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2020年心血管疾病进展:影像学|EHJ年度盘点

作者:财神线上官网更新时间:2021-02-19 04:47点击次数:字号:T|T

  近年来,人工智能已成为学术界的研究热点,并成功应用于医疗健康等领域。医学影像学是疾病筛查、诊断及决策的主要信息来源。基于医学影像大数据的人工智能技术已成为医疗机构、科研机构共同关注的焦点。今年年初EHJ发表了一系列文章盘点心血管医学2020年度新进展,其中一篇聚焦当前心脏病学相关的影像学进展,笔者今天要和大家分享这篇文章中的部分内容。

  超声心动图是临床最常用的辅助检查之一,它有助于了解心脏的生理、病理以及病理生理学,在临床诊疗中发挥核心作用。

  转甲状腺素蛋白淀粉样变心肌病(ATTR-CM)是心衰的病因之一,超声心动图在淀粉样变性的诊断中具有重要作用。Chacko等人描述了野生型(wtATTR-CM)和遗传型(hATTR-CM)患者在超声心动图中的结构和功能表型、特征以预测预后。他们研究了1240名ATTR-CM患者,包括766名wtATTR-CM患者和474名hATTR-CM患者。其中314名患者有V122I变异,127名患者有T60A变异。诊断中发现,在所有的超声心动参数中,V122I-hATTR-CM患者的收缩和舒张功能障碍最严重,而T60A-hATTR-CM患者的收缩和舒张功能障碍最轻,wtATTR-CM患者的收缩和舒张功能障碍介于两者之间。卒中容积指数、右心房面积指数、左室纵向应变和E/e’与死亡率独立相关(P0.05)。严重主动脉瓣狭窄(AS)也与预后独立相关,显著缩短生存期(中位生存期22个月 vs. 53个月,P=0.001)。在本研究中,三种不同的基因型表现出不同的严重程度。超声心动图可以显示复杂的病理生理过程,其中收缩和舒张功能都与死亡率独立相关。

  应变仍然是受关注的功能指标。NORRE研究报道了正常人二维超声参数与左室分层应变的正常参考值。

  Kong等人的研究评估了LVpEF的二叶型主动脉瓣(BAV)患者中左室整体纵向应变(GLS)受损的比例和预后价值。将513例射血分数保留的BAV患者按BAV功能障碍类型分为5组:

  根据二维斑点跟踪超声心动图将左室收缩功能障碍定义为:左室整体纵向应变(LVGLS)的临界值为-13.6%。主要结局指标是主动脉瓣介入术或全因死亡率。LVGLS≤-13.6%的患者比例在正常BAV组最高(97%),在中重度AS合并AR组最低(79%)。在10年的中位随访时间中,210名(41%)患者接受了主动脉瓣置换术,17名(3%)患者死亡。与左室收缩功能受损的患者(LVGLS≥-13.6%)相比,左室收缩功能保留的患者(LVGLS≤-13.6%)无事件生存期更长。LVGLS与事件风险增加(主要是主动脉瓣置换术)独立相关:风险比(HR)是1.09;P0.001。LVpEF的BAV患者中LVGLS受损并非罕见,且与事件风险增加独立相关。

  GLS是男性不良心血管预后的一个强有力的预测因子,但可能不适用于预测女性的心血管预后。Lundorff等人在1245例无心衰与房颤的一般女性人群中进行了超声心动检查(包括组织多普勒成像),其中747例图像符合应变分析的条件。以急性心肌梗死(MI)、心衰和心血管死亡为复合终点指标,在12.5年的中位随访时间中,162名女性(13.0%)发生了终点事件。这些女性的左心室质量指数(LVMI)更高,左室肥厚更多,E/A更低,E/e’更高,左室内径更大,减速时间更长。LVMI和e’仍然是复合终点指标的重要预测因子。GLS不是多变量调整后预测结局的独立预测因子。作者得出的结论是:在一般女性人群中,通过LVMI评估的左室肥厚程度和通过e’评估的舒张功能障碍与不良心血管结局相关。

  新技术进展包括将三维经食管超声心动图数据实时传输到头戴式混合全息显示器,从而允许在导管室无接触控制和数据共享;三维超声与磁共振影像融合实现3D打印;以及通过260万例超声心动图学习后的人工智能模型(Echonet),能够准确测量心脏大小与功能。

