心血管超高分辨力成像的未来

原创 赵喜同学

在过去的几十年里，心血管CT扫描已经成为心血管医学的常规成像工具。过去，多排CT的发展重点通常是提升时间分辨率，增加探测器排数来提高采集速度，从而实现全器官成像。目前，新的系统设计正引入临床，以应对下一个挑战，即提供更高的空间分辨率，从0.4–0.5mm到0.15–0.2mm。

提高空间分辨率对心血管成像应用尤其有用。对于主要心外膜冠状动脉的可视化，CT血管造影已成为侵入性冠状动脉血管造影（ICA）的替代方法，但由于部分容积效应导致的成像伪影阻碍了用现有系统准确评估较小和钙化的心外膜冠状动脉段。同时，斑块进展和消退的量化以及支架血管段的腔内清晰显示仍然具有挑战性。对非侵入性血管疾病的更好显示的需要，激发了人们对进一步提高CT空间分辨率的兴趣。事实上，实现有创血管造影评估的分辨率可以为怀疑或确诊冠心病和其他血管病变患者的无创诊断、监测甚至治疗计划提供新的机会。此外，精确评估更小的节段，如心肌穿支血管和评估直径小于0.4mm的小动脉可以提高我们对心绞痛和射血分数保持的心力衰竭的微血管疾病的认识。

在CT中，空间分辨率取决于多个硬件和数据采集功能，包括探测器元件尺寸、X射线焦点尺寸和探测器响应函数，以及所用的图像重建算法。超高空间分辨率（UHR）成像具有固有的挑战，例如对运动伪影和图像噪声的敏感性增加。因此，与传统CT系统相比，对机架和检查床的设计提出了更高的要求，以提高机械稳定性并减少振动。较小的探测器像素需要权衡图像噪声的增加或辐射剂量的增加，以保持图像噪声的相似水平。因此降噪策略变得至关重要。最后，空间分辨率提高的成像也给数据管理带来了相当大的挑战。图像数据量的大幅增加需要更大的工作站后处理能力、更大的图像存档存储空间以及更快的图像网络传输速度。

光子计数CT（PCCT）是目前所有主要CT制造商所追求的一种有前途的方法。PCCT基于单独测量每个穿透光子的强大概念，最终目的是获取多能量图像，以区分和量化结构材料成分。并且，该技术也可用于获取空间分辨率更高的图像。最近，首个PCCT系统已发布用于商业用途。

对于一般的放射应用，与传统CT图像相比，使用薄片和更高的重建矩阵提高空间分辨率可以提供更清晰的图像和更少的伪影，改善小细节的检测和表征，从而提高图像质量和增强读者信心（参见：）。

可以想象，超高分辨率CT（UHRCT）成像将通过更好地描绘远端血管系统，对冠状动脉树进行更全面的评估。已证明，从颅内微血管到内脏小动脉，小动脉具有良好的可检测性和可视性。虽然概念上很吸引人，但对更具挑战性的远端冠状动脉血管系统的可视化尚未进行系统的探索。

更清晰的图像，结合部分容积效应和明显伪影的减少，可以对狭窄程度进行更精确的分级，并将评估扩展到支架或广泛钙化的节段。

心血管UHRCT需要回答以下四个问题：

UHRCT能否进一步减少诊断性侵入性评估的数量？

在过去几年中，CT血管造影已成为疑似CAD患者的一线检查手段，这一策略得到了多个大型试验的支持，如SCOT-HEART和CONSERVE试验，并纳入了主要的临床指南。与选择ICA候选者的传统途径相比，CT的应用已被证明可显著提高ICA的诊断率，并可在很大比例的患者中避免不必要的侵入性手术。在CONSERVE试验中，CTA引导的选择性而非直接转诊ICA的策略被证明是安全的，可以避免五分之四的侵入性手术，同时显著提高梗阻性CAD的发现率。同时使用CT选择有创血管造影的候选者可显著降低57%的成本。

