Может ли искусственный интеллект выявить самые ранние признаки сердечных заболеваний? Что показывает крупное исследование коронарной КТ-ангиографии о мельчайших коронарных бляшках

Оглавление

• Основные положения
• Почему это исследование важно: Проблема раннего атеросклероза
• Методы исследования: Как проводилось изучение
• Ключевые результаты: Что произошло с мелкими бляшками
• Роль статинов в изменениях бляшек
• Клинические последствия: Что это означает для пациентов
• Ограничения исследования: Чего это изучение не смогло доказать
• Рекомендации: Практические советы для пациентов
• Часто задаваемые вопросы
• Информация об источнике

Основные положения

• В исследовании с участием 99 пациентов метод ИИ-КТ (AI-QCT) выявил мелкие коронарные бляшки, которые часто остаются незамеченными при оценке врачами-людьми.
• 87% мелких бляшек сохранялись на том же месте при повторных исследованиях примерно через 3,8 года.
• Медианный объем бляшек в группе сохранившихся бляшек утроился: с 7,1 мм³ до 18,9 мм³.
• Статины увеличивали кальцификацию бляшек, что потенциально стабилизировало мягкие бляшки, но не привело к уменьшению их общего объема.
• Клинические исходы не отслеживались; для подтверждения полученных данных необходимы более масштабные исследования.

Почему это исследование важно: Проблема раннего атеросклероза

Атеросклероз — отложение жировой бляшки внутри стенок артерий — остается ведущей причиной сердечно-сосудистой смертности во всем мире. Ишемическая болезнь сердца (ИБС) сама по себе поражает почти 200 миллионов людей во всем мире и вызывает более 9 миллионов смертей ежегодно. Она также способствует потере примерно 182 миллионов лет жизни, скорректированных по инвалидности, что является показателем здоровых лет жизни, утраченных из-за болезни и инвалидности.

Новости не все плохие. Предыдущее снижение смертности от сердечных заболеваний было успешной историей в области общественного здравоохранения. Но эти достижения теперь находятся под угрозой из-за роста уровня ожирения и диабета, которые способствуют развитию атеросклероза.

Одним из самых важных открытий в современной кардиологии является то, что для нахождения в группе риска не обязательно наличие сильно суженной артерии. Исследования убедительно показали, что необструктивная бляшка — бляшка, сужающая просвет артерии менее чем на 50%, — играет ключевую роль в возникновении инфарктов миокарда и сердечно-сосудистой смертности. В среднем у пациентов с необструктивной ИБС годовая частота событий в 8 раз выше, чем у пациентов, у которых вообще нет коронарного атеросклероза. Даже после поправки на другие факторы риска коэффициент опасности для основных неблагоприятных сердечно-сосудистых событий варьируется от 1,5 до 7,2 при сравнении пациентов с необструктивной ИБС и пациентов без ИБС. Это означает, что такие пациенты имеют вероятность перенести инфаркт, инсульт или сердечную смерть в диапазоне от 50% до более чем в 7 раз выше.

Но остается нерешенным критический вопрос: применимы ли эти риски к крайне малым бляшкам, которые едва видны при визуализации? И существует ли порог объема, ниже которого риск еще не начал расти?

Существовала серьезная преграда для ответа на эти вопросы. Маленькие нескальцинированные бляшки notoriously трудно обнаружить человеческому глазу при коронарной КТ-ангиографии (ККА). Они могут выглядеть практически идентично мягкой ткани, окружающей коронарные артерии, другим структурам мягкой ткани или просто шуму и артефактам изображения. Из-за этой неопределенности такие крошечные бляшки часто вообще не регистрируются.

Здесь на сцену выходит искусственный интеллект. Новая технология под названием количественная компьютерная томография для визуализации атеросклероза (AI-QCT) использует машинное обучение для автоматического обнаружения, измерения и характеристики бляшек по всему коронарному руслу. В клинической практике AI-QCT часто выявляет мелкие бляшки, которые пропускают врачи-читатели. Но прежде чем обнаруженные ИИ крошечные бляшки можно будет использовать для руководства лечением пациента, исследователям необходимо было подтвердить, что эти обнаружения представляют собой реальный атеросклероз, а не просто программные артефакты.

