赵娜; 马伟; 耿文磊; 安云强; 吕滨; 高扬

doi:10.3760/cma.j.cn112137-20210302-00529

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• 前沿心血管CT技术 •

基于动态心肌灌注CT成像的无冠状动脉病变人群定量心肌血流灌注参数分析

中华医学杂志, 2021,101(39) : 3195-3201. DOI: 10.3760/cma.j.cn112137-20210302-00529

摘要

目的

基于动态心肌灌注CT成像（CTP），探究冠状动脉无狭窄者心肌灌注定量参数［心肌血流量（MBF）、心肌血容量（MBV）］的数值范围。

方法

前瞻性纳入2018年12月至2019年9月因偶有胸闷或冠心病家族史至中国医学科学院阜外医院放射科行冠状动脉CT成像检查并经其证实无冠状动脉粥样硬化病变且自愿行动态CTP检查的34例受试者，其中男15例，女19例，年龄33~65（50±7）岁。入组受试者先后行静息-负荷动态CTP检查。依据心肌17段分段法，计算心肌各节段MBF、MBV值。统计分析整体水平无冠状动脉病变受试者的MBF、MBV参数值范围，并比较不同性别及不同冠状动脉供血区定量参数的差异。

结果

冠状动脉无狭窄者静息和负荷状态下的整体MBF、MBV值分别为（115.5±27.4）ml·100 g^-1·min^-1、（212.8±40.8）ml·100 g^-1·min^-1及（17.6±4.0）ml/100 g、（25.8±4.6）ml/100 g。右冠状动脉供血区MBF、MBV的绝对及相对储备值［MBF：（102.8±41.5）ml·100 g^-1·min^-1、107.7%±52.5%，MBV：（9.3±5.2）ml/100 g、62.1%±47.4%］均最高，但三支冠状动脉供血区参数的差异不具有统计学意义（均P>0.05）。女性负荷状态MBF［（228.6±39.9）ml·100 g^-1·min^-1］及MBF绝对储备值［（113.3±46.2）ml·100 g^-1·min^-1］显著高于男性［（192.8±33.4）ml·100 g^-1·min^-1、（77.0±41.2）ml·100 g^-1·min^-1］（均P<0.05）。女性MBF相对储备、静息态MBⅤ、负荷态MBV及MBV绝对储备和相对储备值均高于男性，但差异无统计学意义（均P>0.05）。

结论

冠状动脉无狭窄者静息和负荷状态下的MBF为（115.5±27.4）ml·100 g^-1·min^-1、（212.8±40.8）ml·100 g^-1·min^-1，MBV平均值为（17.6±4.0）ml/100 g、（25.8±4.6）ml/100 g。女性负荷状态MBF及MBF绝对储备值高于男性。

引用本文: 赵娜, 马伟, 耿文磊, 等. 基于动态心肌灌注CT成像的无冠状动脉病变人群定量心肌血流灌注参数分析 [J] . 中华医学杂志, 2021, 101(39) : 3195-3201. DOI: 10.3760/cma.j.cn112137-20210302-00529.

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无创心脏功能学评估对于冠状动脉粥样硬化性心脏病患者的诊断和临床治疗至关重要^{［1, 2］}。作为冠心病患者的一线无创影像学检查手段，冠状动脉CT血管造影（CCTA）对于冠状动脉病变功能学意义的评估效能不高^{［1，3, 4］}。凭借对心肌缺血良好的检测和诊断效能，心肌灌注CT成像（CTP）成为心脏功能学评估的良好工具，弥补了常规CCTA的不足^{［5, 6, 7, 8, 9］}。尤其，动态CTP成像依据心肌时间密度曲线（TAC）计算心肌血容量（MBV）、心肌血流量（MBF）等参数对组织灌注情况进行定量评价，结果更加可靠^{［10, 11］}。尽管灌注成像对冠心病患者的重要价值已被大量研究证实^{［5, 6, 7, 8，11］}，目前动态CTP检查在临床工作中的应用依旧较少。无冠状动脉病变人群心肌灌注定量参数的参考值范围与诊断心肌缺血可靠截断值的缺乏，以及动态扫描辐射剂量大，是制约动态CTP在临床推广与广泛应用的重要因素^{［12, 13, 14, 15］}。本研究基于动态CTP成像技术，探究无冠状动脉病变者心肌血流灌注定量参数（MBF、MBV）的参考值范围，为明确CTP定量参数诊断心肌缺血的截断值、扩大其临床应用巩固理论基础。

