临床研究

基于非门控胸部CT的冠状动脉钙化积分与血管内超声评估钙化病变的对比观察研究

杨文滔 杨潇潇 张维峰 徐可 王小蕾 张义朋 蒋越 沈玲红 何奔

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引用格式： 杨文滔，杨潇潇，张维峰，等. 基于非门控胸部 CT的冠状动脉钙化积分与血管内超声评估钙化病变的对比观察研究［J/OL］. 中华心血管病杂志（网络版），2022，5:e1000129(2022‑10‑19).http://www.cvjc.org.cn/index.php/Column/columncon/article_id/ 307. DOI:10.3760/cma.j.cn116031.2022.1000129.

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发布日期： 2022/10/19    浏览量： 3551 次

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引言


冠状动脉钙化（coronary arterial calcification，CAC）是进展期冠状动脉粥样硬化斑块的特征之一［1］。CAC不仅与心血管事件风险显著相关，同时也增加了经皮冠状动脉介入治疗（percutaneous coronary intervention，PCI）的复杂性和难度［2‑4］。支架膨胀不全（stent under‑expansion）是钙化病变PCI最常见的并发症之一，可能引起支架内血栓形成或再狭窄，并导致患者发生急性或晚期缺血事件［5‑7］。因此，准确评估钙化病变对冠心病的诊断与介入治疗具有十分重要的临床意义。腔内影像学检查是评估CAC的主要手段，一项基于光学相干断层成像（optical coherence tomography，OCT）的钙化评分系统显示，钙化角度>180 °、钙化厚度>0.5 mm且钙化长度>5 mm可用于预测支架膨胀不全［8］。血管内超声（intravascular ultrasound，IVUS）虽然对钙化斑块的分辨率与穿透力低于OCT，不能测量钙化厚度，但仍可较好地判断钙化病变的位置和范围，且目前在我国的使用比OCT更广泛［9‑10］。冠状动脉CT血管造影（coronary computed tomographic angiography，CCTA）是无创检查冠状动脉钙化的最主要手段，基于CCTA的冠状动脉钙化积分（coronary artery calcification score，CACS）可定量评估钙化的严重程度，目前常用Agatston积分［11］。既往研究显示，基于CCTA的Agatston积分可预测心血管风险并帮助制定PCI策略［12‑13］。非门控胸部CT（nongated chest computed tomography，NCCT）同样可用于计算CACS，使用范围更为广泛，技术手段更简单，射线剂量也更低，且NCCT与CCTA的CACS具有良好的一致性［14］。我们团队之前的研究发现，基于CCTA与NCCT的CACS均是支架内再狭窄的独立危险因素［15］。为了进一步发掘CACS在冠状动脉介入治疗中的应用价值，本研究以IVUS作为测量冠状动脉钙化的标准，探究基于多种层厚NCCT及CCTA的CACS识别严重钙化病变的能力，并给出诊断阈值，以期在PCI术前为病变预处理提供建议。

对象与方法


一、研究对象
本研究是一项单中心回顾性临床研究，获得上海交通大学医学院附属胸科医院伦理委员会批准（编号：IS22028）。

纳入标准：连续筛选2018年1月至2021年6月因冠心病在上海交通大学医学院附属胸科医院行冠状动脉造影及IVUS检查，并在术前1个月行NCCT检查（平扫层厚5 mm/1.25 mm/1 mm）或CCTA检查（平扫层厚0.625 mm）的患者，且CT显示冠状动脉走行区可见致密影。

排除标准：（1）心脏内有金属置入物，如冠状动脉支架、起搏器、金属瓣膜和封堵器等；（2）冠状动脉旁路移植术后；（3）主动脉根部或心脏瓣膜严重钙化；（4）运动伪影较重并影响CT图像分析；（5）钙化病变弥漫分布于血管分叉处导致CT与IVUS图像无法认定为同一病变；（6）IVUS检查前进行了病变预处理（球囊扩张和旋磨等）；（7）IVUS图像伪影严重，未能完全显示病变或未见内膜钙化。


二、检查方法
1. CT检查：CCTA使用前瞻性心电图门控螺旋CT进行检查，型号为Philips ingenuity CT（飞利浦公司，荷兰）。平扫层厚为0.625 mm。NCCT扫描仪型号包括GE revolution（通用电气公司，美国）、GE discovery CT（通用电气公司，美国）、Philips iCT（飞利浦公司，荷兰）、Philips ingenuity CT（飞利浦公司，荷兰）。常规扫描重建层厚5 mm，层间距5 mm。薄层扫描重建层厚1 mm或1.25 mm，未予静脉注射对比剂及心电门控。

