FFRCT虚拟支架技术：让介入医生如虎添翼

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背景 经皮冠状动脉介入治疗（PCI）后患者血流储备分数（FFR）的改善能够帮助心内科医生评估PCI治疗效果与预后。《中国冠状动脉血流储备分数测定技术临床路径专家共识》(2019)指出“PCI术后 FFR 数值越高，再次血运重建率越低。理想数值是裸金属支架术后FFR达到0.94以上，药物洗脱支架术后FFR达到0.90 以上”。近年来快速发展的基于冠脉CTA的血流储备分数（FFR _CT ）模拟运算技术，使得患者行PCI前模拟支架植入并获取血流储备分数值成为可能。目前，支架置入以FFR值为指导与评价指标，相应地，手术计划软件中虚拟支架的置入同样依赖于无创FFR技术。 临床研究进展 依据无创FFR测量方法，当前在研的虚拟支架技术分为两种路线：基于冠脉造影的单分支血管（QFR为代表）与基于CTA的无创测量（FFR _CT 为代表）。上述两种技术路线在建模及计算上都有显著不同。 QFR是在冠脉造影期间进行计算，其使用不同角度冠造影像进行几何重建，建立的是简化的三维计算模型，易造成复杂病变特征失真、局限于单分支病变、仿真精度低等问题，难以处理复杂病变（如分叉、多分支与 弥漫）。无法对壁面剪切应力（WSS）等其他血流动力学参数进行准确分析。但其在线计算、可与冠脉造影同步或近似同步操作，造影提供的血管形态及血流状态一定程度弥补了几何重建与计算模型的缺陷。 FFR _CT 技术是离线规划，通过C TA断层影像进行几何重建，能够建立三维、精确与完整冠脉树以及复杂血管（病变）结构，可应用于各类复杂病变的手术规划 ，但同时也受到C TA影像质量的约束。采用三维 纳维-斯托克斯流体控制方程 进行流体力学求解，能够提供包括WSS在内的诸多血流动力学参数进而为术后整体评估提供数据支撑。除此之外，该技术还可对各病变进行复杂的几何形态描述。阿特瑞手术计划软件即 基于F FR _CT 技术应运而生。 目前，国际知名期刊已发表多篇文献证实了 基于F FR _CT 技术的虚拟支架治疗计划的可行性，并且有助于在有创手术之前高精度地预测支架植入后的生理结果，从而选择最佳支架位置和规格以确定最佳的血运重建策略。更进一步，在一项基于HeartFlow公司研发的FFR _CT Planner技术和 以多分支病变和串联病变为主的患者的临床实验中发现，使用手术规划软件会修改近1/3病变和近50%患者的治疗建议，展示了该类产品对冠状动脉疾病管理决策的影响。 阿特瑞手术计划软件 阿特瑞手术计划软件旨在患者行PCI术前，根据病灶部位、类型、大小与范围，尤其针对多分支、分叉、串联等复杂病变，支持医生术前模拟PCI多种执行方案，计算得到计划分数 (FFR Planner)，预判术后改善效果。该软件可改变当前仅依靠造影下目测的现场临时方案制定，并可帮助治疗团队讨论、分析与回顾病例，有望成为PCI医生制定治疗策略、优化执行方案的辅助工具。 本计算系统基于计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics，CFD)以及高性能并行计算(High Performance Computing，HPC)技术。 首先，通过影像数据重建患者个体化三维冠脉模型，并依据冠脉狭窄的位置及形态、临床拟置入支架的型号和位置对模型进行修改来模拟再通手术后的血管形态。 随后，基于经典的流体力学定律和患者个体化生理参数，建立高保真度的血流动力学数学物理模型。 最后，通过高分辨率空间离散格式和多水平区域分解高可扩展并行算法，实现稳定、快速、精准的血流动力学参数计算，为临床提供预估放置支架前后患者的冠脉血流储备分数、血压和血流速度等丰富的血流动力学参数数据。 区别于其他流体力学仿真软件，该软件开发之初便以适应最新的超级计算机体系结构进行核心算法设计。使用数千核CPU 计算时，可达到近乎1 00%的并行计算效率。在超强计算能力保证下，该产品能对整个冠脉树进行准确建模与离散，捕捉病变段及其他特征血管复杂的血流状态，保证准确性与时效性，符合临床实际需要。 国家超级计算广州中心——“天河二号”超级计算机 阿特瑞手术计划软件将使PCI医生能够模拟临床场景中的冠脉血管及支架置入，在每一次手术前探索冠状动脉疾病患者的治疗策略，可在有创支架手术前研究最佳的血运重建策略，与临床同事一起回顾病例，可以确保每位患者都有一个清晰的初步治疗计划。同时，软件带有的视觉特性使它成为向患者解释手术过程中会发生什么的一个很好的工具。 未来展望 现有的支架置入手术，对支架的规格、数量及位置等的选取 完全依靠医生的经验判断。阿特瑞手术计划软件是基于无创FFR-CT技术， 可为帮助医生在支架植入前模拟计算出不同支架规格、数量及位置 情况时的FFR值 ，提供可量化的客观依据。特别地，可帮助医生解决复杂病例（串联病变、复杂病变）手术困难、支架不合适以及重复手术等问题，从而降低手术风险、减少患者医疗费用、节约医疗资源。手术计划软件的研究已成为当前国际热点，随着临床进一步深入应用，这项新技术将会有更为广阔的应用前景。 在如今全球经济下行、竞争激烈的局势背景下，中国企业想要突破国外频频发起的技术封锁、断供压制的重围而获得长期发展，拥有自主知识产权是必经之路。阿特瑞科技系列产品：阿特瑞分数F FR _CT 、阿特瑞手术计划软件F FR Planner均采用自主开发的基于国产 超算的CFD算法，从临床价值和自主知识产权两方面，具有不可替代和难以比拟的优势。阿特瑞科技通过超级计算解决临床难题， 以期使更多患者获益。 参考文献 [1] 《中国冠状动脉血流储备分数测定技术临床路径专家共识》专家组. 中国冠状动脉血流储备分数测定技术临床路径专家共识[J]. 