Ei-invasiivinen angiografiasta johdettu FFR: Onko langaton fysiologia tulossa pian katetrointilaboratorioon?

Ei-invasiivinen angiografiasta johdettu FFR: Onko langaton fysiologia tulossa pian katetrointilaboratorioon?

Toimenpidekollega kysyi: ”Kuinka monta pelkästään diagnostista katetrointilaboratoriota Yhdysvalloissa tai Pohjois-Amerikassa on, jotka voisivat hyötyä fraktionaalisesta virtausreservistä (FFR) tai tarkemmin sanottuna angiografiasta johdetusta FFR:stä, eikä heidän tarvitsisi lähettää potilaitaan muihin laboratorioihin lisäarviointia varten. Lisäksi jotkut potilaat saapuvat perkutaanisen sepelvaltimotoimenpiteen (PCI) laboratorioon vain saadakseen tietää, että hoito ei ole tarpeen. Kertoisitteko ajatuksianne angio-peräisestä FFR:stä pelkästään diagnostiikkaa tekeville laboratorioille tällä hetkellä?”

Kun kerroin tämän kysymyksen tohtori Paul Teirsteinille, La Jollassa Kaliforniassa sijaitsevan Scripps-instituutin kardiologian ylilääkärille, hän kertoi: ”Sydänkirurgit ovat lähestyneet minua ja kysyneet, miksi he saavat lähetteitä kardiologeilta, jotka tekevät diagnostisen angiografian, mutta eivät tee FFR:ää. Kirurgit ovat niin tottuneet siihen, että käytämme yleisesti FFR:ää välivaiheen leesioihin, että heitä ärsyttää, kun ”vain diagnostiikkaa tekevä kardiologi” lähettää potilaan, jolla on välivaiheen leesio. Heidän reaktionsa on: ”Miksi minun täytyy arvata, pitäisikö se ohittaa? Miten he saavat tehdä diagnostiikkaa, jos he eivät tee FFR:ää?” Itse asiassa kirurgisen potilaan haittapuolet ovat jopa suuremmat kuin PCI:n kohdalla, koska virtausta rajoittamattoman leesion ohittaminen vaarantaa ohitusleikkauksen. Oletan, että ”ajat muuttuvat”, ja ehkä meidän pitäisi tarttua tähän asiaan.

FFR:n vahvana kannattajana on ilahduttavaa nähdä, että nyt jopa kirurgit arvostavat FFR:ää ja sen roolia täydellisessä angiografiassa. Vaikka FFR:stä keskustellaankin harvoin, se auttaa kirurgeja tekemään kriittisiä revaskularisaatiopäätöksiä. Ei ole epäilystäkään siitä, etteikö pelkästään diagnostinen laboratorio hyötyisi FFR-operaattoreiden lisäämisestä tai langattomasta angio-peräisestä FFR:stä.

Mikä on noninvasiivisen FFRCT:n rooli?

Me tiedämme, että Medicare ja muut kolmannen osapuolen maksajat ovat hyväksyneet FFRCT-menetelmän, jolla FFR saadaan tietokonetomografia-angiografiakuvista (CTA). Sitä käytetään ennen kuin potilaat tulevat katetrointilaboratorioon. FFRCT:n käyttö PLATFORM-tutkimuksessa1 vähensi sellaisten tarpeettomien sydänkatetrien määrää, joiden sepelvaltimoiden varjoainekuvaus oli normaali, mutta PCI:tä tarvitsevien potilaiden määrä pysyi samana. Ennen kuin keskustelemme angio-peräisen FFR:n roolista, käydään läpi, miten FFRCT saadaan (kuva 1). FFRCT:n saamiseksi CTA-kuvat rekonstruoidaan kolmiulotteiseksi sepelvaltimopuuksi segmentoimalla se yksittäisiin pisteisiin, ja jokaista pistettä käsitellään erikoistuneilla yhtälöillä (Navier-Stokesin yhtälöillä), jotta voidaan laskea painehäviö valtimon kulkua pitkin sekä levossa että oletetun hyperemisen tilan aikana. Nämä laskennalliset nestedynaamiset yhtälöt edellyttävät useita populaatiomallin oletuksia, jotka koskevat sydänlihaksen verenvirtausnopeuksia sydänlihaksen valtimohaarojen ja sydänlihaksen vastuksen funktiona. Nämä arvot syötetään laskennallisen virtausdynamiikan (CFD) malliin, ja suuritehoisten tietokoneiden avulla luodaan FFR-arvot kunkin verisuonen koko pituudelta. FFRCT on validoitu verrattuna invasiiviseen FFR:ään, ja sen on useissa tutkimuksissa todettu korreloivan noin 80-prosenttisesti.3,4 FFRCT korreloi paremmin FFR:n kanssa kuin useimmat rasituskokeet, ja kliinisten tulostietojen perusteella se todennäköisesti korvaa perinteisen rasituskokeen, mikä vähentää toimenpiteitä potilailla, joilla ei ole merkittävää sepelvaltimotautia. Jotkut toimijat saattavat kuitenkin olla hämmentyneitä ja ajatella, että FFRCT korvaa invasiivisen FFR:n. FFRCT seuloo merkittävän sepelvaltimotaudin (CAD) ennen kuin potilas tulee katetrointilaboratorioon, ja sitten laboratoriossa operaattorit voivat vahvistaa leesion merkityksen FFR:n avulla.

