双传感器系统在冠状动脉钙化评估中的诊断效能：一项离体尸体研究

《Catheterization and Cardiovascular Interventions》：Diagnostic Performance of a Dual Sensor System in Assessment of Coronary Calcification: An Ex Vivo Cadaveric Study

　　

摘要 背景 准确的冠状动脉钙化评估有助于经皮冠状动脉介入治疗（PCI）的手术规划，然而单独使用光学频域成像（OFDI）或血管内超声（IVUS）均无法提供全面的诊断信息。双传感器系统（DSS）旨在整合并互补这两种成像模式。 目的 确定与任一单独成像模式相比，DSS在检测和表征钙化方面的诊断价值。 方法 研究人员对来自17具尸体的20条冠状动脉进行了DSS回撤检查。分析了87个组织学切片及其配准的DSS图像，并以组织学作为参考标准。四位对组织学结果设盲的心脏病专家分别使用单独OFDI、单独IVUS以及DSS独立评估了钙化情况。研究人员将OFDI信号衰减和IVUS混响伪影作为最大钙化厚度的潜在预测指标进行了检验。 结果 DSS在检测钙化方面表现出最高的灵敏度（DSS 98.0%；OFDI 85.5%，p?<?0.001；IVUS 94.4%，p?=?0.019）和准确度（DSS，97.7%；OFDI，86.5%，p?<?0.001；IVUS，92.8%，p?=?0.004）。DSS的观察者间一致性也最高（κ值：DSS，0.82；OFDI，0.53；IVUS，0.53）。在亚组分析中，对于钙化弧<?180°的切片，DSS的灵敏度显著更高（DSS，98.6%；OFDI，83.8%；IVUS，94.0%），但对于≥?180°的切片则无显著差异。伴有OFDI衰减的钙化其最大钙化厚度大于不伴OFDI衰减的钙化（1423.8 [988.8?1994.1] μm对比686.4 [552.8?906.3] μm，p?<?0.001）。 结论 DSS能够提供准确且一致的冠状动脉钙化检测，并可能有助于按厚度对钙化进行分层。未来的研究应评估这些优势是否能转化为临床获益。 缩略语 AI：人工智能 CI：置信区间 DSS：双传感器系统 IVUS：血管内超声 OCT：光学相干断层扫描 OFDI：光学频域成像 PCI：经皮冠状动脉介入治疗

双传感器系统在冠状动脉钙化评估中的诊断效能：一项离体尸体研究的解读

1. 研究背景与目的

经皮冠状动脉介入治疗（PCI）是治疗症状性冠状动脉疾病（CAD）的常用手段。冠状动脉钙化的存在及增厚的钙化层被认为是导致PCI术中并发症、病变准备不完全、器械输送失败及支架膨胀不全的高危特征。光学频域成像/光学相干断层扫描（OFDI/OCT）与血管内超声（IVUS）在评估冠状动脉钙化方面各有独特但互补的作用。IVUS可通过高回声表现检测钙化，但无法测量其厚度；而OFDI/OCT虽能详细评估钙化的形态和厚度，但其信号衰减限制了其对钙化厚度及动脉壁深层结构的评估。为克服这些局限，双传感器系统（DSS）被开发出来，它能在单次回撤中同时获取并排显示的、方向一致的OFDI和IVUS图像。然而，同步双模态成像相较于单一模态评估是否能改善钙化的评估效果此前尚未被研究。本研究旨在离体尸体心脏模型中，评估DSS平台（可同步采集OFDI和IVUS）与单独使用OFDI或IVUS相比，在钙化检测和厚度预测方面的价值。

2. 研究方法

研究共纳入17具尸体心脏。所有冠状动脉先行血管造影，随后进行经导管DSS回撤，同步采集配准的IVUS和OFDI图像。选取长度30mm、含至少5mm钙化段的冠脉病变进行研究。获得的组织学切片由三位心脏病专家与相应的DSS图像进行配准。组织学评估的参数包括：钙化、脂质池和坏死核心的存在与否；钙化弧和最大钙化厚度；管腔、内弹性膜和外弹性膜的面积。根据总钙化弧将切片分为<180°（偏心型）和≥180°（向心型）两类。四位对组织学结果设盲的心脏病专家分别独立评估OFDI、IVUS和DSS图像以判断钙化是否存在。在评估单一模态时，观察者可自由查看该模态内的所有帧，但不得参照另一模态。在DSS评估中，观察者可以同时查看并排配准的双模态图像。研究人员还分析了DSS与单一模态在钙化检测上不一致的斑块特征，将其分为四组：OFDI漏诊但DSS检出、OFDI过度诊断但DSS正确排除、IVUS漏诊但DSS检出、IVUS过度诊断但DSS正确排除。此外，研究人员评估了OFDI信号衰减和IVUS混响伪影与最大钙化厚度的关系。统计分析采用广义线性混合模型（GLMM），并使用Fleiss' kappa评估观察者间一致性。

