基于FFR-CT在冠狀動脈狹窄病變的臨床應用研究

楊 奎 徐 鵬

佳木斯大學附屬第一醫院醫學影像中心,黑龍江省佳木斯市 154000

眾所周知,冠狀動狀狹窄程度與功能性心肌供血之間存在著復雜的血流動力學關系。一般而言,冠狀動脈狹窄常引起心肌缺血,需要做血管再通手術才能緩解,但臨床研究發現部分患者即使進行了心臟支架植入手術,其癥狀仍得不到改善,這給患者造成了巨大的生理及心理傷害。因此迫切需要一種前瞻性的檢查方法,既能對狹窄血管進行評估,又能篩選出適合做血運重建的患者。冠脈血流儲備分數(Fractional flow reserve,FFR)是公認評估功能性心肌供血不足的金標準[1]。隨著影像技術的發展,國外研究學者最早提出將CCTA 技術與計算機流體力學相結合,能夠準確評估冠脈管腔狹窄程度與心肌供血不足之間的關系[2]。目前FFR-CT檢測冠狀動脈狹窄性病變的評估檢測手段在國外已得到美國食品和藥品監管局(FAD)認證,但在國內其應用研究較少。已有研究表明[3],FFR-CT能較準確地評估冠心病患者的冠脈狹窄與心肌缺血之間的關系,且該技術僅需在CCTA檢查信息的基礎上進行數據計算,即可作出相對準確的診斷,并且可提供目標血管各處的狹窄系數。

1 FFR-CT原理

CCTA影像信息聯合FFR技術的具體概念最早于2013年首次提出被Taylor等學者[4]提出,該概念指出FFR-CT是一種能夠檢測冠狀動脈狹窄導致血流動力學異常且非侵入性的檢測技術。該技術是以CCTA檢測的影像學信息為基礎,然后利用計算機模擬流體動力學(Computational fluid dynamics, CFD),最后將二者相結合,通過計算流體動力學得出各支血管的解剖學信息和血管管腔橫截面積,再利用超級計算機模擬出冠狀動脈虛擬仿真模型,在此基礎上可計算出冠狀動脈血管各點的血流信息和充盈壓力數值。壓力數值計算過程是將狹窄冠狀動脈遠端充盈壓力與主動脈壓力進行比較,這能有效顯示狹窄的血管是否會引起心肌供血不足等情況[5]。該技術的優點在于一次檢查便可得出整個冠脈血管各個狹窄處的FFR值。而目前廣泛使用的FFR聯合冠狀動脈血管造影(ICA)術使用單壓力導絲來進行檢查,一次只能對單支血管進行FFR檢測,且為侵入性有創檢查,檢查中還需要與擴血管類藥物配合,相比于FFR-CT更為復雜。FFR-CT能對冠脈進行一站式檢查從而在根本上減少冠狀動脈造影(CAG)、ICA、FFR測量等這些有創性檢查,同時提高醫生評估患者是否適合進行血運重建準確性,也使得下一步檢查更具有目的性。

2 FFR-CT準確性驗證

2.1 DISCOVER-FLOW DISCOVER-FLOW研究是對FFR-CT計算結果準確性的首次驗證。Koo等[6]通過大型臨床實驗比較了FFR-CT和CCTA對單只血管的評估情況,發現CCTA靈敏性較強但其特異性和陽性預測值較低,而FFR-CT在識別病變血管的精確度上高于CCTA。同時該研究將計算出的 FFR-CT影像數據與侵入性壓力導絲測量的 FFR數值進行 Spearman 相關性分析,表明二者之間相關性表現較好(r=0.717,P<0.001)。最后研究得出FFR-CT在評估識別冠狀動脈狹窄性疾病引起功能性心肌供血不足的診斷效能明顯優于單一CCTA檢查,且該檢查是在CCTA影像信息的技術上進行計算,所以無須增加醫生的額外工作,操作也較簡單。

2.2 DeFACTO DeFACTO研究[7]驗證了當冠脈管腔狹窄程度為30%～70%時,FFR-CT與CCTA相比,其在評估狹窄程度與心肌供血不足之間的關系時具有更高診斷性能。該研究納入了407支血管,如FFR-CT和FFR≤0.80則認為該血管具有血流動力學狹窄,雙盲結果顯示:FFR-CT較單一的CCTA檢查而言,在診斷中度管腔狹窄缺血性病變時具有高診斷性能和高靈敏度和陰性預測值,且在心血管臨界性病變中也適用。

2.3 NXT NXT研究[8]是多中心的臨床研究,旨在評估FFR-CT在檢測和診斷冠脈狹窄的診斷性能,該研究以侵入性FFR≤0.8為診斷標準。與前兩項實驗相比,NXT研究在數據計算軟件進行了升級,嚴格納排標準,遵循最新指南,進行規范化的患者管理以及對患者本身進行干預(配合服用硝酸酯類擴血管藥物),并且采用了更精準的重建技術進行血管模擬。通過以上改進,最后實驗表明:在獲得高標準的CCTA影像信息基礎情況下FFR-CT與有創FFR有更良好的一致性,可準確評估冠狀動脈管腔狹窄在臨界性病變的患者,而且應用FFR-CT能避免不必要的檢查。

