血流储备分数CT成像的最新进展及应用前景

徐少坤（综述） 韩战营（审校）

血流储备分数CT成像的最新进展及应用前景

徐少坤（综述） 韩战营（审校）

冠状动脉狭窄；体层摄影术，X线计算机；冠状血管造影术；血流储备分数；血管成形术，经腔，经皮冠状动脉；综述

冠状动脉狭窄程度与心肌缺血之间的关系较为复杂，对于临界和多支病变是否行介入治疗应该进行形态学和功能学评价。既往研究显示，对于冠状动脉造影证实有30%～49%的轻度狭窄，约22%的病变并不引起缺血症状；即使冠状动脉造影显示管腔狭窄介于50%～69%的病变中，仅27%可以引起缺血症状[1-2]。因此，仅根据定量冠状动脉造影评估病变狭窄是不可靠的，有必要寻找一种可以同时对病变的血流动力学及解剖学进行评价的方法。

在经皮冠状动脉介入治疗（percutaneous coronary intervention，PCI）过程中，评估冠状动脉狭窄病变的血流动力学指标是血流储备分数（fractional flow reserve，FFR），其测量是在冠状动脉血管达到最大充血状态时，利用带有压力感受器的导丝精确测量狭窄病变远端的压力数值，其与近端压力的比值即为FFR[3]。FFR反映了心外膜冠状动脉狭窄对血流动力学的影响，是评价病变功能学的可靠指标。DEFER研究和FAME研究证实，FFR指导的PCI治疗可以减少医疗费用及不必要的再次血运重建[4-5]。目前临床广泛使用的评估冠状动脉解剖学狭窄的方法主要为冠状动脉CT血管造影（coronary computed tomography angiography，CCTA），它是从外周大静脉注射造影剂，使冠状动脉在X线下显影，评估血管狭窄的程度和范围[6]，它同样不能识别病变是否引起心肌缺血。近年，CCTA技术及计算机流体力学的进步为血流储备分数CT成像（CT-FFR）的出现提供了条件。CT-FFR的应用使得临床医师可以从常规冠状动脉CT血管造影中获得狭窄病变处的FFR值，提高诊断成功率，而且不额外应用腺苷等药物及增加射线量，为治疗提供丰富的信息，迅速获得了广泛关注。本文对CT-FFR的最新进展及应用作一综述。

1 CT-FFR的定义

CT-FFR的出现将解剖学和血流动力学融合在一起，这一新技术的产生需要符合3个技术条件：①患者在静息条件下冠状动脉供血满足心肌需求；②静息状态下微循环阻力与相关血管管径呈非线性相反关系；③可以预估微循环的最大充血状态。从CCTA的原始资料获得冠状动脉树的三维模型，并通过CCTA构建的特异性心脏模型，借助计算机分别得出心室肌厚度、左心室心肌重量、冠状动脉血流信息及冠状动脉血流阻力等数据。然后通过Navier-Stokes方程（描述黏性不可压缩液体动量守恒的方程）及计算流体动力学方法，整合血管壁弹性、腺苷介导的最大充血状态，通过超级计算机应用Heartflow公司的软件处理数据，获得最终的结果[7-8]。CT-FFR可以提供无创的“一站式”解剖生理评估，更为重要的是，与传统的运动负荷试验相比，它可以提供引起缺血的相关狭窄的狭窄系数，因此具备了识别罪犯血管的优势，从而协助医师在临床工作中更简单快捷地区分出哪些患者及病变亟需进一步进行冠状动脉造影检查和介入治疗[9]（图1）。

图1 应用计算流体动力学技术及CCTA图像数据得出相应血管FFR数值（摘自 http://heartflow.com/technology/）

2 CT-FFR对功能性狭窄的诊断意义

DISCOVER-FLOW研究是首个评估CT-FFR诊断价值的多中心临床试验，共纳入103例患者，其CCTA检查至少有1支冠状动脉狭窄≥50%，研究结果显示，在血管层面，CTFFR诊断引起心肌缺血的狭窄病变的准确度、阳性预测值及阴性预测值均明显高于CCTA狭窄≥50%的诊断效果（分别为84.3%和58.5%、73.9%和46.5%、92.2%和88.9%），尤其是CT-FFR的诊断特异度（82.2%）较CCTA（39.6%）提高了1倍；而且CT-FFR与侵入性FFR具有良好的相关性（r=0.678，P＜0.001）[10]。尽管该研究中CT-FFR的诊断准确率并未达到预期结果，但这种非侵入性的功能学检测方法对于具有血流动力学意义的病变的诊断价值较CCTA、冠状动脉造影有极大的提升，能精确识别和排除引起心肌缺血的狭窄病变。