对象与方法

一、研究对象

本研究为观察性研究，前瞻性纳入2018年12月至2019年9月因偶有胸闷或冠心病家族史至中国医学科学院阜外医院行CCTA，并经CCTA证实无冠状动脉粥样硬化病变且自愿行动态CTP检查的34例受试者，其中男15例，女19例，年龄33~65（50±7）岁。纳入标准：（1）年龄≥18岁；（2）能够理解试验目的并自愿签署知情同意书；（3）CCTA证实无冠状动脉粥样硬化病变。排除标准：（1）碘对比剂过敏或既往有腺苷药物过敏史；（2）肾功能不全；（3）心力衰竭病史；（4）有二度及以上房室传导阻滞；（5）哮喘患者；（6）糖尿病或血糖异常者；（7）CTP检查不成功或图像不能进行处理分析。研究经过医院伦理委员会批准（2017-926），所有患者均经过充分知情同意并签署知情同意书。

二、静息-负荷动态CTP扫描

使用Revolution CT（美国GE公司）行静息-负荷动态CTP检查。CTP扫描采用对比剂团注跟踪法，感兴趣区放置于气管分叉水平层面上腔静脉内（触发阈值为200 HU）。先行静息动态CTP图像采集，20~30 min后，使用微泵机持续静脉注射三磷酸腺苷（0.14 mg·kg^-1·min^-1）3 min，再次采集负荷图像。CTP扫描采用心电门控轴扫方式分3组序列连续采集图像：第一组，采集13次图像，曝光最小时间间隔为0.8 s；第二组，采集3次图像，曝光最小时间间隔约1.4 s；第三组：采集2次图像，曝光最小时间间隔为5 s，三组序列间转换造成的时间延迟为1.1 s和1.8 s。其他扫描参数：管电流200 mA，扫描时相选择45% R-R间期，机架旋转时间0.28 s/转，扫描间隔0 mm，采用标准重建算法，原始重建层厚1.25 mm。所有患者均应用自适应统计迭代重建（强度100%）重建图像。

对比剂选用碘帕醇（含碘370 mg/ml，上海博莱科信谊药业）。采用双期相注射：第1期采用个体化对比剂注射方案：体质指数（BMI）<24 kg/m²、体重<70 kg者，管电压70 kV，对比剂总量18~22 ml，流率2.2~2.7 ml/s；BMI 24~28 kg/m²、体重>60 kg者，管电压80 kV，对比剂总量26~34 ml，流率3.2~4.3 ml/s；BMI>28 kg/m²、体重>80 kg者，管电压100 kV，对比剂总量43 ml，流率5.4 ml/s。注射时间8 s（根据注射流率和时间确定对比剂总量）；第2期相注射20 ml生理盐水，流率为4.5 ml/s。

三、动态CTP图像分析及数据采集

静息-负荷动态CTP图像采集结束以后，将所有图像均上传至ADW4.7三维工作站（美国GE公司）。采用左心室心肌17节段法^［16］，由两名经验丰富的放射科医师（3年及6年工作经验）使用4D Perfusion软件包行图像后处理获得心肌各体素的时间密度曲线，并自动计算心肌各节段MBF（ml·100 g^-1·min^-1）、MBV（ml/100 g）平均值。17个心肌节段（按右冠状动脉优势型）被划分为前降支供血区（S1、S2、S7、S8、S13、S14）、右冠状动脉供血区（S3、S4、S9、S10、S15）、回旋支供血区（S5、S6、S11、S12、S16）和心尖部（S17）。由心肌各节段MBF、MBV值计算左心室整体水平MBF、MBV值，并对MBF、MBV的绝对及相对储备做如下定义：

MBF或MBV绝对储备=负荷MBF（或MBV）-静息MBF（或MBV），MBF或MBV相对储备= $\frac{负荷 M B F 或 M B V - 静息 M B F 或 M B V}{静息 M B F 或 M B V}$ ×100%。