3 FFR-CT在臨床中的應用

3.1 FFR-CT在臨界病變中的應用 冠狀動脈臨界病變多指在冠狀動脈造影下影像信息提示血管管腔狹窄程度在50%～70%之間的病變[9]。所以通常情況下臨床醫生對患者多為臨床觀察,非必要時不進行介入干預,但是有相關研究表明,近7%的臨界病變會在12個月內出現急性冠脈綜合征(ACS)且需要進一步介入治療,其中包括近88%為冠脈造影檢查提示為管腔狹窄<60%的臨界病變[10]。因此準確發現功能性缺血病變對后續介入治療尤為重要。國內學者王彤寧等人[11]就FFR-CT對冠狀動脈臨界狹窄病變的診斷效能做了相關血流動力學研究,發現FFR-CT診斷的準確性、特異值分別為89%和62.5%,且敏感性高達100%,均高于單一的CCTA檢查。且Bland-Altman分析也表明FFR-CT與有創FFR具有較好的一致性。國外研究學者Min等[12]將FFR-CT檢測方法用于臨界病變的冠心病患者,結果顯示:FFR-CT在診斷臨界性病變的診斷效能明顯優于單純CCTA,是一種安全、準確的檢測方法。范迪等人[13]通過實驗也得出與之相似的結論。

3.2 FFR-CT可提高冠狀動脈檢查的準確性 PLATFORM[14]研究是一項前瞻性、非隨機對照試驗。通過招募584例患者分11個中心組來驗證FFR-CT能否避免不必要的有創冠脈造影檢查。試驗分為兩組,組1為接受常規檢測組,組2為接受CCTA/FFR-CT組。該項研究結果顯示,常規檢測組中73%的患者被確定為非梗阻性冠心病,而CCTA/FFR-CT組中僅有12%的患者被確定為非梗阻性冠心病。而且組2(CCTA/FFR-CT組)中有60%左右的患者避免了ICA的進一步檢查[15]。后續Hlatky等[16]對PLATFORM的醫療費用進行分析,將兩組費用進行對比發現,CCTA/FFR-CT組節約了3 391美元。總而言之,FFR-CT可避免不必要的侵入性檢查、具有良好的經濟性,因此可作為一種安全、準確性高的非侵入性檢查方法。

3.3 FFR-CT指導冠狀動脈血運重建 經皮冠狀動脈介入(PCI)是臨床治療冠狀動脈狹窄患者在治療中最為常用及被公認最為有效的手段,但單一的CCTA以及ICA僅能從影像檢查信息反映出解剖學狹窄情況,無法評估血管再通后的情況,為此國外學者Kim等[17]通過實驗探討了虛擬PCI技術,準確預測狹窄血管置入心臟支架后的血運重建情況。國外學者通過實驗[18]驗證CCTA和FFR-CT指導左主干或三支血管冠心病患者的CABG(冠脈搭橋)可行性,但該研究樣本量較少,仍需要大規模的臨床應用試驗,因此還有很多改進空間。以上研究雖有不足之處,但不難看出:FFR-CT對于PCI手術支架置入位置指導預測有良好的可行性與準確性。但值得注意的是,該技術高度依賴患者血管內情況同時對影像成像質量要求也較高。筆者認為這種虛擬支架技術可在臨床應用中幫助臨床醫生確定病變血管、選擇支架的最佳尺寸及為植入位置提供最優選擇。

4 FFR-CT 局限性

雖然FFR-CT在臨床應用的有效性和實用性等方面已頗具成效,但其仍存在一定的局限性。即:(1)FFR-CT檢查是在CCTA影像信息基礎之上進行計算,而經總結發現被驗證FFR-CT可行性的實驗絕大多數是基于優質的CCTA成像質量,但CCTA圖像質量會受到患者自身情況如:心率、呼吸功能以及自身耐受情況的影響,易產生運動偽影、截斷偽影等,這將從數據采集方面嚴重影響FFR-CT后處理計算的準確性能[19]。(2)研究調查發現:基于數據計算理論基礎FFR-CT的計算主要由圖像質量和由此產生的冠狀動脈分割能力決定,盡管在大多數情況下可以進行形態學評估,但是仍有至少10%左右的CCTA數據可能無法進行準確計算[20]。(3)由于該技術需要大量數據計算,但目前超級計算機及圖像后處理技術還未達到理想計算水平,FFR-CT分析平均需要花費2.5h,而冠心病患者發病多為突發性,需要進行快速診斷,且不同患者血管內情況圖像信息處理所需要時間也不同,難以保證時效性,這在一定程度上限制了其在急診患者中的應用。(4)冠脈血管的彈性因人而異,通過計算機流體力學所模擬出來的冠狀動脈最大充血圖像是在平靜狀態下計算出來的,每個人血管彈性各異但計算算法卻僅有一種,這并不能完全準確地模擬出不同個體冠脈的舒張狀態,同時也無法得出該血管真實的彈性狀態,這可能導致FFR-CT最終的測定值有所偏差[21]。

5 展望

基于影像學基礎衍生出來的FFR技術正逐漸走向成熟,有望提供解剖學和功能學信息,從而為冠狀動脈狹窄患者在臨床疾病檢測與評估中提供指導性意見,而且避免了不必要的介入檢查和一定手術風險,規避其他檢查在評估不足的情況下進行支架植(即使植入,自身供血不足癥狀未能得到有效改善的情況),這在一定程度上使得心臟支架植入能得到最合理的使用[22]。FFR-CT作為一項新興檢查技術還需要在軟件、算法、診斷時效性等方面進行逐步提高,筆者相信該技術作為非侵入性檢查方法在逐漸完善后能夠被更好地普及推廣。