基於兩幅角度差大於25°的常規冠脈血管造影圖像進行三維血管重建與血流分析，從而獲得血流儲備分數
11月22日，記者從上海交通大學獲悉，該校陳亞珠院士團隊特別研究員塗聖賢博士成功研發了定量血流分數（QFR）技術。QFR技術無需手術耗材與微循環擴張藥，且在患者接受常規冠狀動脈造影後，QFR技術僅採用動脈造影影像進行分析，就能通過快速計算獲得FFR結果對病變進行功能學評估，有望克服壓力導絲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脈功能評估，從而得到更合適的治療方案，令廣大患者受益。
冠心病，是由於供應心肌的冠狀動脈血管發生動脈粥樣硬化而引起血管狹窄或阻塞，造成心肌缺血、缺氧或壞死而導致的心臟病。據統計，我國現有冠心病患者約1100萬，2016年有66.6萬人接受冠狀動脈介入手術治療，介入手術治療患者數量近年來以每年大於10%的量不斷增長。然而，因缺乏有效的精准評估工具，部分患者沒有得到最佳的治療方案，給社會帶來沉重的負擔。近年來，一種有創的基於壓力導絲的測量血流功能學（血流儲備分數，FFR）的方法逐漸進入臨床應用，使患者得到更精准的診斷，被視為冠脈功能學診斷“金標準”；然而，因壓力導絲FFR檢查屬於有創手術檢查，手術複雜且時間長、所需手術耗材（壓力導絲）價格昂貴、以及術中需要注射微循環擴張藥有副作用等問題，壓力導絲FFR的臨床應用非常受限。
據悉，針對QFR技術臨床驗證的最新臨床研究FAVOR II China以及FAVOR II Europe/Japan的成果於10月31日在全球介入心臟病學頂級學術會議美國經導管心血管治療學術會議（TCT）年會主會場作為最新報告首次發佈，並同步發表在心血管介入治療權威期刊JACC（IF=19.896），意味國際心血管領域對QFR臨床價值的極大認可，也意味著QFR全面推向臨床應用又邁出了堅實的一步。
耗時短，一致性高，冠脈功能精准評估，推動冠心病診療的規範化
目前臨床上判斷冠心病患者是否需要植入支架，需要通過冠狀動脈血管造影術檢查冠狀動脈是否存在狹窄病變。常規做法是對狹窄比較嚴重患者，在狹窄段植入支架以恢復血管的供血能力。但最近一項權威的研究發現，有28%的冠狀動脈病變從影像學上觀察狹窄比較嚴重，但並沒有導致心肌缺血，此時置入支架弊大於利；而13%的冠狀動脈病變影像學上觀察狹窄並不嚴重，但實際上已經導致心肌缺血，需要支架植入。導致這種差異的原因在於血管形態學上的狹窄並不能直接反映功能上的缺血。冠狀動脈功能學評估是冠心病規範化治療的必要手段。
近十年來，基於壓力導絲的有創介入測量冠狀動脈血流功能的血流儲備分數（FFR）技術逐步成為冠脈功能學診斷的“金標準”，在歐洲心臟病指南（ESC）和中國經皮冠狀動脈介入治療（PCI）指南均給予最高級別（I-A級）推薦使用，是指導臨界病變介入治療、實現患者個體化治療的有力工具。FFR技術目前均為進口醫療器械，長期被國外技術所壟斷，且該技術存在有創性、操作較複雜、術中需要誘導充血狀態、需要使用壓力導絲、費用較高等不足，限制了其在臨床中的廣泛應用。相關數據顯示，FFR在全球範圍內的患者應用率大約為6%至8%，在發達國家，FFR的應用已經較為廣泛，2014年，英國的應用比例為18%，美國的應用比例達到30.8%。然而，FFR在中國的應用比例仍不到1%。
而QFR，全名為定量血流分數（英文名: Quantitative Flow Ratio），是基於常規術中冠狀動脈血管造影術獲得的血管造影數據，通過三維重建和血流動力學分析，且可實現術中線上即時獲得虛擬FFR的技術。QFR技術通過無壓力導絲、無需額外手術和藥物，將傳統冠脈血管造影的診斷準確度從59.6%提高至92.7%，數據傳輸和分析過程僅需4.36分鐘，在國際上首次實現了導管手術室術中的快速精准的功能學評估。
 
無創、便捷、價廉，醫工交叉，推動QFR技術革新與臨床轉化
上海交通大學生物醫學工程學院多年來一直致力於重大疾病診治技術的前沿基礎研究和臨床應用開發。今年6月份學院召開第一屆黨代會，規劃了“一流學科，一流人才培養”的學院發展中遠期目標。在上海市“高峰學科”支持下，學院堅持醫、工（理）交叉，對接“健康中國”國家戰略，確立了“醫工交叉、創新轉化、國際化”的辦學核心價值觀，打造校企、校地合作平臺，以交叉協作和重點突破的思路，整合優質的產學研資源，配置好產業轉化的核心要素。塗聖賢老師領銜的冠心病評估技術是學院創新轉化的典型事例。
QFR的研發經歷了兩個階段。第一個階段主要是提出基本構想，證明技術路線的可行性。第一代QFR（FFRQCA）利用三維造影重建結合計算流體力學分析獲得FFR。FFRQCA可以在一次計算中重建所有分支的壓力回撤曲線，三維冠脈重建完成後約10分鐘完成FFR計算。2014年完成的國際多中心臨床研究發現FFRQCA的診斷準確度高達88%，研究結果發表在心髒介入知名期刊JACC: Cardiovascular Interventions並獲得同期編委評論的高度讚賞。然而，研發團隊認識到FFRQCA仍存在一定的局限性：一是獲取造影圖像時仍需使用微循環擴張藥來誘發患者最大充血；二是需要對所有邊支進行重建，使用還是相對複雜；三是只能離線分析，無法在導管室裏即時快速分析完成。基於這些局限性，FFRQCA很難在臨床廣泛地應用。
