健康刊物肝病資訊

第61期

出刊日:2022-07-15

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心臟冠狀動脈鈣化不等於狹窄 人工智慧讓檢查更準確

為了了解心血管健康與否,及早發現異常,有些民眾會選擇自費接受冠狀動脈電腦斷層血管攝影(Coronary computed tomography angiography, CCTA)檢查,不過,此一檢查雖可明確看到血管的情形,但也會有高估血管狹窄嚴重度的問題;醫界已開發出人工智慧AI軟體輔助評估,可減少誤差。

諮詢/王宗道(臺大醫院心血管中心心臟檢查室主任、臺大醫學院內科教授)
撰稿/張雅雯
 
 
曾先生有高血脂病史,為了得知自身血管狀況進行高階健檢,結果從冠狀動脈電腦斷層影像,發現一條主要的冠狀動脈已阻塞80%,屬於嚴重的血管狹窄,於是轉赴大醫院就醫。醫師安排住院進行心導管檢查,卻發現實際阻塞只有50%,不一定要裝支架,但因阻塞在重要的位置,病人考量後還是決定裝。只是家屬有點疑惑,為什麼健檢跟實際狀況有如此落差?

心血管疾病是全球頭號殺手,在我國十大死因中也高居第二位,其中又以冠狀動脈心臟病(以下簡稱冠心病)最常見。

心臟所需的氧氣和養分,主要靠環繞在心臟表面的三條冠狀動脈供給,當任何一條冠狀動脈發生狹窄或阻塞時,血流無法順暢通過,使得心臟無法獲得充足的血氧供給,病人會斷續出現胸悶、喘等不適症狀,也就是冠心病;最極端的情形是血管在短時間內突然完全阻塞,失去血液供應的心肌細胞因此死亡,影響心臟的收縮功能,導致病人出現劇烈胸痛、冒冷汗等現象,也就是所謂的心肌梗塞,致命率極高。

心導管診斷冠心病最精確
具侵入性 非第一線檢查用

目前診斷冠狀動脈阻塞最準確的方法是心導管檢查,經由大腿股動脈或手臂橈動脈,將導管伸入心臟冠狀動脈內,然後注射顯影劑,利用X光拍攝冠狀動脈血流狀態,可看到血管內病灶的確切位置及嚴重程度。

心導管兼具檢查及治療功能,但具有侵入性,有一定程度的風險,通常是已經懷疑有嚴重的冠狀動脈血管阻塞,考慮做氣球擴張術或置放血管支架這種比較積極的治療時,才安排做心導管。

血管鈣化會干擾判讀

想要透過影像檢查得知冠狀動脈的健康狀態,電腦斷層也是一種選項。由於心臟是人體唯一會明顯跳動的器官,冠狀動脈直徑只有3∼4毫米,血管壁的厚度又是直徑的十分之一不到,在這麼薄的血管上要擷取清楚的影像,影像解析度必須很高且不能晃動,傳統電腦斷層無法提供品質夠好的影像。

但是後來發展出超高速電腦斷層,轉速快、轉一圈可得到的切面圖像數也夠多,克服了心臟跳動的問題,使得冠狀動脈電腦斷層血管攝影(CCTA)成為診斷利器。CCTA最大的優勢在於這是一種非侵入性檢查,可以清楚看到血管是否有狹窄,準確度可達95%以上;如果影像上沒看到血管有狹窄或斑塊,幾乎可確認就是沒有,這樣的人至少2年內不太可能突發心肌梗塞。

然而,CCTA也有缺點,如果看到血管有鈣化且該段血管也變狹窄了,則不盡然就如同影像所顯示的嚴重,因為電腦斷層的X光射線遇到鈣,會繞射過去,鈣化會放大5倍,這稱為鈣化的膨脹效應,導致出現假影,遮蔽血管內壁樣貌,從影像上會誤以為該處已經有嚴重的血管狹窄,這種情形在臨床上並不少見(如本文一開始的案例),保守估計約有2∼3成患者因電腦斷層發現血管鈣化而高估血管狹窄的嚴重度,做了侵入性的心導管檢查,才發現不一定需要放支架。

血管鈣化是什麼?

