冠心病的临床诊断技术的现状和前景-协和医学院教授吕滨

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  摘 要:临床医学的进步离不开医学影像设备的发展和应用技术水平的提高。计算机断层摄影术(CT)冠状动脉血管成像应用短短十年,已经成为门诊筛查、排除或者确诊冠心病的重要工具。近年CT心肌灌注成像(CTP)和CT血流储备分数(CT-FFR)等功能学CT影像技术迅速推出,并获得重要循证医学研究证据,临床广泛关注,被认为具有改变临床诊断和治疗路径、优化冠心病诊疗策略和改善预后的作用。本文对这些新技术的现状和前景做一简要介绍,以期尽快在我国获得临床应用。

  关键词:评论体层摄影术X线计算机; 心肌灌注成像; 血流储备;

  目前冠心病的临床诊断技术分为"解剖"诊断和"功能"诊断两类。"解剖"诊断用于观察冠状动脉粥样硬化斑块及其所造成的管壁及管腔改变,主要诊断技术包括有创的经导管冠状动脉造影(CAG),血管内超声(IVUS)、光学相干断层(OCT),以及无创的计算机断层摄影术(CT)冠状动脉造影(CTA)、心脏磁共振成像(CMR)等,用以评价冠状血管解剖结构。"功能"诊断用于评估冠状动脉狭窄的血流动力学、心肌血流灌注及心脏运动功能,主要诊断技术包括:运动负荷心电图、心肌灌注成像(MPI)、超声心动图、单光子发射计算机断层摄影术(SPECT)、正电子发射断层(PET)和CMR等及上述方法的负荷试验。近来,CT"功能"成像技术逐步进入临床应用阶段。

  当前,冠心病的诊断仍以CAG显示的冠状动脉管腔狭窄≥50%为诊断金标准。但是,临床实践证明,除了管腔狭窄程度以外,斑块评估及心肌血流灌注等功能评估对于治疗策略制定不可或缺,甚至更为重要。当前,在多种检查技术中,CTA能够同时兼顾"解剖"和"功能"检查。诚如所知,64排或更高档次CT设备已经广泛应用于临床,对冠状动脉斑块和管腔狭窄程度等"解剖"诊断得到认可,近几年开发的CT"功能"成像已成为研究和临床应用热点。本文仅对冠心病CT功能成像新技术做简要介绍。

体层摄影术

  1 CT功能成像技术

  1.1 连续动态CT心肌灌注成像(dynamic CT perfusion imaging,CTP)

  该技术是通过连续扫描获得对比剂灌注心肌的时间衰减曲线(时间密度曲线,TDC),通过数学模型计算心肌血流量(MBF)值,计算原理可理解为TDC曲线的上升斜率与血流量相关,而曲线下面积与血流体积相关。目前该技术在高端CT设备上均有软硬件支持,最大优势是能够定量评估心肌内血流和灌注量。

  1.2 CT血流储备分数(CT fractional flow reserve,CT-FFR)

  冠状动脉FFR是指存在狭窄病变时,血管的最大血流量与假设不存在狭窄病变时所能获得的最大血流量之比,换算成压力,即狭窄远端压力与狭窄近段血管的压力之比,比值<0.75,说明该狭窄具有血流动力学意义。因此,FFR测量需要用导管技术完成。而CT采用CTA图像,经后处理软件分析获得FFR值,称为CT-FFR.该图像能够显示冠状动脉血管狭窄和斑块信息,同时能够提供任意血管部位的FFR值。CT-FFR技术的优势是,它只需要一次CT扫描,不需应用腺苷等负荷药物,却能够提供解剖和功能测量指标。

  1.3 CT心脏运动成像

  早在20世纪80~90年代,电子束CT(electron beam CT,EBCT)通过心脏"电影"技术,实现了心脏运动功能成像,可以评估心室整体(global)和区域(regional)运动功能。目前的多排螺旋CT亦可以实现,只是由于全心动周期扫描,X线辐射剂量较高,而且,磁共振成像及超声心动图可以很好实现该功能,目前在临床不提倡常规应用,因此本文不做介绍。