  人工智能和机器学习(ML)的发展推动了心血管磁共振(CMR)在胸痛、缺血性心脏病和非缺血性心肌病等疾病中的作用。

  MR-INFORM试验是一项针对典型心绞痛患者的开放式、多中心、研究临床疗效的试验,患者被随机分配到基于CMR负荷灌注决策组与基于血流储备(FFR)决策组。主要结局指标是死亡、非致死性心肌梗死或靶向血管重建。

  研究显示,MRI组421例患者中有15例(3.6%)、FFR组430例患者中有16例(3.7%)在1年内发生主要结局事件(风险差是-0.2%,95%CI是-2.7~2.4),表明基于CMR负荷试验的临床决策在心脏主要不良事件方面不劣于FFR。与FFR相比,CMR负荷试验也与较低的冠状动脉重建率相关。SPINS研究显示CMR负荷试验在单中心研究中有很好的诊断和预后价值。

  无缺血或CMR晚期钆强化(LGE)的患者(n=1583,67%)主要结局事件年化率较低[主要结局事件是心血管死亡率或非致死性心肌梗死(1%)和冠状动脉重建(1%-3%)]。相比之下,在存在缺血和LGE的患者中,行CMR后每年主要结局事件的发生增加4倍,行CMR后的第一年中冠状动脉重建至少增加10倍。这意味着无缺血或LGE的患者心脏事件发生率较低,几乎不需要做冠状动脉重建术,在随后的缺血检查中花费也更少。SPINS成本效益研究表明,在有阻塞性CAD风险患者中,先行CMR负荷试验可优化并节省费用。

  AI辅助的定量CMR负荷灌注自动测量已批准用于临床。计算机技术进步实现了实时、低变异的扫描过程中在线自动注释与复杂灌注模型(如血流-组织交换模型)使用,如下图。

  Knott等人评估了这项新技术在1049名确诊或疑诊冠状动脉疾病的患者中的预后意义,自动量化的心肌血流(MBF)和心肌灌注储备(MPR)降低是心血管不良事件有力的独立预测因子。在校正了年龄和合并症后,MBF每降低1mL g-1min-1,死亡和主要心血管事件(MACE)的校正HR分别为1.93(95%CI:1.08-3.48; P=0.028)和2.14(95%CI:1.58-2.90; P0.0001)。

  AI和ML为心血管成像提供了新的机遇,推动了心血管成像技术的发展。Bhuva等人进行了一项多中心、人类和MLCMR研究,目的是测试成像生物标志物分析的普适性和准确性。在110名患有1种疾病、多个机构、不同扫描仪制造商和场强的患者中,专家、受过培训的初级人员和自动化机器计算的LVEF精度近似[变异系数是6.1%(5.2%-7.1%),P=0.2581;8.3% (5.6%-10.3%),P=0.3653;8.8% (6.1%-11.1%),P=0.8620]。但自动分析比人工分析快186倍(0.07min vs. 13min),这表明自动ML分析速度更快,精度与最精确的人工评估(专家)相似。

  在接受心脏再同步化治疗(CRT)的患者中,高达30%-40%的患者无好转,因此有必要改进患者的治疗方案。在一项前瞻性多中心研究中,纳入了200名接受CRT的患者,Aalen等人证明了通过超声心动图上的压力-应变分析室间隔和侧壁功能,以及通过CMRLGE评估心肌疤痕可以精确、有效地选择适于进行CRT治疗的患者,尤其是在缺血性心肌病患者和/或中间QRS波持续时间的患者中。AUC曲线上,间隔与侧壁预测CRT反应的差为0.77(95%CI:0.70-0.84)。通过联合CMR评估间隔存活率以及心肌工作差异评估显著增加了预测的CRT反应,在AUC曲线)。

  扩散张量CMR(DT-CMR)作为今年最具影响力的技术在心脏淀粉样变性(CA)诊断中发挥重要作用,它可以观察淀粉样物质浸润患者的心肌微结构改变。Khalique等人证明了这项无对比剂、无辐射的技术可以识别紊乱心肌的位置和范围。新的影像指标扩散系数和各向异性可以有效地区分CA(n = 20)和肥厚性心肌病(HCM)(n=11)。该技术的初步在体应用,提示了新的病理生理学机制和诊断方向,为心肌异常评价提供了有前景的新方向。