中国介入心脏病学杂志,2019,27(3): 121-133. DOI: 10.3969/j.issn.1004-8812.2019.03.001. [2] Kim KH, Doh JH, Koo BK, et al. A novel noninvasive technology for treatment planning using virtual coronary stenting and computed tomography-derived computed fractional flow reserve[J]. JACC Cardiovasc Interv, 2014, 7(1): 72-78. DOI: 10.1016/j.jcin.2013.05.024. [3] Gosling RC, Morris PD, Silva Soto DA, et al. Virtual Coronary Intervention: A Treatment Planning Tool Based Upon the Angiogram[J]. JACC Cardiovasc Imaging, 2019, 12(5): 865-872. DOI: 10.1016/j.jcmg.2018.01.019. [4] Rubimbura V, Guillon B, Fournier S, et al. Quantitative flow ratio virtual stenting and post stenting correlations to post stenting fractional flow reserve measurements from the DOCTORS (Does Optical Coherence Tomography Optimize Results of Stenting) study population[J]. Catheter Cardiovasc Interv, 2020, 96(6): 1145-1153. DOI: 10.1002/ccd.28615. [5]Curzen NP, Nolan J, Zaman AG, et al. Does the Routine Availability of CT-Derived FFR Influence Management of Patients With Stable Chest Pain Compared to CT Angiography Alone?: The FFRCT RIPCORD Study[J]. JACC Cardiovasc Imaging, 2016, 9(10): 1188-1194. DOI: 10.1016/j.jcmg.2015.12.026. [6]Van Belle E, Gil R, Klauss V, et al. Impact of Routine Invasive Physiology at Time of Angiography in Patients With Multivessel Coronary Artery Disease on Reclassification of Revascularization Strategy: Results From the DEFINE REAL Study[J]. JACC Cardiovasc Interv, 2018, 11(4): 354-365. DOI: 10.1016/j.jcin.2017.11.030. [7] Van Belle E, Raposo L, Bravo Baptista S, et al. Impact of an Interactive CT/FFRCT Interventional Planner on Coronary Artery Disease Management Decision Making[J]. JACC Cardiovasc Imaging, 2021, 14(5):1068-1070. DOI: 10.1016/j.jcmg.2020.09.040. [8] Sonck J, Nagumo S, Norgaard BL, et al. Clinical Validation of a Virtual Planner for Coronary Interventions Based on Coronary CT Angiography[J]. JACC Cardiovasc Imaging, 2022, 15(7): 1242-1255. DOI: 10.1016/j.jcmg.2022.02.003. [9] Bom MJ, Schumacher SP, Driessen RS, et al. Non-invasive procedural planning using computed tomography-derived fractional flow reserve[J]. Catheter Cardiovasc Interv, 2021, 97(4): 614-622. DOI: 10.1002/ccd.29210. [10] Kim KH, Doh JH, Koo BK, et al. A novel noninvasive technology for treatment planning using virtual coronary stenting and computed tomography-derived computed fractional flow reserve[J]. JACC Cardiovasc Interv, 2014, 7(1): 72-78. DOI: 10.1016/j.jcin.2013.05.024. 转载： 请标明“中国循环杂志”

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