目录
- 要点
- 这项研究为何重要：早期动脉粥样硬化的问题
- 研究方法：研究是如何进行的
- 主要发现：微小斑块发生了什么变化
- 他汀类药物在斑块变化中的作用
- 临床意义：这对患者意味着什么
- 研究局限性：这项研究未能证明的内容
- 建议：给患者的可操作建议
- 常见问题解答
- 来源信息
要点
- 在一项涉及99名患者的研究中，AI-QCT检测到了人类读者经常遗漏的微小冠状动脉斑块。
- 在约3.8年后的随访扫描中，87%的微小斑块仍在相同位置持续存在。
- 在持续存在的斑块中，斑块体积的中位数从7.1 mm³增加到18.9 mm³。
- 他汀类药物增加了斑块的钙化，可能稳定了软斑块，但并未减少总体积。
- 未追踪临床结局；需要更大规模的研究来证实这些发现。
这项研究为何重要：早期动脉粥样硬化的问题
动脉粥样硬化——即动脉壁内脂肪斑块的积聚——仍然是全球心血管死亡的主要原因。仅冠状动脉疾病（CAD）就影响着全球近2亿人，每年导致超过900万人死亡。它还导致了约1.82亿残疾调整生命年（disability-adjusted life years），这是衡量因疾病和残疾而损失的健康生命年数。
好消息并非全无。此前心脏病死亡率的下降曾被视为公共卫生的成功案例。但这些成果现在正受到肥胖和糖尿病发病率上升的威胁，后者推动了动脉粥样硬化的发展。
近年来心脏病学最重要的发现之一是：即使动脉没有严重阻塞，患者也面临风险。研究令人信服地表明，非阻塞性斑块（即使动脉狭窄程度小于50%的斑块）在导致心脏病发作和心血管死亡方面起着重要作用。平均而言，与非阻塞性冠状动脉粥样硬化患者相比，患有非阻塞性CAD的患者每年发生心血管事件的几率高出8倍。即使在调整了其他风险因素后，与非CAD患者相比，非阻塞性CAD患者发生主要不良心血管事件的风险比（hazard ratio）范围为1.5至7.2。这意味着此类患者经历心脏病发作、中风或心脏死亡的可能性高出50%到超过7倍。
但一个关键问题仍未得到解答：这些风险是否也适用于在影像上 barely visible（几乎不可见）的极小斑块？是否存在一个体积阈值，低于该阈值时风险尚未开始上升？
回答这些问题一直面临重大障碍。小而未钙化的斑块 notoriously difficult（以难以发现著称），人类阅读者在冠状动脉CT血管成像（CCTA）上很难发现它们。它们看起来几乎与冠状动脉周围的软组织、其他软组织结构相同，或者仅仅与图像噪声和伪影无异。由于这种不确定性，此类微小斑块通常根本不会被报告。
这就是人工智能发挥作用的地方。一种名为动脉粥样硬化影像定量计算机断层扫描（AI-QCT）的新技术利用机器学习自动检测、测量和表征整个冠状动脉树中的斑块。在临床实践中，AI-QCT经常发现人类阅读者遗漏的小斑块。但在AI检测到的微小斑块用于指导患者护理之前，研究人员需要验证这些检测代表的是真实的动脉粥样硬化，而不仅仅是软件伪影。
研究方法：研究是如何进行的
研究人员转向了PARADIGM研究（Progression of Atherosclerotic Plaque Determined by Computed Tomographic Angiography Imaging，通过计算机断层血管造影影像确定的动脉粥样硬化斑块进展），这是一个大型国际注册研究，纳入了来自7个国家13个不同中心的2,252名患者。所有参与者都接受了针对已知或疑似冠状动脉疾病的连续（重复）CCTA扫描。患者入组时间为2003年至2015年。
对于本次特定分析，研究团队将纳入范围限制为队列中接受CCTA的前99名患者。这个数字是作为可行性研究特意选择的，并未针对任何特定结果进行正式的统计效能分析。另外有2名患者经过筛选但因没有任何符合条件的微小斑块而被排除。
每位患者都接受了基线扫描（CCTA-1）和至少间隔2年的随访扫描（CCTA-2）。扫描按照心血管计算机断层成像学会指南进行，使用64排探测器或更新型号的扫描仪，采用单源或双源技术。
