定量血流分?jǐn)?shù)系統(tǒng)中虛擬支架植入技術(shù)的可行性探討

梁穩(wěn)生，楊峻青，付冰奇，鄧家成，鄭勝能，賈乾君，黃育銘

［1.廣東省心血管病研究所心導(dǎo)管室廣東省人民醫(yī)院（廣東省醫(yī)學(xué)科學(xué)院），廣州 510080；2.廣東省心血管病研究所心內(nèi)科廣東省人民醫(yī)院（廣東省醫(yī)學(xué)科學(xué)院），廣州 510080；3.汕頭大學(xué)醫(yī)學(xué)院，廣東汕頭515041］

在診斷冠狀動(dòng)脈粥樣硬化的臨界病變中血流儲(chǔ)備分?jǐn)?shù)（fractional flow reserve，F(xiàn)FR）被視為有創(chuàng)冠狀動(dòng)脈功能學(xué)的“金標(biāo)準(zhǔn)”［1-2］。大量研究指出，經(jīng)皮冠狀動(dòng)脈介入（percutaneous coronary intervention，PCI）治療后具有較高FFR值的患者，其臨床預(yù)后結(jié)果表現(xiàn)更好［3］。然而，由于一次性耗材的經(jīng)濟(jì)成本、壓力導(dǎo)絲操作難度、藥物的副作用及并發(fā)癥等影響，F(xiàn)FR在臨床實(shí)踐中的使用率并不高，術(shù)后靶血管的FFR 檢測(cè)更少。定量血流分?jǐn)?shù)（quantitative flow ratio，QFR）是一種基于計(jì)算機(jī)仿真的冠狀動(dòng)脈功能學(xué)的新方法，其解決了FFR壓力導(dǎo)絲昂貴和操作復(fù)雜的問(wèn)題。QFR 系統(tǒng)根據(jù)狹窄幾何結(jié)構(gòu)和充血流速計(jì)算冠狀動(dòng)脈的狹窄功能學(xué)，主要以計(jì)算分支分流和狹窄段的摩擦損失引起的壓力損失，以及狹窄段流量突然膨脹引起的慣性損失，最終計(jì)算出目標(biāo)段血管的QFR［4］。它在判別冠狀動(dòng)脈臨界病變的準(zhǔn)確度及其與FFR的一致性已經(jīng)得到很好的驗(yàn)證［5-8］，在臨床上的使用率日漸上升。

研究指出單純依靠冠狀動(dòng)脈造影的冠狀動(dòng)脈內(nèi)支架植入，術(shù)后20%～25%的患者存在殘余心肌缺血，易發(fā)生持續(xù)性心絞痛或臨床事件［9］，表明支架植入的效果影響患者的預(yù)后。從冠狀動(dòng)脈功能學(xué)檢測(cè)上分析，支架術(shù)后QFR≤0.89 增加了遠(yuǎn)期的心血管不良事件，這些不良事件包括心血管相關(guān)的死亡、心肌梗死以及缺血引起的靶血管血運(yùn)重建［10-11］。日常實(shí)踐中的一個(gè)重要問(wèn)題是，如何能預(yù)測(cè)PCI 治療后的冠狀動(dòng)脈生理功能學(xué)結(jié)果，并區(qū)分那些支架植入后對(duì)血管功能學(xué)改善不理想的病變，這同時(shí)會(huì)影響手術(shù)策略的選定。有研究通過(guò)分析PCI 治療前FFR 的回撤曲線(xiàn)來(lái)預(yù)測(cè)PCI 治療后的生理結(jié)果［10，12］，但目前國(guó)內(nèi)尚未有用QFR 預(yù)測(cè)支架術(shù)后生理功能的研究。本研究旨在使用無(wú)創(chuàng)的QFR分析，探究其虛擬支架植入技術(shù)預(yù)估PCI 治療后QFR的準(zhǔn)確度以及該技術(shù)在PCI治療中的可行性。

1 資料和方法

1.1 一般資料

選擇廣東省人民醫(yī)院2021 年1 月至4 月行冠狀動(dòng)脈支架植入術(shù)的患者。納入標(biāo)準(zhǔn)：（1）定量冠狀動(dòng)脈造影（quantitative coronary angiography，QCA）分析術(shù)前血管的直徑狹窄率≥50%；（2）支架植入前后的造影圖像符合QFR 分析的標(biāo)準(zhǔn)。排除標(biāo)準(zhǔn)：（1）靶病變位于冠狀動(dòng)脈開(kāi)口處的血管；（2）支架內(nèi)再狹窄的患者；（3）造影劑過(guò)敏的患者；（4）嚴(yán)重腎功能不全的患者；（5）冠狀動(dòng)脈旁路移植術(shù)后的患者；（6）嚴(yán)重鈣化或迂曲的血管。本研究已通過(guò)廣東省人民醫(yī)院醫(yī)學(xué)倫理委員會(huì)審批，研究患者免簽知情同意書(shū)。

