計(jì)算流體力學(xué)在冠心病診療中的應(yīng)用進(jìn)展

張錚，田宇航，靳志濤，鄭程榮，胡桃紅

冠狀動(dòng)脈粥樣硬化性心臟?。ü谛牟。﹪?yán)重危害人類健康，其潛在發(fā)病機(jī)制目前仍不完全清楚。一般認(rèn)為，動(dòng)脈粥樣硬化是一種炎癥性疾病，但研究發(fā)現(xiàn)斑塊常位于冠狀動(dòng)脈（冠脈）的特定部位，提示血管局部流體動(dòng)力學(xué)對(duì)于動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)展起著至關(guān)重要的作用。盡管冠脈成像技術(shù)已取得了令人振奮的成果，但目前無論無創(chuàng)技術(shù)（冠脈CTA），還是有創(chuàng)影像技術(shù)（冠脈造影、IVUS及OCT），均只能實(shí)現(xiàn)冠脈的可視化，而冠脈流體力學(xué)的信息獲取則非常有限。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)展，通過軟件對(duì)冠脈影像學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，能夠準(zhǔn)確計(jì)算冠脈流體力學(xué)數(shù)據(jù)，對(duì)于高?；颊叩淖R(shí)別以及介入治療的優(yōu)化均具有重要臨床意義。

1 計(jì)算流體力學(xué)定義

計(jì)算流體力學(xué)（CFD）是物理及機(jī)械工程中廣泛使用的一種通過計(jì)算機(jī)模擬分析流體運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的“流動(dòng)”機(jī)制的研究。CFD是一種通過離散描述粘性流體運(yùn)動(dòng)的Navier-Stokes方程來計(jì)算的模擬方法，可高效準(zhǔn)確地計(jì)算心血管系統(tǒng)中正常和異常情況下的血流動(dòng)力學(xué)特征[1]。CFD在1990年被用于預(yù)測(cè)血流動(dòng)力學(xué)，有助于確定先天性心臟病手術(shù)適應(yīng)證和了解術(shù)后血流動(dòng)力學(xué)。在過去25年里，CFD在心血管醫(yī)學(xué)和介入心臟病學(xué)等許多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用[2]。不同于傳統(tǒng)影像技術(shù)，CFD能夠分析冠脈血流動(dòng)力學(xué)變化，甚至在斑塊實(shí)際形成或阻塞血管前就可識(shí)別。因此在某種程度上，CFD可早期發(fā)現(xiàn)冠脈疾病，提高對(duì)斑塊進(jìn)展的了解，對(duì)冠心病的診治至關(guān)重要。

CFD的局限性在于，由于方程中使用的各種模型來模擬血流信息，可能會(huì)產(chǎn)生誤差。不冠脈血流不穩(wěn)定，隨著心臟周期的變化而變化[3]。因此，獲得準(zhǔn)確的冠脈流體力學(xué)數(shù)據(jù)對(duì)于CFD至關(guān)重要，目前用于CFD計(jì)算的血管體積數(shù)據(jù)可通過有創(chuàng)方式（如冠脈造影、IVUS或OCT），或無創(chuàng)技術(shù)（冠脈CTA或心臟磁共振血管造影）獲得。

2 CFD用于冠脈血流動(dòng)力學(xué)分析的參數(shù)

2.1 血流速度血流速度是指冠脈某節(jié)段或局部區(qū)域血液流動(dòng)的速度。局部管腔中心向外周血流速度逐漸降低，這種血流速度場(chǎng)，可增加血液中的脂蛋白、淋巴細(xì)胞和單核細(xì)胞等成分與血管內(nèi)皮細(xì)胞接觸，導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞基因表達(dá)譜出現(xiàn)相應(yīng)變化[4]，促進(jìn)動(dòng)脈粥樣硬化病變的形成。前期研究發(fā)現(xiàn)，斑塊狹窄周圍的血流速度加快，最窄處局部血流速度為狹窄前的5倍，可使狹窄下游的血流明顯減低，進(jìn)一步導(dǎo)致心肌缺血[5]。

