冠状动脉CT 血管成像中冠状动脉弹性研究及其在糖尿病患者冠状动脉评价中的应用

敬 婷 斯光晏 王文渊 杨 彬 代 平 杨 琴 何其舟

冠状动脉粥样硬化性心脏病(简称冠心病)严重威胁着人类的健康，其主要的病理改变是动脉粥样硬化。冠状动脉粥样硬化过程中的血管内皮功能损伤、弹性减低等属于早期功能性的改变，而血管内膜脂质沉积、粥样斑块形成及管腔狭窄等属于形态学改变，其发生在功能性改变之后。冠状动脉弹性是心血管疾病的早期敏感性和特异性指标，对心血管疾病的发展具有重要意义。临床评价冠脉动脉弹性的常用指标为冠状动脉扩张系数（coronary distensibility index， CDI）[1]。如能早期测量CDI，便能及早发现冠状动脉病变，在仅有动脉弹性下降而未有结构改变时积极干预，阻止病程进展。既往多采用有创检查如血管内超声、冠状动脉血管造影来测量CDI，运用受到一定限制。近年来已有少部分学者利用冠状动脉CT 血管成像（coronary computed tomography angiography， CCTA）来测量CDI，重视程度有待提高，且既往多采用回顾性心电门控技术，辐射剂量较大。因此，本研究拟利用西门子第二代双源CT 的自适应前瞻性心电门控技术行CCTA 检查，探讨测量CDI 的可行性，并进一步分析有、无糖尿病受试者之间CDI 的差异。

方 法

1. 一般资料

收集分析我院2017 年12 月至2018 年8 月行CCTA 检查的患者资料。根据以下标准入选56例受试者进行研究，其中男31例，女25例，年龄47 ～75岁，平均(57.48±7.10)岁。纳入标准：①所有受试者均无冠状动脉粥样硬化斑块及冠状动脉变异。②图像质量良好， 冠状动脉显示清晰。排除严重心律失常、先天性心脏病、心肌病、瓣膜病变及心功能不全者。通过询问病史及查询住院病历来获取受试者的一般资料，记录其年龄、性别、身高、体重、外周血压、高血脂、糖尿病史及吸烟饮酒史。再根据有无糖尿病分为糖尿病组和对照组。

2.检查方法

所有患者均利用西门子第二代双源CT（SOMATOM Definition Flash）行CCTA 检查，采用自适应前瞻性心电门控序列扫描，采集时相为35%～75% R-R 间期。扫描范围从气管隆突下约1cm 至心脏膈面。对比剂采用碘海醇，其总量按1.5ml/kg 计算，然后再注射0.9%生理盐水50ml。采用团注跟踪法，选择升主动脉根部为监测层面，监测其CT 值，设定触发扫描阈值为100HU，当CT值达阈值水平时，延迟5 秒启动扫描。扫描参数为：管电压100 ～120kV，管电流采用自动调控技术，准直器128×0.6mm，矩阵512×512。

3.CDI 的评估

血管的弹性参数主要有四种，分别为：硬度参数、压力弹性模量、扩张系数及顺应系数。本研究采用的是临床常用指标——CDI，它是指冠状动脉在单位压力作用下管腔截面积的变化，CDI 越大， 提示冠状动脉膨胀性能越好。其计算公式为CDI=[（Smax-Smin）/Smin] /(Ps-Pd)×103， 其 中Smax、Smin分别指感兴趣区的最大及最小横截面积，Ps 为收缩压，Pd 为舒张压。将CCTA 采集的原始数据在35%～75% R-R 区间，每隔5%重建一组数据，共计得到9 组数据，导入Syngo.via 后处理工作站。利用血管分析软件分别对9 组数据进行处理，因前降支运动速度最慢，且最易发生粥样硬化斑块，故本实验的CDI 感兴趣区选择左冠状动脉主干分叉以远5mm前降支近段处，测量点需避开血管分叉处。为避免主观测量产生偏倚，保证感兴趣区在同一位置，我们设定参考点为左冠状动脉主干分叉处。软件会自动勾画出冠状动脉边缘，得到管腔的直径及横截面积，我们再根据半轮廓原则[2]设定窗宽窗位，手动调整冠状动脉边缘。半轮廓原则是指将窗位设为冠状动脉密度及其周围脂肪密度的中点，并将窗宽设为窗位的两倍，其可以真实的显示两种不同密度物质的分界面。最终获得35%～75% R-R 间期内感兴趣层面的Smax 及Smin（图1），再根据公式，计算出CDI。上述测量由两名己熟悉掌握本软件、经验丰富的医师采用盲法完成，先由一名观察者前后测量两次CDI，分别记为D1、D2，再由另一名观察者测量CDI，记为D3，最终取3 次结果平均值。