1.2 冠狀動(dòng)脈造影及定量冠狀動(dòng)脈造影分析方法

冠狀動(dòng)脈造影選擇數(shù)字減影血管造影機(jī)器的冠狀動(dòng)脈模式15 幀/s（fps）進(jìn)行采集，在進(jìn)行冠狀動(dòng)脈造影前，給冠狀動(dòng)脈注入硝酸甘油，采用非離子對(duì)比劑進(jìn)行手動(dòng)或者高壓注射器注射。造影圖的選擇是血管病變部位無(wú)明顯短縮、主支血管無(wú)嚴(yán)重重疊、對(duì)比劑沖刷血管良好。QCA 與QFR 的分析選取同一幀影像，本研究QCA 分析軟件選用思創(chuàng)QCA 分析系統(tǒng)（北京思創(chuàng)貫宇科技開(kāi)發(fā)有限公司，中國(guó)北京）。所有的QCA 計(jì)算是由一名熟練的QCA 分析員分析，同時(shí)由一名高級(jí)QCA 分析員復(fù)核所有的數(shù)據(jù)。

1.3 定量血流分?jǐn)?shù)分析方法

102 支血管支架植入前后的造影圖像，使用第二代QFR 系統(tǒng)（AngioPlus，博動(dòng)醫(yī)療影像技術(shù)上海有限公司，中國(guó)上海）進(jìn)行QFR 分析。QFR 操作如下：（1）選擇清晰展現(xiàn)狹窄段的一幀造影圖像作為血管輪廓描繪幀；（2）QFR 系統(tǒng)描繪血管輪廓和直徑大于1 mm 的分支血管輪廓；（3）根據(jù)Murray 定律計(jì)算壓降后的QFR。一名操作熟練的QFR 技術(shù)員分析所有血管的QFR，同時(shí)由一名高級(jí)的QFR分析師復(fù)核所有數(shù)據(jù)［4］。支架術(shù)后QFR 計(jì)算方法：（1）選取一幀冠狀動(dòng)脈支架植入術(shù)后的造影圖，造影圖選擇舒張末期的血管充盈完好的影像；（2）QFR 系統(tǒng)根據(jù)血管情況自動(dòng)描繪血管輪廓，同時(shí)描繪分支血管輪廓。

1.4 虛擬支架植入及殘余定量血流分?jǐn)?shù)分析

術(shù)前的QFR 分析，軟件會(huì)自動(dòng)識(shí)別血管病變的長(zhǎng)度，并為此段血管虛擬植入與血管大小相適應(yīng)的支架，再計(jì)算血管的QFR，即為殘余QFR。操作如下：（1）熟練的QFR 技術(shù)員選擇一幀能清晰顯示冠狀動(dòng)脈狹窄的造影幀，QFR 系統(tǒng)自動(dòng)描繪血管輪廓，當(dāng)描繪血管輪廓有差異時(shí)允許人工修正；（2）在靶血管輪廓上添加直徑大于1 mm 的分支血管輪廓；（3）在一名中級(jí)心內(nèi)科醫(yī)師指導(dǎo)下，QFR 技術(shù)員使用虛擬支架模式，根據(jù)術(shù)中現(xiàn)實(shí)支架釋放時(shí)近端和遠(yuǎn)端標(biāo)記點(diǎn)的位置，調(diào)整虛擬支架長(zhǎng)度與其一致，計(jì)算殘余QFR。一名熟練的QFR 技術(shù)員計(jì)算術(shù)前靶血管的殘余QFR，同時(shí)由一名高級(jí)醫(yī)師和QFR 分析師復(fù)核所有數(shù)據(jù)。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

所有變量采用Shapiro-Wilk檢驗(yàn)進(jìn)行正態(tài)性分布檢驗(yàn)。符合正態(tài)分布數(shù)值表示為（）；非正態(tài)分布變量表示為中位數(shù)（四分位數(shù)間距）［M（P25～P75）］，采用非參數(shù)秩和檢驗(yàn)進(jìn)行比較（Wilcoxon秩和檢驗(yàn)）。殘余QFR與現(xiàn)實(shí)支架植入術(shù)后的QFR 使用Spearman 相關(guān)系數(shù)確定其相關(guān)性。分類(lèi)變量以［n（%）］表示。以QFR＞0.89 作為優(yōu)PCI 治療效果組，QFR≤0.89 作為次優(yōu)PCI 治療效果組，分析殘余QFR 與術(shù)后QFR 的準(zhǔn)確度、靈敏度、特異度、陽(yáng)性預(yù)測(cè)值（PPV）、陰性預(yù)測(cè)值（NPV）。繪制受試者工作特征曲線(xiàn)（receiver oper?ating characteristic curve，ROC）并計(jì)算曲線(xiàn)下面積（area under the curve，AUC）。使用雙側(cè)95%置信區(qū)間（CI）評(píng)價(jià)殘余QFR 的統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。使用SPSS 25.0 對(duì)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以雙側(cè)P＜0.05 為差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 患者基線(xiàn)資料情況

