楊文潔,嚴(yán)福華
(上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬瑞金醫(yī)院放射科,上海 200025)
冠狀動(dòng)脈CT血管成像(coronary CT angiography,CCTA)是診斷冠心病首選的無(wú)創(chuàng)影像檢查技術(shù),其具有很高的陰性預(yù)測(cè)值。雖然該檢查能夠較好地提供冠脈斑塊及其狹窄程度的解剖信息,但卻無(wú)法準(zhǔn)確評(píng)估患者血流動(dòng)力學(xué)受損的嚴(yán)重程度,難以從功能學(xué)角度來(lái)評(píng)價(jià)冠狀動(dòng)脈(以下簡(jiǎn)稱冠脈)狹窄對(duì)心肌血供的影響[1]。血流儲(chǔ)備分?jǐn)?shù)(fractional flow reserve,F(xiàn)FR)為冠狀動(dòng)脈狹窄段的最大血流量與理想狀態(tài)下無(wú)狹窄時(shí)的最大血流量之比,其作為一種血流動(dòng)力學(xué)指標(biāo),對(duì)冠脈缺血性狹窄的評(píng)估和介入治療的指導(dǎo)有決定性作用。以往只能通過(guò)有創(chuàng)性地測(cè)量冠脈內(nèi)壓力來(lái)獲得FFR。近年來(lái),基于CCTA 影像學(xué)數(shù)據(jù)的FFR(CT-FFR)能同時(shí)提供冠脈的解剖學(xué)和生理學(xué)信息,評(píng)估狹窄段冠脈對(duì)應(yīng)心肌的缺血情況,已成為臨床研究和應(yīng)用的新熱點(diǎn)。但其屬于新的技術(shù)指標(biāo),業(yè)界對(duì)其應(yīng)用指征、技術(shù)規(guī)范等缺乏共識(shí),妨礙了它的廣泛應(yīng)用。為推動(dòng)CT-FFR技術(shù)在我國(guó)的規(guī)范化應(yīng)用,中華醫(yī)學(xué)會(huì)放射學(xué)分會(huì)質(zhì)量控制與安全管理專業(yè)委員會(huì)和江蘇省醫(yī)學(xué)會(huì)放射學(xué)分會(huì)智能影像與質(zhì)量安全學(xué)組共同撰寫(xiě)了《冠狀動(dòng)脈CT血流儲(chǔ)備分?jǐn)?shù)應(yīng)用中國(guó)專家建議》(以下簡(jiǎn)稱為冠脈CT-FFR 專家建議)[2],并于《中華放射學(xué)雜志》上刊載。這是我國(guó)放射學(xué)界首次針對(duì)CT-FFR 發(fā)布的專家建議,其具有較高的推廣價(jià)值和指導(dǎo)意義,且國(guó)外尚無(wú)類似的專家建議。筆者將就冠狀CT-FFR 專家建議的發(fā)布背景和必要性、技術(shù)原理和發(fā)展現(xiàn)狀、診斷效能、影像學(xué)表現(xiàn)和臨床應(yīng)用、檢查操作和測(cè)量中的注意事項(xiàng)、不足和展望等五方面,對(duì)其進(jìn)行解讀。
CCTA 檢查作為被臨床廣泛應(yīng)用的冠脈無(wú)創(chuàng)性影像學(xué)檢查手段,其排除冠心病(任意冠脈狹窄≥50%)的準(zhǔn)確率達(dá)98%以上,即陰性預(yù)測(cè)值極高,但其診斷心肌缺血的特異度較低。一項(xiàng)納入18 個(gè)研究共1 535 例病例的薈萃分析顯示,以患者人數(shù)計(jì)算,CCTA 與CT-FFR 檢查診斷引起心肌缺血的冠脈斑塊的靈敏度相似(90%比94%),而特異度相差較大(43%比72%);以病變血管分支數(shù)量計(jì)算,兩者的靈敏度分別為89%和83%,特異度為65%和77%,CCTA 的2 項(xiàng)特異度均明顯低于CT-FFR[3]。另一項(xiàng)包含5 330 例病例的薈萃分析亦發(fā)現(xiàn),對(duì)于診斷血流動(dòng)力學(xué)異常的冠心病,CT-FFR 檢查的血管水平特異度(0.78,95%CI 為0.72~0.83)明顯高于CCTA 檢查(0.61,95%CI 為0.54~0.68)[4]。