CT-FFR对冠状动脉狭窄功能评价的临床价值

池黎彤　刘挨师

CT-FFR对冠状动脉狭窄功能评价的临床价值

池黎彤1刘挨师2*

CT冠状动脉血流储备分数（CT-FFR）可无创性检查冠状动脉粥样硬化性心脏病（冠心病），是一种结合了解剖与功能的检查方法。CT-FFR是基于冠状动脉CT血管成像（CCTA）的影像数据测得的，具有CCTA和冠状动脉血流储备分数（FFR）的优势。CT-FFR从解剖学方面评估病变的狭窄程度，同时可以从血流动力学方面测定狭窄冠状动脉是否存在缺血及缺血的严重程度。综述总结了CT-FFR的优势、诊段效能及其临床应用。

冠心病；冠状动脉；体层摄影术，X线计算机；CT血管成像；血流储备分数

DOI:10.19300/j.2016.Z4078

冠状动脉粥样硬化性心脏病简称冠心病（coronary artery disease，CAD），其发病率不断增高且发病年龄日趋年轻化，目前已成为危及人们生命的“隐形杀手”，因此对CAD的早期诊断、精准治疗已成为医学界人士不懈追求的目标。一直以来冠状动脉造影（coronary angiography，CAG）是冠状动脉血管形态评价的金标准。CAG可以实时动态评价冠状动脉的解剖畸形及其阻塞性病变的部位、程度、范围。但CAG反映冠状动脉病变的血流动力学或生理学意义有限，特别是对于中度冠状动脉狭窄［1］。冠状动脉CT血管成像（coronary CT angiography，CCTA）、冠状动脉 MR血管成像（coronary MR angiography，CMRA）、血管内超声（intravascular ultrasound，IVUS）、光学相干断层成像（optical coherence tomography，OCT）等亦是检查冠状动脉的方法，但这些检查方法只能提供冠状动脉的解剖学信息，包括粥样硬化斑块性质分析和冠状动脉狭窄程度评价，而冠状动脉血管狭窄是否引起症状性心肌缺血，即是否存在血流动力学的改变不得而知。由血管重建和强化药物治疗的临床转归 （Clinical Outcomes UtilizingRevascularizationandAggressiveDrug Evaluation，COURAGE）研究项目的子项目分析得出，40%的受试者在CAG上显示为冠状动脉显著狭窄，但没有诱发缺血或在单光子发射体层成像（singlephotonemissioncomputedtomography，SPECT）上仅有小的灌注缺损［2］，由此可见，CAG会过度评估病变的严重性。因此，确定冠状动脉病变的血流动力学变化具有重要意义。这就需要利用冠状动脉功能学检测方法来判断冠状动脉狭窄是否对远端血流产生影响。

1　FFR的概念

1993年荷兰科学家Nico pijls提出冠状动脉血流储备分数（fractional flow reserve，FFR）的概念:狭窄冠状动脉支配区域心肌的最大血流量与理论上同一支冠状动脉无狭窄时心肌所能获得的最大血流量的比值，可简化为冠状动脉狭窄远端压力和狭窄近端压力的比值。FFR是冠状动脉狭窄的功能学指标。

1.1FFR的测量方法及意义通过测定狭窄冠状动脉压力来反映血流量的改变。测定前需要扩血管药物（腺苷、罂粟碱等）来诱发冠状动脉的最大充血反应。然后由导引导管将压力导丝由肘动脉或者股动脉送入到狭窄冠状动脉，压力导丝通过狭窄病变后经由其压力感受器测量狭窄远端压力（Pd），导引导管同步获得近端压力（Pa），即得出FFR=Pd/Pa［3］。正常血管，远端压力和近端压力相等，FFR等于1.0；血管存在狭窄时，狭窄远端血管压力小于近端血管压力，FFR＜1.0。大量临床研究包括血流储备分数与造影对多支血管病变评价比较（fractional flow reserve versus angiography in multivessel evaluation，FAME）得出FFR的临界值是0.75。如果FFR＜0.75提示该病变有临床干预意义；如果FFR＞0.8，提示该病变引起心肌缺血的可能性很小，仅需药物治疗；FFR数值在0.75～0.80之间时需要结合病人临床情况及其他检查结果综合判断是否考虑介入治疗［4］。FFR能够为临床诊断及治疗提供重要信息并减少不必要的介入治疗。在FAME研究中共纳入1 005例多支病变的CAD病人，由FFR指导的血管重建相比由CAG引导的血运重建，前者减少了冠状动脉支架不良事件发生率，同样也减少了医疗成本［5-6］。

1.2FFR的局限性①FFR测量是有创性的，导引导管和压力导丝在操作过程中可能会对血管造成损害；②FFR测量时服用扩血管药物，少数病人会有不良反应；③FFR测量过程相关程序本身错误及校准不当会影响FFR值的准确性；④FFR测量时辐射剂量大且费用昂贵，其费用相当于血管内超声的检查费用［6］。所以，寻找一种无创、经济、能评估狭窄冠状动脉解剖及功能的“一站式”方法是急需解决的问题。基于CT的FFR（CT-FFR）无疑成为一种“理想”的工具。

