研究背景冠心病(coronary heart disease, CAD)已成为严重危害人类健康的常见病,2014年世界卫生组织(World Health Organization, WHO)公布的全球死亡原因统计资料显示,缺血性心脏病已经成为人类首要死亡原因,2012年全球约740万人死于该病。尽管在部分发达地区的发病率逐渐稳定甚至有所下降,疾病负担仍持续增长,这种增长将主要发生在中、低经济收入水平国家,而我国处于世界银行的中、低收入国家分类行列。CAD导致心肌梗死、心功能衰竭甚至心源性猝死等急性心血管事件,是中老年人致残、致死的最主要的病因之一,目前已成为全球人口死亡原因的首位。2012年我国城市居民心脏病死亡率为131.64/10万,心脏病已成为我国城市居民死亡原因第2位,女性第1位。冠心病的本质是冠状动脉粥样硬化,冠脉血流量减低,心肌需要得不到满足而发生功能障碍,如果缺少及时、有效干预,将造成心肌缺血坏死。因此早期诊断并采取恰当的防治策略,对减低冠心病的发病率、死亡率具有重要意义。全面了解冠脉形态学及心肌灌注改变的信息,对临床评估CAD病情、制定个体化防治策略至关重要。传统冠状动脉导管造影(CAG)、核医学等检查都只能获得解剖或功能单方面信息,CT冠状动脉血管成像(CCTA)逐渐成为无创性评价冠脉解剖学改变的的重要影像手段,而CT心肌灌注技术(CTP)可用于评价CAD患者心肌灌注情况,静息态下CTP由于无需多次扫描、辐射剂量小的特点,具有良好的临床发展及应用前景。目前静息态下CTP尚处于临床研究阶段,还没形成公认的检查和诊断标准。本研究利用640层容积CT静息态下心肌灌注扫描,联合CCTA评价慢性CAD患者冠脉形态学改变和心肌血流灌注情况的可行性。目的1、以传统导管法冠状动脉造影(CAG)为金标准,评价640层容积CT冠状动脉造影(VCT-CCTA)诊断准确性。2、探讨VCT前瞻性门控容积扫描模式进行静息态下心肌灌注研究的可行性。3、探讨冠状动脉狭窄对静息态下左室壁心肌透壁灌注指数(TPR)的影响。材料与方法1.640层容积CT冠状动脉血管成像的诊断价值——与导管法冠脉造影的对照研究1.1一般资料选取我院2014年11月至2015年2月行640层容积CT冠脉造影者50例。入选标准：①均为临床确诊或可疑CAD患者,其中32例具有典型心绞发作症状,18例疑似心前区不适,症状持续>2月；②所有病例无先天性心脏疾病；③无冠脉搭桥或冠脉支架植入史；④无VCT-CCTA、CAG检查禁忌症,如妊娠,心、肾功能衰竭,凝血功能障碍等；⑤所有患者在VCT-CCTA检查后1-2周内行CAG检查,期间临床症状未见明显变化,未进行任何手术治疗。以符合以上标准者作为研究对象,其中男性36例,女性14例,年龄35-75岁,平均年龄57.8±10.36岁。患者本人或家属签好碘对比剂使用知情同意书。1.2检查设备和方法检查前禁食、水4-6h,12小时内禁止摄入含咖啡因、茶等刺激性食物,冠心病受检者检查前24h停用β受体阻滞剂。常规测量心率、血压、体重、身高,计算身体质量指数(body mass index, BMI)。对心率高于70次/min的受检者在心内科医生指导下使用酒石酸美托洛尔片25-50mg,控制心率在60-70次/min。心率控制好后对患者严格进行呼吸训练,嘱患者平静吸气后屏气,按指令呼吸。使用东芝公司Aquilion ONE 640层动态容积CT机,进行前瞻性ECG门控容积扫描,采集时相覆盖心动周期60-80%。扫描参数如下：范围自气管分叉处向下至膈下1.5cm。管电压1OOkV,管电流300-400mAs(根据受检者BMI值及相应体型设定),层厚/层间隔=0.5/0.25mm,视野(field of view, FOV)180-220mm,探测器宽度160mm,机架旋转1周时间0.35s。所有被检者在冠脉积分扫描后进行VCT-CCTA检查,双筒高压注射器(Stellant D,制造商：美国Medrad, Inc)右侧肘前静脉以5.0ml/s流率注射非离子型对比剂优维显50-70ml (320mgI/ml, 1.0-1.5ml/kg),注射完后再以相同的流率注射30m1生理盐水冲管。Sure Start软件智能跟踪,胸升主动脉根部CT值达到150-180HU,手动触发扫描。1.3 VCT-CCTA原始图像后处理VCT-CCTA原始数据进行分析,质量不满意者根据ECG图数进行重组,选择冠状动脉显示最佳时相数据导入Toshiba Vitreal工作站进行三维重组。