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心臟曾經被認為是手術的禁區(qū)，它是現代外科領域內最晚被打開的器官。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。
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，是對外科藝術的褻瀆，任何一個試圖進行外科手術的人，都將落得身敗名裂的下場。”
而現在的外科醫(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，更加精準地診斷和治療疾病。
在實現心臟“4D”可視的過程，適用于慢性冠心病的基于醫(yī)學影像測算冠狀動脈血流儲備分數（FFR）是目前較成熟的技術，其中主要的技術是CT-FFR和QFR。
在這個領域，一家名為HeartFlow的美國公司CT-FFR產品在2014年就獲得FDA批準。目前，HeartFlow融資4.67億美元，估值15億美元。而在國內，創(chuàng)業(yè)公司們也開始陸續(xù)進入這一熱門領域。
據動脈網（微信號：vcbeat）梳理，國內外業(yè)務中包含影像FFR測算的企業(yè)約有15家，已有一家公司產品在國內獲批。在本文中，我們梳理了基于影像測算FFR診斷產品的主要應用場景，該領域中的主要企業(yè)，以及不同的核心技術原理。
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， 也就是血流儲備分數。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《中國心血管報告2018》中的數據，在我國，心血管病人患者人數高達2.9億，其中冠心病患者人數達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致冠狀動脈狹窄，從而降低供應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、炎性細胞和平滑肌細胞、結締組織、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、冠狀動脈內超聲顯像技術（IVUS）、冠狀動脈血流儲備分數（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“金標準”頭把交椅多年。
冠脈造影通過手腕處橈動脈穿刺，進導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。出現充盈缺損，則證明血管有斑塊導致狹窄。醫(yī)生再根據血管狹窄情況，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，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)現影像學上病變的狹窄程度并不決定著病情的嚴重程度。
在某些時候，醫(yī)生肉眼觀察到的冠狀動脈狹窄程度嚴重，但是并未造成心肌缺血。而有的冠狀動脈病變從影像學觀察狹窄并不嚴重，但實際上造成了嚴重的心肌缺血。
而冠狀動脈血流儲備分數（FFR）的出現很好地解決了這個問題。
冠狀動脈血流儲備分數（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生了多大影響。所以，FFR還可以準確地評價冠脈病變與心肌缺血的關系，并進而指導制定合理的治療決策，改善患者的預后。
目前臨床上測量FFR的方法是通過壓力導絲，壓力導絲通過經橈動脈進入冠狀動脈病變遠端，在給患者注射腺苷/ATP誘導最大充血狀態(tài)時測量病變遠端壓力（Pd）和主動脈壓（Pa），從而得到FFR=Pd/Pa。
經過20年的發(fā)展，FFR已經獲得了醫(yī)生的認可，在《中國經皮冠狀動脈介入治療指南（2016）》和《2014歐洲心臟學會/歐洲心胸外科協會心肌血運重建》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
導絲測量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的壓力導絲造價較高，患者進行一次測試的費用近萬元。FFR技術也被雅培（收購圣猶達）、飛利浦（收購火山）等外企壟斷。
相關數據顯示，FFR在全球范圍內的患者應用率大約為6%至8%。在發(fā)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%。FFR在中國的應用比例則不到1%。
如果沒有基于醫(yī)學影像測算FFR這一技術的出現，FFR測量的普及可能將到等待壓力導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等影像數據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。
最早將這一技術實現臨床落地的是美國的公司HeartFlow的FFRct(該名稱已被注冊專利），該公司產品在2014年獲批。據悉，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據計算FFR的方法。
在測量FFR的方式中，根據數據來源、計算方法的不同，FFR計算方法包括了CT-FFR、QFR、腔內影像FFR（OFR），它們將分別起到介入導管室的“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)學影像市場部負責人林曉杰告訴動脈網，CT-FFR、QFR的不同主要是影像來源數據的不同。
CT-FFR是根據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OCT影像進行計算。
不同的產品也有不同的應用場景，對于QFR而言，它主要應用于術中，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，并輔助術者選擇支架尺寸。
