非门控胸部CT冠状动脉钙化积分的应用和发展现状

Application and Current Development of Non-Gated Chest CT Coronary Calcification Score

摘要: 冠状动脉钙化积分(Coronary Artery Calcium Score, CACS)是定量衡量冠状动脉钙化(Coronary Artery Calcium, CAC)的指标，不仅与冠状动脉狭窄的严重程度有关，而且在心血管疾病的风险分层以及治疗中发挥着重要作用。人工智能(Artificial Intelligence, AI)的出现，让非门控CACS成为评估CAC的一种无创、简单且可靠的方式。本文基于近年国内外相关研究，系统梳理了非门控胸部CT CACS的评估方法、临床应用场景以及发展现状，深入分析了当前应用中存在的问题，提出了未来的优化方向，希望为该技术的临床应用与实践改进提供一些帮助。

Abstract: Coronary Artery Calcium Score (CACS) is a quantitative indicator for evaluating coronary artery calcium (CAC), which is not only associated with the severity of coronary artery stenosis but also plays a pivotal role in risk stratification and preventive treatment of cardiovascular diseases. The advent of Artificial Intelligence (AI) has rendered non-gated CACS a non-invasive, simple, and reliable approach for CAC assessment. Based on relevant domestic and international studies published in recent years, this review systematically collates the assessment methods, clinical application scenarios, and current development status of non-gated chest CT-based CACS, thoroughly analyzes the existing challenges in its current application, and proposes future optimization directions. It is intended to provide valuable insights for the clinical application and practical advancement of this technology.

1. 引言

冠状动脉疾病(Coronary Artery Disease, CAD)是目前对全世界人民健康威胁最大的疾病之一[1] [2]。日益沉重的冠状动脉疾病负担，使得早发现、早干预该疾病的需求愈发迫切。作为量化冠脉钙化的指标——冠状动脉钙化积分(Coronary Artery Calcium Score, CACS)，不仅可以评估CAD病变的严重程度，还能为心血管不良事件的发生提供独立预测价值并指导临床治疗[3]。

非门控胸部CT能够实现对肺部病灶和冠状动脉钙化的同步评估，且因其克服了心电门控CACS需要注射造影剂和依赖心电门控设备的限制而降低了应用门槛。人工智能(Artificial Intelligence, AI)的出现，让非门控CACS成为评估CAC的一种无创、简单且可靠的方式。

2. 非门控胸部CT CACS的评估与报告

2.1. 定量评估与分级

CACS的定量测量方法有3种，包括Agatston积分、体积积分和质量积分。Agatston积分根据钙化斑块的CT值进行赋分(130~199 HU为1分，200~299 HU为2分，300~399 HU为3分，400 HU以上为4分)，将上述赋分结果乘以钙化斑块的面积(单位：mm²)得到该钙化斑块的评分，再将所有钙化斑块的评分求和，即得到Agatston总积分[5]。体积积分仅通过斑块面积和层厚来计算钙化斑块的体积[6]。质量积分是根据钙化斑块体积、密度和校准因子计算羟基磷灰石钙的真实质量[7]。Agatston法是目前心电门控CAC以及非心电门控CT CAC定量评估中最常用的方法。

CACS的分级方法有两种，包括绝对评分分级和百分比分级。绝对评分分级是把CACS值分为0、1~100、101~400、>400，分别定义为无钙化、轻度钙化、中度钙化和重度钙化[8]，对于重度钙化也有指南采用>300作为阈值[9]，并有研究将CACS ≥ 1000称为极重度钙化[10]。百分比评分分级法是基于多种族动脉粥样硬化研究(multi-ethnic study of atherosclerosis, MESA)数据库的百分比评分分级[11]，通过MESA风险评分计算模型计算出个体的CACS在同年龄、同性别、同种族人群中的相对百分位数[12]，将结果分别为0、≤75%、76%~90%、>90%，分别定义为无钙化、轻度钙化、中度钙化和重度钙化。无钙化、轻度钙化、中度钙化、重度钙化分别提示CAD事件的风险非常低、低、中、中高。

2.2. 其他评估方法

CAC的其他评估方法主要包括序数评估和视觉评估方法。序数评估是先将左主干、左前降支、左回旋支和右冠状动脉中钙化严重程度依次评估：无、轻度、中度或重度，记为0、1、2或3分，对应无钙化、评估血管长度中不到1/3存在钙化、1/3~2/3存在钙化、超过2/3的存在钙化，然后把四支血管的评分相加得到评分为在0~12分之间的总和，其中0分为无心血管风险，1~3分心血管风险为低危，4~6分为中危，7~9分为中高危，10~12分为高危[13]。另一种方法是视觉评分法，它指的是放射科医生直接对冠状动脉的总体钙化程度做视觉评估并依据严重程度分为：无、轻度、中度和重度[14]。