  2 冠心病CT功能成像的临床应用现状

  2.1 连续动态CTP的临床应用研究

  目前已经有较多的研究证实,CTP与核素等传统MPI技术相比,具有良好诊断一致性。Kurata等首次应用16排MDCT对12例疑似冠心病患者进行动态负荷CTP临床试验,与SPECT比较诊断一致性可达83%.Blankstein等应用第一代双源CT(dual source CT,DSCT)对34例疑似冠心病患者进行动态心肌负荷CTP,与SPECT相比较,CTP诊断敏感性、特异性、阳性预测值(PPV)和阴性预测值(NPV)分别为84%,80%,71%,90%,从而证实CTP可以初步用于临床对心肌缺血的诊断。随着CT技术发展,Nasis等开始应用320排宽体探测器对20例患者进行CTP检查,同样与临床常用的SPECT相比,CTP诊断敏感性、特异性、PPV、NPV分别提升为94%、98%、94%和98%.

  CORE320是第一项CTP领域国际多中心临床试验,共入组381例稳定性心绞痛患者。其结果证实,以CAG为参照,相比于SPECT,CT对冠心病的诊断更加准确,受试者工作特征(ROC)曲线下面积分别为0.78和0.69;而在心肌缺血诊断方面,CT较SPECT检查的优势是CTA(观察解剖)与CTP(观察功能)结合,较单独CCTA或SPECT可获得额外的诊断价值,ROC曲线下面积可以提升为0.87.

  Cury等进行的另一项多中心、多厂家CTP非劣效性临床试验结果证实,CTP与SPECT具有良好的诊断一致性(87%),CTP诊断可逆性心肌灌注缺损的敏感性、特异性、准确性分别为90%、84%和85%,而CTA以50%狭窄为标准,诊断心肌缺血的准确性仅为69%,从而证实CTP诊断有意义狭窄的准确性明显优于CTA.Bamberg等采用MBF<75 ml/(100 g心肌重量·min)作为诊断标准,同时应用CTA图像的狭窄率诊断指标,显示CT诊断有血流动力学意义冠状动脉血管狭窄的敏感性和特异性分别达到93%和87%.

  2.2 CT-FFR的临床应用研究

  2009年新英格兰杂志发表了著名的FAME-1研究结果,提出基于造影(解剖)和FFR(功能)指导的再血管化治疗与单纯造影指导相比,可以降低28%的主要心脏不良事件(MACE)。后续的随访显示,对于没有血流动力学意义的狭窄,再血管化治疗患者并不获益。因此,FFR测量迅速成为临床诊断缺血和支架介入治疗适应证的标准。CT-FFR也随之兴起。

  2011年发表了CT-FFR的第一个国际多中心研究DISCOVER-FLOW,共纳入103例稳定性心绞痛患者,以经导管测量的FFR<0.80为缺血诊断标准,在血管水平CT-FFR诊断有意义缺血性狭窄的准确性为84.3%,敏感性为87.9%,特异性为82.2%;而CTA诊断的准确性为58.5%,敏感性为91.4%,特异性仅为39.6%,说明CTA基于狭窄的诊断,导致过高的假阳性。2012年发表了De FACTO研究,该研究纳入252例患者,以经导管测量的FFR值为金标准,CT-FFR与CTA相比,对于存在中度狭窄(30%~70%)的患者,在不降低诊断特异性的情况下,CT-FFR诊断的敏感性从CTA的37%提高到82%.随后的2014年,CT-FFR领域又发表了NXT研究,该研究的试验方法相似,纳入254例患者,以经导管FFR结果为参照,再次证明了CT-FFR较CTA单纯观察管腔狭窄,可以显著提高诊断具有血流动力学意义狭窄病变的特异性(从34%提高到79%),减少了假阳性病例,间接说明了单纯依赖管腔狭窄"解剖"诊断的限度。

  2.3 CTP和CT-FFR的临床应用限度

  (1)CTP应用限度:CTP普及应用需要高端设备提供软、硬件支持,扫描的辐射剂量较高、图像伪影、以及检查耗时等。目前仅国际高端CT设备具有CTP扫描和图像后处理分析功能。一次CTA加上负荷CTP检查,患者需要接受5~10毫西弗(m Sv),与SPECT辐射剂量(12.7±0.4)m Sv相当。通过提高时间分辨率、改善扫描模式、低管电压成像、管电流调制及运用迭代重建算法等手段有助于降低辐射剂量。

