作者:黄辛 来源:科学网 www.sciencenet.cn 发布时间:2017/11/22 22:20:37
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有望破解冠脉功能学诊断“金标准”(FFR)的阿克琉斯之踵
上海交通大学研发定量血流分数技术令冠心病评估更精准
 
 
 
定量血流分数QFR原理图
 
基于两幅角度差大于25°的常规冠脉血管造影图像进行三维血管重建与血流分析,从而获得血流储备分数
 
11月22日,记者从上海交通大学获悉,该校陈亚珠院士团队特别研究员涂圣贤博士成功研发了定量血流分数(QFR)技术。QFR技术无需手术耗材与微循环扩张药,且在患者接受常规冠状动脉造影后,QFR技术仅采用动脉造影影像进行分析,就能通过快速计算获得FFR结果对病变进行功能学评估,有望克服压力导丝FFR的局限性,破解其“阿克琉斯之踵”,使更多冠心病患者接受精准的冠脉功能评估,从而得到更合适的治疗方案,令广大患者受益。
 
冠心病,是由于供应心肌的冠状动脉血管发生动脉粥样硬化而引起血管狭窄或阻塞,造成心肌缺血、缺氧或坏死而导致的心脏病。据统计,我国现有冠心病患者约1100万,2016年有66.6万人接受冠状动脉介入手术治疗,介入手术治疗患者数量近年来以每年大于10%的量不断增长。然而,因缺乏有效的精准评估工具,部分患者没有得到最佳的治疗方案,给社会带来沉重的负担。近年来,一种有创的基于压力导丝的测量血流功能学(血流储备分数,FFR)的方法逐渐进入临床应用,使患者得到更精准的诊断,被视为冠脉功能学诊断“金标准”;然而,因压力导丝FFR检查属于有创手术检查,手术复杂且时间长、所需手术耗材(压力导丝)价格昂贵、以及术中需要注射微循环扩张药有副作用等问题,压力导丝FFR的临床应用非常受限。
 
据悉,针对QFR技术临床验证的最新临床研究FAVOR II China以及FAVOR II Europe/Japan的成果于10月31日在全球介入心脏病学顶级学术会议美国经导管心血管治疗学术会议(TCT)年会主会场作为最新报告首次发布,并同步发表在心血管介入治疗权威期刊JACC(IF=19.896),意味国际心血管领域对QFR临床价值的极大认可,也意味着QFR全面推向临床应用又迈出了坚实的一步。
 
耗时短,一致性高,冠脉功能精准评估,推动冠心病诊疗的规范化
 
目前临床上判断冠心病患者是否需要植入支架,需要通过冠状动脉血管造影术检查冠状动脉是否存在狭窄病变。常规做法是对狭窄比较严重患者,在狭窄段植入支架以恢复血管的供血能力。但最近一项权威的研究发现,有28%的冠状动脉病变从影像学上观察狭窄比较严重,但并没有导致心肌缺血,此时置入支架弊大于利;而13%的冠状动脉病变影像学上观察狭窄并不严重,但实际上已经导致心肌缺血,需要支架植入。导致这种差异的原因在于血管形态学上的狭窄并不能直接反映功能上的缺血。冠状动脉功能学评估是冠心病规范化治疗的必要手段。
 
近十年来,基于压力导丝的有创介入测量冠状动脉血流功能的血流储备分数(FFR)技术逐步成为冠脉功能学诊断的“金标准”,在欧洲心脏病指南(ESC)和中国经皮冠状动脉介入治疗(PCI)指南均给予最高级别(I-A级)推荐使用,是指导临界病变介入治疗、实现患者个体化治疗的有力工具。FFR技术目前均为进口医疗器械,长期被国外技术所垄断,且该技术存在有创性、操作较复杂、术中需要诱导充血状态、需要使用压力导丝、费用较高等不足,限制了其在临床中的广泛应用。相关数据显示,FFR在全球范围内的患者应用率大约为6%至8%,在发达国家,FFR的应用已经较为广泛,2014年,英国的应用比例为18%,美国的应用比例达到30.8%。然而,FFR在中国的应用比例仍不到1%。
 
而QFR,全名为定量血流分数(英文名: Quantitative Flow Ratio),是基于常规术中冠状动脉血管造影术获得的血管造影数据,通过三维重建和血流动力学分析,且可实现术中在线实时获得虚拟FFR的技术。QFR技术通过无压力导丝、无需额外手术和药物,将传统冠脉血管造影的诊断准确度从59.6%提高至92.7%,数据传输和分析过程仅需4.36分钟,在国际上首次实现了导管手术室术中的快速精准的功能学评估。
 
无创、便捷、价廉,医工交叉,推动QFR技术革新与临床转化
 
上海交通大学生物医学工程学院多年来一直致力于重大疾病诊治技术的前沿基础研究和临床应用开发。今年6月份学院召开第一届党代会,规划了“一流学科,一流人才培养”的学院发展中远期目标。在上海市“高峰学科”支持下,学院坚持医、工(理)交叉,对接“健康中国”国家战略,确立了“医工交叉、创新转化、国际化”的办学核心价值观,打造校企、校地合作平台,以交叉协作和重点突破的思路,整合优质的产学研资源,配置好产业转化的核心要素。涂圣贤老师领衔的冠心病评估技术是学院创新转化的典型事例。
 
