心臟曾經(jīng)被認為是手術(shù)的禁區(qū)，它是現(xiàn)代外科領(lǐng)域內(nèi)最晚被打開的器官。作為人體的發(fā)動機，心臟不停地跳動和充沛的血液曾讓外科醫(yī)生無法打開心臟做手術(shù)。

著名的奧利地外科醫(yī)生西奧多·比爾羅特曾說過：“在心臟上做手術(shù)，是對外科藝術(shù)的褻瀆，任何一個試圖進行外科手術(shù)的人，都將落得身敗名裂的下場?！?/span>

而現(xiàn)在的外科醫(yī)生不僅可以安全地打開心臟，還在追求如何以微創(chuàng)的方式治療心臟疾病。

現(xiàn)在的醫(yī)生不僅能通過二維的影像觀察心血管，醫(yī)生還可以“4D”觀察心血管影像，醫(yī)生能看到心血管的三維模型，還可以掌握血管的血流動力情況，更加精準(zhǔn)地診斷和治療疾病。

在實現(xiàn)心臟“4D”可視的過程，適用于慢性冠心病的基于醫(yī)學(xué)影像測算冠狀動脈血流儲備分?jǐn)?shù)（FFR）是目前較成熟的技術(shù)，其中主要的技術(shù)是CT-FFR和QFR。

在這個領(lǐng)域，一家名為HeartFlow的美國公司CT-FFR產(chǎn)品在2014年就獲得FDA批準(zhǔn)。目前，HeartFlow融資4.67億美元，估值15億美元。而在國內(nèi)，創(chuàng)業(yè)公司們也開始陸續(xù)進入這一熱門領(lǐng)域。

據(jù)動脈網(wǎng)（微信號：vcbeat）梳理，國內(nèi)外業(yè)務(wù)中包含影像FFR測算的企業(yè)約有15家，已有一家公司產(chǎn)品在國內(nèi)獲批。在本文中，我們梳理了基于影像測算FFR診斷產(chǎn)品的主要應(yīng)用場景，該領(lǐng)域中的主要企業(yè)，以及不同的核心技術(shù)原理。

一步一步幫助醫(yī)生透視心臟

在了解基于影像測算FFR之前，我們需要了解FFR， 也就是血流儲備分?jǐn)?shù)。它的主要功能就是評估冠狀動脈病變狹窄到底對于遠端血流產(chǎn)生了多大的影響。主要適用的疾病就是冠狀動脈粥樣硬化，也就是冠心病。

根據(jù)《中國心血管報告2018》中的數(shù)據(jù)，在我國，心血管病人患者人數(shù)高達2.9億，其中冠心病患者人數(shù)達1100萬。

冠心病，是由于動脈粥樣硬化在冠狀動脈中積累形成斑塊而導(dǎo)致冠狀動脈狹窄，從而降低供應(yīng)心肌的血液量造成心肌缺血的疾病。

簡單來說，就是冠狀動脈中形成了一層主要由脂質(zhì)、炎性細胞和平滑肌細胞、結(jié)締組織、血栓和鈣沉積物等組織的沉積物，它們會堵塞血流，造成心肌缺血，也有可能脫落，造成心梗。

在冠心病的診斷中，診斷方式包括心電圖、冠脈CTA、冠脈造影、冠狀動脈內(nèi)超聲顯像技術(shù)（IVUS）、冠狀動脈血流儲備分?jǐn)?shù)（FFR）測量。

在這些診斷方法中，冠脈造影是確診冠心病較常用的方法。冠脈造影此前也穩(wěn)坐冠心病診斷“金標(biāo)準(zhǔn)”頭把交椅多年。

冠脈造影通過手腕處橈動脈穿刺，進導(dǎo)絲直至心臟冠脈血管，然后打入造影劑，直觀的觀察造影劑在冠脈各個血管的充盈情況。出現(xiàn)充盈缺損，則證明血管有斑塊導(dǎo)致狹窄。醫(yī)生再根據(jù)血管狹窄情況，分析是否安裝支架擴開血管。

冠脈CTA通過CT造影及計算機三維重建呈現(xiàn)出血管的走形及狹窄程度。冠脈CTA可以部分替代冠脈造影術(shù)，但精確度并不高。

冠脈造影只能看到病變狹窄程度，但醫(yī)生漸漸發(fā)現(xiàn)影像學(xué)上病變的狹窄程度并不決定著病情的嚴(yán)重程度。

在某些時候，醫(yī)生肉眼觀察到的冠狀動脈狹窄程度嚴(yán)重，但是并未造成心肌缺血。而有的冠狀動脈病變從影像學(xué)觀察狹窄并不嚴(yán)重，但實際上造成了嚴(yán)重的心肌缺血。

