心脏CT最新进展：新概念、无创心脏生理学和结构性心脏病

原创 赵喜同学 XI区 收录于合集#展望未来 52 个 #诊断 22 个 #心血管 113 个 #人工智能 4 个

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介绍

在过去的20年里，心脏CT的技术进步已经产生了一种强大的临床工具，可以提供准确的动脉粥样硬化性冠状动脉斑块和狭窄评估，并在心血管疾病中发挥重要的预后价值。此外，心脏CT引导的医疗管理已被证明能够减少心肌梗死，并通过整合心脏CT血流储备分数（FFR）和心脏CT灌注，帮助优化有创血管造影转诊。除此之外，现在心脏CT在结构性心脏病和导管输送瓣膜置换术中发挥着核心作用。不断发展的心脏CT应用，如心肌细胞外容量（ECV），可以评估心肌弥漫性间质纤维化和浸润性心肌病。心脏CT应变分析提供了对心肌收缩模式的更深入评估。最后，CT探测器技术的最新进展通过多能量X射线光子分析（光子计数CT）提供了更高的空间和对比度分辨率。在这篇综述中，我们探索了冠状动脉和非冠状动脉CT应用的最新证据。

冠状动脉粥样硬化中心脏CT概念的演变

根据最新的美国心脏协会-美国心脏病学院胸痛指南（表1），目前的证据已使心脏CT获得1级（推荐级别很高）、证据级别a（作为最高临床证据级别的随机临床试验）的建议，支持其在稳定胸痛和急性胸痛患者中的使用。心脏CT可以准确检测和表征冠状动脉粥样硬化，包括斑块和狭窄。这种对单个患者冠状动脉斑块负担的“个性化”检测（而不是基于人群的风险因素评估和运动负荷检查）可以更准确、更严格地遵守药物治疗处方。例如，在最近的随机SCOT-HEART试验中，将4146名参与者随机分为单独标准护理和标准护理加心脏CT，心脏CT组近四分之一的参与者（23%）在6周时治疗方案发生了改变，而标准护理组只有二十分之一（5%）改变了治疗方案。因此，心脏CT的结果（阳性或阴性）可以强烈地影响个别患者的临床治疗。最近还证实，对于因稳定型胸痛而接受检查的中等预检概率患者，心脏CT作为初始检查策略与有创冠状动脉造影（ICA）一样安全。DISCHARGE试验将3561名患者随机分为心脏CT或ICA作为初始检查策略，在中位随访3.5年后，发现两种策略之间的主要心脏事件没有显著差异，并且在心脏CT检查策略中主要手术并发症减少。

表1：心脏CT的当前指南

除了这些实用的临床护理方面，15年来，心脏CT对冠状动脉斑块分析的探索，使人们对与冠状动脉粥样硬化相关的心血管风险机制有了深入了解。心脏CT总斑块体积的增加会增加心脏事件的风险，而冠状动脉斑块亚型（如非钙化斑块）的CT分析为总斑块体积提供了更多预后价值（图1）。这些心脏CT测量提供的预后信息独立于传统的临床风险因素，如低密度脂蛋白胆固醇。此外，大型系列CT注册研究，如PARADIGM，建立在先前ICA和尸检的研究基础上，表明斑块进展可能是导致心肌梗死发生的更重要的因素（而非非阻塞性病变）。心脏CT上斑块进展的驱动因素表明，它可以作为评估新药治疗减缓斑块进展的疗效的一个终点。迄今为止，这样的分析在很大程度上仅限于核心实验室，在这些实验室中，斑块体积通过手动轮廓工具测量，这显然非常费时费力，限制了在常规实践中的应用。最近，第一个自动人工智能斑块体积测量工具已经得到测试，为在心脏CT上以准确和可重复的方式常规测量自动斑块体积提供了希望。这样的工具已经开发出了第一个关于斑块体积的实用列线图数据（图2）。在未来，这可能有助于药物治疗决策，并可能通过使用连续心脏CT来跟踪治疗反应。除了技术发展之外，临床数据缺口还需要答案，然后才能将斑块分析工具应用到日常实践中。目前的限制是与冠状动脉血管内超声得出的侵入性斑块测量缺乏相关性（在缺乏组织病理学相关性的情况下）。确定斑块定量如何增益半定量的狭窄定量，正如最近公布的冠状动脉疾病报告和数据系统（CAD-RADS）2.0指南（更新的心脏CT结果标准化报告系统，包括对狭窄严重程度和斑块负担的主观评估）（表2）中提出的，需要在大型、最好是随机、基于结果的试验中进一步开展工作。此外，仍然缺乏与斑块定量相关的个性化治疗建议。最后，人工智能斑块量化工具需要非常好的图像质量才能得到准确的结果，并且需要额外的时间来生成结果，还需要半定量的校正编辑；因此，仍需等待气融入常规心脏CT实践。