  肥厚性心肌病注册(HCMRRegistry)项目招募了来自6个国家44个地区的2755名HCM患者,分析了CMR、遗传和生物标志物的数据以提高风险预测。根据基线数据确定两个亚组:一组患者肌节突变阳性,CMR显示纤维化增加;另一组患者肌节突变阴性,纤维化较少。前者静息性梗阻较少,而后者更易出现孤立性室间隔基底段肥厚并伴梗阻。

  在一项单中心研究中,Raman等人研究了HCM患者纤维化进展的机制。在基线CMR中心肌灌注储备受损MPR1.40和能量(磷酸肌酸/三磷酸腺苷)1.44的患者中,LGE显著升高(P0.01)。LGE进展与左室变薄、左室扩大、收缩功能降低、随后发生临床事件的风险增加5倍(HR=5.04,95%CI:1.85-13.79; P= 0.002)有关。

  CMR也在检测COVID-19感染的心肌损伤中发挥作用。一项德国的单中心观察性研究描述了100名近期从COVID-19感染中恢复的无症状患者(从最初诊断到呼吸道症状消失、拭子检测阴性和隔离期结束超过2周)的CMR结果。其中67例在家痊愈,仅33例有严重症状需要住院。将该队列与50名健康和危险因素匹配的对照组进行比较。结果显示,78例患者(78%)的CMR表现异常,包括心肌T1升高(73例)、心肌T2升高(60例)、心肌LGE(32例)或心包强化(22例)。行CMR时,71例(71%)患者能检测到高敏感性肌钙蛋白T(hsTnT) (3 pg/mL),5例(5%)患者显著升高(13.9pg/mL)。与健康对照组和危险因素匹配对照组相比,近期从COVID-19康复的患者LVEF更低,左心室容积更大,T1和T2升高。同时通过CMR检查曾感染COVID-19的无症状患者发现有广泛的心脏改变,这些发现的临床意义尚需研判,而这项研究的结果却被媒体过分强调,而引起了公众的关注、临床医生疑惑、甚至影像学专家怀疑。目前COVID-Heart和COVID-PHOSP等中心正在开展多中心大规模前瞻性CMR研究,目的是检测和测量COVID-19感染的急性和慢性心脏损害。

  越来越多的指南推荐使用CMR来诊断和管理心血管疾病患者。在2020年最新发布的ESC指南中,对于没有持续性ST段抬高的急性冠脉综合征患者的处理包括:首次CMR作为I级推荐,在MI的所有患者和无明显原因的无冠状动脉堵塞中作为B级证据。

  在多中心CAC联合研究中,66636名无症状的患者进行了CT评估,利用基于CAC评分的多因素回归模型来评估全因死亡和特定原因死亡的风险。经校正后相比于CAC得分为0分的患者,CAC≥1000的患者心血管疾病、冠心病、癌症和全因死亡的风险分别为5.04倍、6.79倍、1.55倍和2.89倍。相比于CAC得分为400-999分的患者,CAC≥1000的患者心血管疾病、冠心病、癌症和全因死亡的风险分别为1.71倍、1.84倍、1.36倍和1.51倍。这表明需要对CAC≥1000的患者考虑更积极的预防性治疗。

  MESA研究人员评估了CAC在一级预防中指导阿司匹林使用的价值。所有的患者(n=6470)进行基线CAC评分。使用汇集队列方程(PCE)估计心血管疾病风险,定义三个层:5%,5%-20%和20%。基于PCE,在三个估计的心血管危险分层中,5年治疗所需的数量(NNT5)大于或类似于受损所需的数量(NNH5)。相反,CAC≥100和CAC≥400识别了NNT5低于NNH5的亚组。这在总体上(CAC≥100,NNT5=140 vs. NNH5=518)和所有心血管风险分层都是正确的。同时,CAC=0确定了NNT5远高于NNH5的亚组。

  Olesen等人将48731例患者按照糖尿病状态和冠心病严重程度(无、非阻塞性或阻塞性)分组进行冠状动脉CT血管造影(CCTA)。中位随访3.6年显示,糖尿病患者的死亡率高于非糖尿病患者,与冠心病严重程度无关。然而,无冠心病的糖尿病患者发生心梗的风险与非糖尿病患者相似。