由此可見(jiàn),采用CT-FFR 技術(shù)進(jìn)行診斷,可有效降低CCTA檢查的假陽(yáng)性率,即采用CT-FFR 技術(shù)可在CCTA檢查提示中重度狹窄的病變中,精準(zhǔn)檢出導(dǎo)致心肌缺血的病變,進(jìn)而避免患者接受不必要的有創(chuàng)冠脈造影(invasive coronary angiography,ICA)檢查和經(jīng)皮冠狀動(dòng)脈介入(percutaneous coronary intervention,PCI)治療,可降低患者的醫(yī)療風(fēng)險(xiǎn)和經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān),對(duì)避免過(guò)度醫(yī)療和不必要的、有創(chuàng)且昂貴的檢查,具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。
“冠脈CT-FFR 專家建議”從CT-FFR 的技術(shù)原理和工作流程、分析軟件等方面介紹了CT-FFR技術(shù)。
FFR 指的是在冠脈存在狹窄病變的情況下,該血管所供心肌區(qū)域能獲得的最大血流量與理論上、正常情況下同一區(qū)域所能獲得的最大血流量之比,簡(jiǎn)化定義為心肌最大充血狀態(tài)下的狹窄遠(yuǎn)端冠狀動(dòng)脈內(nèi)平均壓與冠狀動(dòng)脈口部主動(dòng)脈平均壓比值。CT-FFR 是將計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(computational fluid dynamics,CFD)應(yīng)用于CCTA 圖像數(shù)據(jù)中,以模擬冠脈生理狀態(tài)的圖像后處理技術(shù)。相比有創(chuàng)的FFR 檢測(cè),CT-FFR 技術(shù)具有無(wú)創(chuàng)、便捷的特點(diǎn)。
CT-FFR 具體實(shí)施過(guò)程中,首先錄入主動(dòng)脈根部、心肌、冠脈的解剖信息,定義流入、流出的模型參數(shù);其后,將CCTA 提供的3D 解剖學(xué)模型骨架進(jìn)行分割和建模,模擬冠脈微循環(huán)網(wǎng)絡(luò),并計(jì)算靜息狀態(tài)下和最大充血狀態(tài)下的冠脈微循環(huán)阻力變化。將血液設(shè)定為不可壓縮的、具有恒定密度和黏度的牛頓流體,再假設(shè)給定升主動(dòng)脈的壓力或血流值,然后基于CFD 的基本原理,使用Navier-Stokes 方程對(duì)CCTA 模型進(jìn)行運(yùn)算,計(jì)算出基于CCTA 3D模型中每個(gè)點(diǎn)的靜息狀態(tài)下和最大充血狀態(tài)下的血流、壓力等數(shù)值,經(jīng)血管管腔大小與阻力間的關(guān)系模型得到靜息狀態(tài)下的冠脈循環(huán)阻力,并模擬和推算最大充血狀態(tài)下的冠脈微循環(huán)阻力[5]。
CT-FFR 的CFD 計(jì)算方法則包括滿維模型、降維模型、混合模型和機(jī)器學(xué)習(xí)。近幾年出現(xiàn)的基于機(jī)器學(xué)習(xí)算法的CT-FFR 技術(shù),使用了多層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行離線訓(xùn)練,可確定冠脈解剖結(jié)構(gòu)與其相應(yīng)血流動(dòng)力學(xué)之間的復(fù)雜關(guān)系。該技術(shù)利用大的數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)該模型進(jìn)行模擬訓(xùn)練,最終建立了符合CFD 規(guī)則的、可結(jié)合已知CCTA 解剖特征和FFR數(shù)值的模型[6]。這種將機(jī)器學(xué)習(xí)用于CT-FFR 分析的圖像合成、冠脈提取等環(huán)節(jié)的新技術(shù),是業(yè)界近年來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)[7]。