关键创新在于扫描的分析方式。一款商业化的FDA批准的AI软件（Cleerly Lab, Cleerly, Denver, CO）使用经过验证的卷积神经网络模型进行自动分析。AI系统自动：
- 分割冠状动脉
- 识别血管和管腔轮廓
- 标记每个冠状动脉节段
- 计算直径狭窄百分比
- 按类型表征斑块
使用Hounsfield单位（HU）密度测量值对斑块进行分类，该量表量化了组织在CT上显示的密度：
- 钙化斑块：密度大于350 HU
- 非钙化斑块：密度在30至350 HU之间
- 低密度非钙化斑块：密度小于30 HU
重要的是，所有AI输出均由一位三级经验阅片者——CCTA认证的最高级别——进行核实，该阅片者在评估时不知晓每次扫描是基线研究还是随访研究。这种盲法是防止偏倚的关键设计要素。
小斑块被定义为总斑块体积在0.1至50 mm³之间的斑块。作为参考，50 mm³大约相当于一粒小大米的体积。
研究人员考察了三个具体问题：
- 基线扫描中发现的小斑块中，有多少比例在随访扫描的相同位置也存在？这提供了软件可靠性的衡量标准——在相同位置持续存在的斑块可能代表真实的动脉粥样硬化，而那些消失的斑块可能代表真实的消退或首次扫描时的假阳性检测。
- 小斑块的特征是什么，包括其钙化、非钙化和低密度非钙化成分？
- 哪些特征与小斑块随时间的进展相关？
统计分析非常详尽。团队对连续数据使用Student t检验和Mann-Whitney U检验，对配对的CCTA特征使用Wilcoxon符号秩检验，对分类数据使用卡方或Fisher精确检验。逻辑回归用于建模哪些斑块消失 versus 持续存在，线性回归用于评估statin治疗对斑块体积变化的影响。所有检验均为双尾，统计显著性定义为p值低于0.05。
主要发现：小斑块发生了什么变化
分析共纳入99名患者，共计502个小斑块。参与者特征描绘了一幅典型的中年高风险人群图景：
- 中位年龄：61岁（四分位距 54–67）
- 男性比例：63%
- 高血压：55.6%
- 当前或既往吸烟史：40.4%
- 冠状动脉疾病家族史：33.4%
- 高胆固醇血症（高胆固醇）：31.3%
- 糖尿病：12.1%
- 体质指数 (BMI)：中位 25.2 kg/m²（23.9–27.6）
- 基线时使用statin：44.4%
在基线扫描时，中位总斑块体积为 6.8 mm³（四分位距 3.5–13.9 mm³）。其中绝大多数为非钙化斑块，中位非钙化体积为 6.2 mm³（2.9–12.3 mm³）。大多数患者的钙化斑块体积几乎为零。
基线与随访扫描之间的平均时间为 3.8 ± 1.6年。在这段时期内这些微小斑块发生了什么，是本研究的核心发现：
发现1：87%的小斑块在相同位置持续存在。
在随访影像中，502个斑块中有437个（87%）位于与基线扫描完全相同的位置。在这些持续存在的斑块中，72%的体积增大，而15%的体积缩小。
发现2：小斑块的体积在约4年内增加了两倍（变为原来的三倍）。
对于持续存在的斑块，总斑块体积的中位数从基线时的7.1 mm³（四分位距 3.8–15.4 mm³）大幅增加到随访扫描时的18.9 mm³（四分位距 8.3–45.2 mm³）。这几乎是3倍的增加。非钙化成分从6.7 mm³增长到13.8 mm³，钙化斑块体积从0 mm³增加到2.5 mm³。管腔直径狭窄率（动脉被阻塞的百分比）的中位数也从6%增加到13%。
发现3：较小的斑块不太可能持续存在。
基线时体积小于2 mm³的斑块仅在62例中的41例（66%）中持续存在。相比之下，基线时体积大于2 mm³的斑块在439例中的395例（90%）中持续存在。这表明极小的斑块更难与图像噪声区分开来，尽管其中三分之二被证实为真实的动脉粥样硬化斑块。
发现4：“消失”的斑块具有独特的特征。
在基线扫描中看到但在随访中未看到的65个斑块（13%）与持续存在的斑块有显著差异（所有p值 < 0.05）：