  CTP可以量化诊断,但是诊断标准不够确定。以MBF<75 ml/(100 g心肌重量·min)为诊断缺血的标准,图像伪影常常会导致假阳性。通过增加探测器覆盖范围、控制心率,改进校正算法等,有助于改善伪影干扰、提高图像质量和诊断准确性。该领域的最新荟萃分析对一共24篇文章1 507例患者进行总结,目前CTP各研究间存在较大变异,各研究的样本量多数都不大,CT扫描方案也不尽相同,指出以后标准化CT操作技术是必要的。

  (2)CT-FFR应用限度:CT-FFR成像原理本身存在局限性,因为它是模拟腺苷负荷后血管的最大充血状态,而不是真正的应用腺苷,如有微循环障碍的患者,CT-FFR难以将其准确建立模型,因而准确性降低。CT-FFR对CTA原始图像有很高的要求,如图像的运动伪影、大量钙化等,在一定程度上限制了其临床应用。另外CT-FFR目前全球仅美国Heart Flow一家公司有软件可以完成此项工作。

  3 冠心病CT功能成像的应用前景

  3.1 对临床诊断路径的改变

  冠心病的诊断即需要解剖诊断又需要功能诊断,特别是对于有意义狭窄病变的血流动力学评估,以及供血区域心肌缺血的诊断则显得十分重要,因为该血管拟行再血管化(冠状动脉支架和搭桥手术)治疗,靶血管治疗的适应证选择就显得十分重要。通过将CTA与CTP或者CT-FFR的结合,可以提高冠心病诊断的特异性,精准诊断缺血"肇事血管"和"肇事病变",减少不必要的过度介入治疗,使得CT成为能够进行冠心病解剖加功能诊断的"一站式"评估技术。

  目前循证医学研究初步证明,CTA阳性辅以CTP为患者带来更大的获益,即CTA和CTP均为阳性,则推荐患者行进一步的CAG进而选择介入或者冠状动脉搭桥手术治疗。但是,可能约20%以下的患者出现CTA阳性(>70%以上狭窄)而CTP阴性,或者CTA<70%狭窄(不够介入治疗指征)而CTP阳性,则需要密切结合临床,做出最利于患者的治疗决策。最近也有文献证明,这样的诊断流程较传统的首选功能影像学诊断、以及首选造影诊断,经济效益比(cost-effective)是最合理的见流程图1.

  3.2 CT功能成像具有广泛临床应用前景

  最近两年,基于CTA解剖诊断的循证医学研究已经证明,单纯的CTA,较过去基于单纯功能影像诊断路径,已经能够让患者在3年随访中获益更多。但是,目前尚缺乏CTA加CTP或者CTA加CT-FFR,即解剖加功能一站式诊断,除了能够进一步提高诊断准确性以外,是否能够更加降低冠心病事件,从而让患者更加获益的证据。推荐上述诊断路径,需要大型临床试验来证实。目前CTP软件硬件已具备条件在国内5~10家医院开展研究,而CT-FFR则需要在国内实现软件的突破。在此之前,推广CT功能学检查的临床应用,需要明确适应证患者、规范扫描和测量技术参数、增加患者安全性,以及完成这些技术的卫生经济学评价。

  4 总结

  经过10余年的临床应用,CTA评价冠状动脉解剖病变(狭窄和斑块)已经成熟而被广泛认可。上述基于CT的功能成像技术,主要包括连续动态CTP和CT-FFR,一经问世和发表,便引起极大关注。该技术属于无创,不增加患者负担,辐射剂量已经显著降低,安全性高,性价比高,容易普及。对冠心病的精准治疗,有重要意义。未来需要通过前瞻性随机大样本的循证医学研究,进一步规范成像技术、诊断标准,使CT这项唯一能够实现冠状动脉解剖和功能评价的无创技术,更好地应用于临床为患者服务。"精准医疗"影像学先行。

  图1 CTA+CTP的诊断流程

  注:CTA:计算机断层摄影术(CT)冠状动脉造影;CTP:连续动态CT心肌灌注成像;CAG:冠状动脉造影;FFR:血流储备分数

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