2.2 血管壁面剪切力血管壁面剪切應(yīng)力（WSS）是血液在血管流動(dòng)時(shí)形成的作用于血管壁表面單位面積上的剪切力，也指血液流動(dòng)時(shí)與血管壁內(nèi)膜面的摩擦力。前期研究發(fā)現(xiàn)，血管炎癥和斑塊分布在血流不均勻的側(cè)支或動(dòng)脈狹窄附近，以及血流速度相對(duì)較低的彎曲處[6]。冠脈壁同時(shí)暴露于血流誘導(dǎo)的WSS和血液壓力（WP）。WSS與局部血液黏度和血流速度有關(guān)，在維護(hù)血管內(nèi)皮功能方面也有重要作用。血管內(nèi)皮細(xì)胞可感知WSS的變化并發(fā)生剪切變形，從而影響內(nèi)皮細(xì)胞的表型及功能，導(dǎo)致動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)生和進(jìn)展。心肌橋的存在顯著降低WSS，導(dǎo)致內(nèi)皮功能障礙[7]。不僅如此，WSS還與動(dòng)脈粥樣硬化斑塊的啟動(dòng)、生長(zhǎng)和易損性轉(zhuǎn)化有關(guān)，是動(dòng)脈粥樣硬化過程中重要的生理因素之一[8]。

冠脈節(jié)段性WSS異常可能促進(jìn)動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)展。體外研究表明WSS分布與血管解剖學(xué)變化之間存在相互作用，在血管結(jié)構(gòu)明顯變化的區(qū)域容易產(chǎn)生低WSS，而局部低WSS處易發(fā)生脂質(zhì)沉積，形成增殖性斑塊[9]。低剪切力和振蕩切應(yīng)力是易形成動(dòng)脈粥樣硬化區(qū)域的主要血流動(dòng)力學(xué)特征。不僅如此，低WSS還與易損斑塊的進(jìn)展有關(guān)。因此，局部血管壁的WSS可提示不同解剖部位動(dòng)脈粥樣硬化發(fā)展的效應(yīng)差異，從而預(yù)測(cè)動(dòng)脈粥樣硬化斑塊的形成。

隨著斑塊的進(jìn)展，WSS也發(fā)生變化。斑塊發(fā)生前，局部管腔為低WSS區(qū)域，隨著斑塊侵入管腔，WSS逐漸增高。高于生理范圍的WSS可能增加斑塊破裂和血小板活性的風(fēng)險(xiǎn)。高WSS可誘導(dǎo)平滑肌細(xì)胞凋亡，增加基質(zhì)金屬蛋白酶，從而導(dǎo)致斑塊纖維帽變薄，使斑塊更容易破裂[10]。不僅如此，WSS增高還可招募炎癥細(xì)胞，收縮血管，改變內(nèi)皮細(xì)胞形態(tài)，進(jìn)一步促進(jìn)斑塊易損性。從FSI模型數(shù)據(jù)看，WSS異常區(qū)域提示脂質(zhì)核心的存在。綜上所述，WSS被認(rèn)為是評(píng)估斑塊發(fā)生（低WSS）及破裂（高WSS）的重要流體力學(xué)參數(shù)。

不僅如此，WSS還可評(píng)估冠脈中度狹窄是否會(huì)引起心肌缺血。前期使用狹窄體模進(jìn)行流體力學(xué)分析發(fā)現(xiàn)：當(dāng)冠脈狹窄率為75%時(shí)，WSS的臨界值為608 kPa（6.0 atm）[11]。同時(shí)，當(dāng)FFR＜0.8時(shí)，RCA、LAD的WSS閾值為598 kPa（5.9 atm），LCx的WSS閾值為588 kPa（5.8 atm），RCA的敏感性和特異性分別為100%和97.2%，LAD和LCx的敏感性和特異性分別為81.9%和94.1%，71.4%和100%[12]。因此，WSS有助于識(shí)別具有臨床意義的冠脈斑塊。

WSS還具有其他衍生的血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)，如平均壁面剪切力（AWSS）、平均壁面剪切力梯度（AWSSG）、震蕩剪切指數(shù)（OSI）和相對(duì)停留時(shí)間（RRT），均為預(yù)測(cè)動(dòng)脈粥樣硬化斑塊易發(fā)部位的可能指標(biāo)。