- 总斑块体积较低：3.9 mm³ vs. 7.0 mm³
- 斑块长度较短：4.5 mm vs. 6.0 mm
- 位置更靠远端（远离动脉开口）：距开口的距离为21.8 mm vs. 12.6 mm
- 不太可能含有钙化成分
- 管腔直径狭窄程度较轻：3% vs. 6%
有趣的是，没有任何患者相关因素——年龄、性别、高血压、吸烟史、体质指数（BMI）、家族史、高胆固醇血症、糖尿病或基线时他汀类药物使用——能够预测斑块是持续存在还是消失。同样，扫描仪相关参数（制造商、管电流、管电压）也没有影响。在多变量模型中，只有较小的总斑块体积独立预测了随访时斑块的缺失。
他汀类药物在斑块变化中的作用
研究期间他汀类药物的使用显著增加。基线时，48%的患者正在服用他汀类药物。到随访扫描时，这一数字上升至68%（p < 0.001）。
在429个有可用他汀类药物数据的小斑块中，145个斑块（33.8%）出现在随访冠状动脉CT血管成像（CCTA）时仍未服用他汀类药物的患者身上。
研究人员比较了随访时他汀类药物使用者与非使用者的斑块体积：
- 总斑块体积：他汀类药物使用者为19.4 mm³，非使用者为18.15 mm³——无统计学意义（p = 0.21）
- 非钙化斑块体积：12.8 mm³ vs. 14.35 mm³——无统计学意义（p = 0.68）
- 钙化斑块体积：他汀使用者为3.9 mm³，非使用者为0.2 mm³ — 差异极显著（p < 0.001）
这一发现与他汀类药物已确立的生物学效应一致：他汀通过促进钙化来稳定斑块。越来越多的研究表明，他汀治疗会增加动脉粥样硬化斑块的钙含量，这看似矛盾地使斑块更钙化但更不危险。他汀使用者显示出显著更多的钙化斑块体积，这一事实支持了以下结论：AI-QCT的发现代表了真实的生物学动脉粥样硬化，而非成像伪影。
在回归分析中，随访时的他汀使用与钙化斑块体积的变化显著相关（p < 0.001），但不与总斑块体积（p = 0.30）、非钙化斑块体积（p = 0.70）或低密度非钙化斑块体积（p = 0.68）的变化相关。
临床意义：这对患者意味着什么
这项研究为患者及其医生带来了几个重要的信息。
首先，AI可以在非常早期的阶段检测到真实的动脉粥样硬化。 AI-QCT识别出的小斑块中有87%在几年后于同一位置得到证实——并且往往显著增大——这表明这些微小的发现代表真正的疾病，而非软件错误。对患者而言，这意味着AI增强CT扫描可能能够在疾病引起症状前几年甚至几十年就识别出心脏病。
其次，非常小的斑块并非“无害”——它们倾向于生长。 中位斑块体积在平均3.8年内翻了三倍这一发现有力地提醒我们，动脉粥样硬化是一种进展性疾病。一个起始为7 mm³斑点的斑块可能在几年内变成19 mm³的斑块。虽然这项研究没有追踪临床结果，但更广泛的文献表明，总斑块负荷是主要不良心血管事件的主要独立预测因子。
第三，他汀似乎改变了斑块的成分，即使它并没有缩小斑块。 他汀使用者中显著更高的钙化斑块体积表明，这些药物有助于将危险的软斑块转化为更稳定的钙化斑块。这与心脏病学家对他汀的理解一致：它们稳定了最可能破裂并导致心脏病的“定时炸弹”式斑块。
该研究还突显了预防性心脏病学的一个更广泛趋势。此前对近24,000名因心脏CT转诊的症状性患者队列的研究发现，当按总钙化斑块负荷分层时，阻塞性冠状动脉疾病的风险并不高于非阻塞性斑块。换句话说，关键不在于动脉是否被阻塞——而在于整个冠状动脉树中有多少斑块。最新数据还表明，与完全没有斑块相比，即使是小斑块体积（>0–250 mm³）也会增加主要不良心血管事件的10年发病率。
研究局限性：这项研究无法证明什么
了解这项研究未能展示的内容非常重要。
样本量很小。 仅纳入了99名患者，并且这明确设计为一项可行性研究，未对任何特定结果进行正式的统计效能计算。需要更大的研究来证实这些发现。