2015年，在上海交通大學雙創平臺的扶持下，上海交通大學生物醫學工程學院生物醫療儀器研究所與博動醫學影像科技（上海）有限公司簽訂合作開發協議並著手籌建校企聯合研發中心，開始對QFR技術進行革新與臨床轉化。2016年，研究團隊完成了第二代技術的研發，正式將其命名為QFR（定量血流分數），並集成在博動公司的AngioPlus系統上（圖1顯示了其原理，圖2為AngioPlus設備）。
與第一代技術相比，QFR採用了全新的核心技術，既簡化了流程，無需使用微循環擴張藥誘發患者最大充血，亦無需對所有血管邊支進行重建也能保證其準確性。這些技術的革新使得QFR能夠真正在手術室裏面即時完成評估。2016年的中國介入心臟病學大會CIT上，中國醫學科學院阜外醫院在介入手術過程中向全球首次展示了使用QFR技術指導介入治療的病例，並獲得在場國內外專家的讚賞。同年由全球三大洲、7個國家、8家醫院共同參與的QFR的全球多中心臨床研究FAVOR Pilot研究結果再次發表在心髒介入治療權威期刊JACC: Cardiovascular Interventions。
然而，由於FAVOR Pilot臨床研究仍然是基於核心實驗室計算，QFR在導管手術室術中計算精度仍未得到驗證。因此，由中國醫學科學院阜外醫院牽頭組織的前瞻性多中心臨床研究FAVOR II China應運而生，該研究同時由上海交通大學附屬胸科醫院、中國人民解放軍總醫院、北京大學第三醫院、廣東省人民醫院聯合參與；中國醫學科學院阜外醫院院長、中國工程院院士胡盛壽教授擔任主要研究者，阜外醫院徐波教授和喬樹賓教授擔任共同主要研究者（圖3）。FAVOR II China的臨床結果於2017年10月31日在心髒介入治療領域備受矚目的TCT大會主會場由中國醫學科學院阜外醫院徐波教授代表科研團隊全球首次發佈（圖4），研究結果已同步發表於權威期刊美國心臟病學會雜誌，該研究成果的發佈引起了國內外主流媒體的極大關注；TCT大會期間，FAVOR II Europe/Japan的臨床結果也同期發佈。該項成果的發佈，意味著中國原創QFR技術已經達到國際領先水準，有望實現國產醫療器械的彎道超車，為冠心病患者提供更精准的無創冠脈功能診斷工具。
據介紹， FAVOR II China研究在5家醫院共成功入了308例患者，332條病變血管；以FFR為金標準，評價QFR線上評估冠脈狹窄功能學意義的可行性和診斷精度，並進一步與傳統僅通過冠脈造影影像學觀察結構進行判定的結果（QCA）進行對比。研究結果顯示，QFR的診斷準確度達到92.7%（圖5），顯著高於結構學QCA的59.6%的診斷準確度，說明QFR將傳統冠狀動脈造影的診斷精度提高了33.1%。QFR計算過程從數據傳輸到分析完成所需的平均時間為4.36分鐘，證明QFR能實現導管手術室的術中線上即時評估與診斷。
中國醫學科學院阜外醫院徐波教授表示，FAVOR II China是QFR技術獲得中國國家食品藥品監督管理局批准上市的關鍵性臨床研究，科學地證實了QFR技術與血流儲備分數的診斷一致性。而且QFR只需要常規造影、無需使用導絲和微血管擴張藥，因此，無論從科學性、安全性還是社會經濟效益的角度，QFR都非常有希望成為FFR的有益補充，引導經皮冠狀動脈介入治療向更健康的方向發展，最終使廣大冠心病患者獲益。
在接受TCT官方媒體和美國心臟病學會官方採訪時，塗聖賢博士表示，近年來基於影像計算血流儲備分數成為心血管領域研究的熱點，我們團隊首次提出了QFR技術並開展了技術研發與多項臨床驗證，目前已成功實現了實驗室成果的臨床轉化，希望能為臨床醫生提供更精准可靠的冠脈功能評估工具，為冠心病患者降低診療費用。
美國耶魯大學醫學院心臟病學專家Alexandra Lansky教授在TCT大會上表示，祝賀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結果！QFR很可能是一個革命性的技術，它克服了FFR檢查的局限性，有潛力在每一個導管室的日常臨床中使用。
荷蘭特文特大學醫學院的Clemens von Birgelen教授在TCT大會上也評論道，QFR確實有機會將冠脈造影的作用提高到一個新的高度。目前越來越多國家的醫保要求證明我們處理的病變是真正導致缺血的病變，這將會增加進行功能檢查的病人數量以及病變數量。理想情況是每個病人都需要測量FFR，但實際上FFR的應用並不理想，特別是在很多國家醫療預算控制相當嚴格的背景下。我認為QFR大有潛力可以在臨床上廣泛地應用，同時我認為將來開展以臨床終點為參考標準的研究來證明QFR的臨床價值是有必要的。
據悉，今年5月，QFR技術已通過中國國家食品藥品監督管理總局創新醫療器械特別審批。2017年4月，QFR技術正式獲得了歐盟CE認證，標誌著QFR正式在歐洲進入臨床應用。