腹主动脉钙化体积与腹主动脉直径的相关性及其关联因素分析

Correlation between abdominal aortic calcification volume and abdominal aortic diameter and their influencing factors

摘要

背景 目前针对腹主动脉钙化体积与腹主动脉直径的相关性研究还不充分，深入探究这一关联对预测腹主动脉硬化相关疾病的风险具有重要意义。 目的 分析腹主动脉钙化体积与腹主动脉直径的相关性，并探讨两者的关联因素。 方法 回顾性分析2023年1月至2024年1月在解放军总医院第一医学中心接受治疗的肾囊肿患者病案资料，测量腹部CT图像中腹主动脉钙化体积和肾下主动脉的最大短轴向直径。采用多元线性回归分析一般及临床因素与动脉钙化和直径的关系。 结果 共纳入200例患者，其中男性111例(55.5%)，女性89例(44.5%)，平均年龄(62.0±8.1)岁。患者腹主动脉平均直径(20.8±2.6) mm，腹主动脉总钙化中位体积526(IQR：179 ~ 1 515) mm³。随着腹主动脉钙化程度加重，腹主动脉直径显著增大(P_{for trend} =0.003)。多因素回归分析显示，年龄、性别、吸烟史、体表面积、C-反应蛋白、血清磷及腹主动脉钙化体积与腹主动脉直径独立关联(P均＜0.05)。在调整临床混杂因素之后，Log10总钙化体积与腹主动脉直径仍呈显著独立正相关(β=1.07，95% CI：0.51 ~ 1.63，P＜0.001)。亚组分析证实，腹主动脉钙化与直径在多数亚组间均呈正向关联趋势，且交互作用检验差异均无统计学意义(P_交互＞0.05)，提示上述临床因素未显著“修饰”该相关性。 结论 腹主动脉钙化与腹主动脉直径显著相关。腹主动脉钙化体积可作为反映腹主动脉直径的重要影像学指标，对血管重构及相关风险评估具有潜在临床价值。

Abstract

Background At present, research on the correlation between abdominal aortic calcification volume and abdominal aortic diameter remains limited. A deeper investigation into this relationship is of great importance for predicting the risk of atherosclerotic vascular diseases. Objective To analyze the correlation between abdominal aortic calcification volume and abdominal aortic diameter, and explore the factors associated with their relationship. Methods Medical records of patients with renal cysts treated at the First Medical Center of PLA General Hospital from January 2023 to January 2024 were retrospectively analyzed, the abdominal CT-derived volume of abdominal aortic calcification and the maximum minor-axis diameter of the infrarenal aorta were measured. Multiple linear regression was used to analyze the association between various factors with arterial calcification and aortic diameter. Results A total of 200 patients were enrolled in this study, including 111 males (55.5%) and 89 females (44.5%). The mean age of the overall cohort was (62.0±8.1) years. The mean abdominal aortic diameter was (20.8±2.6) mm, and the median total abdominal aortic calcification volume was 526 (IQR: 179 - 1 515) mm³. Baseline analysis revealed that as the degree of abdominal aortic calcification increased, the abdominal aortic diameter significantly enlarged (P_{for trend} =0.003). Multivariable regression analysis identified age, sex, smoking history, body surface area (BSA), C-reactive protein (CRP), and serum phosphorus, and abdominal aortic calcification volume as independent factors associated with abdominal aortic diameter (all P＜0.05). After adjusting for clinical confounders, the Log10 transformed total calcification volume remained significantly and independently positively correlated with abdominal aortic diameter (β= 1.07, 95% CI: 0.51 - 1.63, P＜0.001). Subgroup analyses confirmed a consistent positive association between abdominal aortic calcification and diameter across most subgroups, with no statistically significant interaction effects (all interaction P＞0.05), suggesting good consistency of this association across different population characteristics. Conclusion Abdominal aortic calcification is significantly associated with abdominal aortic diameter. AAC volume may serve as an important imaging marker reflecting abdominal aortic diameter and has potential clinical value for vascular remodeling assessment and related risk stratification.

