基于影像计算的冠状动脉功能学评价的研究进展

马越 宋雷 乔树宾

冠状动脉疾病的诊断和治疗已进入全新时代，单纯从解剖学评价冠状动脉狭窄并不能真实反映缺血情况，解剖学与功能学评价结果不一致的现象普遍存在，冠状动脉疾病的治疗目标已由“治疗狭窄”转变为“治疗缺血”。随着临床医师对冠状动脉功能学评价认识的提高，血流储备分数（fractional flow reserve，FFR）逐渐成为诊断和治疗冠状动脉疾病的重要决策影响因素。在心血管病专家和生物物理学专家的共同努力下，冠状动脉功能学评价正呈现出无创化、快捷化、经济化、多元化的发展趋势。本文对近年来基于影像计算的冠状动脉功能学评价的主要研究进展进行综述。

1 FFR

冠状动脉功能学评价已被公认能为患者带来远期获益。基于压力导丝及腺苷等微血管扩张药物测量的FFR是目前最主要的功能学评价指标。自FAME［1］、FAME 2［2］等系列研究成果发布后，FFR成为了冠状动脉功能学评价的“金标准”，以FFR指导的介入治疗策略被证实安全、经济，并能显著改善患者的预后。

2 基于影像计算的FFR

由于FFR检测受限于压力导丝费用高、药物诱导充血引起患者不适等因素，目前在国内外的使用率均不高。基于影像计算的冠状动脉功能学评价新方法应运而生，可在不使用压力导丝和微血管扩张药物的情况下进行FFR计算。

2. 1 基于CT的FFR（computed tomography-derived FFR，FFRCT）

冠状动脉CT是一种可直接显示冠状动脉病变的无创性检查方法，因其操作简单、诊断性能较好而广泛应用于临床，但其诊断准确度与有创性冠状动脉造影检查相比略有不足。FFRCT为在模拟最大充血条件下，根据流体力学计算和对CT图像的建模技术测量冠状动脉狭窄病变远端的平均压与主动脉平均压，从而实现对冠状动脉血管进行无创性功能学评价，此过程不需要特殊的图像采集手段或微血管扩张药物［3］。

在诊断性能方面，FFRCT可较好地反映稳定性冠心病患者真实心肌缺血情况，其评估功能性狭窄病变的总体诊断准确率与单光子发射计算机断层扫描（single photon emission computed tomography，SPECT）水平相同，诊断敏感性明显高于SPECT［4］，国产自主研发的FFRCT软件对于心肌缺血同样有较高的诊断价值，准确率为81.7%，最佳诊断界值为0.805［5］，但严重的钙化病变会对FFRCT的诊断效能产生影响［6］。在指导治疗方面，在冠状动脉CT基础上联合FFRCT可提高治疗决策制订的准确性，FFRCT≤0.80可作为进一步有创性冠状动脉造影检查的重要依据。在多支血管病变患者中，基于FFRCT与基于冠状动脉造影做出的血运重建决策相似度达92.8%［7-10］。在患者预后方面，FFRCT是左前降支心肌桥近段动脉粥样硬化斑块形成的重要预测因子［11］，其数值与血运重建、心肌梗死及心原性死亡等事件的发生率呈负相关［12］，FFRCT每降低0.05个单位，主要不良心血管事件的发生率增加1.4倍［13］。在适应证选择方面，除稳定性冠心病外，FFRCT还可用于急诊就诊的胸痛患者，急诊冠状动脉CT检查后计算FFRCT（HeartFlow，美国）所需时间为2.5 h，计算成功率高达98.2%［14］。

2. 2 基于冠状动脉造影的FFR

冠状动脉造影是诊断冠心病的金标准，基于冠状动脉造影的功能学评价手段主要包括定量血流分数（quantitative flow ratio，QFR）、基于冠状动脉造影的血流储备分数（coronary angiography-derived FFR，FFRangio）、基于计算流体力学的FFR（computational pressure-flow derived FFR，caFFR）及血管血流储备分 数（vessel fractional flow reserve，vFFR）等。

QFR对冠状动脉造影进行三维重建后，通过靶血管中对比剂充盈时间的帧数计算出对比剂流速，根据血流动力学方程得到血管各段的压力下降值；FFRangio是将狭窄病变节段对血流产生的阻力视作一个电阻元件，应用电学方程模拟电阻在电流中的效果，从而计算得到FFR值；caFFR则是结合实时主动脉压力，利用优化的流体力学公式进行计算从而模拟压力导丝回撤过程；vFFR与其他几种基于造影的FFR相似，利用三维定量冠状动脉造影图像对冠状动脉狭窄病变进行生理功能评估。由于不需要使用压力导丝和微血管扩张药物，基于造影的FFR具有安全性更高、费用更低的优点。