4.统计学方法

所有数据均采用SPSS 17.0 统计软件包进行统计分析。计量资料用均数±标准差（±s）表示，组间比较采用独立样本t检验；计数资料以百分率表示，组间比较采用卡方检验。采用Bland-Altman 法及组内相关系数（ICC）进行观察者内及观察者间测得CDI值的一致性分析，ICC＞0.75认为一致性较好。以双侧P＜0.05 表示有统计学意义。

结 果

1.观察者内及观察者间测得CDI 值的一致性分析

通过Bland-Altman 法显示同一观察者两次测得CDI 的差值均数为-0.05， 95%一致性界限（95%LoA） 为（-0.83，0.73），LoA 上 限 的95%可信区间（95%CI）为(0.54，0.91)，LoA 下限的95%CI 为(-1.01，-0.64)，即LoA 的 可 信 区 间（LoA CI）为 (-1.01，0.91)（图2A）。不同观察者两次测得CDI 的差值均数为-0.06， 95%LoA 为（-1.19，1.07），LoA 上 限 的95% CI 为(0.81，1.34)，LoA 下限的95% CI为(-1.46，-0.93)，即LoA CI为 (-1.46，1.34)（图2B）。观察者内及观察者间测得的所有CDI 差值均位于95%LoA 及LoA CI 之内，且在临床可接受的范围内。此外，观察者内及观察者间测得CDI 值的ICC 分别为0.966，0.927。以上均表明采用第二代双源CT 自适应前瞻性心电门控技术测得的CDI 值能够获得较好的观察者内及观察者间一致性。

2.糖尿病组及对照组各观察指标的比较

糖尿病组的CDI 值较对照组低，差异具有统计学意义，而两组其他观察指标之间的差异不具有统计学意义（表1）。

表1 糖尿病组及对照组各观察指标的比较

图1 A.舒张早期（45%）左冠状动脉主干分叉以远5mm 前降支近段处管腔面积为11.5mm2； B.舒张中期（70%）左冠状动脉主干分叉以远5mm 前降支近段处管腔面积为9.8mm2。

图2 观察者内及观察者间两次测得CDI 值的Bland-Altman 一致性分析。

讨 论

CDI 是冠状动脉的早期功能性指标，与心血管事件的发生及预后独立相关，治疗后可更快地逆转。血管内皮细胞具有抗动脉粥样硬化和抗血栓的双重意义，其损伤是心血管疾病的初始因素，而CDI 可反映其功能状况[3]。此外，动脉粥样硬化斑块破裂是急性冠状动脉综合征的主要原因，Ahmadi 等[3]发现CDI 可独立预测冠状动脉的易损斑块，这突出了CDI在危险分层上的重要作用。总之，CDI 的测量具有重要意义，能早期评估冠状动脉功能性改变，在仅有弹性下降而未有结构改变时积极干预，阻止病程进展。

冠状动脉弹性可通过多种方法评估。超声可测量外周血管的弹性，但其在深部血管的运用有限。血管内超声( intravascular ultrasound，IVUS)为有创检查，不能评价整体冠状动脉，价格昂贵，且多数医院未开展此技术[3]。冠状动脉血管造影( coronary angiography，CAG) 也可测量冠状动脉弹性[1、4]，但属于有创检查，检查时间长，费用较高，因此不适用于检测冠状动脉的早期功能改变。近年来，磁共振成像( magnetic resonance imaging，MRI)也被运用到CDI 的评价[5-6]。Sebastian 等[4]发现MRI与CAG 测量的CDI 有显著相关性，得出健康受试者与冠心病者CDI 之间有显著差异。Kai 等[7]也通过MRI 发现观察者内及观察者间测得的CDI 值有良好的一致性，得出MRI 是一种可检测有、无糖尿病受试者CDI 之间显著差异的可靠方法。但MRI 成像时间较长，需排除金属置入物，因此MRI 的运用受到了一定的限制。

