定量血流分数的临床应用及研究进展

方舟 羊镇宇，2

(1.南京医科大学研究生院附属无锡临床医学院，江苏 无锡 214023；2.南京医科大学附属无锡市人民医院心内科，江苏 无锡 214023)

Sones医师于1959年首次完成了选择性冠状动脉造影(coronary angiography，CAG)，此后CAG经过了数十年的长远发展，目前已成为诊断冠心病并评估冠状动脉狭窄程度的“金标准”[1]。在CAG的指导下，临床医生对冠心病患者是否应积极行经皮冠脉介入术(percutaneous coronary intervention，PCI)有了更充分的证据，尤其是在急性冠脉综合征领域中，PCI治疗可显著地改善患者的预后及生活质量[2]。但随着PCI技术的应用和推广，CAG的局限性逐渐暴露，例如无法反映斑块的病理学性质且无法评估狭窄处下游的血流灌注状态[3]，冠状动脉功能学评估作为新的依据及补充应运而生。国内外指南均指出，对于CAG显示冠状动脉狭窄程度在90%以下的稳定型心绞痛患者，需结合冠状动脉功能学评估来决定是否行PCI[4-5]。冠状动脉血流储备分数(fractional flow reserve，FFR)虽然作为目前评价冠状动脉功能学的金标准，但其规范操作较为复杂，测量时使用的腺苷或三磷酸腺苷等药物易引起患者心悸、低血压、胸闷和呼吸困难[6]等不良反应。昂贵的压力导丝更是限制了其在临床上的广泛应用。定量血流分数(quantitative flow ratio，QFR)作为评估冠状动脉功能学的新型手段，弥补了FFR的不足。

1 QFR的测定原理

QFR测定的基本原理如下：(1)正常心外膜冠状动脉的压力保持恒定；(2)冠状动脉压力下降程度由病变的狭窄形状和狭窄处的流量决定，应用流体动力学分析狭窄处的几何形状及流量即可得到相应的压力变化；(3)通过造影图像计算机三维定量分析(3D-QCA)可重建狭窄处的几何形状；(4)主要冠状动脉的流速随动脉的变细而逐渐下降，通过冠状动脉平均流速和3D-QCA重建得到的参考冠状动脉直径可计算出该血管任意节段的流速。具体测定时通过3D-QCA分析CAG图像，从而得到血管狭窄处的几何形状数据以及狭窄前后的流速，再使用相应的计算机软件计算出狭窄两端的压力变化，从而测得QFR[7]。

2 QFR的临床应用

2.1 指导稳定性冠心病的治疗

以往对于稳定性冠心病患者的PCI治疗策略都基于CAG，对于CAG提示冠状动脉病变但血管功能尚可的患者容易造成过度医疗，植入过多的支架，反而不利于术后恢复。QFR的出现打破了这一局面。韩国有关研究对110例稳定性冠心病患者行PCI治疗，其中79例患者在QFR联合CAG指导下行PCI，其余患者作为对照组在CAG指导下接受PCI治疗。对两组患者PCI前后的运动时间进行分析发现，试验组患者的绝对运动时间和相对运动时间显著高于对照组患者(97.7 s vs 12.5 s，P<0.01；25.4% vs 3.6%，P=0.01)。研究者得出结论：对于稳定性冠心病的PCI治疗方案，QFR指导下的PCI治疗方案显著优于无QFR指导的PCI治疗方案[8]。

2.2 指导ST段抬高心肌梗死患者中非罪犯血管的治疗

对于ST段抬高心肌梗死患者在接受PCI治疗时是否需积极地干预非罪犯血管一直在临床上饱受争议。Francesco博士进行的回顾性多中心研究对共计82例患者的非罪犯血管进行QFR测定，分析发现：在中等狭窄程度(平均FFR 0.82±0.09)的血管中，QFR的准确性很高(AUC 0.91，95%CI0.85～0.97)；在FFR处于0.75～0.85之外的病变血管中，QFR的诊断准确性>95%。由此笔者认为，QFR在评估首次PCI期间非罪犯血管的功能性方面具有良好的诊断准确性[9]。除了回顾性研究，也有相关的干预性研究对共计186例患有微血管功能障碍的ST段抬高心肌梗死患者进行了试验，其中的45例患者在首次PCI期间测量QFR和FFR，发现FFR和QFR分别确定了16个和17个非罪犯血管有潜在的流量减少，这个研究证明QFR是指导临床医生对ST段抬高心肌梗死患者的非罪犯血管进行冠状动脉重建术的可靠工具[10]。

2.3 指导心肌桥的治疗

由于心肌桥患者的壁冠状动脉狭窄程度随心脏的收缩舒展不断变化，是否对患有心肌桥的患者积极进行手术干预是一个临床难题。有关研究纳入了45例接受过CAG的有症状的心肌桥患者进行回顾分析，并计算了心脏收缩期的QFR、舒张期的QFR以及平均时间的QFR(TA-QFR)，分析发现TA-QFR(AUC 0.91，95%CI0.79～0.98)明显优于舒张期的QFR(AUC 0.69，95%CI0.53～0.82)和收缩期的QFR(AUC 0.87，95%CI0.74～0.95)，TA-QFR能有效地评估心肌桥患者的血管功能，用于指导手术治疗[11]。