Angiografiasta johdettu ei-invasiivinen FFR:

Eikö olisi hienoa saada FFR angiografiasta ilman opaslankaa? Tämä on meidän lähitulevaisuudessa. Angiografiasta tai muista modaliteeteista johdetun ”virtuaalisen” FFR:n tuottamista (taulukko 1A-B, kuvat 2-4) on ehdotettu laskennallisen virtausdynamiikan (CFD) tai nopean virtausanalyysin avulla langattoman kuvaan perustuvan FFR:n saamiseksi, joka sisällytetään diagnostiseen angiografiatyönkulkuun. Kuten arvata saattaa, angioperäisen FFR:n online-toteutus edellyttää uusia konsepteja ja järjestelmiä, jotta laskenta-aikaa voidaan lyhentää ja analyysiprosessi tehdä hyväksyttäväksi laboratoriotoiminnoille. Varhaiset tiedot osoittavat, että angio-peräinen FFR voidaan saada muutamassa minuutissa tavanomaisen sepelvaltimoiden varjoainekuvauksen aikana.5

Angio-FFR:n validointitutkimuksetLähitulevaisuudessa katetrointilaboratorioihin on tarkoitus ottaa käyttöön QFR ja FFRangio. QFR:n (Quantitative Flow Ratio, Medis Medical Imaging Systems) validointi raportoitiin FAVOR II China -tutkimuksessa, jossa raportoitiin, että QFR:n verisuonitason diagnostinen tarkkuus hemodynaamisesti merkitsevän sepelvaltimoiden ahtauman tunnistamisessa oli 97 %.7 % ja potilastason diagnostinen tarkkuus oli 92,4 % (P<0,001 molempien osalta).6 Lisäksi FAVOR II Europe-Japan -tutkimus osoitti, että QFR:n herkkyys ja spesifisyys olivat paremmat kuin 2D-QCA:lla, jossa FFR oli kultainen standardi: 88 % vs. 46 % ja 88 % vs. 77 % (P<0,001 molempien osalta). QFR:n diagnostinen kokonaistarkkuus oli 88 %.7 FFRangion (CathWorks) herkkyys, spesifisyys ja diagnostinen tarkkuus olivat 88 %, 95 % ja 93 %.5 Vahva yhteneväisyys invasiivisen, johdinpohjaisen FFR:n kanssa tekee näistä menetelmistä todennäköisesti laajalti saatavilla olevia, mutta varhaiset suotuisat tulokset vaativat tietysti vahvistusta. Kun se on vahvistettu suuremmissa tutkimuksissa ja laajemmassa sepelvaltimovaurioiden kirjossa, angio-peräisestä FFR:stä pitäisi tulla rutiininomainen osa diagnostista angiografiaa.

Noninvasiivisen FFR:n laskennan tarkkuus perustuu monimutkaisten laskentamenetelmien toteuttamiseen, jotka voivat vaihdella eri kilpailevien menetelmien välillä. Toisin kuin FFRCT, joka luo täydellisen ja yksityiskohtaisen 3D-mallin sepelvaltimopuusta CTA-kuvista, Tu ym.8 konstruoivat verisuonten geometrian rutiiniangiografiasta soveltamalla yksinkertaisempaa flow-mallia, joka on johdettu sepelvaltimoiden haarojen jaosta (toisin kuin sydänlihaksen massan perusteella arvioitu virtaus)2 , ja likimääräistä algebrallista laskentamenetelmää, joka perustuu yksittäisten valtimoiden ahtaumamallien läpi kulkevaa flow:ta koskeviin kokeellisiin tutkimuksiin8 (toisin kuin CFD-yhtälöt), painehäviön ja FFR:n ratkaisemiseksi (kuva 5). Koska Tu ja muut8 eivät käytä monimutkaisia Navier-Stokesin yhtälöitä, laskenta-aika on lähes välitön sen jälkeen, kun geometria on segmentoitu ”alasegmentteihin” 3D-renderöinnistä. Pellicano et al5 konstruoivat valtimon 3D-geometrian pelkän reititysangiografian perusteella soveltamalla nopeaa virtausanalyysiä, jossa kaikki ahtaumat muunnetaan vastuksiksi lumped-mallissa, kun taas skaalautumislakeja (haarojen) käytetään mikroverenkiertopohjan vastuksen arvioimiseen.