2.3 內(nèi)皮切應(yīng)力內(nèi)皮剪切力（ESS）是由流動(dòng)的血液在血管壁內(nèi)皮表面摩擦產(chǎn)生的切向應(yīng)力。ESS調(diào)節(jié)大部分內(nèi)皮功能，低ESS[＜1.0 Pascal（Pa）]可以激活許多細(xì)胞內(nèi)信號(hào)通路，導(dǎo)致內(nèi)皮功能障礙、脂蛋白積聚和炎癥。尸檢研究和動(dòng)物模型[9]已經(jīng)證明，具有易損性高的動(dòng)脈粥樣硬化病變多發(fā)生在ESS低的區(qū)域（如冠脈內(nèi)曲、冠脈分叉的外側(cè)和管腔阻塞下游）。相反，正常ESS（＞1-2.5 Pa）多在平直動(dòng)脈段，具有血管保護(hù)作用，而出現(xiàn)在阻塞狹窄處或動(dòng)脈的外彎處的高ESS（＞ESS 2.5Pa）可能與局部侵蝕和增強(qiáng)的血小板聚集有關(guān)。

最近，PREDICTION研究[6]將ESS與血管內(nèi)超聲（IVUS）數(shù)據(jù)相結(jié)合，探討低ESS對(duì)斑塊進(jìn)展的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)低ESS節(jié)段的脂質(zhì)斑塊具有較薄的纖維帽和較高的巨噬細(xì)胞密度。且ESS低的節(jié)段鈣化較淺，點(diǎn)狀鈣化發(fā)生率高。后續(xù)研究[13]進(jìn)一步將ESS和OCT相結(jié)合，利用FD-OCT的空間分辨率高的優(yōu)勢(shì)，分析局部ESS模式與斑塊特征的關(guān)系。結(jié)果同IVUS一致，ESS低的斑塊脂質(zhì)核心更大，纖維帽更薄，巨噬細(xì)胞密度更高。ESS低的節(jié)段有更多的淺層鈣化，且點(diǎn)狀鈣化發(fā)生率更高。

2.4 血流儲(chǔ)備分?jǐn)?shù)血流儲(chǔ)備分?jǐn)?shù)（FFR）用于評(píng)估狹窄病變的血流動(dòng)力學(xué)意義，其計(jì)算方法是狹窄血管的最大血流量與正常血管的最大血流量的比值。FAME研究[14]是一項(xiàng)涉及歐洲和美國(guó)的20個(gè)醫(yī)療中心的隨機(jī)試驗(yàn)。研究顯示，F(xiàn)FR指導(dǎo)冠脈血運(yùn)重建優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)冠脈造影。在FAME2研究[15]中，低FFR患者（＜0.80）延遲經(jīng)皮冠介入治療（PCI）組的臨床事件發(fā)生率顯著高于PCI組。

傳統(tǒng)的FFR數(shù)據(jù)通過壓力導(dǎo)絲進(jìn)行測(cè)量，但該方法屬于有創(chuàng)操作，且需要使用腺苷。后續(xù)研究[16]采用不同透射角度的冠脈造影數(shù)據(jù)進(jìn)行流體力學(xué)計(jì)算，獲得FFR數(shù)值（QFR或CaFFR），避免了腺苷的使用。冠脈CT血管造影（CTA）能夠?qū)崿F(xiàn)冠脈的三維解剖可視化，在此基礎(chǔ)上研發(fā)的FFRCT已被證明是估計(jì)FFR和識(shí)別具有血流動(dòng)力學(xué)意義冠脈狹窄的無創(chuàng)影像手段。