CCTA 已作为冠心病筛査的首选检查，它能准确测量冠状动脉在心动周期不同时相的横截面积，故可用于CDI 的测量。近年来有部分学者利用回顾性心电门控技术行CCTA 检查测量CDI[2-3、8]，发现CCTA 与IVUS、CAG 测量的CDI 之间有明显相关性，这提示CCTA 是测量CDI 的重要无创方法。Ahmadi 等[1]利用CCTA 发现CDI 与冠状动脉疾病严重程度成反比。然而，利用CCTA 测量CDI 的研究较少，重视程度有待提高，且多采用多层螺旋CT的回顾性心电门控技术，其采用小螺距螺旋扫描，在全心动周期连续曝光，辐射剂量大。本研究采用的第二代双源CT 具有更高的时间、空间分辨率，其自适应前瞻性心电门控技术可对全心动周期任意时间段扫描，故可得到冠状动脉在不同时相的横截面积，使评估CDI 成为可能。此外，后者采用步进式扫描，且仅在预先设定的时间窗曝光，明显降低辐射剂量。

计算CDI 需要测量冠状动脉在心动周期中的最大及最小横截面积。舒张期开始时，因心室舒张，心肌对冠状动脉的压迫解除，血流迅速増加，并在舒张早期达到高峰，后逐渐降低。既往文献也通过超声分别在舒张早期及舒张末期观察到左前降支的最大及最小直径与横截面积。然而，前降支在舒张末期的运动最大，导致图像质量差[1]，而在舒张中期的运动速度最慢， 收缩末期和舒张早期次之。因此，通常采用相对无运动的、图像质量好的舒张早期及舒张中期来测量前降支的最大及最小横截面积[1]，则无需对整个R-R 间期进行扫描即可完成CDI 的测量，这有利于降低辐射剂量。Syngo.via 通过自动识别心动周期中冠状动脉运动速度最低的期相，确定最佳收缩及舒张期，其中最佳收缩期多集中在30%～40%R-R间期，对应收缩末期，而最佳舒张期则集中于70%～75%R-R 间期，对应舒张中期。本研究选择35%～75%R-R 间期，这大致对应收缩末期至舒张中末期的范围，既包含了测量CDI 所需的舒张早、中期，也包含了显示冠状动脉病变的最佳收缩及舒张期，故无需额外增加扫描期相就可测量CDI，不增加辐射剂量。此外，通过Bland-Altman 法及ICC 显示观察者内及观察者间测得CDI 值有较好的一致性，这也进一步证实了采用CCTA 自适应前瞻性心电门控技术测量CDI 的可行性，为临床评价CDI 提供了新的无创方法。

血管弹性受多种危险因素的影响[9-11]。血糖升高损伤内皮细胞，血管壁成分改变，从而弹性下降。Lin 等[7]认为糖尿病者的CDI 低于无糖尿病者。Winkel 等[6]认为糖尿病是CDI 的危险因素。本研究也显示糖尿病组的CDI 较无糖尿病组低，表明糖尿病在冠状动脉粥样硬化早期过程中就己导致了管壁的损伤。我们可评估CDI 来监测冠状动脉损伤的早期进程，早期通过饮食或药物来延缓、治疗糖尿病，进而有效预防CDI，减低及心血管事件的发生。

本研究的局限性：仅纳入冠状动脉无粥样硬化斑块者，这是为了突出冠状动脉弹性的早期意义。我们没有将CCTA 测量的CDI 与参考标准(如IVUS 或CAG)进行比较，因为对于没有明显冠状动脉粥样硬化斑块者行侵入性实验是不合理的。尽管如此，既往已有文献得出CCTA 与IVUS、CAG 测量的CDI 值吻合良好。

总之，利用西门子第二代双源CT行CCTA检查，采用其自适应前瞻性心电门控技术可对CDI 进行评估，一站式获得冠状动脉的功能及形态学信息，且不增加辐射剂量，还可检测出有、无糖尿病受试者之间CDI 的显著差异，为早期预防冠心病提供有价值的理论依据。