對于CT-FFR來說，行業(yè)標桿性企業(yè)HeartFlow的產品應用場景是充當導管室的“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。
數坤科技產品市場總監(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，包括解剖結構、參數測定，功能分析等等，當醫(yī)生在評估病情的時候，會應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的技術研發(fā)，一個前提是對于解剖結構的精準把控?！?/span>
也可以根據技術原理的不同對產品進行分類。
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出來，重現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習模型，該模型利用大數據進行分析和建立冠脈解剖結構與相對應的血流動力學間的關系，目前只適用于特定人群。
Ct-FFR布局企業(yè)最多，QFR國內已有產品獲批
從具體的技術細節(jié)來看，CT-FFR目前是利用CT影像，同時利用流體動力學的原理，計算出血液的速度和壓力，從而計算出三維的FFR。
CT-FFR技術的處理流程包括CT建模、冠脈三維重構、血液動力學分析等。其中會涉及AI智能圖像識別、圖形圖像處理、血動力仿真相關技術。
器官三維重建和冠狀動脈的準確提取是構成核心壁壘的技術之一。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，也就導致FFR計算較難。
除此以外，對于一些復雜性病例，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。針對這種復雜病例，一般的模型診斷精度會大大降低。動脈網了解到，也有公司正在針對復雜病例開發(fā)單獨的模型。
QFR：國內已有產品獲得三類注冊證
在基于影像測量FFR方面國內產品唯一獲批的企業(yè)是博動醫(yī)學影像的QFR產品。
QFR技術，全名為定量血流分數（Quantitative Flow Ratio）。QFR技術由博動醫(yī)學影像科技（上海）有限公司聯合上海交通大學自主研發(fā)，通過對冠脈造影進行3D QCA計算，結合流體力學和壓力差公式，計算病變導致的壓降（pressure drop），從而實現了在靜息狀態(tài)下快速計算FFR。目前，QFR技術已通過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的診斷準確度和對患者的遠期獲益。QFR也于今年被歐洲心臟學會（ESC）寫入歐洲心臟介入官方教材。
據悉，博動醫(yī)學影像還將QFR技術授權至荷蘭Medis公司進行產品整合。
博動醫(yī)學影像QFR產品
據悉，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，FAVOR III China研究由阜外醫(yī)院發(fā)起，計劃入組3830例，將探索QFR指導相較于冠脈造影指導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指導的介入治療患者獲益非劣于FFR指導的介入治療。該兩項研究的結果有望改寫指南，將QFR指導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技術為基礎拓展疾病應用領域，以Arterys、數坤科技、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)學影像為例。
如果只評估CT-FFR這一個單一技術，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品拓展能力，將針對心血管影像開發(fā)多個產品。
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、介入手術規(guī)劃。據Circle Cardiovascular Imaging官網信息，其相關產品（非CT-FFR產品）在中國獲得審批注冊。
除此以外，數字化軟件開發(fā)公司也可以與大型醫(yī)療設備合作，進行打包銷售。在國外，Arterys是著名的醫(yī)學影像平臺，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據。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產品由博動醫(yī)學技術授權*如未被收錄入此表格的企業(yè)也可以聯系動脈網，共同探討。
數據來源：動脈網知識庫
從經濟效益來看，FFR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，而壓力導絲造價近萬元?；谟跋竦腇FR還可以幫助胸痛患者減少不必要的冠脈造影，來自Heartflow公司的數據顯示，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，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。外科手術技術在不斷發(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據顯示，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世紀初，傳染病曾經是美國死亡率最高的疾病。在上世紀上半葉，美國成功將傳染病控制，成為公共衛(wèi)生領域的傳奇，而19世紀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中診治精準度，將有利于降低心血管疾病死亡率。
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