Niet-invasieve angiografisch afgeleide FFR: Komt draadloze fysiologie binnenkort naar uw Cath Lab?

Niet-invasieve angiografisch afgeleide FFR: Komt draadloze fysiologie binnenkort naar uw Cath Lab?

Een interventionele collega vroeg: “Hoeveel alleen-diagnostische katheterlaboratoria in de Verenigde Staten of Noord-Amerika zouden kunnen profiteren van fractionele flowreserve (FFR), of meer specifiek, angiografisch afgeleide FFR, en hun patiënten niet naar andere laboratoria hoeven te sturen voor verdere beoordeling. Ook bereiken sommige patiënten het percutane coronaire interventie (PCI) lab om er vervolgens achter te komen dat behandeling niet nodig is. Wat denkt u op dit moment van een angio-afgeleide FFR voor laboratoria die alleen diagnostisch onderzoek verrichten?

Toen ik deze vraag voorlegde aan Dr. Paul Teirstein, hoofd cardiologie van het Scripps Institute in La Jolla, Californië, zei hij: “Ik heb hartchirurgen gehad die mij benaderden met de vraag waarom zij verwijzingen krijgen van cardiologen die diagnostische angiografie doen, maar geen FFR doen. De chirurgen zijn zo gewend geraakt aan ons universeel gebruik van FFR voor tussenliggende laesies dat zij geïrriteerd zijn wanneer een “alleen diagnostische cardioloog” een patiënt doorverwijst met een tussenliggende laesie. Hun reactie is: “Waarom moet ik raden of ik een bypass moet geven? Hoe kunnen zij diagnostiek mogen doen als zij geen FFR doen?” In feite is het nadeel voor een chirurgische patiënt nog groter dan voor PCI, aangezien het omzeilen van een laesie die de doorstroming niet beperkt, de bypass in gevaar brengt. Ik veronderstel dat “the times they are a-changin” en misschien moeten we deze kwestie oppakken.

Als groot voorstander van FFR is het voor mij verheugend om te zien dat nu zelfs de chirurgen FFR en zijn rol in complete angiografie waarderen. Hoewel zelden besproken, helpt FFR voor de chirurgen bij het nemen van cruciale beslissingen over revascularisatie. Het lijdt weinig twijfel dat een lab dat zich uitsluitend met diagnostiek bezighoudt, baat zou hebben bij de toevoeging van FFR-operatoren of draadloze angio-afgeleide FFR.

Wat is de rol van niet-invasieve FFRCT?

We weten dat FFRCT, de methode voor het verkrijgen van FFR uit computertomografie-angiografische (CTA) beelden, is goedgekeurd door Medicare en andere derde-betalers. Het wordt gebruikt voordat de patiënten naar het cath lab komen. Het gebruik van FFRCT in de PLATFORM-studie1 heeft het aantal onnodige hartkatheteringen met normale coronaire angiografie verminderd, terwijl hetzelfde aantal patiënten dat PCI nodig had, behouden bleef. Alvorens de rol van angio-afgeleide FFR te bespreken, laten we eerst bekijken hoe FFRCT wordt verkregen (figuur 1). Uitgaande van een CTA van goede kwaliteit worden de beelden offline naar HeartFlow Inc.2 gezonden om de FFR af te leiden, worden de CTA-beelden gereconstrueerd in een 3-dimensionale coronaire boom, waarbij deze in afzonderlijke punten wordt gesegmenteerd en elk punt door gespecialiseerde vergelijkingen (d.w.z. Navier-Stokes-vergelijkingen) wordt verwerkt om het drukverlies te berekenen langs het verloop van de slagader in rust en opnieuw tijdens een veronderstelde hyperemische toestand. Deze computationele vloeistofdynamische vergelijkingen vereisen verschillende veronderstellingen van een populatiemodel betreffende de myocardiale bloedstroomsnelheden als functie van de myocardiale arteriële vertakkingen en de weerstand van het myocard. Deze waarden worden in het computationele flowdynamica-model (CFD) ingevoerd en met behulp van krachtige computers wordt de FFR langs het gehele verloop van elk bloedvat gegenereerd. FFRCT is gevalideerd ten opzichte van invasieve FFR en is in verschillende studies voor ongeveer 80% correlatief bevonden.3,4 FFRCT heeft een betere correlatie met FFR dan de meeste stresstests, en op basis van klinische uitkomstgegevens zal het waarschijnlijk de traditionele stresstests vervangen, met een vermindering van het aantal procedures bij patiënten zonder significante coronaire ziekte. Er zijn echter sommige operatoren die in verwarring kunnen zijn, denkend dat FFRCT de invasieve FFR zal vervangen. FFRCT screent op belangrijke coronaire hartziekte (CAD) voordat de patiënt naar het katheterisatielab komt, en eenmaal in het lab kunnen de operatoren de significantie van de laesie bevestigen met FFR.