Kilpailu voittajamenetelmästä angiografiasta johdetulle FFR-arvolle käydään parhaillaan, ja eri yritykset käyttävät erilaisia malleja ja erilaisia oletuksia virtauksen ja vastuksen syötteistä (taulukko 1A-B). Esimerkkinä voidaan mainita QFR, jossa käytetään useita virtausmuuttujiin liittyviä oletuksia. fQFR on määritetty hyperemisen inflow, jossa oletetaan fixed inflow-nopeudeksi 0,35 m/s. cQFR on ”virtuaalinen” hyperemisen flow, joka määritetään TIMI-kehyslukuun perustuvasta mallista, joka suhteuttaa mitatun flow:n perusolosuhteissa hyperemiseen flow:hun. Lopuksi aQFR on suoraan mitattu hyperemisen flow-muuttuja. Näiden oletusten perusteella QFR antaa hyvin vertailukelpoisia tuloksia invasiivisen FFR:n kanssa.

Angiopohjaisen FFR:n edut

Angiopohjaisen FFR:n laboratoriossa tehtävät laskelmat ovat nopeita ja niillä on mahdollisuus tarjota langaton FFR-vaurioarviointi jokaiseen angiografiatoimenpiteeseen. Angio-peräisen FFR:n muut edut ovat ilmeisiä. Paineohjauslankaa ei tarvitse asettaa. Farmakologista hyperemiaa ei tarvita. Se on lähes operaattorista riippumaton. Angio-peräinen FFR myös rekisteröidään yhdessä angiografian kanssa, jolloin tulokset ovat tarkkoja ja toistettavissa. Lisäksi sepelvaltimopuun 3D-rekonstruktio voi parantaa viiteastioiden läpimittojen tunnistamista stenttien mitoituksen valintaa varten ja lopulta ennustaa anatomisia ja fysiologisia tuloksia.5

Angiopohjaisen FFR:n rajoitukset

Kuvaan perustuvan FFR-järjestelmän kuvien hankintatarpeet ja käyttöliittymä olisi sisällytettävä saumattomasti katetrointilaboratorion tavanomaiseen työhön. Tiedonhankinnan tulisi häiritä mahdollisimman vähän rutiininomaista angiografiaa. Angiopohjaisen FFR:n pitäisi vaatia vain 2-3 tavanomaisen röntgenkuvausprojektion hankkimista, joissa leesiot näkyvät selvästi. On tärkeää, että koko sepelvaltimopuu näkyy ruudulla ja että verisuonten peittävyys optimoidaan. Huonot kuvat tai päällekkäiset segmentit rajoittavat angio-peräisen FFR:n tarkkuutta. Angio-peräistä FFR:ää varten tarvittavat kuvien ottokulmat ovat samat kuin rutiinitoimenpiteissä käytettävät kulmat. Tarvitaan korkearesoluutioista kuvantamista nopeudella >10 kuvaa/sek.5

Teknisellä puolella sepelvaltimoiden mikrovaskulaarinen vastus (CMV) on perusoletus, jonka avulla paine lasketaan virtauksesta. Eräässä tutkimuksessa CMV johdettiin invasiivisista mittauksista, mikä rajoittaa tulevaa hyväksyntää.9 Kun tietomäärät karttuvat, invasiivista CMV:tä ei toivottavasti enää tarvita. Yksi angiologisesti johdettu FFR-menetelmä, vFFR9,10, edellyttää rotaatioangiografiaa, jota ei ole vielä laajalti saatavilla ja joka voi tuottaa epäsymmetrisiä sepelvaltimosegmenttejä, mikä on ongelma tarkan analyysin kannalta.

Loppujen lopuksi angio-peräisen FFR:n tuottamiseen tarvittavan tiedon hankkimiseen ja käsittelyyn kuluva aika on todennäköisesti pidempi kuin 3 minuutin laskenta-aika. Hankinta-aikaan tulisi realistisesti sisällyttää aika, joka kuluu monimutkaisen anatomian kuvantamiseen liittyvien vaikeuksien voittamiseen, artefaktien poistamiseen, tutkimuksen lataamiseen CFD-analyysiä varten ja volumetrisen verkon luomiseen. Lisäksi on luultavasti potilaskohtaisia virheitä, jotka liittyvät poikkeavaan sepelvaltimoiden fysiologiaan, mikä voi selittää poikkeamat angiografiasta johdettujen ja invasiivisten FFR-mittausten välisissä korrelaatioissa.11

Angiografiasta johdetuista FFR-mittauksista raportoidaan tällä hetkellä off-line-tuloksia, mutta hiljattain on esitetty myös online-sovelluksia. Virtauslaskentaprosessissa tarvitaan minimaalista operaattorin vuorovaikutusta, mikä johtaa vähäiseen operaattoreiden väliseen vaihteluun.