  Finck等人对1615名疑诊CAD患者进行CCTA,以分析动脉粥样斑块的形态学。平均随访10.5年显示,36例患者发生心源性死亡、15例发生非致死性心肌梗死。点状或大体钙化模式和餐巾环标志(NRS)(低衰减的中心部分伴有环状更高的衰减)可预测事件的发生。然而,除了临床特征和冠状动脉狭窄的严重程度之外,只有斑点状钙化斑块和NRS更具有预后价值。

  另一项研究评估了CCTA上的非钙化低衰减斑块负荷相比于CAC或冠状动脉狭窄的严重程度是否能更好地预测心肌梗死。他们对1769名疑诊心绞痛的患者进行了中位时间4.7年的随访,发现低衰减斑块负荷是心肌梗死最强的预测因子(P= 0.014),与心血管风险评分、CAC评分或冠状动脉狭窄无关。低衰减斑块负荷4%的患者随后发生心肌梗死的可能性几乎是正常人的5倍(P 0.001)。

  PARADIGM研究纳入了基线时有非阻塞性斑块(50%)的2252例患者,他们在≥2年的扫描间隔时间内接受了临床指征的系列CCTA。目的是证明斑块粥样硬化体积(PAV)、直径狭窄百分比(%DS)或高危斑块(HRPs)是否更有可能进展为梗阻性病变(50%)。多因素分析显示,只有基线总PAV和%DS能够独立预测阻塞性病变的发生(P0.05),而HRP则不能预测(P0.05)。

  ICONIC的研究人员对急性冠脉综合征患者行CCTA进行了巢式病例对照研究。通过侵入性冠状动脉造影和基线CCTA图像确认罪犯血管。他们发现在基线CCTA中,HRPs在非阻塞性斑块(19.7%)中的发生率低于阻塞性斑块(46.8%)。即使非阻塞性斑块占HRP整体病变的81.3%。在有可识别的罪犯血管前兆的患者中,HRP调整后的HR为1.85(95%CI是1.26-2.72),且%DS和HRP之间没有相互作用。与非梗阻性HRP病变相比,无HRP的阻塞性病变的HR为1.41(95% CI是0.61-3.25),无统计学意义,如下图。

  一项创新性的研究引入了一个新的动态CT灌注参数(CTP),称为负荷MBF率(SFR)。其定义是狭窄动脉内充血(ATP输注)MBF与非病变动脉内充血MBF的比值。82例疑诊冠心病患者进行了血管造影。血管造影前进行负荷动态CTP和CCTA检查。在101条有30%-90%狭窄的血管中,其中47.5%的患者FFR血流动力学结果显著(0.80)。当侵入性FFR0.80个病灶时,SFR较低(0.66 vs. 0.90;P0.01)。与CTA检测到≥50%狭窄相比,通过SFR检测缺血的特异性由43%提高到91%,灵敏度由95%降低到62%。CTA和SFR联合检测狭窄≥50%的AUC为0.91,显著高于单独使用MBF。

  目前,对于稳定型冠心病(CAD)患者,早期冠状动脉重建术的潜在生存益处仍存在争议。

  Patel等人进行了一项单中心队列研究,纳入了16029例疑诊或确诊CAD患者(平均年龄68.6±11.9岁,排除LVEF40%的患者),这些患者接受铷-82(Rb82)静息压力正电子发射断层扫描(PET)心肌灌注成像(MPI)。中位随访3.7年显示,1277例患者接受了早期血管重建(87%PCI,13%CABG),2493例(15.6%)死亡。对混杂因素进行倾向性评分匹配后,Cox模型发现缺血和早期血管重建之间存在相互作用(全因死亡和心源性死亡P0.001)。他们也报告了药物治疗的生存平衡5%缺血。这一生存获益的缺血阈值低于以前报道的单光子发射CT(SPECT) MPI。

  Kwiecinski等人对293例既往有CAD病史的患者进行了18-F-NaFPET的事后分析。203例(69%)冠状动脉活性增加(以定量冠状动脉微钙化活性(CME)。在42个月的中位随访时间中,20名患者(7%)发生致死性或非致死性心肌梗死。所有患者都表现出先前冠状动脉18F-NaF活性增加。ROC分析显示,心肌梗死对18F-NaFCME评分的预测优于冠状动脉钙评分和不同临床风险评分。