Niet-invasieve FFR afgeleid van angiografie: Draadloze FFR in het laboratorium?

Zou het niet geweldig zijn om de FFR uit het angiogram te kunnen halen zonder een geleidingsdraad te hoeven aanbrengen? Dit ligt in onze nabije toekomst. Het genereren van een “virtuele” FFR op basis van angiografie of andere modaliteiten (tabel 1A-B, figuren 2-4) is voorgesteld met behulp van computational flow dynamics (CFD) of snelle flowanalyse om een draadloze beeldgebaseerde FFR te verkrijgen, die in de diagnostische angiografische workflow wordt opgenomen. Zoals verwacht kan worden, vereist de online implementatie van angio-afgeleide FFR nieuwe concepten en systemen om de rekentijd te verkorten en het analyseproces aanvaardbaar te maken voor in-lab functies. Uit de eerste gegevens blijkt dat angio-afgeleide FFR binnen enkele minuten kunnen worden verkregen tijdens een gewoon coronair angiogram.5

Angio-FFR ValidatiestudiesTwee kanshebbers om in de nabije toekomst in de cath labs te worden geïntroduceerd zijn QFR en FFRangio. De validatie van QFR (Quantitative Flow Ratio, Medis Medical Imaging Systems) werd gerapporteerd in het FAVOR II China-onderzoek, waarin de diagnostische accuratesse van QFR op vaatniveau voor het identificeren van hemodynamisch significante coronaire vernauwingen 97% bedroeg en de diagnostische accuratesse op patiëntniveau 97%.7% en de diagnostische nauwkeurigheid op patiëntniveau was 92,4% (P<0,001 voor beide).6 Bovendien toonde de FAVOR II Europa-Japan studie aan dat QFR een superieure sensitiviteit en specificiteit had in vergelijking met 2-D QCA met FFR als gouden standaard: 88% versus 46% en 88% versus 77% (P<0,001 voor beide). De algehele diagnostische accuratesse van QFR was 88%.7 Voor FFRangio (CathWorks) waren de sensitiviteit, specificiteit en diagnostische accuratesse respectievelijk 88%, 95% en 93%.5 De sterke overeenstemming met invasieve, draad-gebaseerde FFR zal deze methoden waarschijnlijk op grote schaal beschikbaar maken, maar de vroege gunstige resultaten moeten natuurlijk worden bevestigd. Zodra dit in grotere studies en voor een breder spectrum van coronaire laesies is bevestigd, zou angio-afgeleide FFR een routineonderdeel van diagnostische angiografie moeten worden.

De nauwkeurigheid bij het berekenen van niet-invasieve FFR is gebaseerd op de implementatie van complexe computationele methoden die kunnen verschillen tussen de diverse concurrerende methoden. In tegenstelling tot FFRCT, waarbij een volledig en gedetailleerd 3D-model van de coronaire boom wordt gemaakt op basis van CTA-scans, hebben Tu et al8 de vaatgeometrie geconstrueerd op basis van routine-angiografie, waarbij een eenvoudiger model voor flow, afgeleid van de verdeling van de coronaire takken (in tegenstelling tot het gebruik van een schatting van de stroming op basis van de myocardiale massa)2, en een benaderende algebraïsche rekenmethode uit experimentele studies van de flow door enkelvoudige arteriële stenosemodellen8 (in tegenstelling tot CFD-vergelijkingen) om de drukval en de FFR op te lossen (figuur 5). Omdat Tu et al8 niet de ingewikkelde Navier-Stokes vergelijkingen gebruiken, is de rekentijd bijna onmiddellijk zodra de geometrie is gesegmenteerd in “subsegmenten” van de 3D rendering. Pellicano et al5 construeerden 3D slagadergeometrie op basis van alleen routing angiografie en pasten snelle flowanalyse toe waarbij alle stenoses worden omgezet in weerstanden in een lumped model, terwijl schalingswetten (van takken) worden gebruikt om de microcirculatiebedweerstand te schatten.

Competitie voor een winnende methode van angiografisch afgeleide FFR is aan de gang, met verschillende bedrijven die verschillende modellen en verschillende veronderstellingen betreffende flow- en weerstandsinputs gebruiken (tabel 1A-B). Een voorbeeld hiervan is QFR waarbij gebruik wordt gemaakt van verschillende aannamen met betrekking tot flowvariabelen. fQFR is gespecificeerde hyperemische inflow, uitgaande van een fixide inflow-snelheid van 0,35 m/s. cQFR is “virtuele” hyperemische flow, bepaald aan de hand van een model op basis van TIMI frame count, waarbij gemeten flow onder uitgangscondities wordt gerelateerd aan hyperemische flow. Ten slotte is aQFR de variabele van de rechtstreeks gemeten hyperemische flow. Op grond van deze aannamen geeft QFR resultaten die in hoge mate vergelijkbaar zijn met die van de invasieve FFR.

