喬紅艷 李海成 冶曉紅 吳勇 徐淑穎 張龍江 胡曙東 姜建威

冠心病是臨床最常見的心血管疾病，其發(fā)病率及死亡率逐年升高，且呈現(xiàn)年輕化趨勢，因此需要多種影像檢查手段進(jìn)行評估和危險(xiǎn)分層[1]。血流儲(chǔ)備分?jǐn)?shù)（fractional flow reserve，F(xiàn)FR）是評估冠心病功能的金標(biāo)準(zhǔn)，可以準(zhǔn)確預(yù)測狹窄病變的缺血程度[2]。已有許多隨機(jī)對照研究[2-4]證實(shí)基于FFR指導(dǎo)的治療決策優(yōu)于僅基于有創(chuàng)冠狀動(dòng)脈造影（invasive coronary angiography,ICA）的治療決策，但其有創(chuàng)、費(fèi)用昂貴，故臨床應(yīng)用受限。冠狀動(dòng)脈CT血管成像（coronary CT angiography，CCTA）作為一種無創(chuàng)的影像檢查手段，有較高的陰性預(yù)測價(jià)值，成為指南推薦的一線檢查手段[5]。CCTA上顯示狹窄≥50%的病變推薦進(jìn)行ICA檢查，但CCTA常會(huì)高估狹窄程度，且與后續(xù)的缺血評估不一致，因此臨床上亟需一種無創(chuàng)性功能影像檢查方法來評估阻塞性冠心病[6]。隨著計(jì)算流體力學(xué)及數(shù)據(jù)建模能力的提高，基于深度學(xué)習(xí)的CT-FFR（CT derived FFR,FFRCT）的無創(chuàng)功能技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，該技術(shù)無需注射負(fù)荷藥物及增加額外的輻射劑量。與有創(chuàng)的FFR相比，基于深度學(xué)習(xí)的FFRCT有較高的診斷效能，并且計(jì)算過程簡單，有較高的臨床應(yīng)用價(jià)值[7-8]。但是，目前關(guān)于FFRCT的應(yīng)用研究多集中于3D計(jì)算流體力學(xué)或工作站的模式，而基于深度學(xué)習(xí)的國產(chǎn)FFRCT軟件在臨床實(shí)踐中的應(yīng)用相對較少，且尚未分析FFRCT所測定的缺血性病變的預(yù)測因素。因此，本研究旨在探索基于深度學(xué)習(xí)的人工智能FFRCT在臨床應(yīng)用中的可行性，分析冠狀動(dòng)脈缺血性病變可能的預(yù)測因素，并進(jìn)一步探究FFRCT對可疑冠心病病人治療決策的影響。

1 資料與方法

1.1 一般資料 回顧性收集2021年1—7月于江南大學(xué)附屬醫(yī)院行CCTA檢查的292例病人的一般資料、用藥信息、臨床危險(xiǎn)因素以及后續(xù)治療方式。其中男187例，女105例，年齡36~87歲，平均（65.8±10.3）歲。納入標(biāo)準(zhǔn)：①CCTA顯示病變的狹窄程度為25%~99%。②臨床資料完整。排除標(biāo)準(zhǔn)：①閉塞病變；②影像質(zhì)量差，無法滿足影像診斷要求；③急性冠狀動(dòng)脈綜合征；④既往行血運(yùn)重建術(shù)。

1.2 設(shè)備與方法 采用GE公司Revolution 256層寬體螺旋CT掃描設(shè)備。受檢者仰臥位，掃描范圍為隆突下1 cm至心臟膈面下約1 cm。掃描前噴服硝酸甘油以擴(kuò)張冠狀動(dòng)脈。所有病人先行心電門控CT平掃，然后行前瞻性心電門控CCTA檢查。掃描參數(shù)：管電壓100 kV，自動(dòng)管電流，準(zhǔn)直器寬度160 mm，層厚0.625 mm，層間距0.625 mm，旋轉(zhuǎn)時(shí)間0.28 s/r，矩陣512×512。采用雙通道高壓注射器經(jīng)肘靜脈注射非離子型對比劑碘佛醇（含碘370 mg/mL，江蘇恒瑞）50 mL，注射流率5 mL/s，再以同樣流率注射生理鹽水30 mL。延遲時(shí)間采用人工智能觸發(fā)掃描，主肺動(dòng)脈窗水平的升主動(dòng)脈設(shè)為動(dòng)態(tài)監(jiān)測區(qū)，CT值達(dá)到150 HU后延遲6 s自動(dòng)觸發(fā)掃描。開啟冠狀動(dòng)脈追蹤凍結(jié)技術(shù)，自適應(yīng)迭代重建選擇50%。