鈣化可說是血管隨時間老化的一種變化,心臟鈣化最主要發生在冠狀動脈,其次是心臟瓣膜等處。

正常的心血管不會有鈣這個物質,當血液中的脂質如膽固醇沈積在血管壁(就是所謂的動脈硬化),這對血管來說是外來物質,因此巨噬細胞會過去防禦、吞噬或包裹住膽固醇沈積物,並釋放分子促進局部鈣化形成,讓動脈硬化處結構穩定,避免斑塊破裂。所以,鈣化的存在與動脈硬化、血管狹窄有關,但鈣化嚴重不完全等於血管狹窄嚴重;血管狹窄程度主要是由斑塊的體積來決定,有斑塊處不見得有鈣化,通常新形成的斑塊一般少有鈣化。

據臨床統計,約70%的血管斑塊有鈣化,其中40%的鈣化斑塊因鈣化量大及膨脹效應,干擾醫師判讀,造成狹窄程度高估;而在整體斑塊中,此種高估狹窄程度的斑塊比例約有30%。

血管狹窄是否影響心臟功能
需搭配其他檢查

一般認為冠狀動脈阻塞7成以上,就屬於嚴重、厲害的狹窄,也是需要做心導管的指標之一。然而,除了狹窄,通常還要看是否引起症狀(例如胸悶、喘、胸痛等)和心臟功能是否受影響。

CCTA檢查雖然能提供完整的的心臟血管結構影像、看得到明確的血管狹窄處,但這個狹窄病灶是否真的造成心臟血流供應減慢,影響到下游,光從此一檢查其實無法確知,只能用推測的;要準確判斷,仍需要功能性的資訊,也就是病人的運動心電圖出現變化或核子醫學心肌灌注掃描檢查發現局部血流下降,才能確認該處血管狹窄已影響到血流,進而採取進一步的處置,例如心導管置放支架或繞道手術等。

心肌灌注掃描是一種核子醫學檢查,從靜脈注射少量的放射線藥物—鉈201,此一藥物會隨著冠狀動脈循環到心臟肌肉各部位,再以核醫單光子斷層造影即可看到血管情形,若血管有阻塞導致心肌缺氧,灌注的藥物將無法以正常流速通過,心肌局部的亮度會下降。

CCTA檢查需自費 
症狀嚴重或高風險群較需要

在門診,若懷疑病人心血管有問題,通常會先安排運動心電圖檢查或心肌灌注檢查,CCTA並非必要的檢查。它在臨床上應用的時機,國內外不盡相同。歐洲2019年的指引建議,如果有典型心血管疾病症狀,建議做心肌灌注或運動心電圖;若症狀不明顯,但有危險因子者,倒是可以考慮做CCTA檢查,了解血管是否有斑塊存在,等於是認可CCTA做為慢性冠心症早期篩檢工具。有一篇蘇格蘭研究(SCOT-HEART)甚至發現,光是做CCTA檢查就可減少死亡率及住院率,原因推測是受檢者得知自身血管狀況,會對健康比較有警覺,開始積極控制三高等危險因子,有「提醒」的作用。

然而CCTA畢竟有輻射,且屬於自費檢查項目,國內相關學會還沒有共識要推廣為早期篩檢工具,若想要自費檢查,一般建議適合的對象有兩大類:

一、症狀比較嚴重者:比如有典型的胸悶症狀,一週內發作次數在兩次以上,走兩個路口或爬樓梯就感覺喘或悶,代表運動耐受度變差,這類患者接受運動心電圖、核子掃描心肌灌注等檢查若發現有問題,通常代表血管狹窄程度達70%以上;若不想直接做侵入性的心導管,可透過CCTA檢查再確認。