2　CT-FFR原理

CT-FFR是将流体动力学应用于CCTA检查，在静息状态下的CCTA影像数据基础上，模拟出冠状动脉最大充血状态，然后按传统方法重建冠状动脉树与心室肌结构的三维模型，并以此来计算冠状动脉血流及压力情况［7］。其中血流经过纳维-斯托克斯方程（Navier-Stokes equations）变换被模拟为牛顿流体，从而计算FFR值。通过在模型上整合血管壁的弹性，模拟冠状动脉的自身调节和血流量、腺苷介导下冠状动脉的最大充血状态，将多种因素相互整合从而计算平均冠状动脉狭窄远端压力与平均主动脉压力的比值［8］，即CT-FFR。

CT-FFR技术应基于3个关键原则：①冠状动脉供血应满足静息时心肌需求。坚持这一原则，才能计算静息时心肌所需冠状动脉总血流量；②休息时微循环阻力成反比而不是线性地正比于滋养血管的大小；③微循环可预先反映正常冠状动脉血流的最大充血状态［9］。

3　CT-FFR的优势

CT-FFR是一种将解剖及功能评估结合为一体的冠状动脉病变检测方法，它汇集了CCTA和FFR的诸多优势，对于甄别“罪犯”血管，指导血运重建提供帮助，从而展现出良好的应用前景。

3.1 解剖结合功能评估CT-FFR是一种将FFR分析与CCTA解剖成像相结合，可从解剖学-生理学角度评估病变的新技术。CCTA具有较高的时间及空间分辨力，可以直观且准确地提供冠状动脉的解剖学信息，具有可靠的阴性预测值。其同时可无创、重复地评价斑块性质，及时发现冠状动脉钙化斑块、非钙化斑块、混合斑块。CCTA对冠状动脉钙化性斑块的评估准确性较其他性质斑块要低，通常会过度评估冠状动脉钙化斑块导致狭窄的严重性。CT-FFR可检测冠状动脉血流储备 （coronary flow reserve，CFR）、血流剪切应力等其他血流动力学指标，可以通过分析血液流速，对冠状动脉旁路血管的血流停滞及血管功能进行评价，从而避免了CCTA对钙化斑块的过度评估。因此，CCTA被认为是一种有潜在价值的冠状动脉成像方法［10］。由CCTA的影像数据计算得出的FFR可对病变部位的血流动力学改变进行评估，通过检测狭窄冠状动脉来判断所供应心肌是否缺血及其严重性。CT-FFR不仅可以判断病变冠状动脉的解剖形态，还可以对其进行功能性评估。更重要的是，与传统FFR相比，CT-FFR可对多支血管进行测定并具有可重复性［11］。

3.2 无创性CT-FFR无需导丝进行测量，故避免了测量过程中器械对血管的损害。利用CCTA进行的影像扫描过程所受的辐射剂量低于传统FFR测量过程。CT-FFR不需要诱发冠状动脉最大充血状态，所以无需服用扩血管药物，避免了病人的不良反应。

3.3与传统FFR有良好的相关性基于前瞻性、随机对照试验研究结果，FFR测定已经成为评价冠状动脉血管生理学功能的“金标准”［12］。采用解剖学CT血管成像确定血流储备分数 （determination of fractional flow reserve by anatomic computed tomographic angiography，DeFACTO）的两组研究证实［3］：①CCTA影像显示前降支病变管腔狭窄率大于50%，CAG证实狭窄率为57%。由CCTA影像测得该病变的CTFFR值是0.62，有明显血流动力学改变，传统FFR测量值是0.65。②右冠状动脉中段在CCTA影像上狭窄率大于50%，CAG显示狭窄率为62%。CT-FFR测得值是0.87，与传统FFR值0.86相近。因此，无创的CT-FFR有望代替有创性FFR而作为功能性评价冠状动脉的金标准。

3.4模拟支架更真实冠状动脉狭窄可表现为多支多处，且冠状动脉狭窄的形状差异较大。冠状动脉的狭窄程度与其CT-FFR值不呈线性关系，而是曲线样改变。所以运用计算流体力学方法和血流动力学基本原理在简化了的几何模型上模拟病变冠状动脉，进而考虑支架和病变冠状动脉扩张产生的不规则变形、冠状动脉支架在狭窄血管内扩张过程、支架植入后血管和支架内的血流状况，使计算支架模型更加接近真实情况。降低支架扩张对血管的损伤，提高临床经皮冠状动脉介入治疗（percutaneous coronary intervention，PCI）的疗效及预后。