1.3 CCTA影像分析 將CCTA數(shù)據(jù)傳至GE ADW4.7后處理工作站，采用冠狀動(dòng)脈圖像處理軟件（1.0版本）進(jìn)行處理。由2名分別有8年和5年心血管影像診斷經(jīng)驗(yàn)的醫(yī)師獨(dú)立進(jìn)行分析，意見不一致時(shí)協(xié)商確定。應(yīng)用多平面重組（multi-planar reformation,MPR）、最大密度投影（maximal intensity projection,MIP）和容積再現(xiàn)（volume-rendered,VR）后處理技術(shù)對直徑≥2 mm的冠狀動(dòng)脈節(jié)段進(jìn)行狹窄程度的半定量分析，依據(jù)血管最嚴(yán)重狹窄程度分為輕度（≥25%且＜50%）、中度（≥50%且＜70%）、重度（≥70%且<99%）。記錄病人血管分布、狹窄程度，測量病變長度，記錄狹窄類型（單發(fā)、多發(fā)）及血運(yùn)重建等血管特征。

1.4 FFRCT分析 采用科亞醫(yī)療科技有限公司基于深度學(xué)習(xí)的軟件（DV-FFR）對FFRCT進(jìn)行分析。將病人的DICOM數(shù)據(jù)導(dǎo)出并傳輸至核心實(shí)驗(yàn)室，該軟件通過深層雙向長期遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行主動(dòng)脈、冠狀動(dòng)脈等血管分割和重建，提取冠狀動(dòng)脈中心線和管腔數(shù)據(jù)，采用計(jì)算機(jī)深度學(xué)習(xí)技術(shù)計(jì)算冠狀動(dòng)脈的FFRCT值，生成偽彩色的冠狀動(dòng)脈樹，不同顏色代表不同閾值的FFRCT值[9-10]。測量位置選取在狹窄病變遠(yuǎn)端2～4 cm處。對于多支血管病變及單支多發(fā)病變，記錄狹窄程度最嚴(yán)重的病變遠(yuǎn)端2～4 cm處的FFRCT值。記錄每例病人的FFRCT值，F(xiàn)FRCT≤0.80為缺血性病變[7]。根據(jù)FFRCT數(shù)值范圍將病人分為缺血性病變陽性組（FFRCT≤0.80，102例）和陰性組（FFRCT＞0.80，190例）。

1.5 臨床決策評估 病人的治療策略是基于臨床癥狀、CCTA及ICA等制定的，包括積極的藥物治療（optimal medical treatment,OMT）和冠狀動(dòng)脈血運(yùn)重建（revascularization,REV）[包括經(jīng)皮冠狀動(dòng)脈介入治療（percutaneous coronary intervention,PCI）和冠狀動(dòng)脈旁路移植術(shù)（coronary artery bypass grafting，CABG）]。由1名心內(nèi)科主任醫(yī)師僅依據(jù)CCTA結(jié)果制定治療策略，進(jìn)行FFRCT分析后，再由該醫(yī)師依據(jù)FFRCT結(jié)果重新制定治療策略，并比較前后2次治療策略的差異。

1.6 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 采用SPSS 21.0和GraphPad Prism 7軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。采用Kolmogorov Simirnov對數(shù)據(jù)分布進(jìn)行正態(tài)性檢驗(yàn)。符合正態(tài)分布的計(jì)量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（±s）表示，2組間比較采用t檢驗(yàn)；非正態(tài)分布的計(jì)量資料以中位數(shù)[M（P25，P75）]表示，2組間比較采用Mann-Whitney U檢驗(yàn)。計(jì)數(shù)資料以例（%）表示，2組間比較采用χ2檢驗(yàn)。采用單因素及多因素的Logistic回歸分析缺血風(fēng)險(xiǎn)（FFRCT≤0.80）的獨(dú)立預(yù)測因素，將單因素分析中P≤0.10的危險(xiǎn)因素納入多因素分析。P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 2 組間一般資料比較 陽性組病人的年齡更大，且男性占比、高血壓、糖尿病和吸煙的比例均高于陰性組（均P＜0.05）。2組間其余各項(xiàng)指標(biāo)的差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＞0.05），詳見表1。