QFR的研发经历了两个阶段。第一个阶段主要是提出基本构想,证明技术路线的可行性。第一代QFR(FFRQCA)利用三维造影重建结合计算流体力学分析获得FFR。FFRQCA可以在一次计算中重建所有分支的压力回撤曲线,三维冠脉重建完成后约10分钟完成FFR计算。2014年完成的国际多中心临床研究发现FFRQCA的诊断准确度高达88%,研究结果发表在心脏介入知名期刊JACC: Cardiovascular Interventions并获得同期编委评论的高度赞赏。然而,研发团队认识到FFRQCA仍存在一定的局限性:一是获取造影图像时仍需使用微循环扩张药来诱发患者最大充血;二是需要对所有边支进行重建,使用还是相对复杂;三是只能离线分析,无法在导管室里实时快速分析完成。基于这些局限性,FFRQCA很难在临床广泛地应用。
 
2015年,在上海交通大学双创平台的扶持下,上海交通大学生物医学工程学院生物医疗仪器研究所与博动医学影像科技(上海)有限公司签订合作开发协议并着手筹建校企联合研发中心,开始对QFR技术进行革新与临床转化。2016年,研究团队完成了第二代技术的研发,正式将其命名为QFR(定量血流分数),并集成在博动公司的AngioPlus系统上(图1显示了其原理,图2为AngioPlus设备)。
 
与第一代技术相比,QFR采用了全新的核心技术,既简化了流程,无需使用微循环扩张药诱发患者最大充血,亦无需对所有血管边支进行重建也能保证其准确性。这些技术的革新使得QFR能够真正在手术室里面实时完成评估。2016年的中国介入心脏病学大会CIT上,中国医学科学院阜外医院在介入手术过程中向全球首次展示了使用QFR技术指导介入治疗的病例,并获得在场国内外专家的赞赏。同年由全球三大洲、7个国家、8家医院共同参与的QFR的全球多中心临床研究FAVOR Pilot研究结果再次发表在心脏介入治疗权威期刊JACC: Cardiovascular Interventions。
 
然而,由于FAVOR Pilot临床研究仍然是基于核心实验室计算,QFR在导管手术室术中计算精度仍未得到验证。因此,由中国医学科学院阜外医院牵头组织的前瞻性多中心临床研究FAVOR II China应运而生,该研究同时由上海交通大学附属胸科医院、中国人民解放军总医院、北京大学第三医院、广东省人民医院联合参与;中国医学科学院阜外医院院长、中国工程院院士胡盛寿教授担任主要研究者,阜外医院徐波教授和乔树宾教授担任共同主要研究者(图3)。FAVOR II China的临床结果于2017年10月31日在心脏介入治疗领域备受瞩目的TCT大会主会场由中国医学科学院阜外医院徐波教授代表科研团队全球首次发布(图4),研究结果已同步发表于权威期刊美国心脏病学会杂志,该研究成果的发布引起了国内外主流媒体的极大关注;TCT大会期间,FAVOR II Europe/Japan的临床结果也同期发布。该项成果的发布,意味着中国原创QFR技术已经达到国际领先水平,有望实现国产医疗器械的弯道超车,为冠心病患者提供更精准的无创冠脉功能诊断工具。
 
据介绍, FAVOR II China研究在5家医院共成功入了308例患者,332条病变血管;以FFR为金标准,评价QFR在线评估冠脉狭窄功能学意义的可行性和诊断精度,并进一步与传统仅通过冠脉造影影像学观察结构进行判定的结果(QCA)进行对比。研究结果显示,QFR的诊断准确度达到92.7%(图5),显著高于结构学QCA的59.6%的诊断准确度,说明QFR将传统冠状动脉造影的诊断精度提高了33.1%。QFR计算过程从数据传输到分析完成所需的平均时间为4.36分钟,证明QFR能实现导管手术室的术中在线实时评估与诊断。
 
中国医学科学院阜外医院徐波教授表示,FAVOR II China是QFR技术获得中国国家食品药品监督管理局批准上市的关键性临床研究,科学地证实了QFR技术与血流储备分数的诊断一致性。而且QFR只需要常规造影、无需使用导丝和微血管扩张药,因此,无论从科学性、安全性还是社会经济效益的角度,QFR都非常有希望成为FFR的有益补充,引导经皮冠状动脉介入治疗向更健康的方向发展,最终使广大冠心病患者获益。
 
在接受TCT官方媒体和美国心脏病学会官方采访时,涂圣贤博士表示,近年来基于影像计算血流储备分数成为心血管领域研究的热点,我们团队首次提出了QFR技术并开展了技术研发与多项临床验证,目前已成功实现了实验室成果的临床转化,希望能为临床医生提供更精准可靠的冠脉功能评估工具,为冠心病患者降低诊疗费用。
 
美国耶鲁大学医学院心脏病学专家Alexandra Lansky教授在TCT大会上表示,祝贺FAVOR II China以及FAVOR II Europe/Japan的研究者取得非常好以及相似的研究结果!QFR很可能是一个革命性的技术,它克服了FFR检查的局限性,有潜力在每一个导管室的日常临床中使用。
 
荷兰特文特大学医学院的Clemens von Birgelen教授在TCT大会上也评论道,QFR确实有机会将冠脉造影的作用提高到一个新的高度。目前越来越多国家的医保要求证明我们处理的病变是真正导致缺血的病变,这将会增加进行功能检查的病人数量以及病变数量。理想情况是每个病人都需要测量FFR,但实际上FFR的应用并不理想,特别是在很多国家医疗预算控制相当严格的背景下。我认为QFR大有潜力可以在临床上广泛地应用,同时我认为将来开展以临床终点为参考标准的研究来证明QFR的临床价值是有必要的。
 
据悉,今年5月,QFR技术已通过中国国家食品药品监督管理总局创新医疗器械特别审批。2017年4月,QFR技术正式获得了欧盟CE认证,标志着QFR正式在欧洲进入临床应用。
 

 

 
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