祁冬,何興義,姚木子,陳冠亞,董晨,田歐

(蚌埠市第一人民醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像科,安徽 蚌埠 233000)

隨著人們生活水平的不斷提高,冠狀動(dòng)脈粥樣硬化性心臟病(冠心病)已成為危害人們生命健康的常見(jiàn)殺手,且有逐漸向年輕化發(fā)展的趨勢(shì)。目前診斷冠心病常用的檢查方式主要以冠狀動(dòng)脈CT血管成像(coronary computed tomography angiography,CCTA)和有創(chuàng)冠狀動(dòng)脈造影(invasive coronary angiography,ICA)為主,但是二者只能從解剖結(jié)構(gòu)方面評(píng)估冠狀動(dòng)脈的狹窄程度,不能從功能學(xué)方面判斷管腔狹窄是否對(duì)心肌血供產(chǎn)生影響,從而影響治療方案制定[1-2]。大量學(xué)者研究認(rèn)為血流儲(chǔ)備分?jǐn)?shù)(fractional flow reserve,FFR)的臨界值為0.75,若FFR<0.75,認(rèn)為該病變需要干預(yù)治療；若FFR>0.8,認(rèn)為該病變狹窄引起心肌缺血的可能性不大,只需藥物治療即可；若0.75

1 CT-FFR的概念及基本原理

CT-FFR由Taylor等學(xué)者于2013年首次提出,是無(wú)創(chuàng)評(píng)估冠狀動(dòng)脈狹窄導(dǎo)致血流動(dòng)力學(xué)變化的新技術(shù),能提示狹窄的管腔是否會(huì)影響心肌異常灌注,經(jīng)歷十幾年的發(fā)展,其在冠心病的診療中已突顯出重要的作用。CT-FFR通過(guò)CFD方法,利用靜息狀態(tài)下CCTA數(shù)據(jù)模擬計(jì)算出FFR值,并通過(guò)軟件對(duì)冠狀動(dòng)脈血流動(dòng)力學(xué)進(jìn)行分析[6]。通過(guò)CCTA數(shù)據(jù)測(cè)得各支正常血管和病變血管管腔橫截面積,模擬建立出一個(gè)三維的具有解剖和血流動(dòng)力學(xué)的冠狀動(dòng)脈血管樹(shù)結(jié)構(gòu)模型,通過(guò)此模型可以模擬出患者在負(fù)荷狀態(tài)下的冠狀動(dòng)脈血流壓力[7]。另外,研究報(bào)道[8],冠狀動(dòng)脈血流壓力遵循流體動(dòng)力學(xué)的變化規(guī)律,因此可以根據(jù)CFD來(lái)建立冠狀動(dòng)脈血流流速及壓力的三維冠狀動(dòng)脈血管樹(shù)模型,從而可以計(jì)算出冠脈血管樹(shù)每個(gè)點(diǎn)的FFR值。

2 CT-FFR優(yōu)勢(shì)

CT-FFR采用的是CCTA數(shù)據(jù),不需要額外的掃描,不增加患者的額外輻射劑量。與CCTA相比,CT-FFR不僅可以在解剖結(jié)構(gòu)方面判斷管腔狹窄情況,還可獲得功能學(xué)方面信息,鑒別缺血和非缺血心肌組織,更有助于臨床醫(yī)生準(zhǔn)確判斷患者病情,指導(dǎo)血運(yùn)重建,避免非必要冠脈支架植入,降低醫(yī)療費(fèi)用[9-10]。與有創(chuàng)FFR相比,首先CT-FFR可以降低患者輻射劑量,無(wú)須服用腺苷等擴(kuò)血管藥物,避免藥物不良反應(yīng)；其次,利用CT-FFR可以模擬冠脈支架置入前后的準(zhǔn)確性,幫助醫(yī)生準(zhǔn)確選擇目標(biāo)血管和支架大小,并預(yù)測(cè)支架置入后效果。另外,國(guó)外PACIFIC亞研究[11]將CT-FFR與單光子發(fā)射體層成像(SPECT)及正電子發(fā)射體層成像(PET)進(jìn)行對(duì)比,研究它們?cè)\斷缺血性疾病的診斷效能,發(fā)現(xiàn)CT-FFR診斷的敏感性優(yōu)于SPECT和PET,準(zhǔn)確性及特異性顯著高于SPECT。Dan-NICAD亞研究[12]比較心臟MR負(fù)荷灌注成像(cardiac magnetic resonance stress perfusion imaging,CMRPI)與CT-FFR判斷穩(wěn)定性胸痛患者的血運(yùn)重建情況,表明二者在準(zhǔn)確性方面差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,但是CT-FFR的敏感性優(yōu)于CMRPI,而CMRPI的特異性優(yōu)于CT-FFR。總之,大部分研究結(jié)果顯示CT-FFR在診斷冠脈心肌缺血方面與其他功能影像檢查方法有著相同或更高的價(jià)值,且該方法簡(jiǎn)便易行,可重復(fù)性好,無(wú)須特殊準(zhǔn)備,便于預(yù)后隨訪[13-14]。