Методы исследования: как проводилось исследование

Исследователи обратились к исследованию PARADIGM (Прогрессирование атеросклеротической бляшки, определенное с помощью визуализации компьютерной томографической ангиографии), большой международной регистре, в который вошли 2252 пациента из 7 стран и 13 различных центров. Все участники прошли серийные (повторные) сканирования ККА по поводу известной или подозреваемой ишемической болезни сердца. Пациенты были набраны в период с 2003 по 2015 год.

Для данного конкретного анализа исследовательская группа ограничила включение первыми 99 пациентами, прошедшими ККА в когорте. Это число было намеренно выбрано для исследования целесообразности, без формального статистического расчета мощности для какого-либо конкретного исхода. Еще 2 пациента были отобраны, но исключены, потому что у них не было никаких подходящих мелких бляшек.

Каждый пациент прошел базовое сканирование (ККА-1) и контрольное сканирование (ККА-2) с интервалом не менее 2 лет. Сканирования проводились в соответствии с рекомендациями Общества сердечно-сосудистой компьютерной томографии, с использованием 64-детекторных или более новых сканеров с технологией одиночного или двойного источника.

Ключевым нововведением был способ анализа снимков. Коммерчески доступное программное обеспечение ИИ, одобренное FDA (Cleerly Lab, Cleerly, Денвер, Колорадо), выполнило автоматический анализ с использованием валидированных моделей сверточных нейронных сетей. Система ИИ автоматически:

• Сегментировала коронарные артерии
• Определила контуры сосуда и просвета
• Маркировала каждый сегмент коронарной артерии
• Рассчитала процент стеноза диаметра
• Характеризовала бляшки по типу

Бляшки классифицировались с использованием измерений плотности в единицах Хаунсфилда (HU), шкалы, которая количественно оценивает, насколько плотной выглядит ткань на КТ:

• Скальцинированная бляшка: плотность более 350 HU
• Нескальцинированная бляшка: плотность от 30 до 350 HU
• Бляшка низкой плотности (нескальцинированная): плотность менее 30 HU

Важно отметить, что все результаты работы ИИ были проверены опытным читателем уровня III — высший уровень сертификации в области коронарной КТ-ангиографии (ККАГ), который не знал, является ли каждое исследование базовым или контрольным. Это ослепление было критическим элементом дизайна для предотвращения предвзятости.

Маленькие бляшки определялись как имеющие общий объем бляшки от 0,1 до 50 мм³. Для контекста: 50 мм³ примерно соответствует размеру небольшого зернышка риса.

Исследователи рассмотрели три конкретных вопроса:

1. Какая доля маленьких бляшек, выявленных на базовом сканировании, также присутствовала в том же месте на контрольном сканировании? Это дало оценку надежности программного обеспечения: бляшки, сохранившиеся в том же месте, вероятно, представляют собой истинный атеросклероз, тогда как исчезнувшие могли быть либо истинной регрессией, либо ложноположительным результатом при первом сканировании.
2. Каковы характеристики маленьких бляшек, включая их кальцинированные, некальцинированные и низкоплотные некальцинированные компоненты?
3. Какие особенности связаны с прогрессированием маленьких бляшек со временем?

Статистический анализ был тщательным. Команда использовала t-критерий Стьюдента и критерий Манна-Уитни для непрерывных данных, критерий Уилкоксона для парных характеристик ККАГ и критерии хи-квадрат или точный критерий Фишера для категориальных данных. Логистическая регрессия использовалась для моделирования того, какие бляшки исчезли, а какие сохранились, а линейная регрессия — для оценки влияния терапии статинами на изменения объема бляшек. Все тесты были двусторонними, статистическая значимость определялась как p-значения ниже 0,05.

