基于冠状动脉CT血管造影评估血流储备分数与微循环阻力

Fractional flow reserve (FFR) and index of microcirculation resistance (IMR) are two key coronary physiological indices. Computation of FFR and IMR from conventional coronary CT angiography (CCTA) has important clinical implications. However, current approaches have limited accuracy when applied to intermediate coronary stenoses. The goal of this project is to resolve the fundamental limitations that hamper the improved accuracy in computation of FFR and IMR. Main research points include: 1) analyze the relation between calcified plaques and the associated lumen underestimation by CCTA images, and implement a method for accurate reconstruction of coronary tree after correcting the blooming artifact on CCTA images; 2) Design a patient-specific method for accurate estimation of maximum coronary flow at hyperemia, that is used subsequently as boundary condition in the flow simulation by computational fluid dynamics to derive FFR and IMR; 3) validate the accuracy of the computational FFR and IMR, using the pressure wire-based FFR as the reference standard. In addition, the correlation between computational FFR and IMR will be analyzed, so as to facilitate the future applications in integrating computational FFR and IMR for online optimization of the diagnosis of coronary artery disease and its therapeutic strategies.

血流储备分数（FFR）与微循环阻力（IMR）是反映心血管生理功能的关键参数，基于常规冠状动脉CT血管造影（CCTA）准确计算FFR与IMR的临床意义重大。然而，现有方法应用于冠状动脉临界病变的计算精度有限。本研究拟针对FFR与IMR仿真计算的关键问题展开研究。主要研究包括：1）分析钙化斑块对CCTA影像血管管腔低估的影响，实现一种在CCTA影像上矫正晕状伪影并准确重建出冠状动脉树的方法；2）设计一种结合冠状动脉树与病变特征的个体化血流估计方法，实现准确的最大血流量估计，并将其作为计算流体力学仿真的边界条件，进行FFR与IMR的仿真计算；3）利用压力导丝测量的FFR作为参考标准，验证基于CCTA计算FFR的准确性，并分析FFR与IMR的相关关系，为下一步联合应用无创FFR与IMR计算方法优化冠心病的诊断与治疗提供思路。

血流储备分数（FFR）是诊断冠心病的金标准，而微循环阻力指数（IMR）是体现心脏微循环病变程度的重要指标，两者均能够为冠心病患者提供精准的评估以优化治疗方案。然而，由于FFR与IMR的测量需要使用有创且昂贵的压力导丝，限制了其临床应用。本项目针对FFR与IMR仿真计算的关键问题展开研究，旨在设计一种无创的基于常规冠状动脉CT血管造影（CCTA）影像计算FFR和IMR的方法,提高对冠状动脉临界病变的诊断精度。本项目实现了基于常规CCTA影像进行冠状动脉树的分割与三维重建，再结合重建结果与血流动力学边界条件实现了FFR仿真计算方法，即定量血流分数方法（QFR），与IMR仿真计算方法，即定量微循环阻力（QMR）。. 基于CCTA影像的QFR方法（CT-QFR）已开展一项多中心临床验证，完成134例患者156根目标血管的CT-QFR分析与FFR测量。与金标准FFR对比，CT-QFR在诊断冠脉狭窄功能学意义上的诊断准确度可达到87.2%，灵敏度和特异性分别为87.7%和86.8%。相比于临床常用的直径狭窄率和最小管腔面积等指标，CT-QFR诊断缺血病变的性能更优，受试者工作特性曲线下面积可达0.92。同时，将QFR方法在冠脉造影上进行验证，通过开展一项前瞻性多中心临床研究（FAVOR II China）验证了QFR在诊断冠脉狭窄功能学意义上的准确度。研究共入组308例患者，同时分析QFR与测量FFR，以与金标准FFR对比，QFR在诊断冠脉狭窄功能学意义上的精度达到92.7%, 灵敏度和特异性为94.6%和91.7%，均显著高于定量冠脉造影。此外，QMR的回顾性研究结果显示，存在心肌缺血但冠状动脉正常的患者QMR显著大于无心肌缺血的患者（346.62±37.41 versus 266.90±54.98，p＜0.001），其在临床诊断和预后评估中的作用还需扩大样本量做进一步研究。. 本项目实现的方法可以更好地实现对适合支架治疗患者的筛选，节约医疗资源的同时提高治疗疗效。同时，对未发生典型临床症状的潜伏冠心病患者提供重要的生理功能诊断，可以提高对未来发生冠心病不良事件的预防。