3 CT-FFR臨床研究現(xiàn)狀

3.1 CT-FFR診斷效能

CCTA對(duì)于評(píng)估非鈣化性斑塊管腔狹窄程度準(zhǔn)確性較高,但是對(duì)于管腔鈣化斑塊的評(píng)估往往與管腔真實(shí)狹窄情況相差較大,常常高估管腔狹窄程度。而CT-FFR通過(guò)從功能學(xué)方面評(píng)價(jià)可以改善這一問(wèn)題。據(jù)Zhou等[15]研究結(jié)果表明,CT-FFR聯(lián)合CCTA診斷冠脈狹窄的敏感度可提高到90%。DISCOVER-FLOW、DeFACTO及NXT三大臨床研究中心均以有創(chuàng)FFR為金標(biāo)準(zhǔn),研究結(jié)果顯示,CT-FFR與有創(chuàng)FFR有較高的相關(guān)性,診斷效能較高。與CCTA相比,CT-FFR診斷心肌缺血病變的準(zhǔn)確性由原來(lái)的59%提高至84%,特異性由54%提高至86%,敏感性由88%提高至 91%[16-18]。目前CT-FFR的分析軟件主要有以下幾種:基于3D-CFD、降維CFD、機(jī)器學(xué)習(xí)算法和示蹤動(dòng)力學(xué)算法。國(guó)外學(xué)者通過(guò)基于3D-CFD的CT-FFR軟件進(jìn)行前瞻性多中心研究,結(jié)果顯示基于血管水平診斷冠脈心肌缺血的敏感性為80%～88%,特異性為61%～86%[19-20]。國(guó)內(nèi)學(xué)者基于新型3D-CFD的CT-FFR軟件通過(guò)多中心研究結(jié)果顯示,診斷冠脈心肌缺血的敏感性為89%、特異性為91%,且與有創(chuàng)FFR具有強(qiáng)相關(guān)性[1]。Coenen等[21]學(xué)者采用降維CFD算法,基于血管水平的研究結(jié)果表明,CCTA聯(lián)合CT-FFR可將準(zhǔn)確性由58%提高至78%,與單獨(dú)CCTA比較,CT-FFR的敏感性相當(dāng),但特異性顯著提高。余蒙蒙等[22]采用基于機(jī)器學(xué)習(xí)算法的CT-FFR軟件,基于患者水平診斷冠脈心肌缺血的敏感性、特異性及準(zhǔn)確性分別為85.7%、78.9%及86.1%。Stephanie等[23]基于機(jī)器學(xué)習(xí)的CT-FFR對(duì)冠狀動(dòng)脈功能性狹窄的診斷準(zhǔn)確性進(jìn)行研究,結(jié)果表明,當(dāng)CT-FFR值在0.7～0.8之外時(shí),CT-FFR診斷功能性狹窄的準(zhǔn)確性為86.4%～98.2%。楊琳等[24]采用基于示蹤動(dòng)力學(xué)算法的CT-FFR軟件,其診斷冠脈心肌缺血的敏感性為92.4%、特異性為82.1%、陽(yáng)性預(yù)測(cè)值為87.6%、陰性預(yù)測(cè)值為88.7%,ROC曲線下面積(AUC)為0.94。以上文獻(xiàn)結(jié)果表明,采用不同算法的CT-FFR軟件在評(píng)估冠脈心肌缺血方面均有較高的診斷價(jià)值。