表1 2組間一般資料的比較 例（%）

2.2 2 組間CCTA血管特征的比較 陽性組較陰性組的病人更多表現(xiàn)為中重度狹窄（分別為80.4%和28.4%），行血運(yùn)重建術(shù)者更多（分別為56.8%和11.1%），均P<0.05。2組間的血管分布、病變長度和狹窄類型的差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＞0.05）。詳見表2，圖1、2。

圖1 病人女，58歲，不典型胸痛。A圖為CCTA多平面重組影像，左冠狀動(dòng)脈前降支近段非鈣化斑塊，管腔中度狹窄；B圖為FFRCT分析圖，斑塊遠(yuǎn)端的FFRCT值為0.89。

2.3 FFRCT與CCTA判斷狹窄程度的不一致率分析 全部病人的平均FFRCT為0.82±0.11。CCTA輕度、中度及重度狹窄對應(yīng)的中位FFRCT值分別為0.89（0.83，0.93）、0.81（0.76，0.88）和0.70（0.64，0.77）（圖3）。FFRCT與CCTA判斷狹窄程度的不一致率為25.3%（74/292），即20例病人CCTA呈輕度狹窄而FFRCT呈陽性，其中2例行血運(yùn)重建；54例病人CCTA呈中重度狹窄而FFRCT呈陰性，其中7例行血運(yùn)重建（表2）。

圖3 CCTA不同狹窄程度對應(yīng)FFRCT分布的箱式圖

表2 2組間CCTA血管特征的比較 例（%）

2.4 基于FFRCT與CCTA制定的治療策略的比較 在重新進(jìn)行基于FFRCT的決策分析后，基于CCTA治療策略為OMT的156例病人中有20例改為REV；而治療策略為REV的136例病人中有54例改為進(jìn)行OMT，共計(jì)74例病人的治療決策發(fā)生改變，改變率為25.3%（74/292）?；贔FRCT與CCTA的REV和OMT治療策略的差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。詳見表3。

表3 基于FFRCT與CCTA的治療策略的比較 例（%）

2.5 預(yù)測缺血風(fēng)險(xiǎn)的單因素和多因素Logsitic回歸分析 單因素Logsitic回歸分析顯示年齡、男性、高血壓、糖尿病、吸煙、狹窄程度是缺血風(fēng)險(xiǎn)（FFRCT≤0.80）的預(yù)測因子（均P≤0.10）；多因素Logsitic回歸分析顯示，高血壓、糖尿病及中重度狹窄是缺血風(fēng)險(xiǎn)的獨(dú)立預(yù)測因素（均P＜0.05）。詳見表4。

表4 影響預(yù)測缺血風(fēng)險(xiǎn)的單因素和多因素Logistic回歸分析

圖2 病人男，62歲，不典型胸痛。A圖為CCTA多平面重組影像，左冠狀動(dòng)脈前降支近段混合斑塊，管腔中度狹窄；B圖為FFRCT分析圖，斑塊遠(yuǎn)端的FFRCT值為0.70。

3 討論

FFRCT作為一種新型的無創(chuàng)功能評估手段，可以從標(biāo)準(zhǔn)CCTA影像中識別冠狀動(dòng)脈狹窄病變的功能學(xué)改變，而不需要使用血管擴(kuò)張劑與額外的輻射掃描[11]。一項(xiàng)薈萃分析[12]顯示以有創(chuàng)的FFR為金標(biāo)準(zhǔn)，F(xiàn)FRCT比CCTA診斷缺血性病變的效能更優(yōu)[受試者操作特征曲線下面積（AUC）分別為0.90和0.73]。本研究所采用的基于計(jì)算機(jī)深度學(xué)習(xí)技術(shù)的DV-FFR軟件，可以準(zhǔn)確快速識別特異性缺血病灶。既往研究[7]表明，基于計(jì)算機(jī)深度學(xué)習(xí)技術(shù)診斷心肌缺血的效能較高（AUC=0.96），優(yōu)于國外同類產(chǎn)品（AUC=0.90），且操作方便、省時(shí)，特別適合臨床實(shí)際工作和急診環(huán)境的需要。目前專家推薦根據(jù)FFRCT≤0.80判斷為缺血性病變，需進(jìn)行血運(yùn)重建[13]，本研究亦證實(shí)FFRCT≤0.80的陽性組病人更多地表現(xiàn)為中重度狹窄，繼而進(jìn)行了血運(yùn)重建。

