【创刊70周年专栏】冠状动脉CT发展现状及展望

冠状动脉CT血管成像（coronary computed tomography angiography，CCTA）是目前临床中应用最广泛的无创性冠心病影像诊断方法。从1995年 Radiology报道的第1篇采用电子束CT（electron-beam computed tomography，EBCT）行CCTA的病例开始 ^［ 1 ］ ，已经走过了近30年的历程。

得益于CT硬件革命性的发展，CCTA从需要长时间的呼吸屏气和严格的心率控制，进展到现在自由呼吸和对高心率患者进行清晰成像。随着低管电压（kV）扫描和迭代重建的普及，检查所需的对比剂用量和辐射剂量也较早期有了显著的降低。近年来，计算流体力学（computational fluid dynamic，CFD）和人工智能（artificial intelligence，AI）技术也助力CCTA从单一的解剖学评价，转变为可“一站式”评价解剖和功能学参数的成像技术。

这30年间，中国专家见证并参与了冠状动脉CT成像的蓬勃发展。自阜外医院于1995年首次在国内应用EBCT进行冠状动脉成像起，中国学者在此领域积极开展了大量的临床研究和成像技术研发，取得了丰硕的科研成果。值此《中华放射学杂志》创刊70周年之际，本文聚焦冠状动脉CT最新前沿进展，以及中国专家在该领域的重要研究成果，对该技术在国内外的发展现状与未来展望进行了描述。

EBCT是由美国Douglas Boyd博士于1983年开发成功的CT设备 ^［ 2 ］ ，该设备没有X线球管，而是采用高压加速的电子流直接轰击到3 m外的钨靶上产生的X射线穿过人体成像，EBCT的扫描时间分辨率达到50 ms，可以实现心脏动态“电影”成像。

EBCT于1984年率先实现了冠状动脉钙化积分的成像研究，并于1990年由Agatston等 ^［ 3 ］ 建立了一种计算钙化积分的方式，沿用至今并被称为Agatston积分。EBCT增强扫描可以用于心脏运动功能的评价，精确获得右心室和左心室射血分数等功能指标 ^［ 4 ］ ，测量室壁运动和厚度 ^［ 5 ］ ，评价局部心肌灌注 ^［ 6 ］ 等。

通过注射对比剂，EBCT于1995年在国际上首次实现了CCTA扫描，观察到了冠状动脉解剖及狭窄程度 ^［ 1 ］ 。1998年，美国食品药品管理局（FDA）通过认证批准了EBCT行CCTA检查的合法性，这是CCTA首次被临床所接受的开端。EBCT的早期临床应用还拓展到冠状动脉搭桥血管评价 ^{［ 7 , 8 ］} ，但对支架内情况评价受限。

我国于1995年开展EBCT心血管病的临床应用，这也是国内心血管病CT工作的起点 ^{［ 9 , 10 ］} 。阜外医院率先使用EBCT建立了正常人群心脏径线和心功能参考值 ^［ 11 ］ 。基于国内人群的研究发现EBCT检查钙化积分能够诊断和预测冠心病 ^［ 12 ］ ，并且在有症状的人群中，EBCT和核素心肌灌注显像诊断冠心病的准确度相似 ^［ 13 ］ 。此外，阜外医院团队在国际上率先完成了冠状动脉在心动周期中的运动速度测量，找到了最佳心电门控采集时间窗，以获得良好的图像质量 ^{［ 14 , 15 ］} 。EBCT能够显示桥血管解剖并定量测量桥血管血流 ^［ 16 ］ 。EBCT用于各种主动脉疾病的诊断，确立了CT在该类疾病的诊断价值 ^［ 17 ］ 。然而，在当时的研究条件下，国内外尚未建立起基于冠心病EBCT的大型循证医学研究队列。

EBCT开启了冠状动脉无创性成像的先河，而以64排螺旋CT为代表的多排螺旋CT（multi-detector row spiral computed tomography，MDCT）的临床应用是CCTA获得临床认可并广泛应用的另一个标志性里程碑。得益于更宽的探测器覆盖范围和更快的球管/机架旋转速度，CCTA可以在几个心动周期（目前宽体探测器可以实现1个心动周期内成像）内，实现亚毫米和“各向同性”冠状动脉图像的采集，真正实现了CCTA作为一项常规检查项目在临床的普及应用。