重组方法包括最大密度投影(Maximum intensity projections, MIP)、多平面重组(Multi planar reformation, MPR)、容积再现Volume rendering, VR)及曲面重组(Curved planner reformation, CPR)。结合轴位图像,多角度观察并筛选最佳冠脉图像用于分析。1.4 VCT-CCTA图像分析1.4.1图像质量评价标准参考Hong等的等级标准对图像质量进行划分,5分为图像质量佳,冠脉边界清晰、管腔显示好,无运动伪影；4分为轻度伪影,冠状动脉弯曲处少量运动伪影；3分为中度伪影；2和1分为基本不能诊断。本组研究选用质量评分5分或4分的冠脉图像进行分析。1.4.2冠状动脉节段划分采用美国心脏协会(American Heart Association, AHA)修订的冠状动脉15-16分段方法,对冠状动脉树进行统一评价。其中右冠状动脉(Right coronary artery,RCA)分1-4、16段,分别为近、中、远段和后降支(posterior descending artery,PDA)、左室后支(posterior branches of left ventricular, PLA);左冠状动脉(Left coronary artery, LCA)分5段左主干、前降支6-10段分别为近、中、远段及第一、二对角支；回旋支(Left circumflex, LCX)11-15段分别为回旋支近段、回旋支远段及第一、二钝缘支、回旋支左室后侧支。对角支和钝缘支有两支以上者,仅分析最粗大的两支。1.4.3冠状动脉狭窄程度分级采用国际上通常采用的横截面积计算法进行定量分级,血管狭窄的程度=(狭窄端近心端正常血管直径-狭窄处直径)/狭窄端近心端正常血管直径×100%,狭窄程度分四级：正常(0%)、轻度狭窄(<50%)、中度狭窄组(50%-75%)及重度狭窄组(≥75%)。同一血管节段多处病变以最严重处病变为准。由我科2位主治及其以上级别影像医师采用双盲法评价冠状动脉的斑块成分及病变狭窄程度。意见不同时以少数服从多数。诊断过程中,对于直径<1.5mm、因严重钙化致血管腔无法显示的冠脉段及三级及以上分支的冠脉段均不进行狭窄度的判断。冠状动脉显示的方法包括原始横断面图像及后处理MPR、MIP、VRT、CPR图像,有争议者最终的结果由两人商议产生。1.5导管造影法及检查资料使用PHILIPS公司生产的Integris Allura 12"和15"双向C型臂系统INTEGRIS Allura Monoplane DSA仪,配备CCD数字成像系统,悬吊式C臂和大视野的影像增强器(15inch或4野的12inch)。行左、右冠状动脉常规造影,左冠状动脉进行6个体位投照,右冠状动脉进行2个体位投照。由两位导管法冠状动脉造影经验丰富的高年资医师对双侧冠状动脉各节段管径进行双盲评价,两者结果不一致时,重新查看原始图像商议决定。1.6统计学分析所有统计学处理均使用SPSS 20.0统计分析软件包,检验水准α取0.05,P<0.05认为有统计学意义。采用配对样本非参数检验Marginal Homogeneity(McNemar检验针对多取值有序数据的推广方法)比较VCT-CCTA和CAG对各节段病变诊断的差异；Kappa检验评价VCT-CCTA诊断结果与CAG的的一致性。分别以CAG诊断为标准,分析VCT-CCTA诊断冠状动脉狭窄的敏感度、特异度及准确率。2.静息态下心肌灌注技术评价慢性冠脉狭窄患者心肌缺血的可行性研究2.1一般资料收集2014年11月-2015年2月临床可疑或确诊CAD并于放射科接受640层CT心脏检查者176例。纳入标准：典型或不典型心绞痛患者,症状持续>2月；平板运动试验心电图异常；确诊冠心病。排除标准：心率过快(心率大于85次/分)或心率失常者；图像质量差、伪影较重不能用于诊断；陈旧性心梗；冠脉搭桥或支架植入术后；左冠脉优势型(本研究所采用冠脉17节段血流分布特点不适用于此类型)。正常对照组为VCT-CCTA未见确切异常者。入组被试男106例、女70例,年龄35-75岁,平均54.92±11.46。检查前患者本人或家属签好对比剂使用知情同意书。2.2检查设备及扫描方法同第一部分2.3图像处理及分析2.3.1 CCTA图像处理及分析同第一部分。