Ключевые выводы: Что произошло с маленькими бляшками

В анализ было включено в общей сложности 99 пациентов с 502 маленькими бляшками. Характеристики участников рисуют картину типичной группы среднего возраста, находящейся в группе риска:

• Медианный возраст: 61 год (межквартильный размах 54–67)
• Мужской пол: 63%
• Артериальная гипертензия: 55,6%
• Текущее или бывшее курение: 40,4%
• Семейный анамнез ишемической болезни сердца: 33,4%
• Гиперхолестеринемия (высокий уровень холестерина): 31,3%
• Сахарный диабет: 12,1%
• Индекс массы тела (ИМТ): медиана 25,2 кг/м² (23,9–27,6)
• Прием статина на базовом этапе: 44,4%

На момент проведения базового сканирования медианный общий объем бляшки составлял 6,8 мм³ (межквартильный размах 3,5–13,9 мм³). Подавляющее большинство этого объема приходилось на некальцинированную бляшку, медианный объем которой составил 6,2 мм³ (2,9–12,3 мм³). Объем кальцинированной бляшки был практически нулевым у большинства пациентов.

Среднее время между базовым и контрольным сканированиями составило 3,8 ± 1,6 года. То, что произошло с этими крошечными бляшками за этот период, является центральным выводом исследования:

Вывод №1: 87% мелких бляшек сохранились на том же месте.

При последующей визуализации 437 из 502 бляшек (87%) были обнаружены в точности на том же месте, что и при базовом сканировании. Среди этих сохранившихся бляшек 72% увеличились в размере, тогда как 15% уменьшились в объеме.

Вывод №2: Объем мелких бляшек утроился за примерно 4 года.

Для сохранившихся бляшек медианный общий объем бляшки значительно увеличился с 7,1 мм³ (IQR 3,8–15,4 мм³) на базовом уровне до 18,9 мм³ (IQR 8,3–45,2 мм³) при повторном сканировании. Это почти трехкратное увеличение. Некalcифицированный компонент увеличился с 6,7 мм³ до 13,8 мм³, а объем кальцинированной бляшки увеличился с 0 мм³ до 2,5 мм³. Степень стеноза по диаметру (процент перекрытия артерии) также увеличилась со среднего значения 6% до 13%.

Вывод №3: Мелкие бляшки реже сохранялись.

Бляшки объемом менее 2 мм³ на базовом уровне сохранились лишь в 41 из 62 случаев (66%). Напротив, бляшки размером более 2 мм³ на базовом уровне сохранились в 395 из 439 случаев (90%). Это предполагает, что крайне мелкие бляшки труднее отличить от шума изображения, хотя даже среди них две трети были подтверждены как реальный атеросклероз.

Вывод №4: Бляшки, которые «исчезли», имели характерные особенности.

65 бляшек (13%), которые были видны на базовом сканировании, но не были обнаружены при повторном исследовании, значительно отличались от тех, что сохранились (все значения p < 0,05):

• Меньший общий объем бляшки: 3,9 мм³ против 7,0 мм³
• Более короткая длина бляшки: 4,5 мм против 6,0 мм
• Более дистальное расположение (дальше от устья артерии): 21,8 мм против 12,6 мм от остия
• Меньшая вероятность наличия кальцинированного компонента
• Более легкая степень стеноза по диаметру: 3% против 6%

Интересно, что ни один из факторов, связанных с пациентом — возраст, пол, артериальная гипертензия, курение в анамнезе, ИМТ, семейный анамнез, гиперхолестеринемия, диабет или прием статина на базовом уровне — не предсказывал, сохранится ли бляшка или исчезнет. Аналогично, параметры сканера (производитель, ток трубки, напряжение трубки) не имели значения. В многофакторной модели только меньший общий объем бляшки остался независимым предиктором отсутствия бляшки при повторном исследовании.

Роль статина в изменениях бляшек

Прием статина значительно увеличился за период исследования. На базовом уровне 48% пациентов принимали статин. К моменту повторного сканирования эта цифра возросла до 68% (p < 0,001).