3. 研究结果

3.1 尸体和冠脉病变特征

17具尸体心脏的平均年龄为79.8±10.0岁，男性占41.2%。从中选出20个钙化病变，经组织学处理后，共87个切片与相应DSS帧严格配准。87个切片的平均狭窄百分比为52.9%，其中76个切片（87.4%）含有钙化。在76个钙化切片中，54个总钙化弧<180°，22个≥180°。

3.2 比较单独OFDI、单独IVUS和DSS检测动脉钙化的诊断效能

DSS在灵敏度、特异度、阳性预测值、阴性预测值和准确度方面均得分最高。与OFDI（85.5%）和IVUS（94.4%）相比，DSS的灵敏度（98.0%）显著更高（p<0.001和p=0.019）。同样，DSS的准确度（97.7%）也显著高于OFDI（86.5%）和IVUS（92.8%）（p<0.001和p=0.004）。这些差异在考虑了病变水平或尸体水平的聚类效应后仍然显著。

3.3 检测动脉钙化的观察者间一致性

观察者使用单独OFDI和单独IVUS检测钙化的一致性均为中等（κ=0.53），而使用DSS的一致性则高得多，达到几乎完美一致的水平（κ=0.82）。

3.4 不同钙化弧类别（<180°和≥180°）中检测钙化的灵敏度

对于钙化弧<180°的切片，DSS的灵敏度（98.6%）显著高于OFDI（83.8%）和IVUS（94.0%）（p<0.001和p=0.015）。而对于钙化弧≥180°的切片，三种模态之间的灵敏度无显著差异（DSS 96.6%，OFDI 89.8%，IVUS 95.5%）。交互作用分析表明，当总钙化弧低于180°时，OFDI和IVUS的预测灵敏度下降，而DSS即使对偏心钙化也能保持高灵敏度。

3.5 与DSS改善钙化检测相关的斑块特征

在OFDI漏诊但DSS检出的切片（Group 1）中，主要原因包括：钙化衰减类似脂质（38.5%）、邻近脂质成分（33.3%）和小或薄钙化（25.6%）。在OFDI过度诊断但DSS正确排除的切片（Group 2）中，脂质斑块是主要原因（66.7%）。对于IVUS，误判高回声区域是导致IVUS漏诊（Group 3，76.9%）和过度诊断（Group 4，71.4%）的主要原因。

3.6 最大钙化厚度、OFDI衰减和IVUS混响之间的关系

在符合条件的91个离散钙化区中，伴有OFDI衰减的钙化其最大钙化厚度（1423.8 μm）显著大于不伴OFDI衰减的钙化（686.4 μm）（p<0.001）。预测OFDI阳性的最佳最大钙化厚度截断值为979.2 μm（AUC 0.852）。相比之下，有无IVUS混响的钙化在最大钙化厚度上无显著差异，IVUS混响层数也与厚度无关。即使结合OFDI衰减，IVUS混响也未提供关于最大钙化厚度的额外信息。伴有IVUS混响的钙化具有更小的角度偏差、更大的器械-管腔距离和更大的钙化弧。

4. 讨论与结论

讨论

这项离体研究首次对商用DSS与单一模态OFDI和IVUS在钙化评估方面进行了全面、经组织学验证的定量比较。DSS在单次回撤中实现了卓越的灵敏度（98.0%）和准确度（97.7%），并具有显著更高的观察者间一致性（κ=0.82）。DSS对偏心钙化的检测也保持了高灵敏度，而单独OFDI和IVUS的检测能力则有所下降。OFDI衰减可作为钙化厚度超过979.2 μm的标志，而IVUS混响与最大钙化厚度无关。这些数据支持使用双模态导管进行更准确的动脉钙化检测。

DSS优越性的机制基础在于错误分析。OFDI的误诊主要源于难以区分钙化和脂质成分产生的衰减信号。IVUS的误诊主要由高回声区域的误判引起。DSS成功纠正了这两类误诊，表明两种模态提供了真正互补的信息。此外，DSS的高观察者间一致性对于人工智能算法开发具有优势，因为经过金标准组织学验证的一致标注可实现更高质量的模型训练。

值得注意的是，尽管OFDI衰减可用于预测厚钙化，但脂质成分本身也会导致OFDI衰减。因此，即使在确诊钙化后，仍需谨慎解读OFDI衰减，因为它也可能受到其他成分（如脂质）或采集相关因素的影响。另一方面，IVUS混响与设备-钙化角度、设备-管腔距离和钙化弧等几何因素相关，而非厚度。

结论

DSS展示了高度准确的钙化检测能力和改进的观察者间一致性，两者均优于单一模态成像。此外，在同一回撤过程中，OFDI衰减可预测厚度≥979.2 μm的钙化。使用DSS进行联合成像的优势可能为医生提供更全面的动脉钙化评估。需要进一步的临床研究来确定DSS是否能改善PCI手术决策和临床结局。