在FFR基礎(chǔ)上衍生出新的指標(biāo)，如跨病變的FFRCT變化（△FFRCT）。前期對(duì)ACS患者進(jìn)行CTA研究[17]，發(fā)現(xiàn)罪犯病變的FFRCT顯著低于非罪犯病變，而其他血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)（△FFRCT、WSS和軸向斑塊應(yīng)力）顯著高于非罪犯病變。且在所有參數(shù)中，△FFRCT的增益最高。結(jié)果表明，病變局部的血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)（△FFRCT）對(duì)斑塊破裂的影響比整體血管水平參數(shù)（如FFRCT）更大。因此，△FFRCT有助于識(shí)別ACS的高危病變，基于目前FFRCT算法很容易計(jì)算△FFRCT。因此，有必要確定最佳血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)組合，實(shí)現(xiàn)病變的個(gè)體化分析。

2.5 血管壁壓力血管壁壓力（WP）是指由于血壓及血液流動(dòng)，導(dǎo)致血管壁承受的壓力。冠脈壁同時(shí)暴露于血流誘導(dǎo)的WSS和WP。當(dāng)斑塊所承受的壓力超過自身的彈性強(qiáng)度就有可能發(fā)生破裂，血管壁和斑塊局部承受的WP和WSS對(duì)于全面評(píng)價(jià)冠脈斑塊破裂風(fēng)險(xiǎn)有重要作用。前期研究[13]發(fā)現(xiàn)：狹窄區(qū)域WP明顯大于WSS，提示管壁壓力可能在斑塊破裂方面發(fā)揮重要作用。

根據(jù)伯努利定律，流體在狹窄處的流速增快，當(dāng)流體流過狹窄處時(shí)，由于存在能量損失，導(dǎo)致WP降低。臨床病例的CFD分析顯示，狹窄段的WSS隨著狹窄率的增加而增加。相反，狹窄遠(yuǎn)端WP下降，且狹窄程度越大，狹窄后的壓力損失越大，WP越低，提示遠(yuǎn)端心肌組織存在缺血。因此，WP可用于判斷心肌組織灌注。

2.6 雷諾數(shù)雷諾數(shù)（Reynolds number，Re）被用來確定流體運(yùn)動(dòng)是層流還是湍流。Re一般用來指示從層流到湍流的轉(zhuǎn)變，當(dāng)Re＞2300時(shí)，流動(dòng)變?yōu)橥牧?。根?jù)伯努利定律，狹窄程度越大，流體流速越快。冠脈流量Re為800＜Re＜1000。如果液體粘度降低和流體流動(dòng)速度加快，可導(dǎo)致Re增大，血液易發(fā)生湍流。當(dāng)流動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橥牧鲿r(shí)，流體內(nèi)物質(zhì)更易混合，導(dǎo)致血液中成分增加。同時(shí)，湍流對(duì)血管壁的壓力增加，進(jìn)一步促進(jìn)斑塊形成。

2.7 軸向斑塊應(yīng)力由于血壓的原因，冠脈受到橫向和軸向的張力。軸向斑塊應(yīng)力（APS）與病變幾何構(gòu)型密切相關(guān)，有助于評(píng)估未來斑塊破裂的風(fēng)險(xiǎn)和確定冠心病患者的治療策略。APS與斑塊長(zhǎng)度呈顯著的負(fù)性關(guān)系，可解釋局限性斑塊發(fā)生破裂的風(fēng)險(xiǎn)顯著高于彌漫斑塊。臨床觀察發(fā)現(xiàn)斑塊狹窄程度與破裂風(fēng)險(xiǎn)之間并不一致。因此，APS可能為斑塊破裂提供更多的理論基礎(chǔ)。

2.8 其他CFD參數(shù)目前還有多個(gè)CFD參數(shù)可以用于冠脈流體力學(xué)，如靜壓、渦量、流函數(shù)、壓力梯度（PSG）、總血管容積（V）、左心室心肌質(zhì)量（M）容積和管腔容積/心肌質(zhì)量（V/M）比值等。PSG的大小可判斷斑塊狹窄程度[18]。高PSG區(qū)域可能與潛在的冠脈斑塊破裂有關(guān)。而無論局部冠脈狹窄是否＞50%，低V/M患者的FFR值低于高V/M患者。因此，根據(jù)患者的冠脈情況，確定最佳血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)組合，實(shí)現(xiàn)病變的個(gè)體化精準(zhǔn)分析，對(duì)于識(shí)別高危斑塊、預(yù)測(cè)臨床事件，指導(dǎo)介入治療具有重要作用。