Среди 429 мелких бляшек с доступными данными о приеме статина 145 бляшек (33,8%) встречались у пациентов, которые на момент проведения коронарной КТ-ангиографии все еще не принимали статин.

Исследователи сравнили объемы бляшек у принимающих и не принимающих статин при повторном исследовании:

• Общий объем бляшки: 19,4 мм³ у принимающих статин против 18,15 мм³ у не принимающих — статистически незначимо (p = 0,21)
• Объем некalcифицированной бляшки: 12,8 мм³ против 14,35 мм³ — незначимо (p = 0,68)
• Объем кальцинированных бляшек: 3,9 мм³ у пациентов, принимающих статин, против 0,2 мм³ у не принимающих — крайне значимо (p < 0,001)

Этот результат согласуется с хорошо установленным биологическим эффектом статинов: они стабилизируют бляшки, способствуя их кальцификации. Растущее количество исследований показывает, что терапия статинами увеличивает содержание кальция в атеросклеротической бляшке, что парадоксальным образом делает бляшку более кальцинированной, но менее опасной. Тот факт, что у пациентов, принимающих статин, объем кальцинированных бляшек был значительно выше, подтверждает вывод о том, что результаты ИИ-КТ соответствуют истинному биологическому атеросклерозу, а не являются артефактами визуализации.

В регрессионном анализе прием статинов на этапе наблюдения был значимо связан с изменениями объема кальцинированных бляшек (p < 0,001), но не с изменениями общего объема бляшек (p = 0,30), объема некальцинированных бляшек (p = 0,70) или объема некальцинированных бляшек низкой плотности (p = 0,68).

Клинические последствия: что это означает для пациентов

Это исследование содержит несколько важных сообщений для пациентов и их врачей.

Во-первых, ИИ может выявлять истинный атеросклероз на remarkably ранних стадиях. Тот факт, что 87% мелких бляшек, обнаруженных с помощью ИИ-КТ, были подтверждены в том же месте спустя годы — и часто значительно увеличились в размерах, — демонстрирует, что эти крошечные находки представляют собой настоящее заболевание, а не ошибки программного обеспечения. Для пациентов это означает, что КТ-сканирование с усилением возможностей ИИ может выявить сердечные заболевания за годы или даже десятилетия до появления симптомов.

Во-вторых, очень мелкие бляшки не являются «безвредными» — они склонны к росту. Тот факт, что медианный объем бляшек утроился в среднем за 3,8 года, является мощным напоминанием о том, что атеросклероз — это прогрессирующее заболевание. Бляшка, начинающаяся как пятно объемом 7 мм³, может стать бляшкой объемом 19 мм³ всего за несколько лет. Хотя в этом исследовании не отслеживались клинические исходы, более широкая литература показывает, что общая масса бляшек является основным независимым предиктором серьезных сердечно-сосудистых событий.

В-третьих, статины, по-видимому, изменяют состав бляшки, даже если не уменьшают ее размер. Значительно больший объем кальцинированных бляшек у пациентов, принимающих статин, предполагает, что эти препараты помогают превращать опасные мягкие бляшки в более стабильные кальцинированные. Это согласуется с тем, как кардиологи понимают действие статинов: они стабилизируют бляшки «с тикающим таймером», которые наиболее склонны к разрыву и вызывают инфаркты.

Исследование также подчеркивает более широкую тенденцию в профилактической кардиологии. Предыдущие исследования в когорте почти 24 000 симптомных пациентов, направленных на коронарную КТ, показали, что обструктивная ишемическая болезнь сердца не была связана с более высоким риском по сравнению с необструктивной бляшкой, когда пациенты были стратифицированы по общей массе кальцинированных бляшек. Другими словами, дело не только в том, заблокирована ли артерия, — важно, сколько у вас бляшек по всей коронарной системе. Недавние данные также предполагают, что даже небольшие объемы бляшек (>0–250 мм³) увеличивают 10-летнюю частоту серьезных сердечно-сосудистых событий по сравнению с полным отсутствием бляшек.

