基于FFR-CT在冠状动脉狭窄病变的临床应用研究

杨 奎 徐 鹏

佳木斯大学附属第一医院医学影像中心,黑龙江省佳木斯市 154000

众所周知,冠状动状狭窄程度与功能性心肌供血之间存在着复杂的血流动力学关系。一般而言,冠状动脉狭窄常引起心肌缺血,需要做血管再通手术才能缓解,但临床研究发现部分患者即使进行了心脏支架植入手术,其症状仍得不到改善,这给患者造成了巨大的生理及心理伤害。因此迫切需要一种前瞻性的检查方法,既能对狭窄血管进行评估,又能筛选出适合做血运重建的患者。冠脉血流储备分数(Fractional flow reserve,FFR)是公认评估功能性心肌供血不足的金标准[1]。随着影像技术的发展,国外研究学者最早提出将CCTA 技术与计算机流体力学相结合,能够准确评估冠脉管腔狭窄程度与心肌供血不足之间的关系[2]。目前FFR-CT检测冠状动脉狭窄性病变的评估检测手段在国外已得到美国食品和药品监管局(FAD)认证,但在国内其应用研究较少。已有研究表明[3],FFR-CT能较准确地评估冠心病患者的冠脉狭窄与心肌缺血之间的关系,且该技术仅需在CCTA检查信息的基础上进行数据计算,即可作出相对准确的诊断,并且可提供目标血管各处的狭窄系数。

1 FFR-CT原理

CCTA影像信息联合FFR技术的具体概念最早于2013年首次提出被Taylor等学者[4]提出,该概念指出FFR-CT是一种能够检测冠状动脉狭窄导致血流动力学异常且非侵入性的检测技术。该技术是以CCTA检测的影像学信息为基础,然后利用计算机模拟流体动力学(Computational fluid dynamics, CFD),最后将二者相结合,通过计算流体动力学得出各支血管的解剖学信息和血管管腔横截面积,再利用超级计算机模拟出冠状动脉虚拟仿真模型,在此基础上可计算出冠状动脉血管各点的血流信息和充盈压力数值。压力数值计算过程是将狭窄冠状动脉远端充盈压力与主动脉压力进行比较,这能有效显示狭窄的血管是否会引起心肌供血不足等情况[5]。该技术的优点在于一次检查便可得出整个冠脉血管各个狭窄处的FFR值。而目前广泛使用的FFR联合冠状动脉血管造影(ICA)术使用单压力导丝来进行检查,一次只能对单支血管进行FFR检测,且为侵入性有创检查,检查中还需要与扩血管类药物配合,相比于FFR-CT更为复杂。FFR-CT能对冠脉进行一站式检查从而在根本上减少冠状动脉造影(CAG)、ICA、FFR测量等这些有创性检查,同时提高医生评估患者是否适合进行血运重建准确性,也使得下一步检查更具有目的性。

2 FFR-CT准确性验证

2.1 DISCOVER-FLOW DISCOVER-FLOW研究是对FFR-CT计算结果准确性的首次验证。Koo等[6]通过大型临床实验比较了FFR-CT和CCTA对单只血管的评估情况,发现CCTA灵敏性较强但其特异性和阳性预测值较低,而FFR-CT在识别病变血管的精确度上高于CCTA。同时该研究将计算出的 FFR-CT影像数据与侵入性压力导丝测量的 FFR数值进行 Spearman 相关性分析,表明二者之间相关性表现较好(r=0.717,P<0.001)。最后研究得出FFR-CT在评估识别冠状动脉狭窄性疾病引起功能性心肌供血不足的诊断效能明显优于单一CCTA检查,且该检查是在CCTA影像信息的技术上进行计算,所以无须增加医生的额外工作,操作也较简单。

2.2 DeFACTO DeFACTO研究[7]验证了当冠脉管腔狭窄程度为30%～70%时,FFR-CT与CCTA相比,其在评估狭窄程度与心肌供血不足之间的关系时具有更高诊断性能。该研究纳入了407支血管,如FFR-CT和FFR≤0.80则认为该血管具有血流动力学狭窄,双盲结果显示:FFR-CT较单一的CCTA检查而言,在诊断中度管腔狭窄缺血性病变时具有高诊断性能和高灵敏度和阴性预测值,且在心血管临界性病变中也适用。

2.3 NXT NXT研究[8]是多中心的临床研究,旨在评估FFR-CT在检测和诊断冠脉狭窄的诊断性能,该研究以侵入性FFR≤0.8为诊断标准。与前两项实验相比,NXT研究在数据计算软件进行了升级,严格纳排标准,遵循最新指南,进行规范化的患者管理以及对患者本身进行干预(配合服用硝酸酯类扩血管药物),并且采用了更精准的重建技术进行血管模拟。通过以上改进,最后实验表明:在获得高标准的CCTA影像信息基础情况下FFR-CT与有创FFR有更良好的一致性,可准确评估冠状动脉管腔狭窄在临界性病变的患者,而且应用FFR-CT能避免不必要的检查。