Graphical abstract

关键词

腹主动脉 / 腹主动脉直径 / 腹主动脉钙化 / 钙化体积 / 血管重构 / 关联分析 / CT

Key words

abdominal aorta / abdominal aortic diameter / abdominal aortic calcification / calcification volume / vascular remodeling / association analysis / CT

腹主动脉钙化(abdominal aortic calcification，AAC)是腹部CT上常见的血管壁影像表型，不仅反映局部钙化负担，更是全身动脉粥样硬化的重要标志，对预测心血管事件及不良预后具有重要临床价值；而肾下腹主动脉直径增大代表结构重构谱系中的重要表型，即使未达到明确腹主动脉瘤阈值也具有提示意义^[1-2]。目前关于AAC负担与腹主动脉直径的定量关系及其影响因素证据仍有限^[3-4]。腹部CT常因泌尿系统或消化系统等非心血管病因完成，但影像往往同时覆盖腹主动脉，具备“机会性”提取血管信息的条件。基于此，本研究选取肾囊肿相关腹部CT定量分析AAC体积并测量肾下腹主动脉直径，分析两者的独立关联性，并探索相关因素。

1 对象与方法

1.1 研究对象

纳入2023年1月至2024年1月期间在解放军总医院第一医学中心接受肾囊肿治疗患者。纳入标准：(1)经腹部CT检查并依据Bosniak分类系统确诊为单纯性肾囊肿(Bosniak I级或Ⅱ级)的患者；(2)具备可用于测量腹主动脉相关参数的腹部CT资料(图像质量满足分析要求)；(3)具有完整的血清学检查资料及临床基本信息；(4)年龄45 ~ 84岁。排除标准：(1)腹主动脉直径＞30 mm；(2)合并泌尿系结石、肾脏占位性病变或急腹症；(3)既往有主动脉手术史；(4)诊断为马凡综合征或洛伊-迪茨综合征等遗传性结缔组织病^[5]。本研究经解放军总医院第一医学中心医学伦理委员会批准(编号：S2024-237-01)。

1.2 样本量计算

采用GPower软件(版本3.1.9.7)进行样本量估算。基于多元线性回归的F检验特定模型，设定显著性水平α为0.05，统计功效β为0.80，以检测中等效应量(f²=0.15)。考虑到模型共纳入17个预测变量(包括核心自变量——腹主动脉钙化体积，以及16个协变量)，计算得出完成统计分析所需的最低样本量为147例。

1.3 计算机断层扫描

所有术前计算机断层扫描检查均使用飞利浦华晨ICT 256或GE Optima CT660扫描仪进行。CT设置为120 kVp管电压、自动管电流调制、0.993间距和512×512矩阵大小。以1 mm的切片厚度重建图像。所有CT扫描数据都以DICOM格式保存，随后使用后处理软件3D Slicer进行分析，以测量AAC体积和腹主动脉直径^[6]。

1.4 CT上的腹主动脉段定义

目前尚无标准化或普遍接受的方法来定义非增强CT上的腹主动脉段。本研究根据ESVS 2024版指南，腹主动脉分为3个主要分段进行评估和治疗：第一段为内脏区上段，范围从主动脉破裂孔至腹腔干动脉上缘；第二段为内脏区，范围从腹腔干动脉上缘至最低肾动脉下缘；第三段为肾下腹主动脉段，涵盖最低肾动脉下缘至腹主动脉分叉部位^[7-10]。

1.5 分析指标及采集方法

1.5.1 主要评估指标及暴露因素

主要评估指标为腹主动脉直径。具体测量方法为：使用3D Slicer软件在肾动脉下方1 ~ 2 cm处的水平手动测量肾下腹主动脉的最大短轴向直径^[11]。腹主动脉直径由本文作者与2名具有丰富经验的临床医师分别独立测量，采用3次测量的平均值作为最终结果用以分析(图1)。