二、高風險的病人:比如心臟功能變差,或有糖尿病、高血脂、高血壓等三高疾病,由於動脈硬化風險較高,可透過CCTA檢查清楚掌握血管狹窄的情形。

若檢查結果完全正常,沒有任何斑塊,5年內不用再做;若狹窄程度約25%∼49%,建議2到3年後再檢查即可;若狹窄達50%以上,建議去看門診,加強心血管疾病的治療,並評估心肌是否有因此而缺血,再考慮是否要進一步治療。

鈣化膨脹效應高估嚴重度 
AI系統提升精準度

CCTA雖然有一些限制和缺點,但仍是診斷利器。為了解決判讀CCTA影像受到鈣化干擾的困擾,在科技部補助下,臺大醫院與8家醫學中心以及大學等醫學影像相關專業團隊,共同成立「台灣心血管人工智慧聯盟」(Taiwan CVAI Consortium),建置多模組冠狀動脈巨量影像生理資料庫,團隊以心導管影像為真實基準,針對CCTA全冠狀動脈內外管壁標註,並考慮鈣化膨脹效應,建立精準標註資料集。

使用此資料庫做為訓練樣本,目前已研發出「冠狀動脈電腦斷層全自動血管管腔分割系統」(TaiCAD-Net),影像判讀時間可從6小時縮短為30分鐘,並且能去除鈣化膨脹影響。此一創新技術也獲得2021年國家學研新創獎的肯定。未來應用到臨床上,可望解決現行CCTA影像診斷耗時、鈣化干擾的困境,成為冠狀動脈影像檢查的新利器。
 

鈣化分數有助於評估心血管風險

血管鈣化雖然不能直接認定血管狹窄嚴重程度,但可作為動脈硬化程度的指標,反映整體的血管健康程度,所以心臟科很早就開始使用鈣化分數來預測一個人未來發生心臟病或死亡風險的機率,進而及早預防心血管疾病。藉由一般電腦斷層(CT)檢查即可看到心血管鈣化情形,且無需施打顯影劑。

為了讓民眾更容易知道自己的鈣化分數,台灣心血管人工智慧聯盟也開發出一款「心臟主動脈鈣化/脂肪全自動分析AI模型」,結合全民健保的影像大數據,系統能將民眾的胸部CT資料,快速且精準把心包膜自動圈出來,進行影像分割以及計算鈣化分數,預測每個人的心血管風險。目前臺大醫院影像醫學部已將其運用為輔助診斷工具。

做過胸部CT即可計算鈣化分數

臺大醫院也在2021年底與健保署簽定合作備忘錄,有上傳到健保資料庫的胸部CT掃描資料只要有包括完整心臟,透過該系統可自動計算出心臟鈣化分數,未來民眾將可透過「全民健保行動快易通」APP查詢。

鈣化分數分級以0、100、400、1000為區分點,分數愈高代表風險愈大:分數0代表正常,每年心血管發生率小於0.5%,維持原本的健康生活型態即可; 100∼399分為中度風險、400∼999分為高度風險,必須對三高危險因子加以控制;1000分以上屬於重度風險,每年心血管事件發生率是正常人10倍以上,除了對三高危險因子強化控制,還必須進行心血管疾病篩查。
 
血管鈣化、血管斑塊、血管狹窄
血管狹窄通常由動脈粥狀硬化引起,動脈粥狀硬化是因血管壁上堆積了膽固醇、發炎細胞等物質,形成斑塊,有時也會含有鈣化物質。血管鈣化雖然也反映了一部分血管硬化的情況,但斑塊還是導致血管變窄或阻塞的主要原因。斑塊愈大愈可能使心臟血流供應受阻、心肌缺氧,嚴重的話就會造成心肌梗塞。
血管鈣化不等於血管狹窄,CCTA影像發現血管有明顯鈣化點(左圖橘色箭頭處),但心導管檢查顯示該處鈣化點並未造成血管狹窄(右圖橘色箭頭處)。紅圈則是血管有狹窄處,兩種影像檢查比較。
 

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