冠脉生理学行业新标准-计算冠脉生理学系列技术的发生和发展(上)

2024-03-21 15:15 Longer
原创 Longer 博动医疗科技 2024-03-21 15:07


近日,心血管权威期刊《中华心血管病杂志》在其操作规范专刊中刊发一篇《计算冠状动脉生理学的研究进展》文章,这是国内首次在操作规范专刊发布计算冠脉生理学专题,也是对博动联合上海交通大学CIIIC实验室开发的计算冠脉生理学技术作为行业标准的肯定。该文章由上海交通大学涂圣贤教授联合广东省人民医院杨峻青教授、中国医学科学院阜外医院宋雷教授、吕滨教授等共同执笔,对计算冠状动脉生理学发展、操作规范、临床应用方面进行详述。



近年来相继出现了多种基于冠脉影像,通过血管重建和流体力学分析快速计算血流储备分数(FFR),继而形成了计算冠状动脉生理学这一新兴学科,其中包含基于冠脉CTA(CT-QFR)、造影(QFR®)腔内影像学(UFR®及OFR®)多类计算生理学技术。快速发展的计算冠状动脉生理学技术尚无规范的行业流程及标准,该文以世界范围内,成熟、先进、全面各方面均领先的博动医疗计算冠脉生理学系列为例,以期帮助术者深入了解计算冠状动脉生理学操作规范及临床实践中的重要作用。该文分为三个章节,分别为计算冠脉生理学的发生与发展、操作规范及临床应用;于发生发展起,洋洋洒洒叙述各类计算冠脉生理学前世今生,纪实大牛们为生理学的革新做出的付出;任何技术均需要规范,研究进展中针对各类计算生理学技术图像采集流程及操作流程进行周密细致的介绍,梳理行业规范,建立行业标准;临床应用必不可少,不可纸上谈兵,介入全流程应用、分叉病变、串联病变等切入实际,与君共享。


本篇就冠脉计算生理学技术的发生与发展进行回顾和解读。


01

基于冠状动脉 CT 血管造影的计算血流储备分数



2011年,出现了首个基于冠脉CTA和CFD仿真的CT‑FFR(HeartFlow)。ADVANCE 、PLATFORM 、 PROMISE研究证实其临床益处及卫生经济学效应,但因耗时长(约1h)及需要超级计算机等限制未能在临床中推广。后续基于CCTA 和简化CFD方法的cFFR(Siemens)及其改进版本—基于机器学习的 cFFR(cFFRML)进一步提高了三维重建和计算效率,将分析时间降至 20min内,但临床可行性仍有待验证。后续,博动CT-QFR基于广泛验证的QFR®算法,进一步简化分析步骤, 可在普通工作站上计算,每个病例约耗时约2-5min,令临床应用可及性大大提升。



考虑基于 CCTA 计算 FFR受到CCTA 图像伪影和高度钙化的影响,近期,山东省立医院王锡明教授于中华放射学杂志发表了关于钙化严重程度对CT-QFR影响程度的文章。文章结果如下:


Pearson 相关性分析显示, CT‑QFR   与 QFR®在严重、非严重钙化组内均存在很强的相关性(r=0.85;r=0.91;P<0.001);Bland‑Altman分析表明,CT‑QFR与QFR®在不同组间均有良好一致性。



严重钙化组CT‑QFR、单纯CCTA对缺血性病变诊断的特异度、阳性预测值、阴性预测值及曲线下面积(AUC)均低于非严重钙化组,但CT‑QFR在两组间的AUC差异无统计学意义(P>0.05),且优于CCTA(P<0.001)。



总体而言,钙化在一定程度存在影响,但影响较小,随着影像质量的提高及图像分割技术的进展,影响将进一步减小(下附CT-FFR类技术准确度)。




02

基于冠状动脉造影计算血流储备分数



2016年,第二代博动QFR® 技术(实验室第一代未面世),通过2幅造影图像三维重建管腔几何模型,结合血流条件进行压力比值的计算,未考虑边支血管的分流作用。2021年,第三代基于Murray分叉定律的 μQFR利用跨边支阶梯下降的参考管腔模型,结合血流动力学分析同时计算主支和边支血管各个位置的 FFR数值,实现单幅图像即可分析的开创性突破。基于 4 项大型前瞻性研究(FAVOR Pilot , WIFI Ⅱ , FAVOR Ⅱ China 和 FAVOR Ⅱ Europe‑Japan)荟萃分析显示QFR®和FFR的数值偏差仅为 0.009±0.068,显示出QFR®优异的缺血准确性及一致性。基于FAVOR Ⅱ China研究亚组数据显示,单体位与双体位准确度相当。



同步,国外也在发展angio-FFR技术,如Cathworks的FFRangio及 Pie Medical的vFFR,前者需要三幅造影才可完成分析,后者则需要2幅图,其准确率均较高,但受限于需要多幅图分析的局限性,其临床证据及应用均较少。





03

基于腔内成像的计算血流储备分数



Bezerra等提出了基于IVUS图像和稳态CFD的FFR计算方法(IVUSFR),准确度91%,耗时72min。而Lee 等和 Ha 等分别提出了基于 OCT 图像利用稳态 CFD 计算 FFR 的方法,将计算时间缩短至30 min,然而临床验证仍有限。Seike等利用流体力学分析替代 CFD,开发了基于OCT或IVUS图像计算FFR的方法,该方法分析时间小于 10 min,但未考虑边支对主支的血液分流,且尚无研究验证。


2019 年,QFR® 算法被延伸至 OCT 得出光学血流分数(OFR®),2021 年,QFR® 算法在 IVUS 图像中也得到运用,衍生出超声血流分数(UFR®),利用流体力学及Murray定律,将运算时间缩短至1-2min。此外,后续研究证实OFR®可准确识别斑块性质,且两项技术均可识别支架植入情况,辨别极轻微支架扩张不全。临床实用性得到大大提升。





04

基于冠状动脉造影与腔内成像配准计算血流储备分数



第三代 QFR® 算法进一步拓展至OCT增强的 μQFR 技术。OCT‑μQFR 算法基于 OCT 和冠状动脉造影配准对整条目标血管进行三维重建,运用 QFR® 算法计算各个位置的 FFR数值。OCT‑μQFR的分析用时约为2 min。OCT‑μQFR与FFR的相关性优于μQFR与FFR的相关性。在造影图像质量欠佳的病例或串联病变中,OCT‑μQFR的诊断效能显著优于 μQFR。OCT‑μQFR有望对复杂病变的评估和术中操作进行辅助规划。




总结:

博动医疗计算冠脉生理学系列技术以创新引领行业发展,不牺牲精准度的同时,推动新技术出现或者革新原来冗长的分析流程,详细的操作规范以及临床应用实例请见下回分解。


参考文献:

1、丁代欣,杨峻青,余炜,等. 计算冠状动脉生理学的研究进展[J/OL]. 中华心血管病杂 志(网 络 版),2024,7: e1000158(2024‑02‑05)

2、马文珊,于鑫鑫,李莎,等. 钙化对基于冠状动脉CT血管成像的定量血流分数诊断准确度的影响. 中华放射学杂志,2023,57(12):1331-1337. DOI:10.3760/cma.j.cn112149-20231011-00278


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