Lopputulos

Kun FFRCT- ja angiojohdettu FFR-teknologia lopulta tulevat laajemmin saataville, ne muuttavat radikaalisti tapaa, jolla diagnostinen angiografia suoritetaan, samalla tavalla kuin invasiivinen FFR muutti tapaa, jolla lähestymme PCI:tä tarvitsevia potilaita.

1. Douglas PS, De Bruyne B, Pontone G, et al. 1-Year Outcomes of FFRCT-Guided Care in Patients With Suspected Coronary Disease: The PLATFORM Study. J Am Coll Cardiol. 2016 Aug 2; 68(5): 435-445. doi: 10.1016/j.jacc.2016.05.057.
2. Taylor CA, Fonte TA, Min JK. Laskennallinen nestedynamiikka sovellettuna sydämen tietokonetomografiaan fraktionaalisen virtausreservin noninvasiiviseen kvantifiointiin: tieteellinen perusta. J Am Coll Cardiol. 2013; 61(22): 2233-2241.
3. Norgaard BL, Leipsic J, Gaur S, et al. Diagnostic performance of noninvasive fractional flow reserve derived from coronary computed tomography angiography in suspected coronary artery disease. J Am Coll Cardiol. 2014; 63: 1145-1155.
4. Min JK, Leipsic J, Pencina MJ, et al. Diagnostic accuracy of fractional flow reserve from anatomic CT angiography. JAMA. 2012; 308: 1237-1234.
5. Pellicano M, Lavi I, Bruyne B, et al. Validation study of image-based fractional flow reserve during coronary angiography. Circ Cardiovasc Interv. 2017; 10: e005259. doi: 10.1161/CIRCINTERVENTIONS.116.005259.
6. Xu B, Tu S, Qiao S, ym. angiografiaan perustuvien kvantitatiivisten virtaussuhdemittausten diagnostinen tarkkuus sepelvaltimoiden ahtaumien online-arvioinnissa. J Am Coll Cardiol. 2017 Dec 26; 70(25): 3077-3087. doi: 10.1016/j.jacc.2017.10.035.
7. Westra J. Late-Breaking Clinical Trials 2. Presented at: TCT Scientific Symposium; Oct. 29-Nov. 2, 2017; Denver, Colorado.
8. Tu S, Westra J, Yang J, et al. Diagnostic accuracy of fast computational approaches to derive fractional flow reserve from diagnostic coronary angiography: the international multicenter FAVOR pilot study. J Am Coll Cardiol Intv. 2016; 9: 2024-2035.
9. Morris PD, van de Vosse FN, Lawford PV, et al. ”Virtual” (computed) fractional flow reserve: current challenges and limitations. JACC Cardiovasc Interv. 2015; 8: 1009-1017. doi: 10.1016/j.jcin.2015.04.006.
10. Morris PD, Ryan D, Morton AC ym. Virtuaalinen fraktionaalinen virtausreservi sepelvaltimoiden varjoainekuvauksesta: sepelvaltimoiden leesioiden merkityksen mallintaminen: tuloksia VIRTU-1-tutkimuksesta (Virtual fractional flow reserve from coronary angiography). JACC Cardiovasc Interv. 2013; 6: 149-157. doi: 10.1016/j.jcin.2012.08.024.
11. Papafaklis MI, Muramatsu T, Ishibashi Y, et al. Fast virtual functional assessment of intermediate coronary lesions using routine angiographic data and blood flow simulation in humans: comparison with pressure wire – fractional flow reserve. EuroIntervention. 2014; 10: 574-583. doi: 10.4244/EIJY14M07_01
12. Tu S, Barbato E, Köszegi Z, et al. Fractional flow reserve calculation from 3-dimensional quantitative coronary angiography and TIMI frame count: a fast computer model to quantify the functional significance of moderate obstructed coronary arteries. JACC Cardiovasc Interv. 2014 Jul; 7(7): 768-777. doi: 10.1016/j.jcin.2014.03.004.

Julkistaminen: Dr. Kern on Abiomedin, Merit Medicalin, Abbott Vascularin, Philips Volcanon, ACIST Medicalin, Opsens Inc:n ja Heartflow Inc:n konsultti.