冠状动脉CT血管成像评估易损斑块新进展

虽然近些年来心血管疾病的防治取得了较大进展，但冠心病仍然是危害人类健康的主要原因。急性冠状动脉综合征（acutecoronarysyndrome，ACS）患者死亡风险高，其主要病理基础是不稳定斑块破裂或斑块表面侵蚀继发血栓形成。不稳定斑块与斑块破裂和主要心血管不良事件（majoradversecardiovascularevent，MACE）密切相关，也称易损斑块或高危斑块。因此，早期识别易损斑块并据此进行强化干预，对减少MACE的发生具有重要意义。传统的有创冠状动脉造影只能显示血管管腔情况，不能直接显示斑块及其特征。冠状动脉CTA（coronaryCTA，CCTA）不仅能可靠地评价管腔狭窄及其功能意义，还能准确评价斑块的形态和组成成分，识别易损斑块，对指导冠心病患者的临床管理有极其重要的意义。笔者对冠状动脉易损斑块的CT影像特征、流体力学特征、血管周围脂肪及人工智能方面的新进展进行综述。

一、CCTA易损斑块

解剖学特征

CCTA不仅可以无创性提供整个冠状动脉树解剖信息和斑块的定性信息，而且可从CCTA数据中提取可重复性高的定量影像生物标志物，为冠状动脉疾病的预后提供增量价值。因此，CCTA在诊断疾病、确定严重程度、监测疾病进展和治疗反应等方面具有重要的临床意义。

1.CCTA易损斑块的定性分析：与斑块易损性相关的组织病理学特征包括薄的纤维帽（65μm）、大的脂质坏死核心（大于斑块面积的10%）、血管正性重构及斑块内出血和炎症浸润。目前，虚拟组织学-血管内超声（virtualhistology-intravascularultrasound，VH-IVUS）和光学相干断层扫描是识别和表征斑块特征的活体参考标准。研究显示，与组织病理学和VH-IVUS相比，CCTA可以准确评价ACS患者的斑块易损特征。

研究证实高危斑块在CCTA图像上具有4个形态学特征，即低密度斑块、正性重构、点状钙化和“餐巾环”征。低密度斑块通常定义为斑块内有1mm²的区域CT值30HU，与严重的巨噬细胞浸润和大的脂质坏死核心（大于斑块面积的10%）密切相关，但这种基于斑块自身密度的测量会受到图像噪声的影响。重构指数定义为病变段的最大血管直径（包括斑块和管腔）与斑块近端和远端的平均直径之间的比值，重构指数≥1.1为正性重构。点状钙化定义为冠状动脉管壁内局灶性钙化病变在任意方位测量最大径3mm且平均密度130HU的高密度灶。“餐巾环”征指的是低密度斑块边缘的环形高密度（强化）。2020年国际心血管CT协会和北美心血管影像协会联合颁布的《冠状动脉CT粥样斑块成像专家共识》指出同一病变中同时存在至少2个高危斑块特征为易损斑块。

高危斑块的这4个征象都与MACE风险相关，其中“餐巾环”征已被证明是MACE的独立预测因素且关联性最强（风险比7.0），并且是年轻患者斑块不稳定性的决定因素。当存在2个或更多高危斑块特征时，可以进一步提高心血管风险分层和个体化诊疗水平。一项短期随访研究表明有高危斑块的患者MACE风险增加约70%，并提出可以通过高危斑块早期预测年轻患者、女性患者和非梗阻性冠心病患者发生MACE的风险。苏格兰心脏CT研究（Scottishcomputedtomographyofthehearttrial，SCOT-HEART）显示正性重构或低密度斑块等高危斑块特征使MACE风险增加3倍，且能很好地预测近期MACE风险。Finck等对1615例疑似心血管病患者进行长达10年的随访，发现点状钙化和“餐巾环”征提示发生MACE的风险高。

虽然基于视觉观察可以识别这些高危斑块特征，但CCTA图像空间分辨力有限，且无法直接评价纤维帽厚度以及斑块的炎性活动，无法区分斑块内出血和其他组织成分，因此CCTA对斑块的定性价值还需要更深入的研究。

2.CCTA易损斑块的定量分析：一些临床观察显示斑块并非静止不变，如随着强化降脂治疗其体积可减少；加之视觉定性评估存在固有的不足，如读者间的差异性等，因此量化评估冠状动脉斑块的体积和成分等信息就显得非常重要。半自动化斑块分析软件不仅可以对斑块进行定性分析，还能够对冠状动脉节段上直径≥2mm的斑块进行体积和成分的定量分析，且重复性好、可靠性高。