110例患者中共13例患者由于造影圖像不符合QFR 分析標(biāo)準(zhǔn)被排除，97例患者包含102 支血管符合標(biāo)準(zhǔn)入選本研究?；颊叩囊话阗Y料及冠狀動(dòng)脈病變特點(diǎn)見(jiàn)表1。

表1 患者基線(xiàn)資料 ［n=97，，n（%）］

表1 患者基線(xiàn)資料 ［n=97，，n（%）］

2.2 血管分析情況

102 支血管的血管分析情況見(jiàn)表2。圖1 為PCI 治療前后QFR 分析及虛擬支架、實(shí)際支架植入示意圖。

圖1 PCI 治療前后QFR 分析及虛擬支架、實(shí)際支架植入示意圖（A 是左前降支動(dòng)脈PCI 治療前QFR 分析，左前降支術(shù)前的QFR 為0.75；B、C 是虛擬支架技術(shù)在血管三維重建及二維QFR 分析長(zhǎng)軸圖，在左前降支中段虛擬植入近端直徑2.8 mm，遠(yuǎn)端直徑2.5 mm，長(zhǎng)度為17.6 mm 的支架，血管殘余QFR 為0.91；D 是PCI 治療中選擇直徑2.5 mm，長(zhǎng)度為18 mm 的支架植入左前降支中段；E 是PCI 治療后左前降支的QFR 為0.91）

表2 血管分析情況 ［n=102］

2.3 殘余定量血流分?jǐn)?shù)與術(shù)后定量血流分?jǐn)?shù)的比較

102 支冠狀動(dòng)脈血管進(jìn)行QFR 分析，PCI 治療前分析虛擬支架植入得出的殘余QFR 與PCI 治療后QFR 結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。殘余QFR 與術(shù)后QFR 比較，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義［0.97（0.94～0.98）vs.0.96（0.93，0.97），z=-1.90，P=0.057］。Spearman 相關(guān)分析結(jié)果顯示，殘余QFR 及術(shù)后QFR 的相關(guān)系數(shù)為0.58（95%CI：0.44～0.70，P＜0.001），如圖2。

圖2 殘余QFR 與術(shù)后QFR 的相關(guān)性散點(diǎn)圖

2.4 殘余定量血流分?jǐn)?shù)預(yù)測(cè)次優(yōu)PCI 治療效果

7 支（6.9%）血管支架植入術(shù)后QFR≤0.89，定義為次優(yōu)PCI 治療效果。殘余QFR 預(yù)測(cè)PCI 治療后QFR≤0.89 和QFR＞0.89 的準(zhǔn)確度、敏感度、特異度、陽(yáng)性預(yù)測(cè)值和陰性預(yù)測(cè)值分別為94.1%（95%CI：87.5～97.5）、54.5%（95%CI：28.0～78.8）、98.9%（95%CI：93.2～99.9）、85.7%（95%CI：42.0～99.2）、94.7%（95%CI：87.6～98.0）。如圖3，殘余QFR 的ROC AUC 為0.89（95%CI：0.77～1.00，P＜0.01）。

圖3 殘余QFR 預(yù)測(cè)PCI 治療效果的ROC 圖

3 討論

本研究評(píng)估了PCI 治療前QFR 系統(tǒng)中虛擬支架植入技術(shù)預(yù)估PCI 治療后血管功能學(xué)的能力。研究顯示，102支血管中，虛擬支架植入后殘余QFR與術(shù)后QFR 比較，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P=0.057），兩者存在相關(guān)性；殘余QFR 預(yù)測(cè)PCI 治療效果的準(zhǔn)確度、特異度、陰性預(yù)測(cè)值較高，殘余QFR 的ROC 顯示其檢測(cè)PCI 治療效果的診斷能效較好。由于術(shù)前的殘余QFR 與術(shù)后的QFR 結(jié)果是連續(xù)變量，其一致性欠佳，相關(guān)系數(shù)低（r=0.58）。本實(shí)驗(yàn)采用分組方式繪制ROC，分為術(shù)后QFR≤0.89 組和術(shù)后QFR＞0.89 組，術(shù)前殘余QFR 預(yù)測(cè)術(shù)后QFR的準(zhǔn)確度為94%，所以殘余QFR 預(yù)測(cè)支架植入術(shù)后PCI 治療效果的ROC 的AUC 大。