而冠狀動脈血流儲備分?jǐn)?shù)（FFR）的出現(xiàn)很好地解決了這個問題。

冠狀動脈血流儲備分?jǐn)?shù)（FFR）是指冠狀動脈存在狹窄病變的情況下，該血管所供心肌區(qū)域能獲得的最大血流與同一區(qū)域正常情況下所能獲得的最大血流之比。

簡單來說，影像只能讓醫(yī)生判斷狹窄程度，而FFR可以評價狹窄到底對遠端血流產(chǎn)生了多大影響。所以，F(xiàn)FR還可以準(zhǔn)確地評價冠脈病變與心肌缺血的關(guān)系，并進而指導(dǎo)制定合理的治療決策，改善患者的預(yù)后。

目前臨床上測量FFR的方法是通過壓力導(dǎo)絲，壓力導(dǎo)絲通過經(jīng)橈動脈進入冠狀動脈病變遠端，在給患者注射腺苷/ATP誘導(dǎo)最大充血狀態(tài)時測量病變遠端壓力（Pd）和主動脈壓（Pa），從而得到FFR=Pd/Pa。

經(jīng)過20年的發(fā)展，F(xiàn)FR已經(jīng)獲得了醫(yī)生的認可，在《中國經(jīng)皮冠狀動脈介入治療指南（2016）》和《2014歐洲心臟學(xué)會/歐洲心胸外科協(xié)會心肌血運重建》推薦等級均為（Ⅰ，A）。

無創(chuàng)FFR診斷方式彎道超車，CT-FFR、QFR成為主流技術(shù)

導(dǎo)絲測量FFR雖然能夠讓醫(yī)生觀察到心臟的血流情況，但目前測量FFR的壓力導(dǎo)絲造價較高，患者進行一次測試的費用近萬元。FFR技術(shù)也被雅培（收購圣猶達）、飛利浦（收購火山）等外企壟斷。

相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，F(xiàn)FR在全球范圍內(nèi)的患者應(yīng)用率大約為6%至8%。在發(fā)達國家，F(xiàn)FR的應(yīng)用已經(jīng)較為廣泛，2014年，英國的應(yīng)用比例為18%，美國的應(yīng)用比例達到30.8%。FFR在中國的應(yīng)用比例則不到1%。

如果沒有基于醫(yī)學(xué)影像測算FFR這一技術(shù)的出現(xiàn)，F(xiàn)FR測量的普及可能將到等待壓力導(dǎo)絲成本下降后才有可能，而這個時間可能是幾年，也有可能是十幾年。

基于醫(yī)學(xué)影像測算FFR這一診斷方式的橫空出世，則是彎道超車為醫(yī)生提供了另一種測量方法。無創(chuàng)FFR診斷無需昂貴的壓力導(dǎo)絲伸入血管，CT-FFR、QFR等方式可以基于影像測算FFR， 直接從CT、冠脈造影、OCT、IVUS等影像數(shù)據(jù)上重建冠狀動脈的三維形狀，再計算出血流動力。

醫(yī)生能在看到狹窄的同時評估功能學(xué)上血管是否缺血，但患者無須花費昂貴的醫(yī)療費用。

最早將這一技術(shù)實現(xiàn)臨床落地的是美國的公司HeartFlow的FFRct(該名稱已被注冊專利），該公司產(chǎn)品在2014年獲批。據(jù)悉，HeartFlow的每根血管的敏感性為84%，特異性為86%。

HeartFlow的FFRct是基于CT影像計算FFR值，但是CT-FFR不是唯一一種基于影像數(shù)據(jù)計算FFR的方法。

在測量FFR的方式中，根據(jù)數(shù)據(jù)來源、計算方法的不同，F(xiàn)FR計算方法包括了CT-FFR、QFR、腔內(nèi)影像FFR（OFR），它們將分別起到介入導(dǎo)管室的“看門人”、輔助冠脈介入治療計劃制定、優(yōu)化PCI等功能。

博動醫(yī)學(xué)影像市場部負責(zé)人林曉杰告訴動脈網(wǎng)，CT-FFR、QFR的不同主要是影像來源數(shù)據(jù)的不同。

CT-FFR是根據(jù)CT影像進行器官三維重建；而QFR是通過冠脈造影圖像進行三維重建計算FFR；OFR則是根據(jù)OCT影像進行計算。

不同的產(chǎn)品也有不同的應(yīng)用場景，對于QFR而言，它主要應(yīng)用于術(shù)中，使用場景是讓醫(yī)生獲悉血管狹窄后，更加清楚的判斷功能性狹窄，判斷哪一個血管分支是主要病變，支架精確的安裝位置，并輔助術(shù)者選擇支架尺寸。