目前,CT-FFR 的數(shù)據(jù)分析方式主要有2 種,即云端分析和本地處理。云端、滿維處理的方式收費(fèi)成本高昂,圖像傳遞不方便,計(jì)算速度慢,而隨著技術(shù)的發(fā)展,在本地處理的、快速CT-FFR 分析成為了可能。已有研究報(bào)道,CT-FFR 本地處理可達(dá)到與CT-FFR 云端分析相似的診斷精度[4]。
冠脈CT-FFR 專家建議中內(nèi)容涉及CT-FFR 臨床部分的篇幅較多,筆者將其匯總,就診斷效能、影像學(xué)表現(xiàn)及臨床應(yīng)用方面進(jìn)行解讀。
早期的多項(xiàng)研究,包括3 項(xiàng)多中心研究(diagnosis of ischemia-causing stenoses obtained via noninvasive fractional flow reserve,DISCOVER-FLOW;determination of fractional flow reserve by anatomic computed tomographic angiography,DeFACTO;analysis of coronary blood flow using ct angiography:next steps,NXT),將CT-FFR 檢查與有創(chuàng)的FFR 檢查(診斷金標(biāo)準(zhǔn))進(jìn)行比較,發(fā)現(xiàn)CT-FFR 檢查的診斷準(zhǔn)確率達(dá)到了83%~97%,遠(yuǎn)高于CCTA(56%~81%)[7],且CT-FFR 檢查過(guò)程中,受檢者無(wú)需注射腺苷,故接受度更高。
冠脈CT-FFR 專家建議中還羅列了基于三維CFD、降維CFD 和機(jī)器學(xué)習(xí)的CT-FFR 檢查的診斷效能,靈敏度基本可達(dá)78%~94%,特異度可達(dá)61%~96%。該專家建議還著重指出,對(duì)于冠狀動(dòng)脈狹窄程度為30%~70%的臨界病變,血管水平的CT-FFR檢查診斷缺血特異度臨界病變的靈敏度、特異度、準(zhǔn)確率分別為74%~91%、67%~94%、69%~78%[8],并能重新區(qū)分68%的缺血假陽(yáng)性患者[9],診斷效能較單獨(dú)的CCTA 檢查更優(yōu)。
但也有文獻(xiàn)報(bào)道,CT-FFR 檢查的診斷準(zhǔn)確率隨著CT-FFR 數(shù)值的不同會(huì)有變化,如CT-FFR>0.90 時(shí),其檢出病變中97.9%與有創(chuàng)FFR 檢查結(jié)果相符(FFR>0.80);而CT-FFR<0.60 時(shí),其檢出病變中僅86.4%與有創(chuàng)FFR 相符(FFR≤0.80);CT-FFR值位于0.61~0.89 時(shí)則為灰色地帶[10],即CT-FFR 診斷準(zhǔn)確率較低的地帶,需結(jié)合具體病例情況和其他檢查結(jié)果而定。
相較于負(fù)荷超聲、負(fù)荷心臟MRI(cardiac MRI,CMR)、單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層成像(single photon emission computed tomography,SPECT)、正電子發(fā)射體層成像(positron emission tomography,PET)等心肌缺血診斷技術(shù),CT-FFR 技術(shù)更易掌握,推廣應(yīng)用簡(jiǎn)單、可行,且診斷效能毫不遜色于上述檢查手段。而負(fù)荷超聲心動(dòng)圖檢查不能獲得定量心肌灌注的指標(biāo);CMR 檢查不能直接顯示冠狀動(dòng)脈血管和狹窄情況,且檢查耗時(shí)長(zhǎng)、技術(shù)要求高;而負(fù)荷PET檢查的圖像空間分辨率不足,不能直接顯示冠狀動(dòng)脈血管,且存在靜息和負(fù)荷檢查耗時(shí)過(guò)長(zhǎng)、放射性核素藥物不易獲取和儲(chǔ)存等問(wèn)題。