尽管CTA已成为有症状患者诊断冠心病的I级推荐，但仍存在一些限制。对狭窄程度的过高估计，尤其是在有钙化的情况下，仍然是CTA的已知局限。因此，目前的指南指出CT在已知疾病和既往支架植入的高危人群中的作用有限。尽管如此，在实践中，CT仍然用于评估其中一些患者，尤其是那些不应该接受或拒绝重复侵入性手术的患者。此外，鉴于新冠肺炎疫情的爆发，减少患者和医护人员潜在接触传染病的诊断途径已迅速成为首选，这为支持CT血管造影的扩展使用提供了进一步的论据，使其超越传统使用，甚至适用于具有中等风险的疑似急性冠状动脉综合征患者。

鉴于UHRCT冠状动脉造影的可用性和易用性，它可能对包括经皮冠状动脉介入术（PCI）后患者在内的有晚期CAD病史的重要人群有益。这将把CTA的常规应用范围扩大到有症状的缺血性心脏病患者中更广泛的非特定人群。为了部分克服低于标准诊断CT血管造影的局限性，提倡增加功能测试。然而，在理想情况下，很大一部分患者将仅根据高质量的CT血管造影进行适当管理，并选择性使用功能评估。UHRCT扫描理论上可能会在这个方向上迈出重要一步。初步探索表明，UHRCT提供的空间分辨率增加了两到三倍，这意味着狭窄百分比的量化更加准确。假阳性段的显著减少可能会对下游检查产生影响，并可能进一步减少额外功能评估的需要，例如CT衍生的血流储备分数或有创血管造影，因为两者在无明显狭窄的情况下都具有有限的临床价值。此外，评估钙化患者和既往支架的能力可能会扩大CT血管造影的适应症，而不是侵入性成像方法，使其超越目前低至中等可能性患者，从而扩展到高风险患者或疑似晚期疾病的老年患者。此类患者约占第三中心转诊成像患者的25%-30%。

CT能否改善（共享）临床决策？

目前的CT系统已经允许在许多患者中避免诊断性ICA。如上所述，UHRCT有可能将这些益处扩大到患有更晚期疾病（如更广泛的钙化或更小的血管）和/或以前血运重建（包括支架置入）的高危患者群体。在实践中，即使在潜在的血管重建候选者中，向最初的完全无创诊断检查的转变也可能提供多种诱人的优势。首先，人们越来越意识到，将诊断阶段与治疗阶段分开可以在几个方面改善整体临床决策。例如，在最近一项关于血运重建知情同意程序的调查中，超过40%的患者承认没有完全理解或记住提供给他们的信息。研究还显示，超过一半的患者错误地认为特定的冠状动脉介入治疗是有效的。最近，ISCHEMIA试验的结果表明，通过冠状动脉旁路移植术（CABG）或PCI进行血运重建可以改善症状和生活质量，但不会改变主要临床心血管并发症的可能性，包括非致命性心肌梗死、中风和心源性死亡。

因此，强烈需要重新设计患者路径，以便医生在开始任何侵入性手术之前有足够的时间充分讨论不同治疗方案的风险和益处。这样的参与将允许在达成共同决定之前对可用的治疗方案进行更多的考虑。事实上，干预前的完全无创诊断策略可能允许有更多的时间来检查初始无创管理策略的潜在益处，重点是优化医疗治疗（OMT），而不是在侵入性评估期间观察到梗阻性疾病后立即PCI。鉴于越来越需要限制医疗支出，从成本效益的角度来看，限制使用侵入性手术也可能需要优先考虑，因为常规PCI策略与OMT相比，成本更高。初步非侵入性诊断方法的证据可从上述CONSERVE试验中收集。与CT引导的转诊相比，直接转诊介入性血管造影与冠状动脉血运重建率增加近40%相关，但没有任何临床益处的证据，两种策略的无事件生存率在随访中相同。Ferraro等人最近提出了一种简化的评估和管理算法，该算法更加强调基于医疗管理的预防性护理，并将侵入性手术限制在选定的患者身上。UHRCT可能具有独特的优势，可以促进临床实践模式的这一变化。