3 FFR-CT在临床中的应用

3.1 FFR-CT在临界病变中的应用 冠状动脉临界病变多指在冠状动脉造影下影像信息提示血管管腔狭窄程度在50%～70%之间的病变[9]。所以通常情况下临床医生对患者多为临床观察,非必要时不进行介入干预,但是有相关研究表明,近7%的临界病变会在12个月内出现急性冠脉综合征(ACS)且需要进一步介入治疗,其中包括近88%为冠脉造影检查提示为管腔狭窄<60%的临界病变[10]。因此准确发现功能性缺血病变对后续介入治疗尤为重要。国内学者王彤宁等人[11]就FFR-CT对冠状动脉临界狭窄病变的诊断效能做了相关血流动力学研究,发现FFR-CT诊断的准确性、特异值分别为89%和62.5%,且敏感性高达100%,均高于单一的CCTA检查。且Bland-Altman分析也表明FFR-CT与有创FFR具有较好的一致性。国外研究学者Min等[12]将FFR-CT检测方法用于临界病变的冠心病患者,结果显示:FFR-CT在诊断临界性病变的诊断效能明显优于单纯CCTA,是一种安全、准确的检测方法。范迪等人[13]通过实验也得出与之相似的结论。

3.2 FFR-CT可提高冠状动脉检查的准确性 PLATFORM[14]研究是一项前瞻性、非随机对照试验。通过招募584例患者分11个中心组来验证FFR-CT能否避免不必要的有创冠脉造影检查。试验分为两组,组1为接受常规检测组,组2为接受CCTA/FFR-CT组。该项研究结果显示,常规检测组中73%的患者被确定为非梗阻性冠心病,而CCTA/FFR-CT组中仅有12%的患者被确定为非梗阻性冠心病。而且组2(CCTA/FFR-CT组)中有60%左右的患者避免了ICA的进一步检查[15]。后续Hlatky等[16]对PLATFORM的医疗费用进行分析,将两组费用进行对比发现,CCTA/FFR-CT组节约了3 391美元。总而言之,FFR-CT可避免不必要的侵入性检查、具有良好的经济性,因此可作为一种安全、准确性高的非侵入性检查方法。

3.3 FFR-CT指导冠状动脉血运重建 经皮冠状动脉介入(PCI)是临床治疗冠状动脉狭窄患者在治疗中最为常用及被公认最为有效的手段,但单一的CCTA以及ICA仅能从影像检查信息反映出解剖学狭窄情况,无法评估血管再通后的情况,为此国外学者Kim等[17]通过实验探讨了虚拟PCI技术,准确预测狭窄血管置入心脏支架后的血运重建情况。国外学者通过实验[18]验证CCTA和FFR-CT指导左主干或三支血管冠心病患者的CABG(冠脉搭桥)可行性,但该研究样本量较少,仍需要大规模的临床应用试验,因此还有很多改进空间。以上研究虽有不足之处,但不难看出:FFR-CT对于PCI手术支架置入位置指导预测有良好的可行性与准确性。但值得注意的是,该技术高度依赖患者血管内情况同时对影像成像质量要求也较高。笔者认为这种虚拟支架技术可在临床应用中帮助临床医生确定病变血管、选择支架的最佳尺寸及为植入位置提供最优选择。

4 FFR-CT 局限性

虽然FFR-CT在临床应用的有效性和实用性等方面已颇具成效,但其仍存在一定的局限性。即:(1)FFR-CT检查是在CCTA影像信息基础之上进行计算,而经总结发现被验证FFR-CT可行性的实验绝大多数是基于优质的CCTA成像质量,但CCTA图像质量会受到患者自身情况如:心率、呼吸功能以及自身耐受情况的影响,易产生运动伪影、截断伪影等,这将从数据采集方面严重影响FFR-CT后处理计算的准确性能[19]。(2)研究调查发现:基于数据计算理论基础FFR-CT的计算主要由图像质量和由此产生的冠状动脉分割能力决定,尽管在大多数情况下可以进行形态学评估,但是仍有至少10%左右的CCTA数据可能无法进行准确计算[20]。(3)由于该技术需要大量数据计算,但目前超级计算机及图像后处理技术还未达到理想计算水平,FFR-CT分析平均需要花费2.5h,而冠心病患者发病多为突发性,需要进行快速诊断,且不同患者血管内情况图像信息处理所需要时间也不同,难以保证时效性,这在一定程度上限制了其在急诊患者中的应用。(4)冠脉血管的弹性因人而异,通过计算机流体力学所模拟出来的冠状动脉最大充血图像是在平静状态下计算出来的,每个人血管弹性各异但计算算法却仅有一种,这并不能完全准确地模拟出不同个体冠脉的舒张状态,同时也无法得出该血管真实的弹性状态,这可能导致FFR-CT最终的测定值有所偏差[21]。

5 展望

基于影像学基础衍生出来的FFR技术正逐渐走向成熟,有望提供解剖学和功能学信息,从而为冠状动脉狭窄患者在临床疾病检测与评估中提供指导性意见,而且避免了不必要的介入检查和一定手术风险,规避其他检查在评估不足的情况下进行支架植(即使植入,自身供血不足症状未能得到有效改善的情况),这在一定程度上使得心脏支架植入能得到最合理的使用[22]。FFR-CT作为一项新兴检查技术还需要在软件、算法、诊断时效性等方面进行逐步提高,笔者相信该技术作为非侵入性检查方法在逐渐完善后能够被更好地普及推广。