過OCT和IVUS對斑塊裂隙及斑塊破裂進行了評估[26]，在OCT上破裂斑塊通常顯示為內膜撕裂、破裂或者帽狀剝離，當注入造影劑時，這些缺陷可能會有很少甚至沒有OCT信號，斑塊裂隙在OCT上常表現為線狀撕裂，而斑塊破裂則表現為破裂的空腔。

4 易損斑塊CCTA研究進展

4.1 基于CT的冠狀動脈血流儲備分數

冠狀動脈血流儲備分數（Fractional Flow Reserve，FFR）是指冠狀動脈狹窄遠端壓力和近端壓力的比值，它是冠狀動脈狹窄的功能性指標[27]，FFR值小于0.8通常被認為是血流阻塞的標志，也是冠狀動脈重建術后改善臨床結果的最佳預測因子[28]。基于CT的冠狀動脈血流儲備分數（CT-Fractional Flow Reserve，CT-FFR）將流體動力學應用于CCTA檢查，使FFR分析與CCTA解剖成像相結合，通過CCTA的影像數據計算得出FFR，進而評估病變部位的血流動力學情況，并通過測驗狹窄的冠狀動脈來識別心肌有無缺血發生，據此從解剖及功能性角度更全面及精準地評估病變。與傳統FFR相比，CT-FFR的優點是：① 具有無創性，并且其掃描中所受的輻射量也低于傳統FFR；② 能夠檢測多支血管；③ 是可重復的。最近已經有多項研究證明CT-FFR 對易損斑塊的識別和診斷有很大的意義[28-29]。另外，von Knebel Doeberitz等[30]的研究也發現，在CCTA上顯示出易損斑塊相關特征的同時加入CT-FFR的分析，能對斑塊進行更準確地鑒別。2019年的一項觀察性研究發現在急性胸痛患者中，較低的CT-FFR值與CT血管造影疾病的嚴重性相關[31]。由此，在未來我們可以對CT-FFR更深入研究，使其更加適用于易損斑塊的發現與評估中。

4.2 能譜CT及高排螺旋CT在易損斑塊診斷中的應用

能譜CT是近年來新興的一種影像學檢查方法。能譜CT憑借其特有的物質CT衰減曲線，與傳統CCTA相比，能夠更加準確地區分斑塊內的各種成分，同時能夠通過寶石瞬時能量轉化，實現物質成分的有效分離，從而對斑塊內的物質進行定量分析和鑒別[32-33]。有研究使用能譜CT對冠心病患者進行CCTA檢查[33]，結果表明斑塊中各成分對碘的吸收程度不同，通過對碘含量情況的分析，可以判斷斑塊的主要成分。

目前常用于易損斑塊診斷的64排CT的探測器較窄，而320排CT機具有160 mm的寬探測器，能夠覆蓋整個心臟，并且320排CT可避免螺旋掃描導致的階梯偽影，能夠提高冠狀動脈圖像質量，從而更全面更清晰地對易損斑塊進行顯示[34]。國內有相關研究結果表明，320排CT檢測冠狀動脈易損斑塊的靈敏度為90.6%，特異度為91.4%，陽性預測值為86.7%，陰性預測值為94.8%[35]。國外也有研究得到了與此研究一致的結果[36]。目前，有關高排量CT應用于易損斑塊診斷的研究較少，在未來，我們也可以把提高CT排量作為準確檢測易損斑塊的研究方向之一。

4.3 CT脂肪衰減指數

2010年，Takaoka等[37]研究發現血管內膜損傷可誘發血管周圍脂肪表型改變，這意味著可以通過研究冠狀動脈周圍脂肪組織（Pericoronary Adipose Tissue，PCAT）表型來識別易損斑塊。在影像學方面認為可以通過檢測PCAT的CT脂肪衰減指數（Fat Attenuation Index，FAI）來檢測易損斑塊。國外有多項研究均得出了相同的結論，即：高危斑塊附近的FAI值越高，發生MACE的幾率越高[38-40]。近年來，國內也有研究發現冠狀動脈斑塊內鈣化成分越多，斑塊周圍的FAI值越高[41]，并且可以認為斑塊中的高衰減成分是影響斑塊周圍FAI值的獨立因素。綜上所述，通過對FAI值與易損斑塊關系的研究，可能將有助于易損斑塊的檢出及鑒別。