UHRCT能否协助程序前干预计划？

对于那些血运重建仍然是首选的患者，如果临床上适用，有专门的时间进行多学科小组讨论，可以导致更仔细地选择血运重建方法。在这方面，Serruys及其同事建议，未来PCI和CABG之间的决定可以基于CT血管造影获得的详细图像。在他们具有里程碑意义的研究中，两个独立的心脏小组被随机分为两组，分别使用CT或ICA在CABG和PCI之间进行治疗决策，而对所有其他影像学检查都是盲法的。每个心脏小组仅根据其分配的成像模式计算得分。随后，他们整合了临床信息来计算SYNTAX评分II风险预测模型，提供了CABG、PCI或CABG与PCI之间平衡的治疗建议。作者发现，CT血管造影和ICA之间关于治疗决策的一致性很高，Cohen kappa为0.82，95%置信区间为0.74–0.91。此外，研究心脏小组同意在80%的病例中选择特定的冠状动脉段进行血运重建。

CT血管造影提供的信息不仅仅是检测到明显的狭窄。斑块负荷的可视化和特征化以及单个病变特征可用于评估技术可行性，考虑不同的方法来优化血运重建策略并提高成功率。能够非侵入性地确定解剖完全血运重建的可能性可能成为CT的一个重要优势，而图像也可以越来越多地用于程序指导。为了使这种更加个性化的方法成为临床现实，必须要有更多的细节。当前的CT技术仍然缺乏足够的空间分辨率，例如，由于钙化，频繁高估基于CT的SYNTAX分数。通过提高空间分辨率，对解剖结构进行更准确的无创表征，可以缓解这些障碍。

UHRCT能否改善心脏和其他器官系统抗动脉粥样硬化治疗和微血管疾病的监测？

除了他汀类药物的作用外，减少斑块形成的新疗法正在心血管研究中占据中心地位。在大多数这类进展的背后，斑块的减少和/或稳定通过ICA和血管内超声或光学相干断层扫描（OCT）进行评估。侵袭性是冠状动脉疾病药物开发的一个重要限制因素。CT血管造影能够量化动脉粥样硬化斑块的大小并表征其形态学特征，包括钙化和非钙化成分，这使得CT成为支持未来治疗干预研究测试的理想工具。在这种情况下，增强分辨率的CT成像优于任何其他非侵入性成像方式。对于传统CT，准确的斑块定量仍然具有挑战性，不同观察者之间以及专家观察者和自动化工具之间报告的结果差异很大。高分辨率图像可以减少观察者之间的可变性，并有助于自动轮廓识别工具。因此，对于临床应用至关重要的斑块定量标准化工作，可以从这些改进中受益匪浅。

鉴于动脉粥样硬化过程的性质，低于常规CT空间分辨率的斑块形态和组成变化常见，可能具有重要的临床意义。UHRCT技术可以在个体水平上监测降低胆固醇治疗引起的斑块减少，从而向患者和医生保证，治疗的效果得到最大化，尤其是对于晚期或早发冠心病患者。可能，CAD监测可以扩展到支架内或支架周围的动脉粥样硬化生长，为评估先前PCI患者的动脉粥样硬化打开了进一步的窗口。将这类方法扩展到颈动脉和其他脑血管结构是直观的，尤其是因为运动控制的需求少于心脏。

此外，UHRCT的开发揭示了一个以前未经勘探的400μm以下的血管和其他结构变化图景。更详细的冠状动脉树可视化，包括更小和更远端的分支，结合组织灌注技术，可以更好地描述缺血性心脏病。由于目前使用的技术仍然无法找到微血管疾病患者主诉的适当潜在原因，UHRCT的实施可能会打开尚未探索的窗口，以研究涉及大脑、肺和心血管系统的各种血管过程的病理生理学。

使用UHRCT，通过克服当前CT空间分辨率在显示和量化钙化、支架或小直径节段血管方面的局限性，更多患者可以获得冠状动脉粥样硬化的无创特征。UHRCT可以增强现有的管理途径，并指导药物抗动脉粥样硬化治疗或介入性血运重建治疗。近期，更大规模的调查应证实，UHRCT是否能够为心脏CT作为综合无创评估和管理越来越多日益复杂患者的首选成像方法提供重要的下一个飞跃，并避免侵入性诊断评估。从长远来看，UHRCT有助于病理生理学深入了解全球发病率和死亡率的重要病因。

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2022年10月17日

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