3 CFD在冠心病診療中的作用

3.1 評(píng)估動(dòng)脈粥樣硬化斑塊形成及發(fā)展風(fēng)險(xiǎn)冠心病的早期篩查和診斷非常重要。國(guó)內(nèi)外研究證明，機(jī)械力和血管內(nèi)血流動(dòng)力學(xué)可以影響和調(diào)節(jié)血管結(jié)構(gòu)，從而引起動(dòng)脈壁的慢性炎癥反應(yīng)，導(dǎo)致動(dòng)脈粥樣硬化[6]。動(dòng)脈粥樣硬化斑塊往往在血流紊亂和慢血流的動(dòng)脈區(qū)域形成。因此，血流動(dòng)力學(xué)改變是導(dǎo)致冠脈受損的重要因素之一。

冠脈管壁和動(dòng)脈粥樣硬化斑塊都同時(shí)承受兩種機(jī)械力，WSS和WP。其中WSS在維護(hù)血管內(nèi)皮功能方面有重要作用，其數(shù)值與局部血液黏度和血流速度相關(guān)。血管內(nèi)皮細(xì)胞可以感知WSS的變化而影響正常內(nèi)皮功能，導(dǎo)致動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)生和進(jìn)展。大量文獻(xiàn)證明，在血管結(jié)構(gòu)明顯變化的區(qū)域易產(chǎn)生低WSS，促進(jìn)脂質(zhì)沉積，導(dǎo)致動(dòng)脈粥樣硬化斑塊形成。因此，WSS是影響斑塊發(fā)生、發(fā)展及演變的重要血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)。

根據(jù)冠脈中的WSS在冠心病的早期形成中發(fā)揮的重要作用，通過對(duì)冠脈內(nèi)WSS區(qū)域分布進(jìn)行檢測(cè)預(yù)測(cè)斑塊易發(fā)部位，為預(yù)防和治療動(dòng)脈粥樣硬化提供了一種新方法。CFD可高效準(zhǔn)確地計(jì)算心血管系統(tǒng)中正常和異常情況下的血流動(dòng)力學(xué)特征，甚至在斑塊實(shí)際形成或阻塞血管前以被識(shí)別。在某種程度上，CFD可早期發(fā)現(xiàn)冠脈疾病，提高對(duì)斑塊進(jìn)展的了解。

3.2 識(shí)別易損斑塊，評(píng)估斑塊破裂風(fēng)險(xiǎn)不穩(wěn)定斑塊指易發(fā)生破裂或糜爛，進(jìn)一步繼發(fā)血栓形成風(fēng)險(xiǎn)的斑塊。不穩(wěn)定斑塊破裂是誘發(fā)急性冠脈綜合征（ACS）的病理基礎(chǔ)。早期識(shí)別不穩(wěn)定斑塊，評(píng)估斑塊破裂風(fēng)險(xiǎn)，具有重要臨床意義。

狹窄程度雖可增加斑塊的不穩(wěn)定性，但前期在ACS患者中發(fā)現(xiàn)，斑塊狹窄程度與破裂風(fēng)險(xiǎn)之間并不一致，大多數(shù)罪犯病變均為非梗阻性的斑塊。不穩(wěn)定斑塊特征評(píng)估比管腔狹窄程度更能預(yù)測(cè)心臟事件的風(fēng)險(xiǎn)。病理研究發(fā)現(xiàn)[10]，不穩(wěn)定斑塊的主要標(biāo)準(zhǔn)包括：存在活躍的炎癥細(xì)胞浸潤(rùn)（單核細(xì)胞、巨噬細(xì)胞或T細(xì)胞），富含脂質(zhì)的壞死核心（＞斑塊總體積的40%），覆蓋薄層炎癥纖維帽（＜65μm），存在內(nèi)皮侵蝕，有淺層血小板聚集。次要標(biāo)準(zhǔn)包括點(diǎn)狀鈣化、斑塊內(nèi)出血、內(nèi)皮功能障礙和正性重構(gòu)等。其中纖維帽厚度、脂質(zhì)核心大小和炎癥反應(yīng)，被認(rèn)為是易損斑塊的關(guān)鍵特征。雖然易損斑塊的病理學(xué)改變非常清楚，但對(duì)單個(gè)患者斑塊破裂的預(yù)測(cè)仍然存在問題。斑塊破裂是一個(gè)復(fù)雜的生物力學(xué)過程，受到斑塊的結(jié)構(gòu)和成分以及作用在斑塊上流體力學(xué)的影響。僅基于圖像特征評(píng)估斑塊易損性具有局限性。因此，綜合評(píng)估病變幾何形狀、斑塊特征和血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)可提高對(duì)高危斑塊的識(shí)別和ACS風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)測(cè)。