分析的暴露因素为腹主动脉钙化体积。钙化病灶被确定为主动脉腔内密度超过130个Hounsfield单位的斑块区域^[12]。采用3D Slicer软件半自动分割提取每个腹主动脉节段的钙化体积，并记录为一区钙化(内脏区上段钙化)、二区钙化(内脏区钙化)、三区钙化(肾下腹主动脉钙化)。腹主动脉钙化体积由本文作者与2名具有丰富经验的临床医师分别独立测量，为降低观察者主观差异，采用3次测量的平均值作为最终结果用以分析^[13](图1)。

1.5.2 协变量

身高与体重采用标准化测量方法，测量结果用于体表面积计算。高血压史判定标准：研究对象正在服用抗高血压药物，或在2次独立测量中收缩压＞140 mmHg、舒张压＞90 mmHg，满足上述任一条件即判定为有高血压史。糖尿病史判定标准：研究对象已明确诊断为糖尿病，或在两次独立测量中空腹血糖≥7.0 mmol/L、餐后2 h血糖≥11.1 mmol/L，满足上述任一条件即判定为有糖尿病史。慢性肾病史判定标准：研究对象既往经临床医师明确诊断为慢性肾病，或估算肾小球滤过率(estimated glomerular filtration rate，eGFR)＜60 mL/min/1.73 m²且该状态持续≥3个月，满足上述任一条件即判定为有慢性肾病史。吸烟史判定为研究对象当前正在吸烟或有既往吸烟史；饮酒史判定为研究对象当前正在饮酒或有既往饮酒史^[14-15]。常规实验室检查指标包括C-反应蛋白、同型半胱氨酸、血清肌酐、三酰甘油、血清钙、血清磷、高密度脂蛋白胆固醇及低密度脂蛋白胆固醇。年龄、体表面积、C-反应蛋白、同型半胱氨酸、血清肌酐、三酰甘油、血清钙、高密度脂蛋白胆固醇及低密度脂蛋白胆固醇均为连续变量。所有检测样本均在研究对象至少禁食12 h后采集，以保证检测结果的准确性^[11,13]。

1.6 统计学分析

采用R 4.1.3软件、SPSS 27.0进行数据分析。计量资料符合正态分布采用\overline{x}\pm s表示，组间比较采用单因素方差分析，两两比较采用LSD-t检验或Games-Howell检验；不符合正态分布以M(IQR)表示，组间比较采用秩和检验。分类变量以频数(百分比)表示，组间比较采用卡方检验或Fisher’s精确概率检验。

鉴于腹主动脉钙化体积(各分区及总量)呈明显偏态分布并存在0 mm³值，本研究采用对数转换法Log10(钙化体积)或Log10(钙化体积+1)对其进行平滑处理。转化后的指标作为连续变量纳入分析，经正态性检验合格后，用于后续的相关性及线性回归模型构建。不同钙化负荷水平患者腹主动脉直径的差异比较行单因素方差分析的线性趋势检验。采用多元线性回归或广义线性回归分析腹主动脉钙化体积和腹主动脉直径之间的关系^[16]。P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 患者一般及临床资料

共纳入200例，其中男性111例(55.5%)，女性89例(44.5%)，总体人群平均年龄为(62.0±8.1)岁。在生活方式与合并症方面，伴有吸烟史和饮酒史的患者分别占35.0%和24.5%；高血压为最常见的合并症(103例，51.5%)，其次为糖尿病(42例，21.0%)，仅极少数患者伴有慢性肾病(7例，3.5%)。此外，患者各项血脂、电解质等常规实验室检查指标整体均处于相对平稳状态。