Voordelen van Angio-Derived FFR

De in-lab berekeningen van angio-derived FFR zijn snel en hebben de potentie om draadloze FFR-lesiebeoordeling te leveren voor elke angiografische procedure. Andere voordelen van angio-afgeleide FFR liggen voor de hand. Het is niet nodig een druk geleidingsdraad in te brengen. Farmacologische hyperemie is niet nodig. Het is vrijwel onafhankelijk van de operator. De angio-afgeleide FFR wordt ook gecoregistreerd op het angiogram met nauwkeurige en reproduceerbare resultaten. Bovendien kan de 3D-reconstructie van de coronaire boom de identificatie van referentievatdiameters voor de selectie van de grootte van stents verbeteren en uiteindelijk anatomische en fysiologische resultaten voorspellen.5

Beperkingen van Angio-Derived FFR

De vereisten voor beeldverwerving en de gebruikersinterface van een op beeld gebaseerd FFR-systeem moeten naadloos worden opgenomen in de standaardwerkzaamheden van het katheterisatielaboratorium. De gegevensverzameling moet de routinematige angiografie zo min mogelijk verstoren. Angio-afgeleide FFR zou slechts de acquisitie van 2 tot 3 conventionele radiografische projecties moeten vereisen waarin de laesies duidelijk kunnen worden gezien. Het is belangrijk dat de volledige coronaire boom op het scherm wordt gevisualiseerd en dat de vaatopaciteit wordt geoptimaliseerd. Slechte beelden of overlappende segmenten zullen de nauwkeurigheid van de angio-afgeleide FFR beperken. De voor angio-afgeleide FFR benodigde beeldacquisitiehoeken zijn dezelfde als die welke voor routineprocedures worden gebruikt. Er zijn beelden met hoge resolutie nodig met >10 beelden/sec.5

Wat de techniek betreft, is de coronaire microvasculaire weerstand (CMV) een fundamentele aanname om de druk uit de flow te berekenen. In één studie werd de CMV afgeleid uit invasieve metingen, hetgeen de toekomstige aanvaarding zal beperken.9 Naarmate de gegevensreeksen zich opstapelen, zal invasieve CMV hopelijk niet meer nodig zijn. Een van angio afgeleide FFR-methode, vFFR9,10, vereist roterende angiografie, die nog niet algemeen beschikbaar is, en kan asymmetrische coronaire segmentaties opleveren – een punt van zorg voor een nauwkeurige analyse.

Ten slotte zal de tijd die nodig is voor het verkrijgen en verwerken van de gegevens om een angio-afgeleide FFR te produceren waarschijnlijk langer zijn dan de rekentijd van 3 minuten. De tijd die nodig is om de complexe anatomie in beeld te brengen, artefacten te elimineren, het onderzoek te uploaden voor CFD-analyse en de volumetrische mesh te maken, moet realistisch worden ingecalculeerd. Bovendien zullen er waarschijnlijk patiëntspecifieke fouten zijn in verband met abnormale coronaire fysiologie, die uitbijters in de correlaties tussen angiografisch afgeleide en invasieve FFR-metingen kunnen verklaren.11

Angiografisch afgeleide FFR wordt momenteel gerapporteerd voor off-line resultaten, maar recentelijk zijn ook online toepassingen gepresenteerd. Minimale interactie van de operator is nodig in het flowberekeningsproces, hetgeen resulteert in lage inter-operator variabiliteit.

The Bottom Line

Wanneer FFRCT en angio-derived FFR technologie uiteindelijk op grotere schaal beschikbaar komen, zullen zij de manier waarop diagnostische angiografie wordt uitgevoerd radicaal veranderen, op dezelfde manier als invasieve FFR de manier veranderde waarop wij patiënten benaderen die PCI nodig hebben.

1. Douglas PS, De Bruyne B, Pontone G, et al. 1-Year Outcomes of FFRCT-Guided Care in Patients With Suspected Coronary Disease: De PLATFORM-studie. 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. Computationele vloeistofdynamica toegepast op cardiale computertomografie voor niet-invasieve kwantificering van fractionele flowreserve: wetenschappelijke basis. 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, et al. Diagnostische nauwkeurigheid van op angiografie gebaseerde kwantitatieve flow ratio metingen voor online beoordeling van coronaire stenose. 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. Gepresenteerd op: TCT Scientific Symposium; 29 okt. – 2 nov. 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, et al. Virtual fractional flow reserve from coronary angiography: modeling the significance of coronary lesions: results from the VIRTU-1 (VIRTUal Fractional Flow Reserve From Coronary Angiography) study. 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 moderately obstructed coronary arteries. JACC Cardiovasc Interv. 2014 Jul; 7(7): 768-777. doi: 10.1016/j.jcin.2014.03.004.

Disclosure: Dr. Kern is consultant voor Abiomed, Merit Medical, Abbott Vascular, Philips Volcano, ACIST Medical, Opsens Inc., en Heartflow Inc.