2.IVUS检查：本中心采用波士顿科学公司（美国）的iLab超声诊断仪及冠状动脉超声成像导管（超声探头频率为40 MHz），图像获取的控制及操作技术遵循我国冠状动脉血管内超声共识的要求［16］。本研究中IVUS导管的自动回撤速度为0.5 mm/s或1.0 mm/s。


三、图像分析
（一）CT图像分析
步骤一：根据研究对象的冠状动脉造影图像确定靶病变位置。
步骤二：在患者的CT图像上定位相应靶病变的钙化灶（图1）。
步骤三：所有NCCT或CCTA图像采用OsiriX软件进行分析，通过逐个滚动图像，使用Agatston评分方法进行冠状动脉钙化进行半自动定量分析［11］。钙化区域定义为：CT衰减值≥130 HU，面积≥ 2个连续像素和≥1 mm2的区域。将冠状动脉钙化斑块面积和峰值HU的乘积相加，即为CACS。峰值HU定义为1=130~199 HU、2=200~299 HU、3=300~399 HU、4≥400 HU。涉及多个层面的钙化病变需逐层滚动图像进行计算，所有层CACS的总和即为该钙化病变的CACS。
步骤四: 由于Agatston评分与层厚和层间距等有关，而常规心电门控CT扫描通常采用3 mm层厚进行CACS分析。因此本研究中所有CACS均进行校正，校正分数=原分数×层厚/3［17］。例如图1病变在该层面的CACS=84，层厚为1 mm，则校正分数=84×1/3=28。

（二）IVUS图像分析
步骤一：在IVUS图像上找到靶病变，测量病变长度、钙化长度、最大钙化角度、钙化斑块周长和最小管腔面积（minimal lumen area，MLA），并根据每间隔0.5 mm的钙化斑块周长计算出钙化斑块表面积（图2）。钙化弧度及钙化斑块周长测量采用RadiAnt DICOM Viewer软件，其余数据测量采用Boston Scientific Image Viewer软件。钙化斑块显示为高回声，并伴有后方声影。如果同一根血管中存在多个病变，其间距至少应在5 mm以上，否则视为同一病变。为了确保CT及IVUS所示钙化为同一病变，本研究结合了冠状动脉造影图像进行定位，并以血管开口、分叉等作为标志。如果病变过于弥漫，覆盖整支冠状动脉血管及分叉处导致无法认定统一，则被排除。钙化长度定义为某个病变内IVUS能测定的所有钙化病变长度之和。
步骤二：钙化斑块表面积为计算得出的近似值，在Scott等［18］研究的基础上，我们对连续钙化斑块每0.5 mm计算一次表面积。例如，病变起始处钙化斑块周长为2.5 mm，远端0.5 mm处钙化斑块周长为1.5 mm，中间帧钙化斑块周长为2 mm，则该钙化斑块表面积为1/6×0.5 mm×（2.5 mm+4×2.0 mm+1.5 mm）=1 mm2。其他测量参数、病变长度及MLA，均采用前述专家共识的测量方法［16］。


四、统计学分析
本研究使用的统计软件为Stata 16.0和GraphPad Prism 9.3。正态分布计量资料以（均数±标准差）描述，非正态分布计量资料以中位数及四分位数描述，计数资料以例数（%）描述。依据CT检查类型及层厚进行分组：NCCT/5 mm组、NCCT/1 mm组、 NCCT/1.25 mm组和CCTA/0.625 mm组。本研究采用方差分析或卡方检验来比较各组间变量是否存在差异。计算Spearman相关系数分析CACS和钙化斑块表面积的相关性，并利用Diedenhofen等提供的cocor工具检验相关系数的差异［19］。采用受试者工作特征（receiver operating characteristic，ROC）曲线下面积（area under curve，AUC）评价CACS在PCI术前识别弧度>180°钙化斑块的准确性并寻找诊断阈值；为了使研究结果更具有临床应用价值，我们参考其他研究的做法，在NCCT/5 mm组选择特异度大于90%且敏感度最高时的CACS阈值［20‑21］。采用双侧检验，P<0.05为差异有统计学意义。

结果


一、患者临床特征
本研究共纳入96例患者的104个病变，患者的临床特征见表1。其中男性67例（69.8%），女性29例（30.2%），年龄（66.7±8.7）岁。70例（72.9%）患者临床诊断为稳定型心绞痛，合并糖尿病或肾功能不全的患者分别占33.3%（32例）与8.3%（8例）。