四、统计学分析

采用SPSS 22.0对数据进行统计学分析。用Kolmogorov-Smirnov法对计量资料进行正态性检验。年龄、BMI、CTP扫描平均有效辐射剂量符合正态分布，使用 $\bar{x} \pm s$ 表示。MBF、MBV及其绝对储备、相对储备值亦均符合正态分布，使用 $\bar{x} \pm s$ 表示，并采用独立样本t检验或单因素方差分析进行差异性检验。首先对整体水平无冠状动脉病变人群的MBF、MBV参数值范围进行描述分析。然后使用方差分析比较各冠状动脉供血区灌注参数的差异，若差异存在统计学意义则进一步使用SNK法进行两两组间差异比较。将受试者按性别分为男、女两组，使用两独立样本t检验比较两组静息、负荷状态下MBF、MBV值及其绝对储备、相对储备值的分布特点。双侧检验，检验水准α=0.05。

结果

一、受试者的临床资料

所有受试者均无糖尿病、高脂血症，无吸烟史，7例合并高血压，24例有冠心病家族史；BMI为（24.1±3.4）kg/m²。静息-负荷两次动态CTP扫描平均有效辐射剂量合计为（5.2±2.2）mSv。

二、冠状动脉正常者心肌血流灌注参数值

1. 冠状动脉正常者整体水平及各心肌节段心肌灌注参数值：静息状态下，整体水平冠状动脉正常者的MBF、MBV值分别为（115.5±27.4）ml·100 g^-1·min^-1、（17.6±4.0）ml/100 g。经药物负荷后，MBF、MBV值分别为（212.8±40.8）ml·100 g^-1·min^-1、（25.8±4.6）ml/100 g，均较静息状态显著增加（均P<0.001），以MBF值增加显著［MBF相对储备（92.9%±53.2%）］。经药物负荷后，心肌各节段血流灌注量增加程度不同，下壁基底段（S4）MBF、MBV相对储备高于其他节段，心尖部（S17）MBF相对储备最低，前壁中间段（S7）MBV相对储备值最低（表1，图1）。

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表1

冠状动脉正常者各心肌节段的静息及负荷心肌血流灌注参数（ $\bar{x} \pm s$ ）

表1

冠状动脉正常者各心肌节段的静息及负荷心肌血流灌注参数（ $\bar{x} \pm s$ ）

项目	MBF（ml·100 g^-1·min^-1）				MBV（ml/100 g）
项目	静息	负荷	绝对储备	相对储备（%）	静息	负荷	绝对储备	相对储备（%）
基底段
前壁（S1）	121.8±40.8	208.5±53.5	88.6±55.5	88.0±76.3	18±4.7	26±6.1	8.5±5.5	52.3±50.0
前间隔（S2）	117.9±36.5	218.8±55.3	98.9±62.4	102.2±75.2	18±4.7	27.4±6.2	8.7±4.8	56.5±46.2
下间隔（S3）	103.3±35.4	197.1±48.2	95.6±49.1	107.1±73.3	17.3±4.6	26.2±5.7	8.3±5.1	63.1±70.0
下壁（S4）	102.1±36.7	217.3±48.2	118.2±50.7	132.4±77.8	16.3±4.5	26.9±6.8	10.2±6.6	83.5±93.7
下侧壁（S5）	118.7±38.1	201.5±61.6	96.4±57.5	85.2±77.7	16.6±5.2	25.3±6.2	9.4±6.6	72.3±85.7
前侧壁（S6）	128.8±37.7	210.5±55.7	89.2±52.5	73.8±55.3	17.5±5.5	25±6.2	8.6±4.9	56.5±61.4
中间段
前壁（S7）	124.8±37.9	218.5±59.5	98.7±60.2	88.8±73.1	18.9±4.7	25.8±5.5	7.2±4.0	41.3±32.5
前间隔（S8）	122.5±47.8	225.9±68.9	112.1±59.5	108.3±91.7	19.1±4.8	27.2±5.6	8.7±4.1	48.2±33.4
下间隔（S9）	103.5±33.4	214.4±51.1	113.6±48.9	123.9±78.1	18.1±4.7	26.6±4.9	9.4±5.4	58.3±53.0
下壁（S10）	103.0±31.0	210.1±40.6	110.6±45.7	117.1±64.0	16±3.8	25.5±5.1	9.8±4.8	66.2±43.5
下侧壁（S11）	110.3±30.6	202.7±52.9	99.5±46.6	96.4±65.2	16.4±3.9	25.2±5.1	9.2±5.1	62.0±50.3
前侧壁（S12）	119.6±34.9	211.5±56.7	96.2±57.9	87.6±63.4	18.2±5.1	25.5±5.4	7.7±4.9	47.9±44.6
心尖段
前壁（S13）	125.1±40.8	223.8±56.9	99.5±62.7	96.0±79.3	18.5±4.2	25.9±4.8	8.1±4.4	44.8±35.7
间隔（S14）	123.9±50.0	231.3±73.8	109.6±60.1	116.3±111.6	19.2±5.7	26.8±6.1	7.9±5.2	49.8±55.9
下壁（S15）	110.4±39.6	197.4±53.7	92.5±50.4	92.2±63.1	16.2±4.4	24.7±5.8	8.7±4.8	58.1±38.2
侧壁（S16）	119.3±33.6	201.9±61.2	85.9±59.1	81.1±69.2	17.4±4.9	24.8±5.0	7.8±4.2	49.9±36.1
心尖（S17）	121.3±47.8	190.2±41.6	68.8±53.7	69.8±53.0	17.0±4.5	23.0±4.6	6.0±5.7	44.3±42.4
整体水平	115.5±27.4	212.8±40.8	97.3±47.1	92.9±53.2	17.6±4.0	25.8±4.6	8.2±4.5	51.3±33.2