Ограничения исследования: что эта наука не смогла доказать

Важно понимать, чего это исследование показать не могло.

Размер выборки был небольшим. В исследование было включено только 99 пациентов, и оно было явно спроектировано как пилотное исследование без формального расчета статистической мощности для любого конкретного исхода. Для подтверждения этих результатов потребуются более крупные исследования.

Клинические исходы не отслеживались. В исследовании измерялось прогрессирование бляшек на изображениях, а не инфаркты, инсульты или смертность. Хотя рост бляшек является хорошо установленным маркером риска, исследование напрямую не доказывает, что мелкие бляшки, обнаруженные ИИ, предсказывают будущие клинические события.

Вопрос «золотого стандарта» остается открытым. В настоящее время не существует неинвазивного золотого стандарта для различения истинных мелких бляшек от артефактов визуализации. Исследователи использовали последующую коронарную КТ-ангиографию в качестве эталона — исходя из того, что бляшка, присутствующая в том же месте спустя годы, должна была быть реальной на исходном этапе. Это умный подход, но он не может полностью различить истинную регрессию бляшки и ложноположительное обнаружение на исходном сканировании для 13% бляшек, которые исчезли.

Вариативность оценок врача-человека является известной проблемой. Предыдущие исследования, приведенные в этой статье, показали, что коэффициент каппы — статистическая мера согласия между читателями — составлял всего 0,52 (95% ДИ 0,49–0,55) для внутринаблюдательного согласия и 0,46 (95% ДИ 0,43–0,49) для межнаблюдательного согласия при классификации коронарной КТ-ангиографии как отсутствия заболевания, легкой, умеренной или тяжелой степени. Авторы отмечают, что согласие, вероятно, было бы еще ниже при различении мелких бляшек от их отсутствия, что подчеркивает потенциальную ценность помощи ИИ.

Популяция исследования может не представлять всех пациентов. Участники были набраны из 7 стран, но преимущественно это были люди среднего возраста, а соотношение полов составляло 63% мужчин. Результаты могут отличаться у более молодых пациентов, женщин или в более разнообразных популяциях.

Рекомендации: практические советы для пациентов

Основываясь на этом исследовании и более широкой медицинской литературе, вот практические шаги, которые пациенты могут рассмотреть:

1. Знайте свою массу бляшек, а не только показатели холестерина. Если у вас есть факторы риска сердечных заболеваний, поговорите со своим врачом о том, подходит ли вам коронарная коронарная КТ-ангиография или оценка коронарного кальция. Общее количество бляшек в ваших коронарных артериях является мощным предиктором риска.
2. Не игнорируйте «легкие» находки. Если КТ-сканирование показывает необструктивную бляшку или даже очень мелкие бляшки, это не означает чистого здоровья. Данные однозначны: даже необструктивная бляшка повышает риск инфаркта по сравнению с полным отсутствием бляшек.
3. Рассмотрите возможность терапии статинами, если ваш врач рекомендует это. Это исследование подтверждает, что статины благоприятно изменяют состав бляшек — увеличивая содержание кальция и стабилизируя опасные мягкие бляшки — даже когда они не приводят к значительному уменьшению общего объема бляшек. Решение о начале приема статина должно приниматься индивидуально, но пациенты с документально подтвержденными коронарными бляшками часто являются отличными кандидатами для такой терапии.
4. Устраните все модифицируемые факторы риска. В этом исследовании у 55,6% участников была артериальная гипертензия, у 40,4% — история курения, а у 31,3% — высокий уровень холестерина. Контроль артериального давления, отказ от курения, управление уровнем холестерина, поддержание здоровой массы тела и контроль диабета остаются краеугольными камнями предотвращения прогрессирования атеросклероза.
5. Спросите об улучшенной с помощью ИИ визуализации. Если вы проходите кардиальную КТ, спросите, доступен ли анализ бляшек на основе искусственного интеллекта. Это исследование предполагает, что программное обеспечение на базе ИИ может обнаруживать очень маленькие бляшки, которые могут быть упущены врачами-людьми, обеспечивая более полную картину вашего сердечно-сосудистого риска.
6. Помните, что раннее выявление открывает путь к профилактике. Тот факт, что маленькие бляшки можно надежно обнаружить и что они со временем растут, означает наличие терапевтического окна для вмешательства с помощью изменений образа жизни и медикаментов до того, как бляшки станут обширными.

