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目录
《FFR-CT与心脏疾病诊疗（二）》
3FFR-CT技术
3.1FFR-CT概述
3.2计算流体力学
3.3心血管形态和功能关系
3.4基于图像的动脉血流建模
4FFR-CT公司案例
5FFR-CT投资与建议
-------下期预告--------
《慢病管理行业研究（一）》
1慢性病概述
2慢性病的市场规模分析（糖尿病为例）
2.1糖尿病的流行病学：全球糖尿病患者激增
2.2中国糖尿病市场：持续增长，潜力巨大
3糖尿病监测：市场空间巨大
3.1血糖仪概述
3.2血糖仪的技术路线
3.3市场格局
3.4血糖仪市场渗透率低，发展潜力巨大
三
FFR-CT技术
1.FFR-CT概述
血流动力学因素（特别是压力、速度等）对冠状动脉狭窄的发生和发展具有重要的影响。血流储备分数（fractionalflowreserve,FFR）逐渐成为判断冠状动脉狭窄病变程度的金标准。现在临床上通过插导管测量狭窄处压力的方式计算得到FFR。
1.1血流储备分散（FFR）定义
年，国际上首次提出了冠状动脉缺血判定标准FFR的概念。冠状动脉的FFR被定义为冠状动脉狭窄部位的最大血流量比假设不存在狭窄时该部位的最大血流量。
式中Pd为冠脉狭窄远端的压力，Pa为主动脉压，Rn和Rs为微循环阻力，Pv为中心静脉压。通常情况下，Pv几乎接近于零，且为定值。当使用腺苷等药物时，可以使冠脉出现最大充血状态，也就是能够使微循环的阻力降到最低，此时可以认为Rs=Rn，Pv相对于Pa和Pd可疑忽略不计。
通过该简化后FFR比较容易测得，所以FFR逐渐在临床检测中有了越来越广泛的应用。正常情况下，FFR的理论值为1.0。如下图所示是FFR示意图和血流储备分数缺血临界值示意图。
FFR=0.75是心肌缺血的临界值，当FFR0.75时提示该病变已经引起心肌缺血，应当进行介入治疗。FFR0.8则表示该病变不会引起明显心肌缺血，因此无需介入干预。当FFR介于0.75和0.8之间时认为处于灰色地带，此时需要结合病人的实际临床表现进行综合判断，做出合理的治疗决策。
1.2血流储备分数（FFR）的应用
FFR在治疗冠状动脉狭窄病变时，其主要表现在判断临界病变上。临界病变是指冠状动脉的直径狭窄率在40%~70%之间的病变。虽然冠状动脉造影可以对冠状动脉狭窄做出一定评价，但是它不能准确反映冠状动脉血管由狭窄引起的功能性缺血情况。是否需要对临界病变进行处理，该处的血管狭窄是否具有功能性意义。
FFR正好弥补了这一空缺，它可以准确反映冠状动脉的狭窄是否引起了心肌的缺血，临床上可以通过FFR的大小对心肌的功能性缺血与否进行判断，最终确定治疗方案，从而可以进行合理的介入治疗。FFR能够直接评价血管的供血功能，能够对病变部位做特异性诊断，并且FFR检测可以提供较高的预后评估。对于部分冠脉病变冠状动脉造影难以给出准确诊断时，FFR可以提供对此做出较为准确的诊断并做出治疗决策。多项研究表示，在FFR指导下对冠状动脉狭窄做出的治疗具有更好的临床效果，在FFR指导下，减少了过度治疗现象，介入治疗的患者数量大大较少，同时减少了造影剂的使用量，降低了患者因此受到的伤害，并且降低了治疗费用。此外，FFR还可以对介入治疗的手术的效果进行评价，对手术预后进行预测。用FFR指导冠脉狭窄的治疗，可以对血运重建方式做出合理的选择，既减少了手术并发症的发生率，又可以得到更好的治疗效果。这对我国这样人口众多，但是医疗资源缺乏的国家具有深远的意义。
1.3FFR-CT定义
FFR-CT是以计算流体动力学为基础的，将计算流体动力学应用于CTA检查，从而计算FFR值（即FFRCT）的方法将成为一种新颖的无创性测定狭窄冠动脉血流动力学异常的检查方式。随着计算流体动力学的发展与进步，能够在静息状态下以CTA的影像数据为基础，模拟冠状动脉最大充血状态，然后按传统方法重建冠状动脉树与心室肌结构的三维模型，并以此来计算冠状动脉血流及压力情况。其中血流通过纳维-斯托克斯方程变换（Navier-Stokesequations，N-S方程，描述粘性不可压缩流体动量守恒的运动方程）被模拟为牛顿流体，通过在模型上整合血管壁的弹性、模拟冠脉的自身调节和血流量、腺苷介导下冠状动脉的最大充血状态，将多种因素相互整合从而计算出各支血管FFR的结果（计算平均冠脉狭窄远端压力与平均主动脉压力的比值），即FFR-CT。
冠状面计算机断层扫描血管造影（CTA）已经成为检测冠状动脉疾病的一种直接可视化的非侵入性方法，以前的研究表明CTA的诊断性能与侵袭性冠状动脉造影相比有较高的诊断性能。然而，冠状动脉狭窄的CTA评估倾向于过高估计即使在侵入性冠状动脉造影时证实的CTA确定的严重狭窄中，只有少数被发现是缺血引起的。计算流体动力学和基于图像的建模的最新进展现在允许从CTA扫描确定休息和充血冠状动脉血流和压力，而不需要额外的成像，采集方案的修改或药物的管理。这些技术有用于非侵入性计算分数流量储备（FFR），其是最大冠状动脉血流的比率在动脉正常的假设情况下，通过狭窄的动脉到血流，使用CTA图像。在最近报道的前瞻性多中心DISCOVER-FLOW（诊断缺血-引起狭窄获得通过无创分数流量储备）研究和DeFACTO（分数流量储备的确定解剖计算机断层扫描血管造影）试验，来自CTA的FFR被证明是优于CTA的根据狭窄程度测定病变特异性缺血一种方式。