2.2 腹主动脉钙化体积分组及组间比较

在核心影像学特征上，患者的腹主动脉平均直径为(20.8±2.6) mm，腹主动脉总钙化体积中位数为526(IQR：179 ~ 1 515) mm³。

鉴于目前尚缺乏针对腹主动脉钙化体积的统一临床分级阈值，本研究采用三分位数对200例患者的腹主动脉钙化体积进行分组，分为轻度组、中度组和重度组。从不同分区的分布情况来看，钙化绝大部分沉积于三区(肾下腹主动脉)，中位体积高达410(IQR：152 ~ 1 034) mm³；相比之下，一区与二区的钙化负担较轻[M(IQR)：8(0 ~ 165) mm³和10(0 ~ 134) mm³]。3组在腹主动脉各分区(一至三区)及总钙化体积上差异有统计学意义(P＜0.001)，且腹主动脉直径随钙化程度加重呈显著递增趋势(P_{for trend} =0.003)。3组患者的年龄(P=0.005)、体表面积(P＜0.001)差异均有统计学意义。重度钙化组男性比例最高(P=0.007)，C-反应蛋白(P=0.003)及代谢指标血清磷(P＜0.001)水平较高，组间差异均有统计学意义。见表1。

2.3 腹主动脉钙化的关联因素分析

共线性诊断显示所有协变量/自变量的VIF值均＜5(最大VIF=3.8)。单因素线性回归分析显示，年龄、性别、吸烟史、体表面积、C-反应蛋白及血清磷水平均与腹主动脉钙化水平显著相关(P均＜0.05)。其中，年龄、吸烟史、体表面积、C-反应蛋白及血清磷水平与钙化程度呈正相关，而女性患者的钙化程度显著低于男性。各变量的具体回归效应指标见表2。

广义线性回归分析显示，年龄与腹主动脉钙化体积呈正相关，β=5.82(95% CI：0.30 ~ 11.3，P=0.039)；以男性为参照，女性与腹主动脉钙化体积呈负相关，β=-0.24(95% CI：-0.39 ~ -0.09，P=0.002)；以无吸烟史为参照，有吸烟史与腹主动脉钙化体积呈正相关，β=0.10(95% CI：0.01 ~ 0.18，P=0.025)；体表面积、C-反应蛋白及血清磷与腹主动脉钙化体积均呈正相关：β=0.43(95% CI：0.05 ~ 0.81，P=0.028)、β=0.09(95% CI：0.01 ~ 0.17，P=0.022)、β=0.10(95% CI：0.02 ~ 0.18，P=0.015)。

2.4 腹主动脉直径的关联因素分析

以腹主动脉直径为因变量进行回归分析显示，腹主动脉直径与Log10(二区、三区)、年龄、吸烟史、体表面积及C-反应蛋白水平均呈显著正相关，而与女性呈显著负相关(P均＜0.05)。一区钙化体积及饮酒史、慢性肾病史、糖尿病史、高血压史等其余变量在单因素分析中差异无统计学意义(表3)。多因素广义线性回归分析显示，在校正了临床协变量后，二区钙化体积(β=0.52，P＜0.001)、三区钙化体积(β=0.89，P＜0.001)、年龄(β=0.05，P=0.015)、性别(β=-0.27，P=0.002)、吸烟史(β=0.39，P=0.007)、体表面积(β=1.04，P=0.037)及CRP(β=0.27，P=0.006)均与腹主动脉直径独立关联。一区钙化体积在多因素模型中差异无统计学意义(P=0.099)。

2.5 腹主动脉钙化与腹主动脉直径相关性的线性回归亚组分析

在不同亚组中评估腹主动脉钙化体积与腹主动脉直径的关系，分析性别、吸烟史、糖尿病史和高血压病史的影响。结果显示，多数亚组中钙化体积增加与腹主动脉直径增大呈正相关。性别分层中，男性组回归系数为0.80(95% CI：-0.03 ~ 1.63，P=0.062)；吸烟史分层中，无吸烟史组回归系数为0.97(95% CI：0.27 ~ 1.67，P=0.062)，处于边界显著；糖尿病史分层中，有糖尿病史组回归系数为1.59(95% CI：-0.52 ~ 3.70，P=0.151)，可能与样本例数不足有关。交互作用检验P均＞0.05，提示上述临床因素未显著修饰腹主动脉钙化与腹主动脉直径相关性(表6)。