Главный вывод оптимистичен. Возможность обнаруживать атеросклероз на самых ранних стадиях, когда бляшка имеет размер всего несколько кубических миллиметров, представляет собой подлинное достижение в профилактической кардиологии. Благодаря таким инструментам, как AI-QCT, врачи смогут вскоре выявлять пациентов из группы риска за годы раньше, чем это было возможно ранее, и вмешиваться с помощью статина, изменений образа жизни и контроля факторов риска, пока болезнь еще находится на начальной стадии.

Часто задаваемые вопросы

Что такое AI-QCT и как он обнаруживает маленькие коронарные бляшки?

AI-QCT (количественная компьютерная томография для визуализации атеросклероза) — это программное обеспечение на базе искусственного интеллекта, одобренное FDA, которое автоматически обнаруживает, измеряет и характеризует бляшки по всей длине коронарных артерий. В исследовании пригодности с участием 99 пациентов оно выявило крошечные бляшки размером до доли кубического миллиметра, которые врачи-люди часто пропускают. Все результаты были проверены экспертом уровня III.

Очень маленькие коронарные бляшки опасны или склонны к росту?

В исследовании 99 пациентов, наблюдавшихся в течение примерно 3,8 лет, 87% маленьких бляшек сохранялись на том же месте, а среди сохранившихся бляшек 72% увеличились в размерах. Медианный объем бляшки утроился с 7,1 мм³ до 18,9 мм³. Это показывает, что даже чрезвычайно маленькие бляшки склонны прогрессировать со временем.

Должен ли я просить своего врача назначить коронарную КТ с улучшением с помощью ИИ?

Если у вас есть факторы риска сердечных заболеваний, обсудите со своим врачом, подходит ли вам коронарная КТ или оценка кальцификации. Это исследование предполагает, что анализ на основе ИИ может обнаруживать очень маленькие бляшки, которые могут быть упущены врачами-людьми, обеспечивая более полную картину риска. Однако решение должно приниматься индивидуально.

Каковы ограничения этого исследования по обнаружению бляшек с помощью ИИ?

Это было небольшое исследование пригодности с участием всего 99 пациентов, и клинические исходы, такие как инфаркты, не отслеживались. Эталонным стандартом была последующая КТ, а не золотой стандарт. Результаты могут отличаться у более молодых пациентов, женщин или в более разнообразных популяциях, поэтому необходимы более крупные исследования для подтверждения выводов.

Мое исследование КТ выявило крошечные коронарные бляшки, которые мой врач говорит слишком маленькими, чтобы иметь значение. Должен ли я получить второе мнение по поводу маленьких коронарных бляшек, обнаруженных с помощью ИИ?

Второе мнение может быть ценным, потому что даже очень маленькие бляшки, размером до доли кубического миллиметра, показали способность сохраняться и расти со временем. В исследовании 99 пациентов 87% маленьких бляшек оставались на том же месте через примерно 3,8 года, а их объем утроился. Это предполагает, что крошечные бляшки могут представлять собой ранний атеросклероз, а не безвредное находку. Второе мнение может помочь подтвердить интерпретацию визуализации и прояснить, подходит ли более агрессивный контроль факторов риска или мониторинг. Diagnostic Detectives Network предоставляет независимые экспертные вторые мнения.

Информация об источнике

Эта статья для пациентов основана на рецензируемых исследованиях, опубликованных в Journal of Cardiovascular Computed Tomography, том 17 (2023), страницы 407–412.

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.