组织病理学将斑块成分分为坏死核心、钙化、纤维及纤维脂肪4类。基于CCTA的后处理软件通过CT值可以反映斑块的组成成分，包括：（1）钙化斑块CT值≥351HU；（2）纤维斑块CT值范围为131~350HU；（3）纤维脂肪成分CT值范围为31~130HU；（4）坏死核心成分CT值范围为-30~30HU。脂质斑块和纤维斑块的CT值常存在重叠，CT值的测量也受CT设备的时间、空间及密度分辨力等的限制，对斑块成分的精确定性和定量分析仍面临挑战。

定量测量斑块体积和斑块负荷可以有效预测MACE的发生。基于冠状动脉粥样硬化的前瞻性和个体化危险评估研究显示，在平均（37±10）个月的随访期间非钙化斑块体积80mm³是MACE最有力的预测因子。一项包括1577例疑似冠心病患者的5年随访研究表明，低密度斑块体积在预测MACE方面优于临床危险因素和管腔狭窄程度。斑块负荷定义为斑块体积与斑块处血管体积的百分比。VH-IVUS以斑块负荷≥70%作为预测未来心血管不良事件风险的阈值。采用CT排除心肌梗死/缺血试验Ⅱ（ruleoutmyocardialinfarction/ischemiausingcomputerassistedtomographyⅡtrial，ROMICATⅡ）的研究中，基于CCTA定量分析结果表明当斑块负荷≥55%时，鉴别患者是否发生ACS的能力明显提高，ROC曲线下面积（areaundercurve，AUC）由基于VH-IVUS阈值的0.676提高到了0.832。SCOT-HEART试验的最新研究结果表明低密度斑块负荷4%的患者未来发生心肌梗死的风险升高了近5倍，是判断患者不良预后的强有力的预测因子，超过目前其他已知的方法，包括心血管风险评分、冠状动脉钙化评分和管腔狭窄严重程度。

还有研究提示其他一些定量参数，如最小管腔面积和斑块长度与患者预后相关。ROMICATII试验显示在高危斑块特征和斑块负荷基础上增加最小管腔面积（阈值为4.0mm2）时，对ACS的预测性能明显提高。该研究还显示罪犯斑块长度明显长于非罪犯斑块，但斑块长度（阈值为≥13.09mm）对未来发生ACS的预测能力并不显著。

尽管斑块体积和负荷等单一的定量指标可以很好地评估患者的预后，但将血管狭窄程度与包括斑块的定性和定量指标在内的易损斑块的特征（高危斑块特征、最小管腔面积4.0mm²和斑块负荷≥70%）相结合则能够提供比单一指标更好的危险分层能力。SCOT-HEART研究显示定性指标结合定量指标对预测功能性缺血（有创血流储备分数0.80）具有更高的诊断准确度。经过5年的随访研究显示在无功能性缺血（有创血流储备分数0.80）患者中，同时具有≥3个易损斑块特征的患者发生MACE的风险更高，因此多指标综合分析能够进一步提高对不良事件预后评估能力。

CCTA定量分析可以示踪冠状动脉斑块随时间变化的特征，预测斑块进展情况和药物治疗的疗效，从而评估和指导临床治疗。一项前瞻性长期随访研究结果显示服用他汀类药物的患者非钙化斑块进展显著低于未使用他汀类药物者，表明他汀类药物可能延缓非钙化斑块进展、增加其向钙化斑块转化及斑块稳定性等，这对指导低风险人群加强预防性治疗有重要意义。

虽然大量研究提示斑块定量分析能够指导患者的风险分层和结局预测，但当前可用的半自动化斑块定量分析耗时较长，且在一定程度上依赖于观察者的经验。因此，开发准确、高效且重复性高的全自动化定量分析软件是未来要解决的重点问题。