當(dāng)斑塊外部受力大于斑塊強(qiáng)度時(shí)，斑塊就會(huì)發(fā)生破裂。斑塊形態(tài)、斑塊成分及結(jié)構(gòu)決定了斑塊的強(qiáng)度（內(nèi)因），同樣，作用在斑塊上的機(jī)械應(yīng)力會(huì)影響破裂的風(fēng)險(xiǎn)（外因）。冠脈節(jié)段性WSS異常可能促進(jìn)動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)展。WSS被認(rèn)為可以招募炎癥細(xì)胞，并收縮血管，改變內(nèi)皮細(xì)胞形態(tài)。因此，WSS被認(rèn)為是導(dǎo)致斑塊破裂或侵蝕的機(jī)制之一。但WSS對(duì)斑塊穩(wěn)定性的影響也存在爭(zhēng)議：低WSS可通過誘導(dǎo)內(nèi)皮血管細(xì)胞的氧化反應(yīng)來促進(jìn)炎癥反應(yīng)。同時(shí)，暴露在低WSS環(huán)境下會(huì)形成增殖性斑塊，具有較大的脂質(zhì)核心、較薄的纖維帽和巨噬細(xì)胞浸潤(rùn)。前期臨床OCT研究[13]也證實(shí)：薄纖維帽斑塊（TCFA）更多見于低WSS區(qū)域。同時(shí)，點(diǎn)狀鈣化多見于ESS低的節(jié)段，傾向于發(fā)生斑塊侵蝕。與此相反，高WSS已被證明誘導(dǎo)平滑肌細(xì)胞凋亡，增加基質(zhì)金屬蛋白酶，從而導(dǎo)致斑塊纖維帽變薄，使其更易破裂或破裂，提示高WS可能與斑塊破裂有關(guān)。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)[9]罪犯病變的WSS和軸向斑塊應(yīng)力顯著高于非罪犯病變，提示高WSS與斑塊易損性、斑塊破裂和正性血管重塑相關(guān)。綜上所述，WSS是促進(jìn)動(dòng)脈粥樣硬化斑塊向不穩(wěn)定表型轉(zhuǎn)化及破裂的關(guān)鍵血流動(dòng)力。因此，將斑塊狹窄程度與流體力學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，有助于分析斑塊穩(wěn)定性，進(jìn)一步提高識(shí)別易損斑塊的準(zhǔn)確性。

3.3 評(píng)價(jià)冠脈斑塊是否導(dǎo)致心肌組織缺血，進(jìn)一步指導(dǎo)介入治療PCI是治療冠心病的主要措施。目前，PCI的適應(yīng)癥大多是基于冠脈造影或腔內(nèi)影像學(xué)（IVUS或OCT等）的結(jié)果來決定。斑塊是否引起心肌缺血是制定冠心病治療策略的重要因素。然而，冠脈造影或腔內(nèi)影像學(xué)技術(shù)僅對(duì)病變進(jìn)行形態(tài)學(xué)評(píng)價(jià)，無法客觀準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)病變與心肌缺血之間的關(guān)系。近20年來，冠脈血流儲(chǔ)備分?jǐn)?shù)（FFR）逐漸成為病變功能學(xué)評(píng)價(jià)指標(biāo)。FFR指導(dǎo)的治療策略被證實(shí)能有效改善患者的預(yù)后。FFR通過測(cè)量冠脈狹窄病變近端和遠(yuǎn)端的壓力進(jìn)行計(jì)算，具體計(jì)算方法是狹窄病變后的血流量與心肌充血時(shí)最大正常血流量的比值。