2008年在新英格兰医学杂志发表的CORE 64是国际上首个评价64排螺旋CT诊断阻塞性冠状动脉狭窄（直径狭窄率≥50%）的国际多中心研究。通过与有创性冠状动脉造影（invasive coronary angiography，ICA）对照，CCTA在患者水平的诊断灵敏度和特异度分别达到了85%和90% ^［ 18 ］ 。同年发表的ACCURACY研究结果显示，CCTA对于排除阻塞性狭窄病变的阴性预测价值极高（99%） ^［ 19 ］ 。上述多中心临床研究的循证医学证据为CCTA的广泛临床应用奠定了基础。与此同时，中国学者也积极开展了CCTA的临床研究。山东省医学影像研究所的报道指出，64排螺旋CT较以往4排至16排CT显著提高了冠心病诊断的准确度 ^［ 20 ］ 。安贞医院团队以血管内超声作为金标准，证实了64排螺旋CT对诊断冠状动脉粥样硬化斑块的灵敏度为94.7%，特异度为100% ^［ 21 ］ 。一项纳入5 332例患者的荟萃分析显示，64排螺旋CCTA诊断冠心病的灵敏度为95.2%，特异度为79.2% ^［ 22 ］ 。上述研究结果均证实了CCTA在诊断冠心病方面的优势，但对于一些患者和冠状动脉的特殊情况，如高心率和心律不齐患者、严重钙化病变、小管径支架等，CCTA仍存在成像的技术难度，导致诊断准确度的下降。

进入21世纪的第2个10年后，随着双源CT和宽体探测器CT的出现，心脏CT分别在时间分辨率和扫描覆盖范围方面有了显著提升，使CCTA检查成功率获得提升。安贞医院团队尝试在持续性心房颤动和频发室性早搏患者中使用320排宽体探测器CT进行CCTA，在大部分患者中可获得满意的图像质量 ^［ 23 ］ 。双源CT同样适用于心房颤动患者并实现精准成像，与ICA相比，诊断冠心病的灵敏度为100%，特异度为85% ^［ 24 ］ 。

除了对于冠状动脉自身评价外，超高端CT在2.75 mm以上的支架内再狭窄 ^［ 25 ］ 以及冠状动脉搭桥血管通畅性 ^［ 26 ］ 诊断方面也具有极高的准确度，可广泛应用于再血管化治疗术后的患者复查。此外，CCTA在指导复杂性冠状动脉疾病的介入治疗方面亦具有独特优势。上海市第六人民医院的研究表明，CCTA上观察到的反向密度梯度征，对于区分慢性完全闭塞（chronic total occlusions，CTO）与次全闭塞具有很高特异度，可显著提高CCTA的诊断准确度 ^［ 27 ］ 。此外，他们还发现CTO病变中的线性强化是介入成功的独立预测因子 ^［ 28 ］ 。同时在CTO患者中，CCTA能可靠评估侧支血管情况，为临床医师提供预后信息和辅助治疗决策 ^［ 29 ］ 。随着AI技术应用，安贞医院联合开发的深度学习模型能准确预测CTO病变介入治疗结局，该结果有助于利用无创性手段术前评估手术难度 ^［ 30 ］ 。

上述临床研究推动了CCTA在国内的普及和应用。2016年，阜外医院牵头开展了一项中国CCTA应用现状的横断面调查，结果显示国内三级医院年均检查量中位数为1 037例，其普及率与ICA相当，已成为我国冠心病无创影像诊断的常规技术。但是，该调查结果显示，患者单次检查辐射剂量仍然较高（三级医院平均为11.5 mSv，二级医院平均为12.7 mSv） ^［ 31 ］ 。对这些单位进行培训后，前瞻性心电门控、低电压扫描和迭代重建技术作为常规开始应用，CCTA的辐射剂量已大幅降低至2~3 mSv ^{［ 32 , 33 , 34 , 35 ］} 。因此，在我国推广标准化的扫描方案仍然具有实际意义。

早在EBCT时期，冠状动脉钙化积分（coronary artery calcium score，CACS）作为血管钙化斑块负荷的经典评价方法，被广泛用于冠心病的危险分层沿用至今。多种族动脉粥样硬化研究（multi-ethnic study of atherosclerosis，MESA）中，率先使用了CACS指标预测冠心病预后，其结果显示CACS>300的人群，心血管主要不良事件（major adverse cardiovascular event，MACE）的发生率较CACS为0的人群升高2.6倍 ^［ 36 ］ 。MESA研究的后续分析进一步区分了不同钙化特征与预后的关系，钙化的总体积与MACE的发生率呈正相关，而钙化的密度则与MACE的发生率呈负相关 ^［ 37 ］ 。但值得注意的是，CACS仅能评价冠状动脉的钙化斑块负荷，而无法反映包括非钙化斑块和混合斑块在内的粥样硬化斑块负荷。因此，它容易低估部分以非钙化斑块为主的冠心病患者不良预后风险。