FFR-CT的理论基础：
（１）静息状态下，冠状动脉血流量与心肌需氧量成正比，即从CT扫描上获取的心肌质量与静息状态下总冠状动脉血流量的相对关系；
（２）静息状态下，冠状动脉微循环阻力与营养血管直径成反比（非线性）关系；
（３）冠状动脉微循环可在腺苷作用下开放。当心肌细胞缺氧时，三磷酸腺苷可分解并产生内源性腺苷。内源性腺苷引起冠状动脉血流量增加，达到最大充血状态。一个集合参数模型（代表模拟最大充血状态下的血流阻力）可使用在CTA构建的3D模型上，计算每支血管的FFR值。
如下图所示为放入支架前后，冠脉FFR计算值。
2.计算流体力学
在普通物理的质点力学中，牛顿运动定律不但表述了物体受力和运动变化的关系，而且认为该物体的运动状态变化或加速度可以视作某一点位置矢随时间的变化率。所以，质点力学中的任何物体运动均可视作一个点的运动，而且这个点具有与该物体相同的质量。质点力学就是把任意物体抽象为质点这样一个理论模型，在不失问题本质的情况下较简便的研究和讨论其运动规律。流体力学类似的引入了连续介质的理论模型，即把流体看作是由许多连续的质点微元构成流体的运动和其他物体运动一样遵守质量守恒、动量守恒和能量守恒等基本的物理定律，通过将这些物理定律改写为适用于流体运动的形式，从而可推导得出流体的连续方程和流体动力学方程（Navier-Stokes方程）。
2.1连续方程
2.2Navier-Stokes方程
根据牛顿第二定律或者动量守恒定律可推导建立流体的运动方程，即Navier-Stokes方程。
对于不可压缩流体来说，流体运动方程可整理为：
对于不可压缩流体，流体基本控制方程Navier-Stokes方程和连续方程已经构成了速度矢和应力的闭合方程组。但是，运动方程中的平流项是非线性的，而求解非线性偏微分方程的问题，目前在数学上还没有办法，于是人们想到了采用数值方法求解。随着计算机技术的飞跃发展，应用数值方法和数值理论研究流体力学已经形成了一门独立的学科，即计算流体力学（ComputationalFluidDynamics，CFD）。计算流体力学的内容包括流体力学数值方法和数值理论，它与理论流体力学、实验流体力学既有区别又相互补充。
由2.1和2.2可知，如下图公式所示，流体力学连续方程和Navier-Stokes方程构成了闭环偏微分方程组：
此微分方程没有准确的解析解，但随着超级计算机的发展，利用数值解的方式，在存在准确边界条件的前提下，利用数值解可以得到方程的解，即在每个空间点上，血液流动的速度和方向。
3.心血管形态和功能关系
FFRCT的计算需要建立一个冠状动脉解剖模型;一个数学冠状动脉生理模型导出边界条件，包括心输出量，主动脉压和微循环抵抗性;使用数学解的法律和物理学控制流体动力学。综合了解剖学，生理学和流体动力学来共同计算冠状动脉血流和压力。
从CTA获得的解剖数据包含了关于冠状动脉血流量的大量信息，因为循环系统中的“形态表达功能”。这些形态和功能的关系是普遍的，并使流通能够在适当的压力下为不同生理状态（例如运动）下的器官提供足够的血液供应，并适应包括疾病进展在内的慢性变化。
将对象与形状，解剖结构和生理关系相关联的异速度量表法对于确定心血管形态和功能关系至关重要，并广泛适用于整个心血管系统。比例法定标法还能使器官尺寸与流量的关系。例如，在静息条件下，总冠状动脉血流量与心肌质量成正比。心肌质量可以从心肌体积计算，而体积容易从CTA数据中提取。
可以通过解决流体动力学的控制方程来计算冠状动脉和压力，这些方程与质量守恒和动量平衡有关，并且在目前的形式中已知其为年的Navier-Stokes方程。对于未知压力求解这些方程，这些压力随位置和时间而变化，对于血液速度的3个分量，每个分量是位置和时间的函数。当求解这些方程时，血液的物理性质，流体密度和流体粘度是已知的。虽然血液呈现出复杂的流变学特性，但它可以近似为在大动脉中具有恒定粘度的牛顿流体。
流体动力学方程的显着特征是其描述从喷气式飞机上的气流到河流中的水流到动脉血流以及捕获复杂现象的能力的现象的普遍性。然而，血液流动的控制方程只能在特殊情况下分析解决（例如，在理想化的圆柱体中稳定或脉动的流动几何）。对于人类冠状动脉的实际患者特异性模型，必须使用数值方法来近似控制方程，并在有限数量的点处获得速度和压力的解。
这需要同时解决数百万的非线性偏微分方程，并在心动周期中重复该过程数千个时间间隔。用于解决流体动力学问题的数值方法被称为计算流体动力学（CFD）方法。控制方程不足以解决血液流动问题;必须定义感兴趣的领域，需要指定边界条件。边界条件是在数学模型的边界上定义的感兴趣变量（例如流量和压力）之间的数学关系。特定于动脉血流量的建模，感兴趣的领域是血液流动的地方（即管腔），相关的边界是上升主动脉和冠状动脉的侧面，入口边界（主动脉根部）和出口边界。
在人体循环中直接代表心脏和超过50亿个血管几乎是不可能的，因此动脉血流量的CFD模型所北京哪里看白癜风全身白癜风
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