DeFACTO研究以侵入性FFR为标准，评价CT-FFR与CCTA对于中等程度病变（30%～69%）的诊断价值[11]。该研究纳入252例疑似冠心病的患者，进行CCTA、CT-FFR、冠状动脉造影及侵入性FFR检查，结果显示，CT-FFR对中等程度病变的诊断准确度、敏感度、特异度、阳性预测值及阴性预测值分别为71%、74%、67%、41%、90%，明显优于CCTA的63%、34%、72%、27%、78%[12]。Meijboom等[13]研究发现，CCTA易高估病变的狭窄程度，从而导致不必要的冠状动脉造影及血运重建。而CT-FFR与CCTA相比，阴性预测值升高，因而可以有效地筛选需要血运重建的缺血病变，避免不必要的介入治疗。然而，CT-FFR的高阴性预测值可能会掩盖一些具有血流动力学意义的狭窄，因此还需要大规模临床试验验证。

NXT研究评价了CT-FFR与CCTA诊断冠状动脉缺血的价值，该多中心、前瞻性研究共纳入254例患者，且CCTA显示主要冠状动脉狭窄程度为30%～90%[14]。该研究结果显示，在患者水平，CT-FFR诊断心肌缺血的准确度、敏感度、特异度、阳性预测值及阴性预测值分别为81%、86%、79%、65%、93%；在血管水平分别为86%、84%、86%、61%、95%。该项研究中CT-FFR的特异性明显优于既往的DeFACTO研究和DISCOVER-FLOW研究，因其采用了更精确的CT重建技术和更先进的CT-FFR设备，并对CCTA的操作流程及图像质量进行了严格的质量控制，要求所有患者进行CCTA之前应用β受体阻滞剂，将心率控制在65次/min以下，并舌下应用硝酸甘油以充分扩张血管。该结果还显示，CT-FFR与FFR有良好的相关性（r=0.82，P＜0.001）。该研究进一步证实CT-FFR的结果可以提供那些真正限制冠状动脉血流及增加患者危险性的病变的生理信息，它结合了CCTA和FFR的优势，无需额外接受影像学检查或药物，与侵入性FFR相关性良好，可以从结构和功能方面评估冠状动脉狭窄[15]。

CT-FFR也可以用于指导PCI治疗。Kim等[16]纳入44例CCTA显示有缺血病变的冠心病患者，CT显示主要冠状动脉血管狭窄＞50%，分别测量PCI术前的CT-FFR、侵入性FFR及PCI术后的CT-FFR、侵入性FFR数值，结果显示PCI术前应用CT-FFR预测缺血的准确度为77%，敏感度为85.3%，特异度为57.1%，阳性预测值为83%，阴性预测值为62%，治疗术后CT-FFR预测残余缺血的准确度为90%，敏感度为100%，特异度为90%，阳性预测值为50%，阴性预测值为100%。

心肌负荷CT灌注成像是一种临床常用的冠心病检测方法。Gaemperli等[17]比较了心肌腺苷负荷CT灌注成像与CCTA诊断冠状动脉狭窄的准确性，结果显示应用腺苷负荷心肌CT灌注成像对冠状动脉病变进行血流动力学评估的准确性高，且与CCTA具有良好的相关性。与应用腺苷负荷心肌CT灌注成像对冠状动脉病变进行血流动力学评估相比，CT-FFR仍具有较大优势。首先，CT-FFR技术是基于CT形成的解剖学结构基础，其计算并不影响普通冠状动脉CT血管造影的过程，不需要额外应用任何药物（如腺苷），不额外增加射线量；其次，由于在负荷灌注成像中，灌注减少可能由冠状动脉狭窄引起，也可能是微循环障碍所致，故无法准确定位。而CT-FFR可以提供心外膜狭窄缺血指数，它能够精确定位引起功能性缺血的病变部位，从而提高病变检测的特异性。