術(shù)前FFR 的回撤曲線(xiàn)能識(shí)別冠狀動(dòng)脈彌漫、局限和長(zhǎng)病變并預(yù)測(cè)支架術(shù)后血管的功能學(xué)，能優(yōu)化支架植入效果和改善患者的預(yù)后［10，12］。然而，侵入性生理學(xué)工具始終有其局限性，實(shí)際操作中FFR 難以大規(guī)模地使用。本研究嘗試使用術(shù)前的QFR 分析中虛擬支架植入技術(shù)，達(dá)到預(yù)測(cè)支架植入術(shù)后QFR 的效果。術(shù)前的QFR 曲線(xiàn)類(lèi)似于FFR 回撤曲線(xiàn)，曲線(xiàn)斜率越大，對(duì)于QFR 的變化就越顯著，也可用于識(shí)別冠狀動(dòng)脈病變的類(lèi)型。相比于FFR，QFR 不需要使用壓力導(dǎo)絲，不需要藥物誘導(dǎo)血管充血，且操作簡(jiǎn)便［13］?？偟膩?lái)說(shuō)，QFR 在經(jīng)濟(jì)成本和安全性等方面更具優(yōu)勢(shì)。

另一方面，目前使用殘余QFR 預(yù)測(cè)術(shù)后血管生理學(xué)功能的報(bào)道不多，其可行性和可重復(fù)性有待驗(yàn)證。Pepijn-a 等［14］對(duì)128支血管進(jìn)行殘余QFR 與支架術(shù)后FFR 的分析結(jié)果顯示，殘余QFR與支架術(shù)后FFR 相關(guān)系數(shù)為0.56。研究中支架術(shù)后FFR≤0.89 定義為次優(yōu)PCI 治療效果，殘余QFR預(yù)測(cè)PCI 治療效果的準(zhǔn)確度、特異度、陽(yáng)性預(yù)測(cè)值、敏感度和陰性預(yù)測(cè)值分別為74%、96%、89%、44%和70%，ROC 的AUC 為0.79［14］。本研究是殘余QFR 預(yù)測(cè)以術(shù)后QFR 為標(biāo)準(zhǔn)PCI 治療效果，其準(zhǔn)確度（94%）和陰性預(yù)測(cè)值（94%）較前者研究結(jié)果高，分析其原因可能為由于納入人群存在差異。本研究所納入血管為彌漫病變的數(shù)量較少，83.3%血管僅植入1 枚支架，較前者（70.1%）高，術(shù)后次優(yōu)PCI 治療效果的數(shù)量比前者少。同時(shí)本研究采用的是第二代QFR，其運(yùn)用了Murray 分支模型，相對(duì)于前者所用錐形模型分析，準(zhǔn)確度有所提高。

大多數(shù)次優(yōu)PCI 治療效果是由未行支架植入治療的病變或是支架不能完全覆蓋的彌漫性病變引起［10］。目前的分析表明，這些次優(yōu)結(jié)果是可以通過(guò)PCI 治療前的QFR 分析進(jìn)行預(yù)測(cè)的，長(zhǎng)支架和QFR 曲線(xiàn)下降曲率最大的區(qū)域植入支架在一定程度上提高殘余QFR，但可能仍不足以達(dá)到良好的術(shù)后生理學(xué)功能［12］。對(duì)于這些患者，手術(shù)血管重建術(shù)或不同的二級(jí)預(yù)防策略是否有效或更可取尚不清楚，虛擬支架植入技術(shù)可能對(duì)治療決策有所幫助。同時(shí)使用該技術(shù)選擇最佳靶病變區(qū)域并予以支架覆蓋，術(shù)后或許能得到預(yù)想中最佳的功能結(jié)果。

本研究的局限在于：（1）研究是回顧性分析，并非嚴(yán)格按照虛擬支架技術(shù)指導(dǎo)PCI 治療的隨機(jī)對(duì)照研究。（2）殘余QFR、術(shù)后QFR 未能與冠狀動(dòng)脈功能學(xué)檢測(cè)“金標(biāo)準(zhǔn)”FFR 作對(duì)比。（3）總樣本量偏小，支架術(shù)后QFR 為次優(yōu)PCI 治療效果占比少，對(duì)殘余QFR 的陽(yáng)性預(yù)測(cè)值有一定的影響；（4）未使用腔內(nèi)影像評(píng)估支架植入前血管的情況及觀(guān)察支架植入后支架成形、貼壁等情況，例如復(fù)雜鈣化病變的PCI 治療可能產(chǎn)生欠佳的術(shù)后結(jié)果，可能導(dǎo)致殘余QFR 與PCI 治療后QFR 之間的不一致。

綜上所述，QFR 系統(tǒng)中虛擬支架植入技術(shù)是可行的，其有助于評(píng)估術(shù)后的QFR 結(jié)果，以進(jìn)一步細(xì)化支架植入術(shù)前靶病變的選擇，幫助術(shù)者制定手術(shù)策略。