最近的PACIFIC 研究發(fā)現(xiàn),與CCTA、SPECT和PET 相比,CT-FFR 檢查診斷缺血病變的受試者操作特征曲線下面積值最大(0.94),明顯優(yōu)于CCTA(0.83,P<0.01)、SPECT(0.70,P<0.01)和PET(0.87,P<0.01)檢查[11]。一項(xiàng)包含74 個(gè)研究的薈萃分析發(fā)現(xiàn),CMR、PET、CT 心肌灌注和CT-FFR 的診斷靈敏度相似(血管層面,87%、86%、89%、86%;患者層面,88%、0%、88%、90%,P>0.05),靈敏度相似(血管層面,89%、88%、89%、83%;患者層面,84%、84%、87%、75%,P>0.05);明顯優(yōu)于SPECT(靈敏度,血管層面72%,患者層面78%,P<0.05;特異度,血管層面79%,患者層面79%,P<0.05)和心臟超聲(靈敏度,血管層面62%,患者層面69%,P<0.05)[12]。亦有一較小樣本的文獻(xiàn)報(bào)道,CT-FFR 檢查診斷的靈敏度高于CMR(97%比47%,P<0.001),而特異度低于CMR[13](42%比88%,P<0.001)。
1.指導(dǎo)治療決策及預(yù)測(cè)預(yù)后:冠脈CT-FFR 專家建議指出,CT-FFR 檢查結(jié)果可指導(dǎo)冠心病患者后續(xù)臨床診療方案的制定,包括減少ICA 檢查,節(jié)約后續(xù)治療成本;評(píng)估冠心病患者的預(yù)后,預(yù)測(cè)疑似冠心病患者或急性胸痛患者的心血管嚴(yán)重不良事件發(fā)生風(fēng)險(xiǎn),改善患者的危險(xiǎn)分層。已有多項(xiàng)重量級(jí)前瞻性、多中心研究支持上述觀點(diǎn)。如隨訪90 d和1年的心血管嚴(yán)重不良事件ADVANCE(Assessing Diagnostic Value of Non-invasive FFRCT in Coronary Care)研究共納入了5 000 例病例,結(jié)果發(fā)現(xiàn)90 d 時(shí)CT-FFR>0.80 的患者無(wú)一例發(fā)生心肌梗死,其中僅有0.6%發(fā)生了心血管嚴(yán)重不良事件;1年隨訪發(fā)現(xiàn),CT-FFR>0.80 患者的心肌梗死發(fā)生率及死亡率均明顯低于CT-FFR<0.80 的患者,且因CT-FFR 結(jié)果而取消ICA 的患者無(wú)一例發(fā)生心血管嚴(yán)重不良事件[14]?;仡櫺訰IPCORD(routine pressure wire assessment influence management strategy at coronary angiography for diagnosis of chest pain)研究分析了200 例穩(wěn)定型胸痛患者的CCTA檢查結(jié)果,并將之與CT-FFR 結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,發(fā)現(xiàn)44%的患者根據(jù)CT-FFR 結(jié)果而更改了臨床決策,8%的患者需再通的罪犯血管被重新分類[15]。但至目前為止,尚無(wú)隨機(jī)前瞻性、多中心大樣本研究報(bào)道CT-FFR 參與血管再通決策的長(zhǎng)期預(yù)后,且CT-FFR檢查無(wú)法評(píng)估心肌的活性。
CT-FFR 檢查可無(wú)創(chuàng)性地在冠脈多支血管病變患者中判斷罪犯血管,重新定義需要干預(yù)的缺血特異性病變的血管數(shù)目,為選擇合適的血運(yùn)重建方式提供決策依據(jù)。SYNTAX(The Synergy between PCI with Taxus and Cardiac Surgery)Ⅱ和Ⅲ期研究則發(fā)現(xiàn),CT-FFR 聯(lián)合CCTA 檢查可同時(shí)提供解剖學(xué)和功能學(xué)信息,有利于冠脈復(fù)雜病變治療方案的選擇,與基于ICA 的治療策略選擇間的相關(guān)性系數(shù)達(dá)到0.82[16]。也有研究發(fā)現(xiàn),CT-FFR 檢查結(jié)果改變了7%的冠脈多支病變患者的決策[17-18]。