图1：冠状动脉粥样硬化的心脏CT分析进展。（A，B）患有稳定胸痛的48岁女性的图像，（A）心脏CT扫描上显示左前降支近端阻塞性狭窄（箭头），随后在（B）有创冠状动脉造影（ICA）图像上证实。DISCHARGE试验表明，在接受调查的稳定型胸痛患者中，心脏CT是ICA的安全守门人。（C）患有非典型胸痛的57岁男子的心脏CT扫描显示左前降支中有非阻塞性钙化斑块（箭头）。CONFIRM试验显示，非阻塞性冠状动脉疾病的近端冠状动脉位置可预测不良心脏事件，与斑块范围无关。（D，E）患有胸痛的58岁女性的心脏CT扫描。（D）基线CT扫描显示左前降支近端无斑块（圆形）。（E）5年后的CT扫描显示，左前降支近端有部分钙化斑块和点状钙化（圆形）。PARADIGM试验显示，斑块进展可独立预测不良心脏事件。（F）51岁非典型胸痛男性的CT定量扫描与斑块分析软件分析显示了沿左前降支斑块的分布和亚型。橙色表示非钙化斑块，红色表示低密度非钙化斑块，定义为衰减小于30HU。SCOT-HEART试验表明，低密度斑块比心血管风险评分、冠状动脉钙化或冠状动脉狭窄更能独立预测心肌梗死。

图2：一名54岁呼吸困难女性的基于列线图人工智能的心脏CT总斑块体积和分型量化。（A）图中显示了正常的CT血流储备分数，表明没有阻塞性冠状动脉斑块；颜色编码表示血流阻塞的严重程度，小于0.8的值表示生理性血流阻塞。（B）心脏CT斑块定量软件图像显示斑块亚型的识别、定量和颜色编码；例如，橙色表示非钙化，蓝色表示钙化斑块。（C）图表显示了每个血管的斑块亚型分析，斑块总体积（红框）为634mm3。（D）列线图显示患者在斑块体积的第99百分位（红色菱形）。列线图来源于10 000多次心脏CT扫描。

表2:CAD-RADS 2.0 2022年更新建议

更多内容参见XI区：。

使用心脏CT的无创心脏生理学

目测评估ICA中冠状动脉狭窄的血流梗阻是一项挑战，特别是对于解剖学直径减少40%至80%的病变，也称为中度狭窄。获得冠状动脉生理数据，如冠状动脉压力和流量，可以促进血运重建的临床决策。FFR是一种有创压力测量，在ICA期间，将传感器尖端的压力导丝放置在冠状动脉狭窄处，测量病变下游的压力并将其与主动脉压力进行比较；比值小于0.8表示冠状动脉病变具有血流动力学上显著的血流阻塞。可以使用计算流体动力学（CFD）生成源自心脏CT图像的模拟无创血流储备分数（CT FFR）。CFD是一个专门分析流体力学的数学领域。它包括复杂的微分数学方程（Navier-Stokes），用于计算模拟流量。对应用于心脏CT评估冠状动脉狭窄的CFD原理的兴趣已经产生了十多年的诊断准确性和临床实用性证据。与此同时，还开发了基于人工智能的CT FFR测量解决方案，与基于CFD的CT FFR具有良好的相关性。因为CT FFR提供了关于冠状动脉病变血液动力学意义的非侵入性信息，它可以为ICA转诊提供信息，区分心肌梗死的风险，并有助于制定血运重建计划。在胸痛指南（表1）中，CT FFR被指定为2A级（推荐强度为中等），建议在考虑进行血运重建的患者CT上狭窄40%-90%的情况下考虑使用。评估CT FFR的最大随机试验之一，FORECAST试验在1400名稳定胸痛患者中比较了CT FFR与标准临床护理，评估了其对成本、心绞痛状态、生活质量、主要不良心脑血管事件，以及ICA的使用。CT FFR组的平均总心脏成本较高，尽管与标准护理组没有显著统计学差异。两组之间在心绞痛、生活质量或主要心脏不良事件方面没有显著差异。CT FFR的使用确实减少了ICA手术的次数。因此，CT FFR的作用仍在不断发展，未来的随机对照试验，如PRECISE，将有助于进一步确定其在胸痛患者中的作用（与标准护理、功能检查和低预测概率患者不进行测试进行比较）。

CT FFR的局限性包括缺乏某些患者亚组的试验数据，如支架或搭桥患者或怀疑有微血管功能障碍的患者。此外，图像质量必须具有高标准；心脏运动伪影、来自大钙化斑块的开花伪影或静脉内对比度差都会影响准确性。最后，需要将图像转移到核心实验室进行分析，这需要额外的时间和成本，而这些费用在许多国家还不属于报销范围。