2.3.2静息态CTP图像处理与分析原始数据根据ECG数据按1mm层厚、1mm层间距,间隔5%时相重组出心动周期60%-80%共5组数据并导入Toshiba Vitreal,应用工作站搭载的心功能分析软件包(Cardial Functional CT)-CFA.3D获取各个期相左心室长、短轴切面图像,于左心室腔最宽的长轴位上调整心尖方向,同时将轮廓线分别调至二尖瓣瓣环及心尖水平,使心尖与左心室长轴处于同一直线上,左心室短轴切面逐层观察软件自动勾画的左心室内、外膜轮廓线是否有偏差,如有偏差进行手动校正,保证左心室内、外膜面准确勾画(肉柱及乳头肌包括在心室腔内),同时注意短轴面图像上箭头指向应垂直于室间隔。软件自动确定5组数据的ES和ED,同时观察软件确定的ED期相图像心肌是否存在伪影,如有伪影,可选取前或后5%期相,仍有伪影者,舍弃该病例。由于不是全心动周期扫描,ES没有意义,仅选取ED图像分析。以上由2位心脏影像诊断医师进行独立评估,有异议者协商确定。ED图像导入工作站的心肌灌注分析软件(clinical cardiac myocardial perfusion),软件自动将心肌分为内、中、外三层；通过计算各层心肌的平均密度值(attenuation density, AD),从而得出17个节段心肌的透壁灌注指数(transmural perfusion ratio, TPR=心内膜下AD/心外膜下AD)。17节段模型：采用2002年美国心脏病协会(AHA)建议的标准左室切面,将左室分为4壁17区方法,该分区方法最符合心脏的解剖结构及临床需要,与临床超声和核素心肌灌注扫描等应用的方法也最为接近,有助于建立统一标准,方便临床医生对不同影像检查结果之间的综合分析与评价,同时也方便广大学者对研究结果进行纵向及横向对比。RCA、LAD、LCX供血范围分布如下：①RCA主要供血下壁及近下壁间隔壁,包括S3-基底部近下壁间隔壁、S4-.基底部侧壁、S9-中部近下壁间隔壁、S10-中部下壁、S15-心尖部下壁。②LAD主要供血前壁、近前壁间隔壁及心尖,包括S1-基底部前壁、S2-基底部近前壁间隔壁、S7-中部前壁、S8-中部近前壁间隔壁、S13-心尖部前壁、S14-心尖部间隔壁、S17-心尖部。③LCX主要供血侧壁,包括S5-基底部近下壁侧壁、S6-基底部近前壁侧壁、S11-中部近下壁侧壁、S12-中部近间隔壁侧壁、S16-心尖部侧壁。分组及狭窄程度分级：分为右冠脉组、前降支组及左旋支组,根据VCT-CCTA分析结果每组分正常(0%)、轻度狭窄(<50%)、中度狭窄(50%-75%)及重度狭窄(≥75%)四个级别。2.4统计学分析所有统计学处理均使用SPSS 20.0统计分析软件包,检验水准α取0.05,P<0.05认为差异有统计学意义。组间比较采用单因素方差分析(one-way ANOVA),先进行正态分布及方差齐性检验,方差齐者采用LSD法,方差不齐则进行Dunnett’s T3检验。冠脉狭窄程度与相关分区TPR的相关性采用Spearman检验进行校正性别、年龄之后的偏相关分析。结果1、640层容积CT冠状动脉血管成像的诊断价值——与导管法冠脉造影的对照研究1.1冠脉节段显示情况：50例患者VCT-CCTA共显示血管721段,其中正常血管和轻度、中度、重度狭窄分别为469、119、80、53段。CAG诊断正常、轻度、中度、重度分别为485、107、75、54段。LAD近、中段(6、7段)为病变最常累及,CAG诊断中、重度病变分别为13、12段(6)和13、10段(7)。1.2各血管节段VCT-CCTA诊断结果与CAG的比较1.2.1 VCT-CCTA诊断与CAG的差异性检验共有16段正常血管VCT-CCTA误判为轻度狭窄,5段轻度误判为中度,2段中度误判为重度；共有3段将重度误判为中度狭窄,1段中度误判为轻度。各节段配对非参数检验统计量MH=1.000,<0.001,<0.001,1.414,1.414,1.000,1.000,<0.001,1.414,1.732,1.000,<0.001,1.414,1.414,1.000,1.000；P=0.317,1.000,1.000,0.157,0.157,0.317,0.317,1.000,0.157,0.083,0.317,1.000,0.157,0.157,0.317,0.317,诊断差异无统计学意义。1.2.2 VCT-CCTA诊断与CAG的一致性检验节段1-16Kappa检验P值依次为<0.001,<0.001,<0.001,<0.001,<0.001,<0.001,<0.001,<0.001,<0.001,<0.001,<0.001,<0.001,<0.001,<0.001,0.002,<0.001; Kappa系数分别为0.963,0.938,0.904,0.864,0.891,0.973,0.973,0.908,0.925,0.817,0.962,0.884,0.922,0.766,0.762,0.913, VCT-CCTA对各节段的诊断结果与CAG一致性显著。