未追踪临床结果。 该研究测量的是影像上的斑块进展，而非心脏病发作、中风或死亡。虽然斑块生长是公认的风险替代标志物，但该研究并未直接证明AI检测到的微小斑块能预测未来的临床事件。
“金标准”问题仍然存在。 目前尚无非侵入性金标准来区分真正的微小斑块与成像伪影。研究人员使用随访CCTA作为参考——推理是，几年后在同一位置存在的斑块在基线时必然是真实的。这是一个巧妙的策略，但它无法完全区分真性斑块消退与基线扫描中13%消失斑块的假阳性检测。
人工阅片者变异性是一个已知的挑战。 本文引用的先前研究发现，在将CCTA分类为无病、轻度、中度或重度时，观察者内一致性（kappa系数）仅为0.52（95% CI 0.49–0.55），观察者间一致性为0.46（95% CI 0.43–0.49）。作者指出，在区分微小斑块与无斑块时，一致性可能会更低，这突显了AI辅助的潜在价值。
研究人群可能不能代表所有患者。 参与者来自7个国家，但主要是中年人，性别比例为63%男性。结果在年轻患者、女性或更多样化的人群中可能有所不同。
建议：患者的可操作建议
基于这项研究和更广泛的医学文献，以下是患者可以考虑的实用步骤：
- 了解您的斑块负荷，而不仅仅是胆固醇数值。 如果您有心脏病风险因素，请与您的医生讨论是否适合您进行冠状动脉CT血管成像或冠状动脉钙化评分。您冠状动脉中的斑块总量是风险的强大预测因子。
- 不要忽视“轻度”发现。 如果CT扫描显示非阻塞性斑块甚至非常小的斑块，这并不意味着健康状况良好。数据很清楚：与完全没有斑块相比，即使是非阻塞性斑块也会增加您心脏病发作的风险。
- 如果您的医生建议使用他汀类药物，请考虑接受他汀类药物治疗。 这项研究进一步证实，他汀类药物能够以有利的方式改变斑块成分——增加钙含量并稳定危险的软斑块——即使它们并未显著缩小整体斑块体积。是否开始使用他汀类药物应个体化决定，但已有冠状动脉斑块记录的患者通常是极佳的治疗人选。
- 解决所有可改变的危险因素。 在这项研究中，55.6%的参与者患有高血压，40.4%有吸烟史，31.3%有高胆固醇血症。控制血压、戒烟、管理胆固醇、保持健康体重和控制糖尿病仍然是预防动脉粥样硬化进展的基石。
- 咨询关于人工智能增强成像的问题。 如果您正在进行心脏CT检查，请询问是否提供基于人工智能的斑块分析。这项研究表明，人工智能软件可以检测到人类阅片者可能遗漏的非常小的斑块，从而为您提供更全面的心血管风险图景。
- 请记住，早期检测为预防打开了大门。 小斑块可以被可靠地检测到——并且它们会随时间增长——这意味着在斑块变得广泛之前，存在一个通过生活方式改变和药物进行干预的机会窗。
这一信息令人充满希望。能够在动脉粥样硬化的最早阶段检测到它，当斑块仅几立方毫米大小时，代表了预防心脏病学领域的真正进步。借助AI-QCT等工具，医生可能很快就能比过去更早几年识别出有风险的患者——并在疾病仍处于萌芽阶段时，通过他汀类药物、生活方式改变和危险因素控制进行干预。
常见问题
什么是AI-QCT，它是如何检测微小冠状动脉斑块的？
AI-QCT（动脉粥样硬化影像定量计算机断层扫描）是一种获得美国食品药品监督管理局（FDA）批准的人工智能软件，可自动检测、测量和表征冠状动脉中的斑块。在一项针对99名患者的可行性研究中，它识别出了人类阅片者经常遗漏的微小至不足一立方毫米的斑块。所有结果均经过三级阅片者验证。
非常微小的冠状动脉斑块是否危险或可能增大？
在一项对99名患者进行约3.8年随访的研究中，87%的小斑块在相同位置持续存在，而在持续存在的斑块中，72%的体积增大了。斑块中位体积从7.1 mm³增加到18.9 mm³。这表明即使是极小的斑块也倾向于随时间进展。
我应该要求医生进行人工智能增强的冠状动脉CT扫描吗？
如果您有心脏病危险因素，请与您的医生讨论是否适合进行冠状动脉CT或钙化评分检查。这项研究表明，基于人工智能的分析可以检测到人类阅片者可能遗漏的非常小的斑块，从而提供更全面的风险图景。然而，决策应个体化。
这项关于人工智能斑块检测的研究有哪些局限性？