3 讨论

本研究基于200例45 ~ 84岁患者的影像与临床资料，将腹主动脉总钙化体积分为轻度、中度、重度3组，系统评估了腹主动脉钙化体积与腹主动脉直径之间的关系。主要发现如下：第一，腹主动脉总钙化体积越高，腹主动脉直径越大；第二，在单因素分析中，钙化体积与直径呈稳定的正相关，尤其是二区、三区及总钙化体积与直径关联更强；第三，在控制单因素分析中呈显著相关的其他变量后，总钙化体积与腹主动脉直径的相关性仍然显著，提示腹主动脉钙化可能是与主动脉扩张相关的独立影像学表现。将纳入人群的年龄限制在 45 ~ 84 岁，主要基于以下考虑：首先，参考多民族动脉硬化研究等大规模流行病学数据，45岁以下人群的腹主动脉钙化患病率极低且程度较轻，难以形成有效的统计学观察；其次，排除85岁及以上的高龄患者，是为了减少共病及复杂的机体衰退因素对腹主动脉直径与钙化关联分析的干扰^[17]。这种年龄分层有助于在钙化发生率较高的窗口期内，更精准地探讨钙化体积与血管扩张的关系。

本研究发现，随着腹主动脉钙化体积的增大，其直径呈现出显著的阶梯式扩张趋势(P均＜0.05)。这一结果提示钙化体积增加与腹主动脉直径增大同步出现。进一步的单因素线性回归显示，钙化体积与腹主动脉直径之间存在明确的剂量–反应关系。以对数转换指标表示的钙化体积与直径呈正相关，其中二区、三区钙化均达到显著水平(P均＜0.001)；而一区钙化与直径的关联未达统计学差异(P=0.106)。这提示不同解剖分区的钙化对血管结构改变的贡献度可能存在差异，二区、三区及总钙化体积可能更能反映与管壁重构相关的钙化表型，可能具有解剖与血流动力学基础。一区位于胸腹交界的近端腹主动脉，动脉壁仍保留较多弹性动脉特征，且该段缺乏大型侧支分叉所致的几何扰动，整体血流更接近稳定层流、壁面剪切力相对较高，内皮细胞更倾向于维持抗炎、抗动脉粥样硬化表型^[18]；在此背景下，CT所见钙化可能更多反映年龄相关的弥漫性钙化负荷，而未必对应显著的斑块负荷与正向重构过程，因此对管腔直径的影响相对有限。相反，二区为内脏分支段，分支开口导致局部流动分离、回流与剪切振荡，易形成低剪切、高振荡剪切微环境，促进动脉粥样硬化进展与斑块钙化沉积；三区为肾下腹主动脉至分叉段，既是低剪切与剪切振荡更常见的区域，也是动脉壁退变与结构重塑更易发生的部位，因此该两段的钙化体积更可能代表“晚期动脉粥样硬化”表型，进而与血管结构性扩张或正向重构并行出现，表现为钙化负荷越高直径越大^[19]。在广义线性回归分析中，腹主动脉钙化与直径的相关性表现出跨区域的稳健性。在完全校正模型中，腹主动脉总钙化体积(Log10转化)每增加1个单位，直径增加1.07 mm(95% CI：0.51 ~ 1.63，P＜0.001)。区域性分析进一步揭示，这种关联主要由二区(β=0.52，P＜0.001)和三区(β=0.89，P＜0.001)的钙化负荷所驱动，而一区钙化体积未表现出独立的统计学显著性(P=0.099)。这表明肾下中下段的主动脉钙化与直径增大存在高度独立且稳健的正相关，且这种关联无法被年龄、性别及代谢指标等混杂因素所解释。