在预测MACE这一重要研究领域，国内学者较早证明了CCTA优于CACS，而CACS优于冠心病传统危险因素的预测价值 ^［ 38 ］ 。随着CCTA的普及，针对冠状动脉高危斑块（high-risk plaque，HRP）的CT成像逐渐成为临床风险评价的主要手段之一。经典的CT高危斑块特征包括“低衰减斑块”“正性重构”“点状钙化”和“餐巾环征”，上述征象与病理学中的易损斑块（vulnerable plaque）高度契合，与急性心肌梗死（acute myocardial infarction，AMI）中的肇事斑块密切相关 ^［ 39 ］ 。SCOT-HEART研究的结果指出，CT低衰减斑块是未来发生心肌梗死的最重要预测因子，当血管整体低衰减斑块负荷>4%时，患者发生AMI的风险升高近4倍 ^［ 40 ］ 。阜外医院研究聚焦于非ST段抬高急性心肌梗死患者的非肇事斑块，发现CCTA显示低衰减斑块成分增加，有助于识别后续非肇事斑块相关的MACE发生，为急性冠状动脉综合征（acute coronary syndrome，ACS）患者的风险评价提供无创性影像特征 ^［ 41 ］ 。东部战区总医院团队进一步使用斑块影像组学分析构建了高危斑块组学特征模型，可准确地诊断高危斑块，并预测MACE风险 ^［ 42 ］ 。除了斑块高危特征外，CCTA具有对全血管树斑块定量的优势，基于患者的整体斑块负荷可准确地预测个体MACE风险 ^［ 43 ］ 。得益于上述CT斑块成像的准确度和可及性，近年来有多项药物治疗研究使用CCTA作为评价疗效的方法，并观察到他汀治疗可减缓低衰减斑块进展 ^［ 44 ］ ，秋水仙碱可进一步逆转低衰减斑块，增加斑块稳定性 ^［ 45 ］ 。

除了诊断高危斑块本身病理学特征的影像评价，CCTA还可对其伴随的血管周围炎症反应进行诊断，进而提高对冠心病患者的危险分层 ^［ 46 ］ 。英国学者通过体外病理学对照，首次证实了冠状动脉周围脂肪密度指数（fat attenuation index，FAI）可以间接反映血管周围炎症水平 ^［ 47 ］ 。在此基础上开展的CRISP CT研究对3 942例患者进行基于FAI指标的预后分析，其结果显示FAI≥-70.1 HU是MACE的独立预测因子 ^［ 48 ］ 。上海市第一人民医院研究发现糖尿病患者的FAI高于非糖尿病患者的FAI，且与冠状动脉病变的狭窄程度及易损性无关，提示FAI可用于识别尚未发生血管形态学改变，但存在潜在炎症的“高危”糖尿病患者 ^［ 49 ］ ，是糖尿病患者微血管并发症的独立预测因子 ^［ 50 ］ 。除了稳定性冠心病患者，一项基于病变周围的冠状动脉周围脂肪直方图参数分析的研究结果显示，其具有鉴别ACS和稳定型冠心病患者的价值，有助于识别ACS高危患者 ^［ 51 ］ 。值得注意的是，尽管FAI是一种新兴、无创、计算简便的指标，其临床使用仍存在限制。其测量结果不可避免地受到CT扫描管电压、钙化斑块硬化线束伪影和患者呼吸运动伪影的影响 ^{［ 52 , 53 ］} 。因此在解释FAI测量结果时需慎重考虑以上因素的干扰。

除了冠状动脉解剖学诊断外，狭窄血流动力学意义的功能评估对于指导冠心病治疗决策至关重要。早在2007年发表的基于压力导丝血流储备分数（fractional flow reserve，FFR）的DEFER研究证实了存在血流受限的狭窄适合进行介入干预，而不导致心肌缺血的狭窄应以药物治疗为主 ^［ 54 ］ 。但FFR测量有创，且需要昂贵的压力导丝耗材。因此，使用无创性方法对狭窄的血流动力学意义进行评价是心血管影像的研究热点。随着CFD和CT成像技术的发展，基于CT的冠状动脉血流储备分数（CT derived fractional flow reserve，CT-FFR）于2011年在国际上报道 ^［ 55 ］ ，连续动态CT心肌灌注成像（CT myocardial perfusion imaging，CT-MPI）于2010年在国际上报道 ^［ 56 ］ 。