2.4 评估预后

冠心病患者的预后虽然受多种因素的影响，但QFR作为反映血管功能状态的指标必然在评估预后方面具有重要意义。有研究者对PROSPECT和IBIS-4研究中的数据进行分析发现：数值在0.80～0.97的QFR是主要心血管不良事件的独立预测因素。QFR可提供除斑块形态以外的功能学信息，以此预测5年内的主要心血管不良事件[12]。此外，有研究者对167例CAG提示无明显狭窄的患者进行了前降支、回旋支以及右冠状动脉的QFR测算，并进行了为期7年的随访，研究结果认为3条冠状动脉中至少有1条的QFR值≤0.80被认为是长时间内主要不良心血管和脑血管事件的最强预测因子[13]。日本的相关研究则是将3条冠状动脉血管的QFR总和作为预测因素，发现QFR总和可稳定地预测冠心病患者的主要心血管不良事件风险，其预后意义可能比常规CAG评分更可靠[14]。同时有研究表明，QFR可作为预测ST段抬高心肌梗死后微血管功能障碍的有效预测因素[15]。

2.5 用于对支架效果的评估

QFR除了可对病变血管狭窄程度进行评估外，同样可运用于对植入支架效果的评估。FANTOMⅡ试验运用QFR技术对235例接受了Fantom西罗莫司洗脱生物可吸收支架治疗的患者在术后6、9和24个月进行支架效果评估，以此研究可吸收支架的实际效果[16]。此外，荷兰阿姆斯特丹大学学术医学中心也进行过相关研究，将QFR作为评价标准，以此来比较BuMA Supreme生物可降解聚合物西罗莫司洗脱支架与耐用聚合物佐他莫司洗脱支架的治疗效果[17]。

3 QFR的重要进展

根据QFR的测定原理和测定方式发现，QFR技术的关键在于通过3D-QCA来分析获得目标血管的形态学参数。那么任何能提供血管形态学参数的图像理论上都可用于QFR的计算，因此诞生了基于光学相干断层成像(optical coherence tomography，OCT)以及血管内超声(intravascular ultrasound，IVUS)图像来计算QFR的方式。

3.1 基于IVUS的QFR——超声血流分数

3.1.1 概述

IVUS通过将微型超声探头送入血管腔内，从而提供血管横截面图像。在临床应用中，IVUS能精确地测定冠状动脉管腔的直径和判断病变狭窄程度及斑块性质，在指导冠心病介入治疗方面有显著作用[18]。基于IVUS的QFR——超声血流分数(ultrasonic flow ratio，UFR)的测定原理与QFR基本相似，通过特殊的计算机软件对IVUS获得的血管横截面图像进行三维重建，从而获得目标血管完整的几何参数，进而计算出UFR数值。

3.1.2 UFR的诊断有效性

目前已有多个研究中心对UFR的有效性和准确性展开研究，但结论仍存在一些争议。Cristiano博士等对24例患者的34支血管进行了研究分析，结果发现基于IVUS的QFR与血管病变程度显著相关(r=0.79，P<0.001)，并且与“金标准”FFR表现出良好的一致性。基于IVUS的QFR的总体准确性、敏感性、特异性、阳性预测值和阴性预测值分别为91%、89%、92%、80%和96%[19]。此外另一项研究将UFR、标准FFR以及IVUS衍生的最小管腔面积与心肌缺血的关联性进行研究比较，发现相比单纯反映血管解剖学参数的最小管腔面积，UFR更有鉴定心肌缺血的价值[20]。

然而在这些研究中，关于UFR诊断有效性的结果所选取的研究对象均是稳定性冠心病患者，并且样本量较少，因此很可能高估UFR的有效性和特异性。此外，由于IVUS所获得的是血管的横截面图像，即使通过三维重建也无法精确地反映血管的弯曲程度，这样所造成的误差是否在可接受范围内，需更多的临床研究来验证。

3.2 基于OCT的QFR——光学血流分数

3.2.1 概述

OCT是一种依靠光的相干性来获取人体器官断层图像的成像方式。OCT可反映纤维斑块、钙化斑块及脂质斑块等组织学特征，还可用于诊断夹层、组织脱垂、血栓及支架贴壁不良[21]。2018年有学者提出了将血管内OCT和QFR相结合的理念[22]，在随后的1年内，涂圣贤教授进一步研发出了基于OCT的QFR——光学血流分数(optical flow ratio，OFR)技术。OFR的测定原理与UFR相同，通过对OCT图像的分析重建目标血管，运用流体力学原理进而计算出OFR数值。

3.2.2 OFR的诊断有效性

魏宇等的一项研究将118例患者的125条血管都进行了OFR和FFR的测定，以FFR为参考标准分析发现，OFR识别FFR≤0.80的准确性、敏感性、特异性、阳性预测值和阴性预测值分别为90%、87%、92%、92%和88%[23]。此外，另一项研究分析了OFR、QFR和FFR的相关性，结果发现OFR与FFR的相关性和一致性比QFR更显著(r=0.87 vs 0.77，P<0.001)[24]。综上所述，两项研究均表明OFR具有评估冠状动脉功能学的能力，但OFR能否顺利地应对临床中的各种复杂情况，还需对其进行更多的相关研究。

4 小结

冠状动脉的功能学评估在指导PCI治疗以及预测患者预后方面有重要意义。QFR作为一种优异的冠状动脉功能学评估方式，在越来越多的临床研究的验证下，不断拓展并证明了其广阔的临床应用前景。同时可展望，在未来更多的临床研究支持下，“基于IVUS的QFR”和“基于OCT的QFR”会得到更为长远的发展。