腹主动脉钙化反映了血管壁长期的退行性与动脉粥样硬化负担，其可能通过多条路径参与主动脉扩张过程。其一，钙化沉积与弹性纤维降解、胶原重排等结构改变常伴随发生，可导致血管壁顺应性下降、搏动负荷增加，长期可诱发管壁重构，使直径增加^[20-21]。其二，钙化与慢性低度炎症状态密切相关。本研究中，C-反应蛋白在重度钙化组更高，且在单因素分析中与主动脉直径呈正相关(β=0.31，95% CI：0.11 ~ 0.51，P=0.002)，提示炎症可能是连接钙化与结构改变的重要桥梁^[22]。其三，矿物质代谢紊乱可能参与钙化形成与血管壁病理改变。研究中血清磷在不同钙化组之间存在差异(P＜0.001)，并且在钙化危险因素的单因素回归中也呈统计学相关(P=0.013)，提示磷代谢可能与钙化负荷增加有关，进而与血管结构异常共同出现^[23]。然而，尽管单因素回归显示血清磷与腹主动脉直径存在关联，但在纳入体表面积、C-反应蛋白及钙化体积等变量的多因素模型中，血清磷的独立统计学显著性消失。这可能包括：首先，血清磷作为矿物质代谢指标，其对血管壁的影响可能与慢性炎症或机体整体代谢水平存在相关，导致其独立效应在模型调整后被上述更强的预测因子所遮蔽。其次，本研究样本量在面对多因素调整时，可能难以捕捉到血清磷对血管直径微弱的独立贡献，存在统计效能受限的可能。因此，血清磷可能更多通过促进钙化形成这一中间环节间接参与腹主动脉重构，但并非直径增大的独立关联因素。值得注意的是，本研究中部分传统危险因素对主动脉直径的影响也较为一致：年龄(P=0.009)、吸烟史(P=0.008)、体表面积(P=0.032)和C-反应蛋白(P=0.002)与直径呈正相关；性别在单因素模型中亦与直径相关(女vs男：回归系数为-0.29，P＜0.001)。这些因素既可能直接影响血管结构，也可能与钙化负荷有关。

本研究结果提示，腹主动脉钙化不仅是粥样硬化负担的静态标志，还可能与腹主动脉结构改变相关，对临床有两点启示。(1)影像机会性筛查价值：在常规CT评估中，若发现腹主动脉钙化体积显著升高，可能提示存在更高的腹主动脉扩张表型概率，值得进一步关注腹主动脉直径及其动态变化。(2)分区信息可能更敏感：单因素结果显示二区、三区钙化与直径关联强于一区，提示临床在报告钙化时，除总量外，可考虑呈现关键分区钙化信息，以提高风险分层的针对性(当然这需要更多研究验证)。

本研究存在若干局限。第一，本研究为观察性分析，难以据此推断因果关系，钙化与扩张可能互为并行结果或共享病理通路。第二，样本量为200例，研究对象来源于因临床评估而完成腹部CT检查的肾囊肿患者，并非社区随机抽样人群，因此可能存在一定选择偏倚，尽管本研究采用明确纳排标准并在多因素模型中对主要混杂因素进行校正，仍难以完全消除由影像检查指标与未测量因素(生活方式、药物使用等)带来的残余混杂。第三，分段差异提示腹主动脉不同解剖区段在局部血流动力学与血管壁生物学特性上存在异质性，但是并没有严格的实验解释这份关联。未来可结合中心线校正的局部直径、壁面剪切指标及钙化类型(内膜/中膜)进一步验证上述机制。第四，目前结果主要基于横断面关联，缺乏随访数据来判断钙化是否预测主动脉直径进展或事件结局。第五，矿物质代谢相关指标不足，后续研究可纳入更多矿物质代谢相关指标(如钙磷乘积、甲状旁腺激素等)，进一步验证代谢紊乱的中介作用。第六，本研究采用多因素线性回归评估Log10总钙化体积与腹主动脉直径的关联，主要反映均值水平的总体效应，可能未能充分捕捉不同分位点或潜在非线性关系。后续研究需在更大样本、多中心数据中进一步采用分位数回归或其他稳健方法验证结论的稳健性。

综上，我们发现在机会性腹部CT人群中，腹主动脉钙化体积与腹主动脉直径增大呈显著正相关，并在调整人口学特征、生活方式、合并症及多项血清学指标后仍保持独立关联。该结果提示腹主动脉钙化可能不仅是血管钙化负担的影像表现，也与腹主动脉结构重构相关。后续研究需在更大样本、前瞻性随访研究中进一步验证其对主动脉扩张进展及临床结局的预测价值，并探索关键分区钙化的最优风险分层策略。

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