CFD的另一个潜在的心脏CT应用是血运重建计划。冠状动脉支架置入后的低FFR值比支架置入后的高FFR值预后更差。支架置入后预测FFR的能力将是程序规划中一个有价值的工具。FFR值现在可以使用CT血运重建规划工具从术前心脏CT中得出，该工具模拟术后冠状动脉血流动力学（图3）。在未来，这可能有助于介入心脏病专家计划干预，以更有效、更安全的方式提高血运重建的完整性。

图3:CT血运重建计划工具将心脏CT血管造影数据与计算流体动力学相结合，从中可以得出理论的、建模的支架置入后CT血流储备分数（FFR）值，以预测血运重建的血流反应。彩色编码表示血流阻塞的严重程度；小于0.8的值表示生理性血流阻塞。（A）血运重建规划工具的图示显示一名58岁男性左前降支局部狭窄50%-69%（白环），远端血流异常（狭窄后CT FFR为0.66）。（B）图示显示病灶实际上扩张，模拟支架置入（虚线），预测病变远端的生理性冠状动脉血流有显著改善。

评估冠状动脉狭窄血液动力学意义的另一个有前途的CT应用是心脏CT负荷灌注。这项不断发展的技术涉及在药物负荷期间（如腺苷诱导的负荷）对左心室心肌进行CT灌注扫描。心脏CT平扫确定扫描范围，并允许计算钙化积分，然后在腺苷给药期间进行CT灌注，然后进行CT冠状动脉造影以评估冠状动脉狭窄（图4）。许多研究表明，心脏CT灌注比单独的CT冠状动脉造影有更大的益处。在SPECIC试验中，114名患有稳定胸痛的患者除了接受冠状动脉CTA外，还接受了CT灌注，以评估冠状动脉狭窄程度。当使用有创血流储备分数作为参考标准时，与单独的冠状动脉CTA相比，CT灌注显示出更好的诊断准确性（88%对78%）。与CT FFR相比，CT灌注有几个优点，特别是在有广泛冠状动脉钙化、慢性冠状动脉闭塞或既往血运重建的患者中。例如，在150名冠状动脉支架患者中进行的ADVANTAGE试验显示，与单独使用冠状动脉CTA相比，在冠状动脉CTA中添加CT灌注可提高检测血液动力学显著的冠状动脉狭窄或支架内再狭窄的诊断准确性（75%对35.5%，P<.001）。CT灌注确实需要额外的序列，这会增加辐射剂量。低对比度噪声比和线束硬化伪影的存在仍然是该技术的挑战，但CT扫描仪的进步，如双能量CT，可以减少线束硬化伪像，并且机器学习技术在进一步提高图像质量方面显示出前景。CT FFR和CT灌注除了提供解剖学狭窄评估外，还提供血流动力学上的冠状动脉血流评估，从而实现更好的血运重建策略和减少阴性侵入性冠状动脉造影。

图4：（A）示意图显示了一个典型的CT灌注方案，包括采集CT平扫，然后在药物负荷诱导后进行CT灌注，然后进行冠状动脉CT。（B–D）一名75岁高血压和血脂异常患者的图像，该患者近期发作非典型胸痛，心电图检查前外侧导联出现异常T波。（B）心脏CT扫描显示，钝缘支中有一个大的部分钙化斑块（箭头），管腔狭窄。（C） CT灌注图显示前壁和前外侧壁的心肌血流减少（箭头）（红色表示正常，绿色表示心肌血流减少）。（D）有创冠状动脉造影显示，钝缘支血流动力学显著狭窄（粗箭头），具有相应的下游侵入性血流储备分数减低（FFR，细箭头；FFR=0.72）。

结构性心脏病

在过去的15年里，心脏CT已经从与结构性心脏病介入手术基本无关发展到在手术计划、装置尺寸和术后并发症评估方面发挥着重要作用。心脏CT引导的装置尺寸可减少经导管主动脉瓣置换术（TAVI）中瓣周反流的负担，降低瓣环损伤率，并增进了我们对瓣膜退化机制的理解。现在已经建立了评估TAVI心脏CT的标准化步骤建议，以及支持这些建议的已发表证据。同样，在新的瓣膜置换术之前，心脏CT已成为不可或缺的工具，尤其是经导管二尖瓣和三尖瓣介入术（图5）。例如，经导管二尖瓣植入术后有左室流出道（LVOT）阻塞和随后心力衰竭的风险，这是一种令人担忧的并发症，发生在约7%-9%的手术中。当植入的装置将二尖瓣前叶移位到左室流出道中，从而使左室流出道变窄，从而导致所谓的新左室流出道阻塞时，就会出现这种并发症。可以在术前心脏CT扫描上生成模拟的新左室流出道（图6）。新 LVOT已被迅速用作预测植入后LVOT梯度风险的关键解剖学指标，并用于瓣膜植入前的筛查。