3.2 CT-FFR在臨界病變中的應(yīng)用

冠狀動(dòng)脈狹窄程度為30%～70%的病變稱為臨界病變,臨界病變常出現(xiàn)解剖狹窄與心肌缺血不匹配的情況,但是部分臨界病變是引起急性冠狀動(dòng)脈綜合征的責(zé)任病變,因此準(zhǔn)確判斷其功能性改變對(duì)臨床制定科學(xué)的治療策略非常重要,也是目前臨床治療冠心病所面臨的挑戰(zhàn)之一[25]。王彤寧等[26]采用CT-FFR對(duì)冠狀動(dòng)脈臨界狹窄病變進(jìn)行血流動(dòng)力學(xué)變化分析,結(jié)果表明CT-FFR能夠明顯提高CCTA在診斷冠狀動(dòng)脈臨界狹窄病變?nèi)毖矫娴哪芰?CT-FFR診斷準(zhǔn)確性、敏感性和特異性分別為88.9%、100%和62.5%,CT-FFR與有創(chuàng)FFR呈中等程度相關(guān)(r=0.663,P<0.001),Bland-Altman分析顯示CT-FFR與有創(chuàng)FFR的一致性較好。Nicol等[27]納入104例冠心病患者(139支血管)預(yù)測(cè)冠狀動(dòng)脈臨界病變患者功能性心肌缺血的價(jià)值,結(jié)果顯示,基于患者水平CT-FFR診斷功能性心肌缺血的準(zhǔn)確性、敏感性及特異性分別為87.50%、75.76%和92.96%,基于血管水平CT-FRR診斷功能性心肌缺血的準(zhǔn)確性、敏感性及特異性分別為84.17%、71.11%和90.43%。ROC曲線分析結(jié)果顯示,以患者和血管支數(shù)為單位,CT-FFR預(yù)測(cè)心肌缺血的AUC值分別為0.846和0.740,說(shuō)明CT-FFR在評(píng)估冠脈心肌缺血方面具有較高的診斷效能。

3.3 CT-FFR在鈣化病變中的應(yīng)用

鈣化斑塊會(huì)產(chǎn)生線束硬化偽影和暈染效應(yīng),嚴(yán)重影響對(duì)管腔內(nèi)情況的識(shí)別,單獨(dú)CCTA無(wú)法準(zhǔn)確評(píng)估管腔的狹窄程度[28]。Nieman[29]將鈣化積分分為>100和≤100兩組進(jìn)行分析,以有創(chuàng)FFR為參考標(biāo)準(zhǔn),結(jié)果顯示CT-FFR與有創(chuàng)FFR診斷效能各指標(biāo)差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,在冠狀動(dòng)脈狹窄血流評(píng)估方面一致性較高,未顯示鈣化會(huì)影響CT-FFR的診斷準(zhǔn)確性。Tesche等[30]研究結(jié)果顯示,鈣化積分無(wú)論是在400以上還是以下,CT-FFR對(duì)缺血病變?cè)\斷準(zhǔn)確性均高于單獨(dú)CCTA。另一項(xiàng)研究結(jié)果報(bào)道,在鈣化積分≤1 000時(shí),CT-FFR可提高對(duì)輕、中度鈣化患者缺血的診斷能力,與有創(chuàng)FFR呈強(qiáng)相關(guān)(r=0.81)[31]。但是目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者發(fā)表的對(duì)于鈣化積分>1 000的重度冠狀動(dòng)脈鈣化相關(guān)研究報(bào)道較少,仍需要更多研究來(lái)證實(shí)重度鈣化是否對(duì)CT-FFR的診斷準(zhǔn)確性產(chǎn)生影響。另外,鈣化的大小、體積、形態(tài)及累及范圍等對(duì)CT-FFR準(zhǔn)確性的影響還有待進(jìn)一步研究。

3.4 CT-FFR指導(dǎo)冠狀動(dòng)脈血運(yùn)重建

經(jīng)皮冠狀動(dòng)脈介入(percutaneous coronary intervention,PCI)是臨床治療冠心病患者最常用的治療手段,而如何制定科學(xué)、合理、有效的支架置入治療方案至關(guān)重要。CCTA可以用于測(cè)量管腔狹窄病變長(zhǎng)度、管腔直徑等參數(shù),為選擇合適支架提供參考依據(jù)。而CT-FFR可以對(duì)狹窄病變進(jìn)行術(shù)前和術(shù)后的血流動(dòng)力學(xué)變化進(jìn)行評(píng)估。據(jù)Collet等[32]研究報(bào)道,CT-FFR聯(lián)合CCTA對(duì)患者進(jìn)行血運(yùn)重建方案制定,其治療方案與基于ICA信息制定的治療方案相似度達(dá)92.8%,在單獨(dú)CCTA數(shù)據(jù)分析基礎(chǔ)上增加CT-FFR信息后,改變了7%患者的治療方案,修改了血運(yùn)重建血管選擇。另外,Kim等[33]用CT-FFR虛擬模擬運(yùn)算方式來(lái)驗(yàn)證其在冠狀動(dòng)脈虛擬支架置入前后的準(zhǔn)確性,結(jié)果表明虛擬支架置入前后的CT-FFR與有創(chuàng)FFR一致性較好,CT-FFR預(yù)測(cè)虛擬支架置入前缺血性病變的準(zhǔn)確性為77%,預(yù)測(cè)虛擬支架置入后殘余缺血的準(zhǔn)確性為96%。因此,CT-FFR可幫助臨床醫(yī)生預(yù)測(cè)狹窄病變?cè)谥萌胫Ъ芎笱鲃?dòng)力學(xué)變化并提供血運(yùn)重建方案及方式的科學(xué)策略。