  Miller等人进行的多中心研究证实了SPECT-MPI缺血、高风险非灌注SPECT-MPI结果和MACE之间的相互作用。他们共分析了16578例疑诊或确诊CAD患者。瞬时缺血扩张(TID)和室壁运动异常(WMA)是缺血的非灌注标记物。在4.7年的中位随访时间中,1842名患者发生了一次事件。在单因素分析中,作者发现轻度缺血(10%)和TID的患者比没有TID的患者更可能发生MACE(校正后的HR为1.42,P= 0.023)。在应激后WMA患者中也有类似的发现。然而,多变量分析发现,轻度缺血患者的TID(校正后的HR为1.50,P=0.037)与MACE增加独立相关,而非WMA。

  心脏123I-间碘苄胍(123I-mIBG)闪烁扫描测量心脏与纵隔(H/M)的比值在慢性心力衰竭中有预后意义。OPARRegistry的研究者进行了一项由349名因急性失代偿性心衰住院的患者组成的单中心观察性队列研究。患者出院前行123IMIBG显像及超声心动图检查。其中127人的EF降低,78人的EF处于中间范围,144人EF值正常。在2.1(±1.4)年的中位随访时间中,128例患者出现心脏事件(HF住院或心源性死亡)。多变量Cox分析表明在整个队列中,与每个EF亚组一样(EF降低组P=0.0235,EF中间范围组P=0.0119,EF正常组P=0.0311),晚期H/M(示踪200min后)与心脏事件显著相关(P=0.0038)。作者认为H/M比值反映了心脏交感神经功能障碍,这与急性心衰患者的心脏事件相关,而与EF无关。

  三分之一的慢性心力衰竭患者接受CRT治疗却没有临床获益。Verschure等人报道了78例稳定型心衰患者的结果,这些符合CRT治疗标准的患者在植入前接受了心脏123I-mIBG成像。晚期H/M比值是LVEF改善至少35%的独立预测因子(P=0.0014),早期H/M比值是LVEF相较于基线%的独立预测因子。

  Rosengren等人发表了使用11C-PIBPET检查CA患者(包括AL和ATTR)的最大研究。在此研究中,11C-PIBPET的诊断具有高度的敏感性(94%)和特异性(93%-100%),可区分CA患者与非淀粉样肥厚性病变和健康人群。AL-CA患者11C-PIB的摄取显著高于ATTR-CA患者(P0.001)。在Lee等人的研究中也证实了CA患者对11C-PIB摄取与心肌组织之间的相关性。此外,在423天的中位随访时间后,根据多变量Cox回归分析,心肌11C-PIB摄取程度是临床结局(死亡、心脏移植和急性失代偿心衰)的显著预测因子。

  Roque等人对37例主动脉瓣或二尖瓣置换术后患者在1、6和12个月后使用18F-氟脱氧葡萄糖(FDGPET/CT)。他们获得了标准化的摄取值(SUVs)和一个新的瓣膜摄取指数:(SUVmax- SUVmean) /SUVmax。在111例PET/CT中,79.3%的患者有FDG摄取,93%的患者呈弥漫均匀分布。没有患者在随访期间出现为心内膜炎,如下图。

  令人惊讶的是,FDG分布或摄取值在1、6和12个月间均无显著差异,这令人质疑术后3个月是否应行植入物感染评估。

  Tam等人介绍了一项关于疑诊左室辅助设备(LVAD)中FDG PET/CT的研究,该研究回顾了2015年9月-2018年2月他们的单中心病例,并回顾了PubMed从建库到2018年3月的研究。FDGPET/CT诊断LVAD感染的综合敏感性为92%,特异性为83%。ROC曲线。

  核成像技术发挥重要诊断作用的另一种感染性疾病是心脏设备相关感染性心内膜炎(CDRIE)。Holcman等人评估了同时使用SPECTCT与99mTc-HMPAO-SPECT/CT的诊断准确性。在一项单中心前瞻性研究中,103例疑诊CDRIE的患者接受了99mTc-HMPAO-SPECT/CT检查。他们发现增加这项核医学技术可以提高改良Duke标准的敏感性(87% vs. 48%,P0.001),而扫描结果阴性排除CDRIE的可能性很高,从而可以减少诊断CDRIE的可能。

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