这是一项仅有99名患者的小型可行性研究，未追踪心肌梗死等临床结局。参考标准是随访CT，而非金标准。结果在年轻患者、女性或更多样化的人群中可能有所不同，因此需要更大的研究来证实这些发现。
我的CT扫描发现了微小的冠状动脉斑块，但我的医生说它们太小而不重要。我应该就人工智能检测到的微小冠状动脉斑块寻求第二诊疗意见吗？
第二诊疗意见可能很有价值，因为即使是极小的斑块（小至不足一立方毫米）已被证明会随时间持续存在并增大。在一项针对99名患者的研究中，约3.8年后，87%的小斑块仍位于相同位置，其体积增加了三倍。这表明微小斑块可能代表早期动脉粥样硬化，而非无害的发现。第二诊疗意见可以帮助确认影像解读结果，并明确是否需要更积极的危险因素管理或监测。Diagnostic Detectives Network提供独立的专家第二诊疗意见。
来源信息
这篇患者友好型文章基于发表在Journal of Cardiovascular Computed Tomography第17卷（2023年），第407–412页的同行评审研究。
Original article title: How early can atherosclerosis be detected by coronary CT angiography - Cleerly James Min
Authors: Rhanderson Cardoso, Andrew D. Choi, Arthur Shiyovich, Stephanie A. Besser, James K. Min, James Earls, Daniele Andreini, Mouaz H. Al-Mallah, Matthew J. Budoff, Filippo Cademartiri, Kavitha Chinnaiyan, Jung Hyun Choi, Eun Ju Chun, Edoardo Conte, Ilan Gottlieb, Martin Hadamitzky, Yong-Jin Kim, Byoung Kwon Lee, Jonathon A. Leipsic, Erica Maffei, Hugo Marques, Pedro de Araújo Gonçalves, Gianluca Pontone, Sang-Eun Lee, Ji Min Sung, Renu Virmani, Habib Samady, Fay Y. Lin, Peter H. Stone, Daniel S. Berman, Jagat Narula, Leslee J. Shaw, Jeroen J. Bax, Hyuk-Jae Chang, and Ron Blankstein
DOI: 10.1016/j.jcct.2023.08.012
Funding and disclosures: Several authors are affiliated with Cleerly Inc., the company that manufactures the AI-QCT software used in this study. The research was an open-access article published under the CC BY-NC-ND license. This patient summary was created by a medical writer and is intended for educational purposes only. It does not constitute medical advice. Patients should discuss their individual cardiovascular risk and treatment options with their healthcare provider.