3.5 CT-FFR評(píng)估支架內(nèi)再狹窄的可行性

對(duì)于CT-FFR值<0.75的患者,一般臨床建議采用介入治療的方式,對(duì)狹窄管腔植入支架以恢復(fù)血供,而支架內(nèi)再狹窄也是眾多患者所要面臨的問(wèn)題。目前,CT-FFR無(wú)論在進(jìn)行何種臨床研究中,都將冠脈支架置入患者排除在外,因?yàn)橹Ъ軙?huì)產(chǎn)生線束硬化偽影,會(huì)影響支架內(nèi)再狹窄的檢測(cè)和定量,無(wú)法了解支架內(nèi)真實(shí)情況,而該類患者一般都需要進(jìn)行ICA檢查來(lái)明確支架內(nèi)腔是否再狹窄。而國(guó)外Andreini等[34]報(bào)道1例患者患有嚴(yán)重的支架內(nèi)再狹窄未被CCTA發(fā)現(xiàn),而CT-FFR能準(zhǔn)確檢測(cè)到因狹窄而導(dǎo)致的心肌缺血。目前,尚未發(fā)現(xiàn)國(guó)內(nèi)學(xué)者報(bào)道關(guān)于該方面的研究,故需大量的臨床數(shù)據(jù)研究去證實(shí)CT-FFR在評(píng)估支架內(nèi)再狹窄的診斷價(jià)值。

4 CT-FFR局限性

雖然CT-FFR在冠心病心肌缺血、治療決策等方面的應(yīng)用已得到了驗(yàn)證,但是仍然存在一些局限性。① CT-FFR成功的前提是基于優(yōu)質(zhì)的CCTA圖像質(zhì)量,而CCTA圖像質(zhì)量受到患者心率及呼吸功能的影響,如產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)偽影、錯(cuò)層偽影等,這將嚴(yán)重影響CT-FFR的準(zhǔn)確性,因此不是所有患者CCTA圖像都能使用[35]。② 計(jì)算時(shí)間較長(zhǎng),目前CT-FFR計(jì)算時(shí)間根據(jù)計(jì)算模式不同時(shí)間不一樣,而且其運(yùn)算模型尚不完善,在血管識(shí)別及管腔勾畫(huà)等方面需要耗費(fèi)大量時(shí)間,每例患者平均耗時(shí)2～4 h。③ 由于CT-FFR計(jì)算方法的局限性,對(duì)于微小血管病變(直徑<2 mm)及彌漫性病變目前尚無(wú)法測(cè)量[36]。

5 展望

盡管近年來(lái)CT-FFR的研究已取得了一定的進(jìn)展,但是仍然有較大的發(fā)展空間。隨著CT技術(shù)及計(jì)算機(jī)設(shè)備性能的不斷發(fā)展,CT-FFR的診斷效能也在不斷提高。目前,一項(xiàng)前瞻性、多中心的臨床試驗(yàn)PLATFORM研究正在進(jìn)行,它將展示CT-FFR在冠心病患者臨床轉(zhuǎn)歸、資源再利用、醫(yī)療費(fèi)用等方面的價(jià)值。CFD在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用極大地提供了影像學(xué)功能性方面的信息,僅僅從一項(xiàng)無(wú)創(chuàng)檢查就能獲得解剖狹窄和功能缺血兩個(gè)方面的評(píng)價(jià),同時(shí)關(guān)于CT-FFR指導(dǎo)臨床治療策略及危險(xiǎn)分級(jí)也得到了逐步肯定。相信隨著研究的深入,未來(lái)CT-FFR將會(huì)在冠心病的診療方面發(fā)揮巨大作用。