注：MBF为心肌血流量，MBV为心肌血容量

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图1

冠状动脉正常者17心肌节段静息及负荷MBF、MBV箱式图　A：MBF；B：MBV

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注：MBF为心肌血流量；MBV为心肌血容量

图1

冠状动脉正常者17心肌节段静息及负荷MBF、MBV箱式图　A：MBF；B：MBV

2. 各冠状动脉供血区心肌血流灌注参数比较：静息状态下，各冠状动脉供血区MBF值差异无统计学意义（P=0.129）。药物负荷后，心尖部MBF值［（190.2±41.6）ml·100 g^-1·min^-1］最低，显著低于前降支供血区［（221.3±50.4）ml·100 g^-1·min^-1］（P=0.005）；但两两组间分析发现三支冠状动脉供血区MBF差异不具有统计学意义（P>0.05）。心尖部MBF绝对及相对储备值［（68.8±53.7）ml·100 g^-1·min^-1、69.8%±53.0%］最低。右冠状动脉供血区MBF绝对及相对储备值［（102.8±41.5）ml·100 g^-1·min^-1、107.7%±52.5%］最高，但与前降支、回旋支相应参数值的差异无统计学意义。

静息状态下，各冠状动脉供血区MBV值差异无统计学意义（P=0.253）；负荷状态下，心尖部MBV值［（23.0±4.6）ml/100 g］显著低于前降支及右冠状动脉供血区［（26.5±5.0）ml/100 g、（26.0±4.8）ml/100 g］（均P<0.05），但三支冠状动脉供血区MBV差异不显著。右冠状动脉供血区MBV绝对及相对储备值［（9.3±5.2）ml/100 g、62.1%±47.4%］最高，心尖部MBV绝对及相对储备值最低［（6.0±5.7）ml/100 g、44.3%±42.4%］，但心尖及各冠状动脉分布区相关参数间差异亦无统计学意义（均P>0.05）（表2）。

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表2

冠状动脉各供血区血流灌注参数比较（ $\bar{x} \pm s$ ）

表2

冠状动脉各供血区血流灌注参数比较（ $\bar{x} \pm s$ ）

项目	前降支	右冠状动脉	回旋支	心尖	F值	P值
MBF
静息（ml·100 g^-1·min^-1）	122.7±35.5	104.5±26.8	119.3±27.4	121.3±47.8	1.923	0.129
负荷（ml·100 g^-1·min^-1）	221.3±50.4	207.8±39.0	205.7±47.0	190.2±41.6	3.499	0.045
绝对储备（ml·100 g^-1·min^-1）	98.5±63.1	102.8±41.5	86.4±55.4	68.8±53.7	3.200	0.048
相对储备（%）	93.9±68.5	107.7±52.5	80.8±53.4	69.8±53.0	3.658	0.043
MBV
静息（ml/100 g）	18.7±4.3	16.8±3.8	17.2±4.5	17.0±4.5	1.377	0.253
负荷（ml/100 g）	26.5±5.0	26.0±4.8	25.2±5.0	23.0±4.6	5.434	0.016
绝对储备（ml/100 g）	7.8±4.5	9.3±5.2	8.0±5.2	6.0±5.7	2.852	0.080
相对储备（%）	50.0±28.7	62.1±47.4	53.9±43.6	44.3±42.4	1.185	0.282