對于CT-FFR來說，行業(yè)標(biāo)桿性企業(yè)HeartFlow的產(chǎn)品應(yīng)用場景是充當(dāng)導(dǎo)管室的“守門人”，幫助醫(yī)生判斷患者是否需要進行冠脈造影篩查，減少不必要的侵入式冠脈造影檢查，幫助醫(yī)生制定最佳的治療方案，由此減少醫(yī)療衛(wèi)生費用支出。

數(shù)坤科技產(chǎn)品市場總監(jiān)王驍表示：“心血管疾病的評估還有治療方案的擬定是一個需要全面評估的過程，包括解剖結(jié)構(gòu)、參數(shù)測定，功能分析等等，當(dāng)醫(yī)生在評估病情的時候，會應(yīng)用多種手段評估病情，CT-FFR可以讓醫(yī)生在評估患者病情的時候增加一個參考值，CT-FFR的技術(shù)研發(fā)，一個前提是對于解剖結(jié)構(gòu)的精準(zhǔn)把控?！?/span>

也可以根據(jù)技術(shù)原理的不同對產(chǎn)品進行分類。

HeartFlow采用了有限元分析的方法，先計算出心臟心肌的血容量。然后將所有的冠脈重現(xiàn)出來，重現(xiàn)血管上每一個點的血流狀態(tài)。所以HeartFlow的計算時間會較長，目前HeartFlow所需要的計算時間大于三個小時。

德國西門子公司研發(fā)的一維模式，可以直接在后處理工作站上進行，計算時間明顯縮短，約需要30分鐘。

另一方式是采用人工智能算法的深度機器學(xué)習(xí)模型，該模型利用大數(shù)據(jù)進行分析和建立冠脈解剖結(jié)構(gòu)與相對應(yīng)的血流動力學(xué)間的關(guān)系，目前只適用于特定人群。

Ct-FFR布局企業(yè)最多，QFR國內(nèi)已有產(chǎn)品獲批

從具體的技術(shù)細節(jié)來看，CT-FFR目前是利用CT影像，同時利用流體動力學(xué)的原理，計算出血液的速度和壓力，從而計算出三維的FFR。

CT-FFR技術(shù)的處理流程包括CT建模、冠脈三維重構(gòu)、血液動力學(xué)分析等。其中會涉及AI智能圖像識別、圖形圖像處理、血動力仿真相關(guān)技術(shù)。

器官三維重建和冠狀動脈的準(zhǔn)確提取是構(gòu)成核心壁壘的技術(shù)之一。在CT影像中，冠狀動脈非常細，寬度只有2毫米左右，加上各種運動偽影和噪聲，導(dǎo)致血管的的自動化識別非常困難。

在圖像識別和處理上，運用人工智能圖像處理可以獲得更加精準(zhǔn)有效的影像。

其次是在計算速度上，因為涉及大量計算，目前主要的解決方案是將計算任務(wù)分解到多個CPU線程上，縮短計算時間。

雖然CT-FFR能夠為醫(yī)生提供更加快速的疾病評估參考，但是目前來看，CT-FFR也不可避免地有自己的短板。

在某些鈣化疾病的診斷上，CT-FFR診斷準(zhǔn)確率較低。冠狀動脈鈣化會造成在CT影像上圖像分割十分困難，也就導(dǎo)致FFR計算較難。

除此以外，對于一些復(fù)雜性病例，CT-FFR的診斷精度也同樣較低。以冠狀動脈彌漫性長病變?yōu)槔韧芯勘砻?，冠狀動脈彌漫性長病變占冠心病總患者約20%,冠狀動脈彌漫性長病變患者其動脈粥樣硬化的病變范圍更加廣泛,病變呈彌漫性,而且更多累及左主干,常常伴有血管直徑小,血管成角、鈣化、扭曲等特點。

簡單來說，彌漫性長病變一段血管中有多發(fā)的斑塊和血栓。針對這種復(fù)雜病例，一般的模型診斷精度會大大降低。動脈網(wǎng)了解到，也有公司正在針對復(fù)雜病例開發(fā)單獨的模型。

QFR：國內(nèi)已有產(chǎn)品獲得三類注冊證

在基于影像測量FFR方面國內(nèi)產(chǎn)品唯一獲批的企業(yè)是博動醫(yī)學(xué)影像的QFR產(chǎn)品。

QFR技術(shù)，全名為定量血流分?jǐn)?shù)（Quantitative Flow Ratio）。QFR技術(shù)由博動醫(yī)學(xué)影像科技（上海）有限公司聯(lián)合上海交通大學(xué)自主研發(fā)，通過對冠脈造影進行3D QCA計算，結(jié)合流體力學(xué)和壓力差公式，計算病變導(dǎo)致的壓降（pressure drop），從而實現(xiàn)了在靜息狀態(tài)下快速計算FFR。目前，QFR技術(shù)已通過40余項的臨床研究，發(fā)表40余篇著名心臟介入SCI論文，充分論證了QFR的診斷準(zhǔn)確度和對患者的遠期獲益。QFR也于今年被歐洲心臟學(xué)會（ESC）寫入歐洲心臟介入官方教材。