图5：经导管三尖瓣植入示例。（A）图中显示了EVOQUE（Edwards Lifesciences）经导管心脏瓣膜，该瓣膜包含一个带有牛心包膜小叶的自膨胀镍钛合金框架、环内密封裙和心室锚。（B）图为28-F EVOQUE三尖瓣输送系统。（C，D）显示了收缩期（C）和舒张期（D）装置尺寸的CT衍生横截面测量值（紫色线）（装置有44 mm和48 mm两种尺寸）。（E–G）一名36岁女性的容积渲染（E，F）和多平面（G）重建图像，该女性因Epic（圣犹达医疗用品有限公司）生物瓣膜失败，接受了瓣中瓣SAPIEN 3（Edwards生命科学公司）导管瓣膜植入术。在球囊扩张过程中，生物瓣膜环被故意折断（箭头），以使导管瓣膜植入物充分扩张。（H）一名69岁男子，缓慢房颤和严重三尖瓣反流并带有起搏器的容积渲染图像。在三尖瓣环上植入一个48mm的EVOQUE瓣膜。术后心脏CT证实起搏器导线位于植入物外部，并排除了起搏器导线断裂。

图6：用于计划经导管二尖瓣置换术的心脏CT图像。上图：显示了d形二尖瓣环的多点分割弧（红线）。瓣环大小（面积、室间隔[SL]和室间隔[IC]距离）用于确定经导管二尖瓣置换术的资格和大小。中间：显示了模拟的虚拟经导管二尖瓣置换术（在本例中，Tendyne[Abbott Vascular]设备以绿色显示），该设备可以手动调整尺寸并放置在二尖瓣环上（红线）。底部：显示了沿着左室流出道（LVOT；橙色线）轨迹绘制的中心线技术。穿过LVOT最窄点的横截面面积（弯曲的橙色虚线）形成新LVOT（在这种情况下为6.5cm2）。

瓣膜植入后的心脏CT也发现了瓣叶上形成的生物血栓，称为低衰减瓣叶血栓（也称为低衰减小叶增厚或HALT）（图7）。当它限制瓣叶运动（称为低衰减影响运动或HAM）时，可能会导致瓣膜流出障碍。2015年首次描述，我们对低衰减瓣叶血栓的理解仍在不断发展。这种并发症可以在经导管和外科生物瓣膜中看到，并通过抗凝治疗解决。使用整个心动周期的扫描数据创建瓣叶运动的电影循环的三维心脏CT可以帮助识别和表征HAM，同时将其与术后瓣膜梯度的其他原因区分开来，如血管翳和瓣膜扩张不足。其临床意义尚不确定，但与短暂性脑缺血发作有关，最近的研究结果表明，它可能是瓣膜过早变性和死亡的驱动因素。未来，人工智能驱动的基于计算预测建模的决策支持工具的集成可能有助于预测与结构性心脏病干预措施相关的并发症，如瓣环破裂、瓣周漏和低衰减瓣叶血栓。虽然CFD的集成主要集中在冠状动脉上，但最近的研究已将CFD集成到术前心脏CT中，以帮助了解植入后的左室流出道梯度，并提供超越解剖学新左心流出道测量的个性化风险预测模型。CT评估低衰减影响运动的一个缺点是辐射剂量显著增加，理想情况下需要在整个心动周期进行回顾性心电门控扫描。其他问题包括继发于金属瓣膜支柱的线束硬化伪影和来自时间分辨率不足导致的心脏运动伪影。

图7：接受经导管主动脉瓣置换术（TAVI）的患者可能会出现术后低衰减瓣叶血栓形成（也称为低衰减瓣叶增厚，或HALT）。它可以抑制瓣叶运动并导致流出道阻塞（称为低衰减影响运动，或HAM）。（A，B）一名76岁男性TAVI患者的多平面重建显示舒张期TAVI小叶正常。（C，D）一名84岁男性主动脉瓣置换术的多平面重建显示非冠状动脉瓣叶异常增厚（箭头），与低衰减性瓣叶增厚一致。注意金属的线束硬化伪影。

下期我们继续分享心脏CT的最新进展的后半部分，包括心肌ECV，心肌应变与光子计数CT。

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文献原文：Dodd JD, Leipsic JA. Evolving Developments in Cardiac CT. Radiology. 2023 Mar 28:222827. doi: 10.1148/radiol.222827. 仅供专业人士交流目的，不用于商业用途。

原标题：《心脏CT最新进展：新概念、无创心脏生理学和结构性心脏病》

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