注：MBF为心肌血流量；MBV为心肌血容量

3. 不同性别冠状动脉正常者心肌血流灌注参数比较：静息状态下，男、女MBF值无显著差异（P=0.352）。经药物负荷后，男、女MBF均较静息扫描增加（均P<0.001），但女性负荷状态MBF值［（228.6±39.9）ml·100 g^-1·min^-1］及MBF绝对储备值［（113.3±46.2）ml·100 g^-1·min^-1］显著高于男性［（192.8±33.4）ml·100 g^-1·min^-1，（77.0±41.2）ml·100 g^-1·min^-1］（均P<0.05）。女性MBF相对储备值（106.3%±56.9%）亦高于男性（75.5%±44.1%），但差异不具有统计学意义（P = 0.094）。

药物负荷后，男、女MBV均较静息扫描显著增加（均P<0.001）。但静息与负荷状态下，不同性别间MBV值差异无统计学意义（均P>0.05）。虽然女性组MBV的绝对储备和相对储备值均较男性高，差异同样不具有统计学意义（均P>0.05）（表3，图2）。

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表3

不同性别冠状动脉无狭窄者静息及负荷心肌血流灌注参数比较（ $\bar{x} \pm s$ ）

表3

不同性别冠状动脉无狭窄者静息及负荷心肌血流灌注参数比较（ $\bar{x} \pm s$ ）

项目	男（n=15）	女（n=19）	t值	P值
MBF
静息（ml·100 g^-1·min^-1）	115.8±31.9	115.3±24.1	0.050	0.960
负荷（ml·100 g^-1·min^-1）	192.8±33.4	228.6±39.9	-2.791	0.009
绝对储备（ml·100 g^-1·min^-1）	77.0±41.2	113.3±46.2	-2.385	0.023
相对储备（%）	75.5±44.1	106.3±56.9	-1.779	0.094
MBV
静息（ml/100 g）	17.0±3.8	18.1±4.1	-0.790	0.436
负荷（ml/100 g）	24.3±4.2	26.9±4.7	-1.636	0.112
绝对储备（ml/100 g）	7.4±4.6	8.8±4.4	-0.929	0.360
相对储备（%）	48.3±33.0	53.6±34.1	-0.450	0.656

注：MBF为心肌血流量；MBV为心肌血容量

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图2

不同性别冠状动脉正常者静息及负荷MBF、MBV箱式图A：MBF；B：MBV

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注：MBF为心肌血流量；MBV为心肌血容量

图2

不同性别冠状动脉正常者静息及负荷MBF、MBV箱式图A：MBF；B：MBV

讨论

心肌血流灌注调控的根本动力在于心肌细胞代谢的变化。心肌血氧储备较小，当细胞耗氧量增加时，只能通过自我调控扩张冠状动脉各级血管、增加血流量来满足细胞代谢需求^［17］。若冠状动脉存在病变、扩张受限，其供血区心肌血流量不能得到相应比例的增加，则导致局部心肌缺血^［18］。因此，心肌血流灌注参数可以敏感地对冠状动脉病变进行功能学评估，是表征心肌缺血的重要指标^［19］。既往关于正常人群心肌灌注的研究匮乏，Kim等^［20］曾使用西门子128层双源CT对19名健康受试者心肌MBF值进行过探究，但其静息与负荷MBF值［（83±21）ml·100 g^-1·min^-1、（173±33）ml·100 g^-1·min^-1］均低于本研究结果［（115.5±27.4）ml·100 g^-1·min^-1、（212.8±40.8）ml·100 g^-1·min^-1］。虽同属CTP成像，由于成像技术和数学模型不同，各设备所得健康人群参数值范围存在差异。不同影像学检查所得灌注参数值也会有所差别。既往研究结果提示，核医学心肌灌注检查、心肌磁共振灌注、CT灌注成像测得的健康受试者负荷扫描参数值依次减小^{［20, 21, 22］}。可见，寻找适用于不同影像学检查、同种影像学检查不同设备的通用的参数值范围，或建立不同影像学检查、不同设备所得灌注参数值之间的联系，打破检查形式与设备的桎梏，对于推进CTP的临床应用至关重要。此外，本研究结果显示下壁基底段MBF、MBV相对储备最高，心尖部MBF相对储备及前壁中间段MBV相对储备值最低。Bechsgaard等^［23］使用静态CTP半定量评估34名无症状中年女性志愿者的心肌灌注后同样发现，负荷状态下左心室下壁基底段血流灌注量较高、前壁中间段较低。Kim等^［20］则发现室间隔静息和负荷状态的MBF均最低。