2.3. 标准化报告体系

为规范报告内容，美国心血管CT学会(SCCT)于2018年提出了冠状动脉钙化数据和报告系统(CAC-DRS)，结合Agatston评分等级(A0~A3)与受累血管数量(N0~N4)进行双重评估[9]。中国相关专家共识建议[15]，常规胸部CT可采用“无、轻度、中度、重度”进行描述性报告；而具备定量条件的非门控或心电门控检查，应报告Agatston总积分及各分支积分，并依据CACS数值(0, 1~99, 100~299, 300~999, ≥1000)明确提示钙化严重程度。

3. 人工智能辅助的非门控CACS

在接受常规的非门控胸部CT检查的患者数量不断增加的现状下，AI辅助的非门控CACS的检测与报告是无症状患者心血管风险评估的简单、安全又高效的方法，扩大了早期心血管风险评估的覆盖范围。

目前用于冠状动脉钙化检测的AI模型主要采用卷积神经网络(CNNs)和基于U-Net的框架。卷积神经网络能够精准识别图像的钙化[16] [17]，U-Net能够做到对识别到的钙化进行定位和分割[18]，二者结合使用初步做到了发现钙化、定位钙化。随着AI的发展，一些新兴技术与方法的出现提升了CACS检测的准确性。例如，卷积神经网络(CNNs)和基于U-Net联合双人工智能框架(其中一个模型检测钙化，另一个模型验证解剖位置)，避免了扫描范围内其他区域的钙化误判为CAC，进一步提升了检测的准确度[19]。

非门控CACS检测的AI模型不仅与人工非门控CACS评分分层的结果具有高度一致性，在以配对门控冠状动脉的CAC评分为标准的模型中也展示出良好的一致性[19]。此外，研究表明，非门控胸部CT CACS和门控CACS的差距是可以调整通过调整扫描参数(如层厚)缩小的[20]。Christensen JL等人将1.25 mm、2.5 mm、5.0 mm三种层厚的非门控CSCS与心电图门控CACS对比，发现1.25 mm层厚表现最佳，它与CCT的CACS呈强相关性(R = 0.9770)，分类一致性达84% (Cohen’s Kappa = 0.883) [21]。多个经过验证的AI评估非门控CACS模型已经被开发并应用到临床中，它们快速、准确地量化CAC，大幅提升了临床评估的效率，为大规模人群心血管疾病风险筛查提供了技术支持。

4. 非门控胸部CT CACS的临床应用

4.1. 心血管风险分层与预后评估

目前，比较成熟的ASCVD风险评估模型包括：汇总队列方程(Pooled Cohort Equations, PCE)、中国动脉粥样硬化性心血管疾病风险预测模型(China-PAR)、弗洛明翰风险评分(Framingham Risk Score, FRS)及欧洲系统性冠状动脉风险评估(SCORE)算法等，各个模型纳入的风险因素略有不同，但是大多都包含：年龄、性别；吸烟状态；收缩压、总胆固醇、高密度脂蛋白胆固醇、糖尿病史、高血压史等这些传统风险[22] [23]。Khan等人在涵盖美国多民族动脉粥样硬化研究(MESA)和荷兰鹿特丹研究(Rotterdam Study, RS)的双队列研究中证实，将冠状动脉钙化评分(CACS)纳入传统汇集队列方程(PCE)后，其对冠心病(Coronary Heart Disease, CHD)的预测效能显著提升[24]。

多项随访研究证实，CACS是预测心肌梗死、全因死亡等不良心血管事件的独立危险因素。CACS = 0的个体10年CHD风险仅约3%，并且随着CACS增加，CHD事件风险递增越显著[25]。即使在已接受血运重建治疗(如经皮冠状动脉介入治疗、冠状动脉旁路移植术)的冠心病患者中，CACS仍能有效预测疾病复发风险[26]。

4.2. 冠心病筛查

国内外指南均建议对于40~75岁、无临床动脉粥样硬化性心血管疾病(ASCVD)、10年动脉粥样硬化性心血管疾病(ASCVD)风险为5%~20%的无症状个体，进行冠状动脉钙化(CAC)检测，对于10年动脉粥样硬化性心血管疾病(ASCVD)风险<5%的特定人群(如有早发冠心病家族史的个体)，也可选择性进行冠状动脉钙化(CAC)检查[4] [27]。利用非门控胸部CT CACS对冠心病进行机会性筛查具有显著的成本效益优势，以肺癌筛查人群为例，他们多合并冠心病高危风险，可以通过肺癌筛查时的胸部CT，同步完成肺癌与CVD风险评估，节约医疗成本的同时提升了医疗资源利用率[28]。此外，即使是那些已出现胸痛症状的疑似CAD患者也能从CACS中获益，Roos A. Groen等人的研究表明，通过非门控胸部CT进行的无创CAC评估，可准确排除梗阻性CAD，从而避免不必要的有创检查，辅助筛选出真正需要进一步检查的患者，为临床诊疗决策提供可靠依据[29]。

