冠状动脉血流动力学的研究进展

冯利军，陈海波，李长岭

冠状动脉粥样硬化心脏病（冠心病）随着人们生活水平的提高，其发病率也逐年增高，患者生活质量受到影响，严重威胁生命。冠状动脉（冠脉）粥样硬化斑块是冠心病的主要发病原因，而冠状动脉造影（CAG）被认为是冠心病的诊断主要方法和金标准[1]。对于临界病变，CAG通过不同体位的二维影像检查病变狭窄程度，可能高估或低估病变，无法给予准确诊断。过早或者过迟进行血运重建，对患者都是不利的，随着精准医疗的推行，CAG已经无法满足当前的临床诊断需求。血流储备分数（FFR）作为评价冠脉狭窄病变功能学意义的“金标准”，可以评估狭窄病变处是否导致病变远端的心肌缺血，辅助临床诊断是否需进行血运重建具有指导意义[2]。

1 FFR

1.1 原理1995年Pijls等[3]首次提出冠脉血流储备分数的概念：冠脉FFR被定义为狭窄冠脉支配区域心肌经诱发充血后最大血流量与理论上同一支冠脉无狭窄时心肌所能获得的最大血流量的比值，即FFR=QSmax/QNmax=(pd-pv)/Rs÷(papv)/Rn。导引导管测得冠脉近端平均压为Pa，压力导丝通过狭窄病变部位到达冠脉远端测得远端平均压为Pd，在ATP或腺苷作用下诱发血管充分扩张，测得FFR=Pa/Pd。目前临床上普遍认为FFR≥0.8病变远端未出现心肌缺血，不需行血运重建；0.75＜FFR＜0.8属于灰色地带，需根据临床症状来确定是否需介入干预，FFR＜0.75表明病变远端出现心肌缺血需血运重建[4]。

1.2 优势压力导丝FFR自1995年提出后便开始从事关于诊断、预后、左主干分叉、单支及多支病变和弥漫性复杂病变等的临床研究，证实FFR可科学评估靶病变是否引起远端心肌缺血，减少不必要的血运重建，指导简单或复杂的病变进行血运重建，具有较好的敏感性和特异性，干扰因素少[5-7]。当压力导丝通过靶病变部位到达靶病变远端可实时测得靶病变远端的压力，测得的FFR值更为直接准确。此外，通过回撤压力导丝（导丝细，与血管壁触碰发生漂移的可能性低）可记录靶血管远端到近端所有的FFR值，通过FFR值的变化可区分局灶性和弥漫性病变，如靶病变是局灶性的，可清晰观察到靶病变远端和近端的FFR值有明显地跳跃；如靶病变是弥漫性的，靶病变远端和近端的FFR值不会出现明显跳跃而是逐渐变化。故FFR可帮助术者很好地诊断靶病变的血流动力并指导血运重建。

1.3 局限由于FFR压力导丝的压力感受器在导丝前端，头端不仅重且硬度大，还有一个用来接收传输信号的尾端，压力导丝的操作性比普通工作导丝差。对于扭曲病变压力导丝的通过性较差，需来回反复操作才能通过靶病变到达冠脉远端，其头端的压力感受器易发生漂移甚至损坏。为避免压力导丝尾端影响操作，需经常脱开尾端连线并通过torque来提升压力导丝的操作性，而尾端脱开压力导丝电信号部分完全暴露，碰到液体如未完全擦干易短路损坏。此外，术中需注射ATP、腺苷或罂粟碱等微循环扩张药物充分扩充血管诱发最大充血量，部分患者会出现胸闷、心律失常等不良反应。压力导丝价格昂贵且不能消毒重复使用，存在损伤血管的风险，增加了手术时间和风险。最后，压力导丝不能观察靶病变处的斑块，无法评估斑块的稳定性。如果靶病变的FFR值≥0.8表明其不影响远端心肌血流，而其内部为不稳定性质的斑块，仍易发生急性冠脉事件，现阶段临床推广应用有限。

2 超细压力微导管

压力微导管测量FFR值与压力导丝测量FFR值的工作原理相似，需注射ATP、腺苷或罂粟碱等微循环扩张药物充分扩张冠脉血管，诱发患者冠脉最大充血量，使微循环阻力小到忽略不计且恒定，测得狭窄病变远端的平均压和冠脉口部主动脉平均压的比值，主要区别在于其将压力传感器固定在微导管前端，传输信号的信号线固定在微导管体部。相对于传统压力导丝头端重、硬度大且操作可控性差，普通0.014英寸的工作导丝操作性更好，更易通过靶血管病变到达冠脉远端，超细压力微导管可沿工作导丝到达病变远端操作相对方便简单，不易损坏压力微导管。虽然工作导丝相比于传统压力导丝更易操作，但由于压力微导管柔软性比压力导丝差，对于迂曲病变其血管通过性更差。即使压力微导管可以通过迂曲靶病变，也不能对靶血管进行有效评估，甚至无法通过，无法进行评估。此外，压力微导管比压力导丝直径更粗，对于细小的血管影响了靶血管自身血流，无法进行准确评估且容易触碰血管壁发生漂移，限制了评估狭窄冠脉的范围。虽然超细压力微导管与压力导丝测得的FFR值有较好的相关性[8]，但超细压力微导管相对于压力导丝测得的FFR值更低，高估了狭窄冠脉的严重程度，导致相当比例的患者进行了错误的血运重建指导[9]。此外，超细压力微导管与传统压力导丝FFR相比，使用的对比度、总过程成本或辐射无显著差异[10]。超细压力微导管目前仍处于初级阶段，需不断改进产品减小微导管的直径提升其诊断的准确性，得到临床的认可。