在诊断速度方面，由于可在冠状动脉造影的同时完成，从数据传输到完成QFR及caFFR计算过程平均时长分别为4.36 min及4.58 min［15-16］，较FFR操作过程明显缩短时间，故还具有操作简便、耗时较短的优点。在诊断性能方面，国内外研究显示，与金标准FFR相比，caFFR的诊断准确率可高达95.7%［16-17］，FFRangio的诊断准确率高达92%［18］，对于FFR值为0.75～0.85的临界病变，FFRangio的诊断准确率仍可高达85.5%［19］，vFFR同样具有良好的诊断价值［20］，QFR的诊断价值同时得到了血管内超声结果的验证［21］。在患者预后方面，造影未见有意义狭窄病变的患者中至少一支冠状动脉QFR值≤0.80，提示远期随访发生主要不良心脑血管事件的风险增加3倍［22］。HAWKEYE研究［23］中，PCI术后发生不良事件的患者QFR显著偏低，ROC曲线确定PCI术后QFR最佳诊断界值为0.89。三支病变患者PCI术后QFR＜0.91的血管在2年内发生靶血管不良事件的概率显著高于PCI术后QFR≥0.91的血管［24］。同时，基于QFR的功能学SYNTAX评分及功能学残余SYNTAX评分的临床诊断表现均优于传统的危险分层评分系统［25-26］。此外，caFFR指导PCI术后靶血管caFFR≤0.83的患者心源性死亡及靶血管相关心肌梗死等事件的发生率明显升高［27］。在心肌梗死治疗方面，多项研究表明QFR在ST段抬高型心肌梗死患者非罪犯病变中具有良好的诊断准确性，可作为指导血运重建的可靠指标［28-29］，与择期QFR及FFR相比，急性期QFR表现出良好的诊断性能［30］。

2. 3 基于光学相干断层成像（optical coherence tomography，OCT）的FFR（OCT-derived FFR，OFR）

OCT是目前分辨率最高的冠状动脉腔内影像技术，可以较好地识别斑块成分、评价斑块易损性，用以优化介入治疗策略及支架置入后效果。OCT和FFR在指导冠心病介入治疗方面各具优势，在临床诊疗中往往很多患者同时需要腔内影像学和血管功能学的双重评价［31］。

OFR是一种新型融合冠状动脉成像技术，实现了通过一次OCT导管回撤，实时完成斑块形态学和冠状动脉生理功能学的全面评价［32］。OFR利用OCT导管回撤的图像，自动描绘冠状动脉管腔轮廓并进行三维重建，根据参考管腔直径和0.35 m/s的血流速度进行血流动力学计算所得到。OFR计算速度高，OCT导管回撤至完成OFR计算最快平均用时55 s，可同时完成斑块自动识别、分支开口自动检测等功能［33］。

OFR具有较高诊断性能，在中重度冠状动脉狭窄血管中，OFR与金标准FFR诊断结果具有高度一致性［34］。以FFR≤0.80的血管为参考，OFR诊断准确率高达90%以上。同时，OFR诊断性能的受试者特征曲线下面积高于OCT最小管腔面积［33，35］。在对串联病变的检测中，OFR同样能够对每个单独病变进行准确的功能学评价［36］。OFR的组内及组间变异性均较低，具有良好的可重复性，导管回撤速度对OFR结果的影响可忽略不计［33，37］。

2. 4 基于IVUS的FFR（IVUS-derived FFR，UFR）

IVUS是将末端带有微型超声探头的导管置入血管腔内，利用超声波成像原理对血管的横截面进行实时成像，协助进一步明确斑块、血管壁等情况。在临床诊疗中同时使用FFR及IVUS评估同一病变耗时较长、成本较高，应用IVUS对冠状动脉狭窄病变进行功能学评价具有与FFR相似的效果［38］。

UFR是一种基于IVUS图像和造影对靶血管进行功能学评价的新型融合技术，计算方法主要依赖于计算机流体力学分析［32］。UFR的优点在于无需压力导丝及微血管扩张药物，仅使用超声导管即可同时进行解剖学和功能学的双重评价，且不受血管弯曲的影响。

在以FFR为金标准的功能学评价研究中，UFR与IVUS下最小管腔面积相比具有更强的线性相关性，在诊断性能上优于单纯应用IVUS进行解剖学评价［39］。与FFR≤0.80为诊断界值相比，UFR与FFR具有高度一致性，其诊断的准确率高达91%［40］。

3 小结与展望

冠状动脉疾病的诊断和治疗呈现出精准化的发展趋势，基于影像计算的冠状动脉功能学评价的发展除了优化临床诊疗、改善患者预后之外，还可以减轻患者经济负担。目前，基于影像计算的冠状动脉功能学评价处于科学研究向临床应用的转化阶段，仍存在需要手动识别血管、计算所需时间较长、诊断性能受特殊血管及病变影响、适应证范围较小等问题。

未来还需开展更多有关基于影像计算的冠状动脉功能学评价的科学研究，进一步证实其为真实世界患者所带来的临床获益，特别是在OFR、UFR等基于腔内影像的新型融合技术上的研究。其次，需充分发挥医工结合的价值，在人工智能技术的帮助下，深度学习大量真实患者的影像数据，从而实现快速、准确进行影像计算。此外，国产自主研发设计的基于影像计算的冠状动脉功能学评价产品需要更多支持，以尽早实现本土产品市场化，为中国冠状动脉疾病患者带来更多临床获益。

利益冲突 所有作者均声明不存在利益冲突