4.4 人工智能、影像組學及多模態成像

人工智能（Arti ficial Intelligence，AI）已廣泛應用醫學領域，AI可以通過大數據分析使疾病的診斷更加可靠。AI分為機器學習（Machine Learning，ML）和深度學習（Deep Learning，DL）。ML是一種賦予AI學習能力的技術，而DL則是在ML的過程中基于數據學習事物表征來識別特征圖像的方法，是一種更為復雜的算法，可以通過建立神經網絡來模擬人腦對圖像進行分析[42]。目前，已經有許多研究證實[43-46]，AI可以很好地適用于冠狀動脈病變。相對于單純的CCTA來說，基于AI的CCTA不僅可以降低低劑量掃描的圖像重建為常規劑量掃描的圖像從而實現在降低輻射劑量的同時保證圖像質量，還可以更精確地分析斑塊的類型及冠狀動脈狹窄的程度。同時，AI也可以計算FFR[47]，并有研究證明基于AI的FFR對于病變特異性缺血的診斷比單純CT-FFR速度更快且更準確[48-49]。

影像組學是指在從CT、PET或MRI等獲得的影像圖像中高通量地提取有價值的特征，從而為疾病的診斷、定性及預后提供有價值的信息。影像組學所提取的特征主要包括兩類：① 形狀、大小、密度等肉眼可見的特征；② 紋理、分形及分維等需要特殊軟件處理的不可視特征[50]。Araki等[51]開發了基于ML的冠心病風險分層CADx系統，即通過提取斑塊中的不同紋理特征能夠對冠狀動脈進行風險評估。而Araki等[52]還提出，在CADx系統的應用中加入主成分分析（Principal Component Analysis，PCA）來選擇灰度優勢特征從而提高分層的精確度。但這些研究都缺乏基于血管壁參數的特征，Banchhor等[53]的研究將斑塊紋理與基于血管壁的測量特征相結合，從而進一步提高冠心病風險分層CADx系統的準確性。Kolossváry等[54-55]認為，影像組學可以通過對斑塊的某些不可視特征的分析來診斷易損斑塊，并且可以提高傳統CCTA對易損斑塊診斷的準確性。

多模態成像是指將不同形式的影像方法進行融合，從而在取長補短的同時能夠相對全面地顯示病變，為臨床提供更豐富的信息[56]。多模態成像大致可以分為解剖成像及功能成像。對于易損斑塊的診斷，Huibers等[57]認為目前沒有任何一種成像方式可以檢測到所有易損斑塊的特征，如果使用多模態成像來診斷易損斑塊，則可以盡可能多地顯示易損斑塊的特征，從而更加準確地識別和鑒別易損斑塊。Kiri?li等[58]研究證實，兩種及以上的影像技術融合后的成像數據對冠心病的診斷比單獨使用某一種影像技術更加準確。

5 總結與展望

綜上所述，CCTA對辨別易損斑塊的各種特征（低衰減斑塊、正性重塑、點狀鈣化、餐巾環征及斑塊破裂）有一定的意義。因此，CCTA已經成為鑒別易損斑塊的主要無創方法，它可以預測未來ACS事件，從而指導臨床對斑塊進行個體化及精準化的干預，減少MACE的發生。目前，由于CCTA在破裂斑塊的顯示上略有不足，OCT、IVUS等有創方法仍然是評估易損斑塊的主要影像學檢查方法。但是，隨著CT硬件及軟件的進一步發展，CCTA這項無創檢查在破裂斑塊的顯示率上也必將越來越高，從而更準確地預防未來ACS的發生，這也將是未來CCTA易損斑塊研究的嶄新方向。CCTA的不足之處還在于其電離輻射的劑量，因此在未來可以通過研究前瞻性與回顧性心電門控的輻射劑量、優化采集時間窗、人工智能優化算法以及使用低千伏、低用量、低濃度的對比劑來實現低劑量易損斑塊的識別。同時，利用FFR、能譜CT與高排量CT、FAI、人工智能、影像組學及多模態成像技術探討急性冠脈綜合征易損斑塊的影像學特征及斑塊破裂的過程也是有待進一步研究的方向。