盡管CCTA已成為評估可疑冠心病病人的一線無創(chuàng)性檢查手段，但有研究[14]證實(shí)基于CCTA解剖上的狹窄與冠狀動(dòng)脈缺血并不完全匹配。一項(xiàng)FAME（FFR與血管造影指導(dǎo)冠狀動(dòng)脈介入治療的比較研究）研究[15]顯示，ICA解剖狹窄與有創(chuàng)性FFR的血流動(dòng)力學(xué)的不一致率高達(dá)40%，這種不匹配會(huì)造成病人治療決策的改變；同樣基于FFRCT的RIPCORD（常規(guī)壓力導(dǎo)絲評估影響冠狀動(dòng)脈造影診斷胸痛的管理策略）研究[16]也可顯示CCTA解剖狹窄與FFRCT評估冠心病功能改變的不一致。本研究結(jié)果顯示CCTA與FFRCT判斷狹窄程度的不一致率為25.3%。因此，基于FFRCT制定的治療決策與基于CCTA的治療策略是不同的。本研究顯示基于FFRCT所制定的治療決策的改變率為25.3%，高于Qiao等[17]的研究結(jié)果（14.9%），這可能是由于2項(xiàng)研究所納入人群的風(fēng)險(xiǎn)不同，后者納入行ICA和CCTA檢查的病人為較高風(fēng)險(xiǎn)的人群。本研究中不匹配病人有9例進(jìn)行了血運(yùn)重建，回顧分析發(fā)現(xiàn)這些病人均出現(xiàn)了不典型胸痛癥狀，提示臨床行血運(yùn)重建時(shí)需考慮解剖、功能檢查以及病人癥狀等因素。

本研究還分析了FFRCT≤0.80的預(yù)測因素，以指導(dǎo)臨床及時(shí)采取預(yù)防措施以提高冠心病病人的預(yù)后。既往一項(xiàng)基于有創(chuàng)FFR的研究[18]顯示，F(xiàn)FRCT≤0.80的病人發(fā)生全因死亡、心肌梗死和緊急血運(yùn)重建的比例明顯高于FFRCT＞0.80者，基于FFR指導(dǎo)的治療策略明顯優(yōu)于ICA指導(dǎo)的策略[相對風(fēng)險(xiǎn)比（RR）：0.91]。而FFR由于費(fèi)用昂貴且有創(chuàng)，在我國推廣率較低。一項(xiàng)基于工作站的回顧性研究[17]亦證實(shí)，基于FFRCT的特異性功能學(xué)信息的預(yù)后價(jià)值優(yōu)于基于CCTA重度狹窄的解剖學(xué)信息的預(yù)后價(jià)值（風(fēng)險(xiǎn)比：6.84和1.47）。隨著計(jì)算流體力學(xué)的發(fā)展，基于深度學(xué)習(xí)的FFRCT應(yīng)運(yùn)而生，更易于臨床推廣，極大提高了基層醫(yī)院對冠心病病人無創(chuàng)功能學(xué)評估的水平。因此，有必要分析FFRCT≤0.80的預(yù)測因素。本研究結(jié)果顯示糖尿病、高血壓及中重度狹窄是FFRCT≤0.80的獨(dú)立預(yù)測因素。狹窄程度越重，其后續(xù)的心肌得到的血流灌注越少，越容易出現(xiàn)心肌缺血。而高血糖、高血壓會(huì)導(dǎo)致狹窄病變周圍微環(huán)境、內(nèi)皮功能及剪切應(yīng)力的改變，影響遠(yuǎn)端心肌的血流灌注，容易出現(xiàn)缺血性病變[19-21]。因此，需要對狹窄程度重、高血糖、高血壓病人采取積極的藥物治療，以減少心臟不良事件的發(fā)生，提高冠心病病人的預(yù)后。

總之，本研究證實(shí)基于深度學(xué)習(xí)的FFRCT在臨床應(yīng)用中是可行的，高血糖、高血壓及中重度狹窄病人更容易出現(xiàn)缺血性改變，F(xiàn)FRCT可能會(huì)影響病人的治療策略。但本研究尚存在以下不足：①?zèng)]有有創(chuàng)FFR作對照。②未納入斑塊的數(shù)量及成分等其他影響病變?nèi)毖愿淖兊囊蛩兀瑢χ委煵呗缘挠绊憙H為事后分析，且沒有對后續(xù)心臟不良事件做進(jìn)一步分析。③本研究為單中心觀察性研究，且納入病例數(shù)相對較少，可能存在一些選擇性偏移。因此，需要大型的隨訪對照研究來評估FFRCT對治療策略的影響。