本研究中不同冠状动脉供血区心肌灌注参数比较后发现，右冠状动脉供血区血流灌注储备值最高。虽不具有统计学意义，但该结果同样与Bechsgaard等^［23］的研究高度一致。Udholm等^［24］使用多排螺旋CT评估41例无冠状动脉病变受试者在静息及腺苷负荷后冠状动脉近段管腔直径的变化，结果显示右冠状动脉扩张能力最强。这一结果对右冠状动脉供血区血流灌注储备值最高做出了一定解释。

本研究还比较了不同性别无冠状动脉病变受试者心肌灌注参数的差异，结果表明静息状态下，男、女性MBF值相近；但药物负荷后，女性MBF显著高于男性，女性MBF绝对储备值也高于男性。尽管既往关于不同性别健康人群心肌灌注定量参数的研究较少，但多数结果提示，女性静息MBF、负荷MBF及MBF储备（负荷MBF/静息MBF）值高于男性^{［21, 22，25］}。本研究结果与上述研究相一致。Peterson等^［26］纳入25例20~44岁、无肥胖健康受试者，探究性别对于心肌氧耗及心肌能量代谢的影响。研究发现，静息状态下，健康女性的心肌氧耗量显著高于男性。由此推测，女性心肌血流灌注量高于男性与其体内激素水平及基础代谢率较高相关。考虑到女性体内激素和代谢水平随年龄增长发生明显变化，探究正常女性群体的心肌灌注情况时，应将年龄的影响考虑在内。

目前，使用定量参数MBV进行心肌灌注评估的研究报道非常少。Oleksiak等^［27］在探究CTP定量参数诊断心肌缺血效能时发现，负荷状态下梗阻性冠心病患者非缺血心肌节段的平均MBV值约17.8 ml/100 ml，显著高于缺血心肌MBV值（12.7 ml/100 ml）。然而，CAD患者的非缺血心肌并不能等同于无冠状动脉病变人群的正常心肌。健康人群的MBV值如何分布，需要大量可靠研究不断探索。

本研究应用动态CTP检查对无冠状动脉病变人群的心肌灌注定量参数MBF、MBV的参考值范围进行了初步探索，并比较了不同冠状动脉供血区及不同性别群体心肌灌注参数的差异，对于CTP临床应用具有一定提示价值。但本研究尚有不足之处：（1）数据来自单个研究中心，且样本量较小；（2）目前常规使用的核医学检查尚不能对心肌灌注参数进行定量分析（处于科研阶段），因此在本研究仅用CTP对无冠状动脉病变受试者心肌灌注参数的参考值范围进行了探究，尚未与其他心肌灌注评估影像学技术作对比。后续研究将在多个研究中心扩大纳入样本量，包括各种冠状动脉优势型的受试者，同时将心脏磁共振或核医学显像作为参考标准，继续完善动态CTP关于心肌灌注定量参数参考值范围的研究，为CTP推广应用提供可靠依据。

综上所述，本次单中心研究提示无冠状动脉病变者静息和负荷状态下的MBF、MBV值为（115.5±27.4）ml·100 g^-1·min^-1、（212.8±40.8）ml·100 g^-1·min^-1及（17.6±4.0）ml/100 g、（25.8±4.6）ml/100 g；心尖部MBF储备值最低；女性负荷状态MBF及MBF绝对储备值显著高于男性。

利益冲突

所有作者均声明不存在利益冲突

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赵娜