二、患者病变特征
患者的病变特征见表2和表3。本研究共纳入104个钙化病变，其中58个（55.8%）病变位于左前降支（left anterior descending artery，LAD），18个（17.3%）位于左回旋支（left circumflex artery，LCX），28个（26.9%）位于右冠状动脉（right coronary artery，RCA），病变的钙化长度为11.8 mm（9.6 mm，15.5 mm），最大钙化弧度为154°（96°，215°），钙化斑块表面积为20.0 mm2（13.8 mm2，26.4 mm2）。各组间病变分布位置差异无统计学意义（P=0.50），在其余病变特征中，除CACS在各组间差异有统计学意义（P<0.01）外，病变长度、钙化长度、最大钙化弧度、钙化斑块表面积和MLA的差异也均无统计学意义。


三、CACS与钙化斑块表面积的相关性
我们对CACS及IVUS测量的钙化斑块表面积进行了相关性分析（图3）。结果显示，各组NCCT及CCTA的CACS均与钙化斑块表面积显著相关：NCCT/5 mm组Spearman r=0.637 9（P<0.000 1）；NCCT/1 mm组Spearman r=0.783 1（P<0.000 1）；NCCT/1.25 mm组Spearman r=0.796 8（P<0.000 1）；CCTA/0.625 mm组Spearman r=0.790 6（P<0.000 1）。通过cocor计算显示NCCT/5 mm组与其他各组相关系数的差异无统计学意义：NCCT/5 mm组比NCCT/1 mm组（P=0.111 9）；NCCT/5 mm组比NCCT/1.25 mm组（P=0.111 3）；NCCT/5 mm组比CCTA/0.625 mm组（P=0.169 5）。


四、CACS识别弧度>180°钙化斑块的能力
通过ROC曲线分析（图4），我们确定了各层厚NCCT及CCTA在PCI术前识别弧度>180 °钙化斑块的最佳阈值及其敏感度与特异度，现总结至表4。NCCT/5 mm组与其他各组间AUC的差异均无统计学意义：NCCT/5 mm组比NCCT/1 mm组，P=0.300 3；NCCT/5 mm组比NCCT/1.25 mm组，P=0.622 5；NCCT/5 mm组比CCTA/0.625 mm组，P=0.644 2。

讨论


在本研究中，我们不仅证实了CACS可有效识别IVUS测量的弧度>180 °的钙化斑块，给出了诊断阈值，还发现与薄层NCCT及CCTA相比，NCCT/5 mm组CACS的预测能力同样优秀。CACS阈值在NCCT/5 mm组、NCCT/1 mm组、NCCT/1.25 mm组、CCTA/0.625 mm组分别是184.5、202.5、194.0和233.0。该研究结果可以在PCI术前提示介入医生可能会面临的严重钙化病变，为预处理做好充分准备。

支架膨胀不全是支架失败的主要原因之一，许多腔内影像学研究已经表明，最小支架面积（minimum stent area, MSA）不足是PCI术后发生支架内血栓或支架内再狭窄的重要预测因子［22‑23］。虽然不同研究中得出的预测远期不良事件的MSA阈值各不相同，但欧洲的腔内影像学专家共识对其进行了统一，该共识建议对于非左主干病变，IVUS测量MSA应>5.5 mm2，OCT测量MSA应>4.5 mm2，支架膨胀率应>80%［24］。而病变钙化是导致支架膨胀不全的最主要原因，因此，为了预测严重钙化病变导致支架膨胀不全的风险，同一研究团队先后开发出了基于OCT与IVUS的钙化评分系统，以支架膨胀率<70%作为膨胀不全的标准，OCT评分项目为：最大钙化弧度>180 °（2分）、最大钙化厚度>0.5 mm（1分）、钙化长度>5 mm（1分）；IVUS评分项目为：钙化弧度>270°且长度>5 mm、360 °钙化、钙化结节、血管直径<3.5 mm（各1分）［8,25］。早期的一项IVUS研究显示，在严重钙化病变（弧度>180 °）中，钙化负荷更重与支架面积更小及偏心指数更大相关［26］。上述IVUS评分队列中，对于钙化弧度<270 °的病变，支架膨胀率<70%的频率仅为7.8%（18/231），因此该系统将钙化弧度的阈值定为>270 °而非OCT评分系统的180 °，而且一项对比IVUS及OCT评估钙化的研究发现，在IVUS检测到的钙化中，有13.2%的角度都被OCT低估甚至不可见［27］。本研究中我们考虑到欧洲腔内影像学专家共识建议的支架膨胀率应>80%，且建议对于>180 °钙化的病变采取更激进的预处理手段，因此选择了180 °而非270 °作为严重钙化病变的标准。虽然基于腔内影像学（IVUS或OCT）的钙化评分都可用于预测支架膨胀不全，但两者使用均有一定的局限性，特别是不能在PCI术前给介入医师提供必要的信息。考虑到这些限制，CACS能在钙化病变的术前评估中显示出极大的优势。