3 CT-FFR的局限性

尽管CT-FFR具有诸多优势，但其目前仍不能取代有创FFR测定，其原因为：①对于连续性病变，CT-FFR的诊断价值有限；对于弥漫、多支、多处病变，侵入性FFR可以进行回撤，通过压力阶差判断罪犯病变，而CT-FFR则不具备此项功能，因为最严重的病变会掩盖其他病变，而且也不能够在处理完最严重的病变后再次行回撤检查鉴别其余罪犯血管。②CT-FFR尚不能应用于PCI术中，尽管CT-FFR可以判断有无缺血、哪支血管缺血，但无法在导管室内评测即时支架术后效果，不能立即指导医师作出决定，因此CT-FFR的意义体现在对疑似冠心病患者的初筛。③CT-FFR成像受到多种因素的影响。因为CT-FFR的测量需要精确的解剖模型，任何影响CT成像的因素（如钙化、运动以及伪影）均会导致CT-FFR值的波动，因此行该项检查前可以通过应用β受体阻滞剂减慢心率及心率变异性，或通过舌下含化硝酸甘油充分扩张冠状动脉，最大程度地减小对CT成像的影响[16-19]。④不同人群生理状态对于血管扩张药物的反应性不同，会造成CT-FFR结果的准确度下降。正常情况下，血液密度及血液黏稠度对CT-FFR影响较小，但当患者心肌处于严重缺血状态时，会造成血液黏稠度下降，从而对CT-FFR的数值产生影响[20]。⑤CT-FFR适用人群局限。既往研究选取的人群均为疑似冠心病且病情稳定的患者，并未涉及既往行冠状动脉旁路移植术或者怀疑有支架内再狭窄的患者，或者30 d内出现急性心肌梗死的人群，因此既往研究结果是否可以推广尚无相关研究。⑥对于心肌梗死后处于急性期的患者，因狭窄病变远端部分心肌细胞缺血坏死，微循环血管床水肿，影响腺苷等药物的扩血管效应，易高估CT-FFR数值，限制了CT-FFR的应用范围。

4 CT-FFR的应用前景

CT-FFR结合了CCTA和FFR的优势，是一种无创性的解剖和功能学检测方法。DISCOVER-FLOW、DeFACTO及NXT研究均已证实与侵入性FFR相比，CT-FFR能准确地诊断和排除血流动力学异常的冠状动脉狭窄病变，为进一步血运重建治疗提供依据。

CT-FFR减少了不必要的冠状动脉造影和介入治疗，避免了侵入性FFR造成的冠状动脉痉挛、穿孔等并发症，无需额外应用药物及影像学检查，也未增加放射剂量，具有广阔的应用前景。①CT-FFR通过Navier-Stokes方程变换将血流速度与压力联系在一起[21]，因此检测过程中可以获得关于冠状动脉血流速度的相关数值，进而可以预测介入干预后动脉压力及血流速度的变化，还能够检测冠状动脉血流储备分数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流动停滞及血管功能进行评价。②CT-FFR与FFR具有良好的相关性，提供充分的功能学诊断信息，并针对性地给予治疗，但对于CT-FFR指导的PCI治疗是否可以降低支架内再狭窄率仍缺乏相关研究。③Kocaman等[22]研究ΔFFR与MACE事件发生的相关性，其中ΔFFR=（基础FFR－最大充血状态FFR）×102，结果显示ΔFFR＜10、10～15、＞15时MACE事件发生率分别为73%、44%、11%，CT-FFR与FFR具有良好的相关性，因此可以进行CT-FFR指导的介入治疗减少MACE事件的相关研究。④CT-FFR也可以扩展至外周血管、脑、肾血管疾病等其他应用范围，并可以确定狭窄血管是否具有血流动力学意义，并对干预治疗的获益进行评估。

综上所述，CT-FFR可以无创性地鉴别心肌缺血的存在，减少不必要的介入治疗，而且可以定位罪犯血管的部位，为血运重建提供依据，因此有广泛的临床应用前景。

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R541.4；R445.3

10.3969/j.issn.1005-5185.2015.05.018

2014-10-06

2015-02-11

（本文编辑 张春辉）

郑州大学第一附属医院心血管内科 河南郑州 450052

韩战营 E-mail: hzy91@163.com