CT-FFR是目前临床最便捷的无创性血流动力学评价方法，仅需CCTA图像即可完成计算，无需额外的扫描和药物负荷试验。CT-FFR目前主要有两种计算方法：基于CFD模拟计算和基于机器学习（machine learning，ML）模型计算。DISCOVER-FLOW、DeFACTO和NXT系列研究验证了CFD方法对诊断缺血性狭窄的效能，其结果显示与有创性FFR相比，灵敏度、特异度和准确度分别达到了84%~90%、54%~86%和73%~86% ^{［ 55 ， 57 , 58 ］} 。但CFD方法对算力要求高、计算时间长，且无法部署于医院内使用，限制了该技术在国内的开展。对此，国内团队研发了基于降维CFD计算模型的CT-FFR技术，在显著缩短计算时间的情况下，保持了模型高诊断效能 ^{［ 59 , 60 ］} 。此外，ML模型由于不需要CFD计算，可在短至10 min内完成分析，且诊断准确度可媲美CFD方法 ^［ 61 ］ 。需要注意的是，病变的钙化程度和CCTA图像质量均会影响CT-FFR计算的准确度 ^{［ 62 , 63 ］} 。当CACS≥400分，CT-FFR诊断缺血性狭窄的曲线下面积（AUC=0.71 vs. 0.85， P=0.04）显著降低 ^［ 64 ］ 。此外，如CCTA图像质量不良时，应用第二代追踪冻结技术可以显著改善CT图像质量以及CT-FFR计算的准确度 ^［ 65 ］ 。除了准确识别血流受限病变外，CT-FFR在指导冠心病治疗策略方面亦具有重要价值。PLATFORM研究表明，在稳定性胸痛患者中，采用CCTA和CT-FFR指导的治疗路径与ICA指导的路径相比，具有类似的安全性，但医疗成本更低且患者生活质量更高 ^［ 66 ］ 。TARGET研究证实了CT-FFR指导的治疗策略可有效降低不必要ICA（未行再血管化治疗）的比例 ^［ 67 ］ 。基于上述循证医学证据，《中华放射学杂志》在2023年发布的《CT血流储备分数操作规范及临床应用中国专家共识》中推荐对管径>2 mm 的病变血管、狭窄程度在30%~90%的病变进行CT-FFR分析 ^［ 68 ］ 。

CT-MPI是另一项基于CT的功能学成像方法，可对心肌血流灌注进行全定量诊断。与其他模态心肌灌注成像方法相比，CT-MPI最大的优势在于联合CCTA可对血管解剖和心肌血流灌注进行“一站式”诊断。早在2010年，第2代双源CT平台首次实现了连续动态CT-MPI的成像扫描。通过对心肌时间密度曲线的数学模型计算，可对心肌血流量（myocardial blood flow，MBF）进行绝对定量诊断 ^［ 55 ］ 。随着心脏CT成像技术的发展，全定量CT-MPI检查的剂量日趋降低，优势逐渐展现，该技术已成为评价心肌缺血的准确方法之一。阜外医院研究以核素心肌灌注成像作为参考标准，提示MBF诊断心肌缺血的准确度高于传统CCTA狭窄程度 ^［ 69 ］ ，并可以对心肌微循环障碍进行评价 ^［ 70 ］ 。上海市第六人民医院团队基于第3代双源CT开展了全定量CT-MPI研究，与有创FFR相比，MBF诊断血流动力学受限病变的准确度、灵敏度和特异度均大于90% ^［ 71 ］ 。AMPLIFiED ^［ 72 ］ 和SPECIFIC ^［ 73 ］ 是两项全定量CT-MPI的国际多中心研究，两者结果均提示MBF对鉴别缺血性和非缺血性狭窄具有高诊断效能。近年来，获益于AI医学影像技术的革新，深度学习方法可将全定量CT-MPI检查的剂量大幅降低47% ^［ 74 ］ ，使得该技术可常规用于临床实践。除了诊断心肌缺血以外，最新的队列研究结果亦表明CT-MPI指导的治疗策略较传统CCTA可显著降低医疗花费，减少不必要支架治疗，并提高对功能性SYNTAX评分的评价准确度 ^{［ 75 , 76 ］} 。此外，Nakamura等 ^［ 77 ］ 研究证实MBF具有增量预后价值，与CCTA联合可有效改善患者的风险分层。

除了心肌缺血诊断外，近年来CT在心肌瘢痕评价方面亦有较大的进展。既往碘延迟增强（late iodine enhancement，LIE）存在噪声大、对比噪声低的不足。日本学者开发了深度学习降噪模型，可将LIE图像噪声大幅降低72%，显著提高了对心肌瘢痕的诊断效能 ^［ 78 ］ 。细胞外容积分数（extracellular volume，ECV）是评价心肌弥漫性纤维化的有效指标。基于CT的ECV计算便捷、准确，与MR-ECV定量具有极高的一致性 ^［ 79 ］ 。光子计数CT（photon-counting computed tomography，PCCT）和双能量技术的应用更是可以省去原有增强前扫描，显著降低了放射剂量，且保持高诊断效能 ^［ 80 ］ 。

综上所述，CT-FFR在冠心病诊疗过程中发挥了“看门人”的作用，节约医疗成本，减少不必要的有创检查。而CT-MPI对于部分存在重度钙化或怀疑微血管性缺血的患者来说，可作为良好的补充检查 ^［ 81 ］ 。两者结合，相辅相成，最终可使广大患者受益。CT-ECV则可成为心肌纤维化的快速成像方法，为临床提供更多心肌组织学信息。