據(jù)悉，博動醫(yī)學(xué)影像還將QFR技術(shù)授權(quán)至荷蘭Medis公司進行產(chǎn)品整合。

博動醫(yī)學(xué)影像QFR產(chǎn)品

據(jù)悉，目前FAVOR III China研究和FAVOR III Europe-Japan研究正在中、日、歐60余國進行中，F(xiàn)AVOR III China研究由阜外醫(yī)院發(fā)起，計劃入組3830例，將探索QFR指導(dǎo)相較于冠脈造影指導(dǎo)的介入治療在患者獲益上具有顯著的優(yōu)效性。

FAVOR III Europe-Japan研究計劃入組2000例，將探索QFR指導(dǎo)的介入治療患者獲益非劣于FFR指導(dǎo)的介入治療。該兩項研究的結(jié)果有望改寫指南，將QFR指導(dǎo)介入治療寫入指南推薦。

三類玩家集聚，心血管影像平臺為主流

我們可以把市場主要的玩家分為三類，一是人工智能企業(yè)，它們以AI技術(shù)為基礎(chǔ)拓展疾病應(yīng)用領(lǐng)域，以Arterys、數(shù)坤科技、杏脈科技為例；二是專注于CT-FFR的公司，以Heartflow為代表；三是專注于心臟影像的公司，以加拿大心血管影像公司Circle Cardiovascular Imaging、博動醫(yī)學(xué)影像為例。

如果只評估CT-FFR這一個單一技術(shù)，整個市場的空間并不大。目前，Heartflow融資4.67億美元，估值15億美元。但是目前所有的廠家基本上都擁有產(chǎn)品拓展能力，將針對心血管影像開發(fā)多個產(chǎn)品。

以Circle Cardiovascular Imaging為例，作為一個心血管影像平臺，它能為醫(yī)生提供心血管MRI、CT影像分析、介入手術(shù)規(guī)劃。據(jù)Circle Cardiovascular Imaging官網(wǎng)信息，其相關(guān)產(chǎn)品（非CT-FFR產(chǎn)品）在中國獲得審批注冊。

除此以外，數(shù)字化軟件開發(fā)公司也可以與大型醫(yī)療設(shè)備合作，進行打包銷售。在國外，Arterys是著名的醫(yī)學(xué)影像平臺，Arterys可以讓醫(yī)生在可視化的三維空間中采集心臟的血液流動數(shù)據(jù)。Arterys和GE醫(yī)療達成重要合作，將合作推出下一代MRI掃描儀。

Medis QFR產(chǎn)品由博動醫(yī)學(xué)技術(shù)授權(quán)*如未被收錄入此表格的企業(yè)也可以聯(lián)系動脈網(wǎng)，共同探討。

數(shù)據(jù)來源：動脈網(wǎng)知識庫

從經(jīng)濟效益來看，F(xiàn)FR可以為患者提供具有成本效益的精確診斷方式。一次CTA的價格大約在兩三千元，而壓力導(dǎo)絲造價近萬元。基于影像的FFR還可以幫助胸痛患者減少不必要的冠脈造影，來自Heartflow公司的數(shù)據(jù)顯示，接受侵入式檢查的患者有一半以上沒有明顯的血管阻塞。

在中國，僅去年（2018年）一年就有91.5萬例接受PCI手術(shù)，大約有超過300萬人接受冠脈造影檢查。在中國，心血管疾病的死亡率在逐年上升。外科手術(shù)技術(shù)在不斷發(fā)展，但是心血管疾病對人類的威脅并未淡去。

柳葉刀雜志公布的數(shù)據(jù)顯示，心血管疾病一直是我國死亡率最高的疾病。在美國，自從1995年后，心血管疾病死亡率明顯下降。

在19世紀(jì)初，傳染病曾經(jīng)是美國死亡率最高的疾病。在上世紀(jì)上半葉，美國成功將傳染病控制，成為公共衛(wèi)生領(lǐng)域的傳奇，而19世紀(jì)70年代以來，美國又成功將心血管疾病死亡率降低。美國成功降低心血管死亡率的一大原因是精準(zhǔn)治療，包括高血壓的控制和治療，他汀類藥物的廣泛使用以及溶栓和取栓支架的發(fā)明。

基于影像的FFR算法或許若是能夠在大醫(yī)院和基層醫(yī)院中落地，提升冠心病的篩查水平和術(shù)中診治精準(zhǔn)度，將有利于降低心血管疾病死亡率。