4.3. 指导他汀类药物治疗决策

4.3.1. 启动他汀类药物治疗

不同国际指南对CACS提示启动他汀类药物使用的核心共识一致：CACS > 100分是启动他汀类药物治疗的提示点[16] [30] [31]。更积极的干预认为，CACS 1~99分的个体若合并高危因素(如高血压 + 糖尿病 + 吸烟、冠心病家族史)，也可以考虑启动他汀治疗[32]。值得注意的是，无论初始CACS如何，若1~2年内CACS增幅> 50%，即使未达100分，也应考虑启动他汀治疗[32]。

4.3.2. 他汀类的使用剂量

因为不同的CACS值对应的心血管疾病风险不同，所以他汀类药物的使用剂量也有差别，根据2018年版的国际心血管CT协会冠状动脉钙化报告系统(CAC-RADS)。CAC-RADS 0~3级分别对应的干预药物是：无需他汀类药(家族性高胆固醇血症患者除外)、中等强度他汀类药物(如阿托伐他汀10~20 mg/日、瑞舒伐他汀5~10 mg/日)、中高强度他汀类药物(如阿托伐他汀20~40 mg/日、瑞舒伐他汀10~20 mg/日) + 阿司匹林81 mg联合治疗、高强度他汀类药物(如阿托伐他汀40~80 mg/日、瑞舒伐他汀20 mg/日) + 阿司匹林81 mg联合治疗[9]。

4.3.3. 治疗效果监测

CACS的动态变化可直接反映他汀类药物治疗及生活方式干预的有效性，为治疗方案优化提供客观量化依据。我国相关指南推荐的CACS复查频率为：CACS为0且改变预防性管理策略的患者，每隔5年复查CACS；CACS存在进展或CACS > 0且改变预防性管理策略的患者每隔3~5年重复CACS扫描[15]。

定期复查中，若CACS增长缓慢或稳定，提示动脉粥样硬化进展得到有效控制，现有治疗方案可持续；若评分快速升高(变化率 > 15%)，则提示干预强度不足，需及时调整他汀类药物剂量或联合干预策略，进一步强化风险控制[15] [33]。

5. 现存挑战

在目前的临床实践中，非门控胸部CT CACS的应用仍较为局限，造成这一结果的主要原因有：一、非门控胸部CT的检查中的冠状动脉钙化常因“非主要检查目标”而被放射科医生忽略，非门控CACS规范报告率较低；部分临床医生与对非门控CACS的临床意义认识不足，这使得大量潜在的心血管风险信息流失，错失了早期干预的时机[33]。二、从技术维度分析，目前很多基层医院还没有相关设备支持AI辅助检查非门控CACS，即使具备AI辅助检查非门控CACS的不同医疗机构所采用的扫描参数及AI采用算法也存在差异，可能导致CACS结果不一致，减低了非门控CACS的可重复性。三、尽管选择1.25 mm的最优层厚、将患者心率控制在70次/分以下等方式能有效缩小非门控CACS与门控CACS的量化差异[20]，但在实际临床应用中，尤其针对无症状人群的机会性筛查时，放射技师往往遵循常规扫描流程，较少为优化冠状动脉钙化测量而调整扫描参数以及控制患者心率，这在一定程度上影响了非门控CACS的准确性。

6. 未来发展方向

结合当前发展趋势，未来可从以下方向改进：一、着力研发更具通用性的AI算法，并将AI辅助的非门控CACS与临床风险因素(如年龄、血压、血脂等)相结合，构建能够整合冠状动脉钙化、斑块特征(如钙化密度、钙化体积等)以及临床数据的综合风险预测模型[34]，进一步提升风险评估的精准程度，为个体化干预提供更为全面的依据；二、大力推广非门控CACS标准化报告，建立非门控胸部CT冠状动脉钙化评分的全国性扫描与报告标准，同时加强对放射科医师、临床医师的专业培训，使他们能够更熟练地掌握冠状动脉钙化评估和报告的规范与临床意义，提高非门控冠状动脉钙化评分的规范化报告率和临床应用率。

NOTES

^*通讯作者。