近期的一项研究［28］评估了基于CCTA的CACS与支架膨胀的关系，该研究发现，靶血管CACS与支架膨胀率具有显著的相关性，以MSA/远端参考管腔面积<90%作为膨胀不全的标准时，靶血管CACS的AUC为0.893（P<0.001），说明基于CCTA的靶血管CACS是支架膨胀不全的良好预测指标，但该研究并没有为我们提供一个诊断阈值。与CCTA相比，NCCT在临床中应用更为广泛。基于NCCT的CACS已证实与基于CCTA的CACS具有良好的一致性及预后价值［29］。在前述研究基础上，我们探究了基于NCCT的CACS在识别严重钙化病变中的临床应用价值，并且针对不同层厚的CT提供了相应的诊断阈值及其特异度和敏感度。

本研究的局限性


本研究存在局限性。首先，这是一项单中心回顾性研究，患者进行CT检查后是否会下一步冠状动脉造影，以及造影后是否进行IVUS检查都是由医生根据患者病情自行决定，未制定严格的入选流程，因此CACS与钙化斑块测量数据之间的关系仍不确切，需要进一步研究评估。本研究也无法避免选择偏倚，例如纳入人群需要在IVUS检查前1个月有CT检查图像，而急性ST段抬高型心肌梗死患者往往急性起病，本研究中未筛选到此类患者。为了使研究结果具有统计学意义，在初筛阶段我们发现同时行CT与IVUS检查的患者CT层厚在NCCT组以5 mm、1 mm和1.25 mm为主，在CCTA的平扫层厚以0.625 mm为主；而在我院所有患者中，NCCT/1.5 mm层厚以及CCTA/2.5 mm层厚并不少见，这部分患者没有被纳入。其次，本研究的样本量较小，我们在进行相关性比较及ROC曲线分析时可以看到NCCT/5 mm组的相关系数及AUC与其他各组在数值上的差异相对较大，进一步分析提示差异无统计学意义，但在样本量扩大后差异是否会进一步扩大仍未可知。最后，我们选择评估的是钙化斑块作为支架膨胀不全的替代指标，并未直接回答CACS与支架膨胀不全的关系如何，因此，未来还需要进一步扩大样本量并重新选择研究终点来验证CACS的应用价值。

小结


本研究分析了基于NCCT和CCTA的CACS与IVUS评估冠状动脉钙化的关系，结果表明CACS可在术前有效识别可能引起支架膨胀不全的严重钙化病变。未来冠状动脉介入术前常规NCCT检查可帮助介入医生早期识别需要特殊预处理的严重钙化病变。

  • 作者： 杨文滔    杨潇潇    张维峰    徐可    王小蕾    张义朋    蒋越    沈玲红    何奔   

  • 作者单位： 上海交通大学医学院附属胸科医院心内科   

  • 通信作者： 沈玲红，Email：rjshenlinghong@126.com

  • 关键词： 冠心病；心脏成像技术；体层摄影术，X线计算机；冠状动脉钙化积分

  • DOI： 10.3760/cma.j.cn116031.2022.1000129

  • 基金项目： 国家自然科学基金（81830010，82130012）

  • 利益冲突： 无

  • 收稿日期： 2022-07-04

  • 录用日期： 2022-08-31

  • 本文编辑： 史红

    • 摘要中文

    目的

    探究基于不同层厚非门控胸部CT（nongated chest computed tomography，NCCT）及冠状动脉CT血管造影（coronary computed tomography angiography，CCTA）的冠状动脉钙化积分（coronary artery calcium score，CACS）与血管内超声（intravascular ultrasound，IVUS）评估钙化病变的关系。

    研究对象

    回顾性分析2018年1月至2021年6月因冠心病在上海市胸科医院接受冠状动脉造影及IVUS检查，且在术前1个月内行NCCT或CCTA检查的患者。

    干预措施

    根据CT类型及层厚将病变分为4组：NCCT/5 mm组、NCCT/1 mm组、NCCT/1.25 mm组和CCTA/0.625 mm组。

    观测指标及测量方法

    在CT图像上使用Agatston评分计算靶病变CACS，利用IVUS测量靶病变钙化长度、最大钙化弧度和钙化斑块表面积，通过计算Spearman相关系数分析CACS与钙化斑块表面积的相关性，并使用受试者工作特征曲线（receiver operating characteristic curve，ROC曲线）评估CACS识别弧度>180°钙化斑块的能力及阈值。