二、CCTA易损斑块

流体力学特征应用及进展

斑块破裂是一个复杂的生物力学过程，受到斑块结构和成分以及作用在斑块表面的血流动力学变化等多种因素的综合影响，这些因素决定了斑块是否会进展甚至破裂。近年来，计算流体力学开始应用于冠状动脉疾病研究领域，提供了多种血流动力学参数，包括CT血流储备分数（CT-derivedfractionalflowreserve，CT-FFR）、壁切应力（wallshearstress，WSS）和轴向斑块应力等，极大地提高了对斑块的认知水平。大量研究证实CT-FFR通过单次检查即可获得解剖和功能信息，无需多次图像采集和扩张血管药物的注射，成为探索冠状动脉斑块进展、特异性缺血病变（）及监测治疗效果的有效手段。基于CCTA借助流体力学探索斑块破裂机制的研究（exploringthemechanismofplaqueruptureinacutecoronarysyndromeusingcoronaryCTangiographyandcomputationaLfluiddynamics，EMERALD）显示罪犯斑块比非罪犯斑块表现出更低的CT-FFR值。回顾性研究显示，在CCTA狭窄程度结合定量斑块特征预测斑块进展的模型上叠加CT-FFR功能学指标，可提高对斑块进展的预测能力。另一项研究显示，基于CCTA斑块分析联合CT-FFR综合分析可以评估斑块成分的变化，量化他汀治疗后非钙化斑块血流动力学的改善，从而有效指导非钙化斑块的治疗。

此外，基于CCTA借助流体力学计算斑块所受的WSS和轴向应力以探究作用于斑块的血流动力学特征，有助于评估未来斑块破裂的风险和确定冠心病患者治疗策略。病变狭窄部位血流受限，使轴向应力和整体斑块应力增加，从而改变斑块成分的分布，使坏死的脂质核心向WSS值较高的斑块表面发展，导致斑块近端WSS值较高区域的纤维帽变薄，进而发生斑块破裂。EMERALD研究表明采用包括WSS和压力阶差等高危流体力学参数结合解剖特征的风险评估可以更好地识别导致ACS发生的高危斑块，从而提高对高危斑块进展为MACE的预测能力，精确化高风险人群的危险分层。Kumar等发现以4.71Pa为斑块近端WSS阈值时可提高对心肌梗死的预测能力，进而更精准地指导冠状动脉疾病的治疗，并认为对于病变近端表现为高WSS且有创FFR阳性者可推迟血运重建。

三、CCTA易损斑块

与血管周围脂肪

在冠状动脉粥样硬化发生、进展和破裂过程中，血管局部炎症增加了斑块的不稳定性和血栓形成的风险。研究显示炎症血管释放的炎症信号可以抑制血管周围脂肪组织内前体脂肪细胞的分化和脂质的积聚，使其在CT上的密度从脂相（接近-190HU）向水相（接近-30HU）变化，因此可以通过测量血管周围脂肪组织的特征来评估和分析血管炎症活动，进而预测高危斑块破裂风险。冠状动脉周围脂肪组织（pericoronaryadiposetissue，PCAT）密度是冠状动脉炎症的替代指标，与冠状动脉高危斑块密切相关。当PCAT密度阈值为-75HU时，有助于识别斑块进展风险高的患者及监测药物治疗反应。最新研究表明，PCAT密度可以提示慢性炎症诱导的脂肪组织的永久性变化，如Oikonomou等发现较高的PCAT密度是MACE的独立预测因子，且高于临床危险因素及常规CCTA指标的预测水平。

四、影像组学

和人工智能研究

近年来，在心血管领域影像组学和机器学习的研究日渐增多。影像组学通过自动化斑块分割和量化技术减少了人为测量误差，且能同时整合临床和影像数据对疾病进行全面分析，极大地提高了CCTA高维斑块定量分析技术的应用价值。Kolossváry等利用影像组学方法鉴别具有“餐巾环”征的斑块，发现其诊断效能明显高于单独的斑块体积等传统定量参数。他们的另一项研究也证实了影像组学特征识别易损斑块的能力明显优于传统参数。此外，影像组学还可以表征冠状动脉斑块成分随时间的变化，有助于区分不同危险因素导致冠心病的分子机制。未来还需要进一步探究易损斑块的影像组学特征对于指导临床治疗及预后评估方面的价值。

五、小结

总之，基于CCTA的易损斑块评估对患者进行危险分层具有重要意义。目前的证据表明，流体力学分析、血管周围脂肪、影像组学和人工智能在易损斑块评价中有较好的应用价值和前景，但由于目前CT设备在时间、空间及密度分辨力等方面的限制，对斑块成分的精确定性和定量分析仍面临一些挑战，需要进行软硬件的革新和研发，后续还应开展多中心前瞻性随机对照临床试验获得最佳的循证依据，从而更好地将这些先进的影像技术转化为高效的临床应用。