3 IFR

瞬时无波比值（iFR）是不需注射血管扩张药物，在舒张期开始后25%至结束前5 ms的时间窗内，达到舒张期无波形间期，此时冠脉内阻力最小且恒定，狭窄病变远端冠脉平均压与主动脉平均动脉压的比值[11]。相比于FFR，iFR不需注射血管扩张药物，避免了部分患者因血管扩张药物而产生的不良反应，减少了手术时间，降低手术风险和费用。此外，CLARIFY研究[12]表明在冠脉狭窄严重性分类一致，减少腺苷未影响诊断结果，iFR可作为FFR的无腺苷替代方法，有很好的诊断价值。FFR与iFR正常值都为1.0，但诊断狭窄病变引起远端心肌缺血的临界值不一样，目前临床上普遍以FFR值＜0.75作为需进行血运重建的标准，而iFR目前无明确临界值，ADVISEⅡ研究[13]分析认为iFR和FFR值具有很强的线性相关性，指出0.89为最佳临界值，而Scarsini等[14]研究表明0.83为最佳临界值，iFR的临界值还存在争议，需要大量试验研究予以确认，以便更好地指导PCI术。

4 FFRct

FFRct（FFRCT）基于CT冠脉造影，通过冠脉分割算法分割出冠脉，通过三维重建算法重建出冠脉三维结构，根据Navier-Stokes方程和患者的血压，进行血流动力学计算获得FFR[15]。FFRct能够通过CT冠脉造影无创获得冠脉的解剖和功能学信息，其准确性和特异性高，阳性预测值显著提高，且其计算获得的值与FFR重新测得的值有很好的重复性[16]。DISCOVERFLOW研究[17]和PLATFORM研究[18]均表明出现冠脉狭窄的患者，在接受冠脉造影前通过冠脉CT的同时计算出血流储备分数FFRct，能够评估病变部位的严重程度，可减少冠脉造影和有创FFR检查，降低诊疗费用，改善患者预后和生活质量。相比于有创FFR，FFRct对于多支冠脉狭窄病变功能性评估相关性较差[19]。冠脉分割算法和三维重建的算法不够成熟，重建用时较久，冠脉CT的影像质量也至关重要，对于严重钙化或者植入金属支架的冠脉血管会影响图像质量，图像质量差会加剧现有算法计算FFR的误差，需要对算法进行更深入地优化，来降低伪影导致的FFRct值的误差。而且FFRct根据冠脉CT影像重建冠脉无法完全模拟真实的冠脉，血管是有弹性的且不同的血管弹性也不同，血管的弹性会影响FFRct值的计算，血管弹性越大，FFRct值越大，会低估血管的病变的程度[20]。

5 QFR

定量血流分数（QFR）通过两个角度差≥25°的不同体位冠脉造影影像并对其进行三维冠脉造影重建分析，造影剂充盈速度，计算靶血管每个位置与最近端位置的压力差，求解出目标血管每一个位置的QFR值[21,22]。由于QFR无需FFR压力导丝和微循环扩张药物而受到了广泛的关注，其只需进行冠脉造影就可以术中在线重建分析计算测得QFR值，对冠脉狭窄病变进行血流动力学的评估，确认病变是否引起远端心肌缺血及指导是否需行介入治疗，减少了手术风险及手术成本。徐波等[23]关于QFR的研究证明，QFR在鉴别冠脉狭窄血流动力学评估敏感性和特异性明显高于QCA且有很好的诊断准确性。与FFR相比，QFR对于狭窄病变进行功能性评估具有良好地一致性和诊断性。研究表明，其与FFR有很好地一致性，且QFR可减少压力导丝FFR的操作过程，节省手术时间。其对冠脉造影的影像质量要求高，选择合适的影像，如影像质量差，血管重叠和收缩则会影响测得的QFR值准确性，会低估或者高估病变从而过早或过迟进行介入干预。

6 展望

随着科学技术的发展以及对冠脉血流动力学进行更深入地研究，现在有了多种有创、无创测量FFR从功能学来评估病变血管的血流动力，帮助术者更好地了解病变的严重程度。FFRct以其对患者伤害小、辐射剂量低等优势，在未来占有很大的发展空间，目前还需要优化算法缩短运算时间快速获得FFRct值；QFR、iFR以及超细压力微导管FFR与压力导丝FFR都有一定的相关性，但其对于评估病变的血流动力的准确性还有待提高，相信QFR、iFR以及超细压力微导管FFR继续进行更深入地研究、优化算法缩短其运算时间、找到最佳的临界值及硬件技术地提升能广泛应用于临床，从功能学诊断冠脉狭窄病变是否引起远端心肌缺血。目前相比于其他FFR功能学评估，有创压力导丝FFR更具优势，以其对靶病变的精确评估，有利于更好地了解靶病变处的血流动力，确认靶病变是否引起远端心肌缺血，是否需进行血运重建实现精准诊疗，且可指导PCI，评价植入支架后的效果。