    结果

    共纳入96例患者的104个病变，年龄为（66.7±8.7）岁，男性67例（69.8%），合并糖尿病或肾功能不全的患者分别为32例（33.3%）与8例（8.3%）。104个病变中有58个病变（55.8%）位于左前降支（left anterior descending，LAD），钙化长度为11.8 mm（9.6 mm，15.5 mm），最大钙化弧度为154°（96°，215°），钙化斑块表面积为20.0 mm2（13.8 mm2，26.4 mm2）。各组NCCT及CCTA的CACS均与钙化斑块表面积显著相关：NCCT/5 mm组、NCCT/1 mm组、NCCT/1.25 mm组和CCTA/0.625 mm组相关系数r分别为0.637 9、0.783 1、0.796 8和0.790 9（P均<0.000 1）。ROC曲线分析显示：NCCT/5 mm组识别弧度> 180°钙化斑块的CACS阈值是184.5[曲线下面积（area under the cure，AUC）=0.701 1；P=0.001 3]；NCCT/1 mm组的阈值是202.5（AUC=0.794 3；P=0.000 8）；NCCT/1.25 mm组的阈值是194.0（AUC=0.750 9；P=0.013 1）；CCTA/0.625 mm组的阈值是233.0（AUC=0.752 7；P=0.025 6）；NCCT/5 mm组与其他各组AUC的差异均无统计学意义。

    结论

    基于多种层厚NCCT及CCTA的CACS都与钙化斑块表面积具有良好的相关性，并可有效识别弧度>180 °的钙化斑块。

    摘要英文

    Objective

    To assess the association between the coronary artery calcium score (CACS) derived from ECG-gated coronary computed tomography angiography (CCTA) or non-gated chest computed tomography (NCCT) and coronary calcium measured by intravascular ultrasound (IVUS).

    Subjects

    We retrospectively enrolled 96 patients (104 vessels) who underwent coronary angiography and IVUS examination due to coronary artery disease and underwent CT (NCCT or CCTA) scan within 1 month before their procedure, which took place between January 2018 and June 2021 in Shanghai Chest Hospital.

    Interventions

    According to the type and slice thickness of CT, lesions were divided into the following four groups: NCCT/5 mm group, NCCT/1 mm group, NCCT/1.25 mm group, and CCTA/0.625 mm group.

    Main Outcomes and Measurements

    The CACS of target lesions were obtained using the Agatston method. Calcium length, the maximum calcium angle, and calcified plaque surface area were measured by IVUS. A correlation analysis was performed between CACS and the calcified plaque surface area. The receiver operating characteristic (ROC) curve was used to evaluate the ability and threshold of CACS to identify a calcific plaque with a total calcium arc >180°.

    Results

    Hundred and four lesions were observed in this cohort of 96 patients. The mean age of patients was (66.9±8.7) years, and 67 (69.8%) of them were male. Thirty-two patients (33.3%) had diabetes mellitus and eight (8.3%) had renal insufficiency. Fifty-eight (55.8%) of 104 lesions were located in the left anterior descending artery (LAD). The median calcium length was 11.8 mm (Q1-Q3, 9.6 mm-15.5 mm), the median maximum calcium arc was 154° (Q1-Q3, 96°-215°), and the median calcified plaque surface area was 20.0 mm2 (Q1-Q3, 13.8 mm2-26.4 mm2). A significant correlation was observed between CACS and calcified plaque surface area in each group (NCCT/5 mm [Spearman r=0.637 9; P<0.001], NCCT/1 mm [Spearman r=0.783 1; P<0.001], NCCT/1.25 mm [Spearman r=0.796 8; P<0.001], and CCTA/ 0.625 mm [Spearman r=0.790 6; P<0.001]). In the ROC curve analysis, the optimal cut off value to identify a calcific plaque with a total calcium arc >180° was 184.5 in the NCCT/5 mm group (AUC=0.701; P=0.001 3), 202.5 in the NCCT/1 mm group (AUC=0.794 3; P=0.000 8), 194.0 in the NCCT/1.25 mm group (AUC=0.750 9; P=0.013 1), and 233.0 in the CCTA/0.625 mm group (AUC=0.752 7; P=0.025 6). There was no significant difference in the AUC between each group.

    Conclusions

    Regardless of slice thickness, the CACS derived from NCCT or CCTA had a good correlation with the calcified plaque surface area and proved to be a useful tool to identify calcific plaques with a total calcium arc >180°.








    微信截图_20221020153158.png

    本研究主要材料与器材

    无

    参考文献

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