FFR與多支血管造影（FAME）研究[14]是一項(xiàng)涉及歐洲和美國(guó)的20個(gè)醫(yī)療中心的隨機(jī)試驗(yàn)，結(jié)果顯示FFR指導(dǎo)PCI治療患者的預(yù)后優(yōu)于冠脈造影指導(dǎo)PCI患者。FFR指導(dǎo)PCI治療可顯著降低醫(yī)療成本。后續(xù)的FAME2研究[15]中，低FFR患者延遲PCI治療組的臨床事件發(fā)生率顯著高于PCI組，提示FFR可明確心肌缺血。目前，我國(guó)和歐美等國(guó)家制定的指南均推薦應(yīng)用FFR指導(dǎo)冠心病患者的血管重建。

傳統(tǒng)FFR基于壓力導(dǎo)絲測(cè)壓計(jì)算，且需要使用腺苷確保心肌達(dá)到最大化充血。后續(xù)研究[16]采用不同透射角度的冠脈造影數(shù)據(jù)進(jìn)行流體力學(xué)計(jì)算，獲得FFR數(shù)值（QFR或CaFFR），避免了腺苷的使用。冠脈CTA可無創(chuàng)、準(zhǔn)確地評(píng)估冠脈狹窄情況。除了解剖學(xué)分析外，基于CTA數(shù)據(jù)分析的FFR（FFRCT）的引入可以實(shí)現(xiàn)無創(chuàng)評(píng)估病變的生理學(xué)特征，并將冠脈CTA檢測(cè)心肌缺血的準(zhǔn)確性提高到93%。FFRCT已被證明是識(shí)別具有血流動(dòng)力學(xué)意義冠脈狹窄的一種無創(chuàng)影像手段，同時(shí)FRCT在降低有創(chuàng)冠脈造影率和減少醫(yī)療花費(fèi)方面也具有重要意義。

3.4 模擬冠脈介入操作過程，優(yōu)化手術(shù)策略PCI過程中可能會(huì)遇到各種技術(shù)難題，如何選擇最佳的術(shù)式以及最理想的支架型號(hào)？如何決定支架覆蓋的范圍？從介入的角度來看，支架變形或重疊、病變覆蓋不完全、支架血栓形成或再狹窄、金屬絲卡住和可能的斑塊移位都可能導(dǎo)致嚴(yán)重的冠脈血流問題。如何實(shí)現(xiàn)PCI技術(shù)策略的最優(yōu)化，使患者獲得最大的長(zhǎng)期獲益一直是困擾臨床的問題。事實(shí)上，解剖結(jié)構(gòu)、病變類型和所采用的技術(shù)都會(huì)影響PCI的最終結(jié)果以及患者預(yù)后。從目前臨床研究的角度對(duì)這些問題進(jìn)行評(píng)估通常是困難的。相反，生物物理學(xué)評(píng)估可能提供新的思路，并提出相應(yīng)的解決方案[19]。

過去的25年里，計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（CFD）分析在心血管醫(yī)學(xué)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，提高了對(duì)介入心臟病學(xué)從支架設(shè)計(jì)到植入的理解和應(yīng)用[20]。研究發(fā)現(xiàn)，異常的壁面切應(yīng)力（WSS）或冠脈幾何結(jié)構(gòu)改變以及相關(guān)的血流動(dòng)力學(xué)紊亂均可能促進(jìn)支架內(nèi)再狹窄。分析作用在冠脈病變[21,22]或支架上的流體動(dòng)力學(xué)，可恢復(fù)和獲得更好的生理血流動(dòng)力學(xué)特征，從而改善介入治療。不僅如此，通過CFD分析分叉病變的流體力學(xué)參數(shù)，并模擬比較不同介入治療策略對(duì)血流動(dòng)力學(xué)的影響，對(duì)冠脈分叉的精準(zhǔn)治療具有重要指導(dǎo)作用[23]。