2.指導(dǎo)PCI:采用CT-FFR 檢查結(jié)果指導(dǎo)PCI是最新且較有爭(zhēng)議的研究方向。冠脈CT-FFR 專家建議顯示,CT-FFR 的虛擬模擬運(yùn)算模式可以模擬冠脈支架置入前、后的情況,且模擬結(jié)果與有創(chuàng)FFR檢查結(jié)果間一致性良好,采用CT-FFR 檢查預(yù)測(cè)虛擬支架置入前缺血性病變的準(zhǔn)確率為77%,預(yù)測(cè)虛擬支架置入后殘余缺血的準(zhǔn)確率為96%[19],因此,專家建議有保留地建議采用CT-FFR 檢查幫助計(jì)劃行PCI 的患者選擇目標(biāo)病灶和支架大小,并預(yù)測(cè)支架放置后的功能性改變。但該研究?jī)H納入了44 例患者共48 處病變,樣本量較小,且缺乏長(zhǎng)期預(yù)后隨訪數(shù)據(jù)。
CT-FFR 檢查預(yù)測(cè)PCI 術(shù)后情況的準(zhǔn)確率及結(jié)局的價(jià)值尚有待進(jìn)一步行大樣本及不同類型支架的研究以證實(shí)。另一方面,CT-FFR 檢查無(wú)法在PCI術(shù)中實(shí)時(shí)提供信息,而有創(chuàng)的FFR 檢查可在支架放置過(guò)程中和放置后全程分析支架放置效果。聯(lián)合有創(chuàng)性FFR 檢查的PCI 手術(shù),操作醫(yī)師往往可用FFR 導(dǎo)絲作為導(dǎo)引絲,故有創(chuàng)性FFR 檢查作為一種冠脈腔內(nèi)成像方法,有利于觀察支架膨脹不全、異位及斑塊剝落、血栓形成、分叉病變等[20-22],并可測(cè)量冠脈血流儲(chǔ)備來(lái)評(píng)價(jià)冠脈微循環(huán),而上述特點(diǎn)CT-FFR 并不具備[23-24]。
冠脈CT-FFR 專家建議針對(duì)CT-FFR 的實(shí)際操作、應(yīng)用環(huán)節(jié)提出了建議,以幫助該技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用。
冠脈CT-FFR 專家建議中有部分內(nèi)容闡述了CCTA 的圖像質(zhì)量和算法對(duì)CT-FFR 測(cè)量精度的影響。在2015年和2017年的NXT、PROMISE 研究中,有11%~33%的CCTA 圖像無(wú)法進(jìn)行CT-FFR 分析[9,25-26]。近年來(lái),隨著CT 檢查時(shí)間分辨率的提高、圖像質(zhì)量的提高和CT-FFR 算法的改進(jìn),CT-FFR檢查成功率大幅提高,如2020年發(fā)表的ADVANCE研究中只有3.2%的病例因CCTA 圖像質(zhì)量差而計(jì)算失敗[14]。CT-FFR 計(jì)算失敗最主要的原因是存在運(yùn)動(dòng)偽影[4],其他常見(jiàn)原因包括圖像噪聲大,存在錯(cuò)層、鈣化偽影,以及受時(shí)間分辨率、圖像層厚、管電壓及心率影響等[27-30]。硝酸甘油和美托洛爾的使用亦可在一定程度上提高CT-FFR 的診斷特異度[31]。
測(cè)量位置是CT-FFR 檢查實(shí)際操作中非常重要的環(huán)節(jié)。有創(chuàng)性FFR 檢查中,一般在最大充血狀態(tài)下測(cè)量冠脈狹窄遠(yuǎn)端20~30 mm 處的FFR 值。而冠脈CT-FFR 專家建議推薦,在CT-FFR 檢查中使用病變水平CT-FFR 值,即狹窄病變遠(yuǎn)端20~30 mm的CT-FFR 值,判別是否為缺血特異性狹窄。鑒于目前對(duì)CT-FFR 和有創(chuàng)性FFR 檢查的對(duì)照研究比較的多為局限病變遠(yuǎn)端某個(gè)點(diǎn)的FFR 值,且有創(chuàng)FFR 檢查無(wú)法測(cè)量整個(gè)冠脈樹(shù)的FFR 值,故尚無(wú)包含整個(gè)冠脈樹(shù)、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的FFR 對(duì)照研究。