3.5较高的诊断效能CCTA可以直观准确地提供冠状动脉的解剖学信息，且能无创观察导致冠状动脉狭窄的斑块性质，但由于钙化性斑块的部分容积效应，会导致测量的冠状动脉狭窄管径小于真实的管径，从而高估病变狭窄程度。而CT-FFR的功能评估可改善这一问题。CT-FFR结合CCTA具有90%的敏感度［13］。一项多中心研究［14］对252例CAD病人进行了比较分析，137例（54.4%）采用传统FFR检查证实存在显著狭窄。通过对每例病人分析得出CT-FFR的诊断准确度为73%（95%CI：67%～78%）、敏感度为90%（95%CI：84%～95%）、特异度为54% （95%CI：46%～83%）；其明显高于单独CCTA的诊断（准确度50%、敏感度84%、特异度42%）。CT-FFR 与CCTA单独成像相比，其不但无创且提高了诊断的准确性。CT-FFR可以对引起血流动力学改变的病变精确定位，对于引起心肌缺血的狭窄部位有较高的检出率［15］。除此之外，CT-FFR对临界病变（冠状动脉狭窄程度介于50%～70%）的诊断有重要意义。Pijls等［16］报道，在5年的随访中，CAD病人经无创检查证实存在临界性狭窄但无缺血证据，预后评估指标是FFR表明的心肌缺血，这些病人行PCI后其疗效比FFR证实的无缺血的未进行PCI的病人效果差。所以，对于冠状动脉解剖学上临界病变是否行支架植入的证据尚有不足。冠状动脉狭窄程度容易受主观因素的影响，且不能提供狭窄血管的血流动力学信息。CT-FFR可从功能角度对冠状动脉临界病变进行评价。提供冠状动脉狭窄病人的心肌缺血情况为临床植入支架提供支持［17-18］。

4　CT-FFR的临床应用

4.1评估缺血严重程度CT-FFR可以对冠状动脉临界狭窄病变的缺血严重程度做出准确评估［3］。在DeFACTO的研究中，对CAD病人的CT临界狭窄程度的评价发现CT-FFR的敏感度是CCTA的2倍多（82%比37%），同时特异度保持不变（66%）［19］。CT-FFR的高阴性预测值可作为成功排除可能需要血运重建的临界狭窄病变的有效方法［19-20］，从而指导临床治疗。

4.2同时行解剖学和功能学评估对于冠状动脉病变形态学不严重而临床症状较重的病人，临床医师无法采用CCTA与CAG对其进行准确评价，而CT-FFR在对病变冠状动脉解剖学进行评估的同时还可对其血流动力学改变进行评估，检测是否存在心肌缺血，所以可参考CT-FFR决定是否行PCI。CT-FFR已被证实可减少冠状动脉支架的植入率，并改善心脏功能［21］，是临床对冠状动脉病变的治疗及预后评估的重要指标。

4.3定位多支病变中的“罪犯”血管多支病变诊断的最终目的是找出引起心肌缺血的病变血管，并采取对应治疗措施。单纯CAG无法准确判断出有功能意义的狭窄病变。多支病变中并非所有病变血管都会引起心肌缺血。Tonino等［22］发现FAME研究中509例CAG提示冠状动脉多支病变的病人中仅235例（46%）存在功能性的多支病变。可见，精准定位“罪犯”血管后指导的血运重建可以减少支架植入数目，降低医疗花费，并可能减少需要搭桥的病人比例。对于多支病变的介入治疗，CT-FFR具有重要的指导作用。

5　CT-FFR的局限性

CT-FFR的基础是CCTA影像，CT影像质量的影响因素包括错层伪影、运动伪影、冠状动脉的钙化伪影和影像噪声等。在DeFACTO研究中，11%的病人影像被判断为无法评估而未纳入研究。鉴于CT-FFR高度依赖CCTA影像建模，出色的影像质量才能保证CCTA的测量［3］。除此以外，相对于传统FFR，CT-FFR的诊断性能可能受到病人微循环个体差异的影响，个人的生理条件可能会影响如流体密度和黏度等假定参数［23］。CT-FFR后期数据处理耗时较长，大约需要几个小时。目前，CT-FFR的评价仅限用于特定人群，这些病人均经CAG检查确诊或患有潜在的冠状动脉疾病［24］。因此，CT-FFR向更广泛的CAD病人推广并成为一种CCTA检查重要的辅助手段仍在探索中。

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（收稿2016-01-11）

The clinical value of CT-FFR in the evaluation of the function of coronary artery stenosis

CHI Litong，LIU Aishi.Graduate School of Medical Sciences，Inner Mongolia Medical University，Hohhot 010050，China；Department of Radiology，Affiliated Hospital of Inner Mongolian Medical University

Fractional flow reserve derived from coronary computed tomography angiography（CT-FFR）is a noninvasive method for evaluation of coronary atherosclerotic artery disease（CAD）.It integratesthe advantages of coronary conputed tomography angiography（CCTA）and fractional flow reserve（FFR），and provides both anatomical and functional information of coronary artery.CT-FFR not only can assesse the degree of anatomical coronary artery stenosis，but also can determine whether presence of ischemia and the severity of ischemia.In this review we summarized the advantages and efficacy of CT-FFR and its clinical application.

Coronary artery disease；Coronary artery；Tomography，X-ray computed；Computed tomography angiography；Fractional flow reserve Int J Med Radiol，2016，39（3）：250-253

1内蒙古医科大学研究生院，呼和浩特 010050；2内蒙古医科大学附属医院CT室

刘挨师，E-mail：liuaishi@sina.com
*审校者