1.3、以CAG为金标准,VCT-CCTA诊断准确性评价1.3.1定义管腔狭窄为阳性,正常血管为阴性VCT-CCTA诊断1-16节段的准确率分别为98.00%,98.00%,98.00%,97.83%,98.00%,100.00%,100.00%,98.00%,95.83%,93.33%,100.00%,97.61%,100.00%,93.94%,93.33%,97.63%:Youden指数分别为96.88%,96.15%,97.37%,97.37%,97.44%,100.00%,100.00%,97.30%,93.55%,91,89%,100.00%,96.88%,100.00%,93.10%,92.31%,97.22%。1.3.2定义中、重度狭窄为阳性,正常血管和轻度狭窄为阴性VCT.CCTA诊断1-16节段的准确率分别为100.00%,100.00%,100.00%,97.83%,98.00%,98.00%,100.00%,100.00%,100.00%,100.00%,98.00%,97.62%,98.00%,100.00%,100.00%,100.00%。节段14、15的特异性为100%,真阳性、假阳性均为0。节段1-13、16的Youden指数分别为100.00%,100.00%,100.00%,97.67%,97.96%,96.00%,100.00%,100.00%,100.00%,100.00%,97.50%,83.33%,97.73%,100.00%。1.3.3以重度狭窄为阳性,正常和轻、中度狭窄为阴性VCT-CCTA诊断1-16节段的准确率分别为100.00%,98.00%,98.00%,100.00%,100.00%,100.00%,98.00%,98.00%,100.00%,100.00%,100.00%,100.00%,98.00%,100.00%,100.00%,100.00%。节段14、15的特异性为100%,真阳性、假阳性均为O。节段1-13、16的Youden指数分别为100.00%,66.67%,66.67%,100.00%,100.00%,100.00%,97.50%,66.67%,100.00%,100.00%,100.00%,100.00%,97.83%,100.00%。2.静息态下心肌灌注技术评价慢性冠脉狭窄患者心肌缺血的可行性研究2.1、RCA、LAD、LCX正常组供血区域TPR值(x±s)分别为：1.17±0.08,1.19±0.12,1.14±0.06。冠脉狭窄程度加重,TPR值呈减低趋势,重度狭窄组1.07±0.10,1.10±0.13,1.06±0.05。2.2、左室壁心肌灌注对RCA狭窄所致血流量减低敏感性较低,S9-中部近下壁间隔壁心肌灌注与RCA狭窄程度负相关(r=-0.513,P<0.001)。2.3、LAD狭窄主要影响中间部和心尖部心肌灌注,且前壁比间隔壁更易受影响,S13-心尖部前壁、S7-中部前壁TPR与LAD狭窄程度负相关关系较密切(r=-0.568,-0.516；P<0.001,<0.001)。2.4、LCX狭窄主要影响基底部,S5-基底部近下壁侧壁、S6-基底部近前壁侧壁、S16-心尖部侧壁及S11-中部近下壁侧壁TPR与LCX狭窄相关关系较密切(r=-0.628、-0.560、-0.518、-0.507；P<0.001,<0.001,<0.001,<0.001)。2.5、整体而言,左心室心肌各节段TPR与供血冠脉狭窄程度呈负相关趋势,重度狭窄影响明显,轻度狭窄对TPR影响小。S5-基底部近下壁侧壁、S6-基底部近前壁侧壁及S13-心尖部前壁三个节段正常组和轻、中、重度狭窄组相互间TPR值具有显著性差异。S3-基底部近下壁间隔壁、S7-中部前壁、S8-中部近前壁间隔壁、S9-中间部近下壁间隔壁、S14-心尖部间隔壁和S17-心尖在供血冠脉中、重度狭窄时,与正常组之间TPR差异有统计学意义。S4-基底部侧壁、S10-中部下壁及S15-心尖部下壁等节段的TPR值仅重度狭窄与正常组之间存在显著性差异。结论1、以血管节段为分析单位,VCT-CCTA对各节段冠脉狭窄诊断的准确率较高,且与金标准CAG一致性显著。2、同一冠脉供血的不同心肌节段灌注对冠脉狭窄所致的血流量减低反应不同。左心室壁心肌TPR与供血冠脉狭窄间呈负相关趋势,重度狭窄TPR降低明显。两者相关程度在不同节段有所差别。3、640容积CT前瞻性ECG门控静息态下心肌灌注技术可以用于评价CAD患者心肌灌注改变。