對(duì)冠脈彌漫病變和無(wú)冠狀動(dòng)脈阻塞性病變的血管,目前尚無(wú)指南推薦具體的有創(chuàng)性FFR 和CTFFR 測(cè)量步驟,故冠脈CT-FFR 專家建議推薦記錄血管水平的CT-FFR 值。
實(shí)際上,并非所有的冠脈斑塊狹窄病例都適合進(jìn)行CT-FFR 分析。冠脈CT-FFR 專家建議指出,CT-FFR 技術(shù)最適用于分析CCTA 顯示冠脈狹窄程度為30%~70%的病變。目前對(duì)于應(yīng)用CT-FFR 技術(shù)分析支架置入、冠脈旁路移植術(shù)后患者的冠脈情況的經(jīng)驗(yàn)較少,現(xiàn)有CT-FFR 軟件的測(cè)量精度存疑。對(duì)于存在微血管病變、廣泛嚴(yán)重鈣化病變、冠脈分叉病變和復(fù)雜病灶的患者,需結(jié)合其他影像學(xué)和臨床評(píng)價(jià)手段進(jìn)行綜合分析。此外,值得指出的是,目前也缺乏采用CT-FFR 檢查隨訪冠脈狹窄病變患者的依據(jù)[32]。
冠脈CT-FFR 專家建議推薦,病變遠(yuǎn)端CTFFR 值>0.80 時(shí),認(rèn)為該病變不會(huì)引起缺血改變;病變遠(yuǎn)端CT-FFR 值<0.70 的病變則被認(rèn)為是缺血特異性病變,推薦進(jìn)行血運(yùn)重建;CT-FFR 值位于灰區(qū)(0.70~0.80)的患者是否需要血運(yùn)重建,應(yīng)綜合考慮患者的臨床表現(xiàn)和其他功能影像學(xué)信息來(lái)決定。CT-FFR 值位于灰區(qū)時(shí)的信息判斷是CT-FFR 分析的難點(diǎn),文獻(xiàn)報(bào)道顯示,CT-FFR 值位于0.70~0.80的病變,其診斷準(zhǔn)確率僅為46%[18]。無(wú)獨(dú)有偶,有創(chuàng)性FFR 檢查中亦存在同樣問(wèn)題,其FFR 值灰區(qū)為0.76~0.80。
冠脈鈣化斑塊造成的硬化線束偽影,不僅會(huì)干擾CCTA 檢查對(duì)冠脈狹窄程度的評(píng)估,還會(huì)影響CT-FFR 檢查的準(zhǔn)確性。但不論鈣化積分在400 以上或以下,CT-FFR 檢查對(duì)缺血特異性病變的診斷準(zhǔn)確率均高于單獨(dú)CCTA 檢查[33];在鈣化積分≤1 000 患者中,CT-FFR 檢查診斷特異性缺血病變的結(jié)果與有創(chuàng)性FFR 檢查結(jié)果間的相關(guān)系數(shù)為0.81[34]。但目前發(fā)表的納入重度鈣化患者(鈣化積分>1 000)的CT-FFR 研究較少,有待進(jìn)一步行大樣本研究來(lái)驗(yàn)證重度鈣化對(duì)CT-FFR 診斷效能的影響。
CT-FFR 在其他復(fù)雜病變,如分叉病變、左主干病變(>50%狹窄)、單支串聯(lián)病變、嚴(yán)重三支病變等的價(jià)值尚不明確,需進(jìn)一步研究。冠脈支架和冠脈旁路移植術(shù)后的病例亦不適合進(jìn)行CT-FFR 分析[35-36]。
冠脈CT-FFR 專家建議指出,CT-FFR 分析的算法有待提升,結(jié)合斑塊特征進(jìn)行分析,其與其他成像方法的對(duì)照比較方面仍有待深入研究。此外,筆者認(rèn)為,業(yè)界亟需制定標(biāo)準(zhǔn)化的CT-FFR 操作規(guī)范,包括CCTA 掃描技術(shù)、圖像質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化、測(cè)量步驟規(guī)范、診斷標(biāo)準(zhǔn);臨床應(yīng)聯(lián)合制定統(tǒng)一的CTFFR 檢查適應(yīng)證標(biāo)準(zhǔn),完善CT-FFR 與其他無(wú)創(chuàng)技術(shù)聯(lián)合使用的方案,并指導(dǎo)臨床診療路徑的選擇。