Icke-invasiv angiografisk FFR: Kommer trådlös fysiologi snart till ditt kateterlaboratorium?

Icke-invasiv angiografisk FFR: Kommer trådlös fysiologi snart till ditt kateterlaboratorium?

En interventionell kollega frågade: ”Hur många av de enbart diagnostiska kateterlaboratorierna i USA eller Nordamerika skulle kunna dra nytta av fraktionell flödesreserv (FFR), eller närmare bestämt angioavledd FFR, och slippa skicka sina patienter till andra laboratorier för ytterligare bedömning? Vissa patienter når också laboratoriet för perkutan koronar intervention (PCI) bara för att få reda på att behandling inte är nödvändig. Kan du dela med dig av dina tankar om angioderiverad FFR för laboratorier som endast är inriktade på diagnostik vid denna tidpunkt?”

När jag delade denna fråga med dr Paul Teirstein, chef för kardiologin vid Scripps Institute i La Jolla, Kalifornien, rapporterade han: ”Jag har haft hjärtkirurger som har kontaktat mig och frågat varför de får remisser från kardiologer som gör diagnostisk angiografi, men inte gör FFR. Kirurgerna har blivit så vana vid vår universella användning av FFR för intermediära lesioner att de blir irriterade när en ”enbart diagnostisk kardiolog” hänvisar en patient med en intermediär lesion. Deras reaktion är: ”Varför måste jag gissa om jag ska gå förbi den? Hur kan de tillåtas göra diagnostik om de inte gör FFR?” I själva verket är nackdelen för en kirurgisk patient till och med större än för PCI, eftersom bypassning av en icke flödesbegränsande lesion innebär en risk för bypassningen. Jag antar att ”tiderna förändras” och att vi kanske borde ta upp den här frågan.

Som en stark förespråkare av FFR är det glädjande för mig att se att nu till och med kirurgerna värdesätter FFR och dess roll i en fullständig angiografi. Även om det sällan diskuteras hjälper FFR kirurgerna att fatta kritiska beslut om revaskularisering. Det råder knappast någon tvekan om att ett labb som endast arbetar med diagnostik skulle ha nytta av att lägga till FFR-operatörer eller trådlös angioderiverad FFR.

Vad är rollen för icke-invasiv FFRCT?

Vi vet att FFRCT, metoden för att erhålla FFR från datortomografiska angiografiska bilder (CTA), har godkänts av Medicare och andra tredjepartsbetalare. Den används innan patienterna kommer till kateterlabbet. Användningen av FFRCT i PLATFORM-studien1 minskade antalet onödiga hjärtkateter som hade normal koronarangiografi, samtidigt som samma antal patienter behövde PCI. Innan vi diskuterar den roll som angioderiverad FFR spelar, ska vi se över hur FFRCT erhålls (figur 1). Med utgångspunkt i en CTA av god kvalitet skickas bilderna offline till HeartFlow Inc.2 För att få fram FFR rekonstrueras CTA-bilderna till ett tredimensionellt kranskärlsträd, som segmenteras i enskilda punkter där varje punkt bearbetas med hjälp av specialiserade ekvationer (dvs. Navier-Stokes-ekvationer) för att beräkna tryckförlusten längs artärens lopp i vila och återigen under ett förmodat hyperemiskt tillstånd. Dessa beräkningsmässiga flödesdynamiska ekvationer kräver flera antaganden från en befolkningsmodell om myokardblodflödet som en funktion av myokardets arteriella grenar och myokardets motstånd. Dessa värden förs in i CFD-modellen (Computational Flow Dynamics), och med hjälp av högpresterande datorer genereras FFR längs varje kärls hela lopp. FFRCT har validerats mot invasiv FFR och befunnits ha cirka 80 % korrelation i flera studier.3,4 FFRCT har bättre korrelation med FFR än de flesta stresstester, och baserat på data om kliniska resultat kommer sannolikt att ersätta traditionell stresstestning, med en minskning av ingrepp hos patienter utan betydande kranskärlssjukdom. Det finns dock vissa operatörer som kan vara förvirrade och tror att FFRCT kommer att ersätta invasiv FFR. FFRCT undersöker om det finns betydande kranskärlssjukdom (CAD) innan patienten kommer till kateterlabbet, och när patienten väl är på labbet kan operatörerna bekräfta lesionens betydelse med FFR.

Noninvasiv FFR som härrör från angiografi:

Var det inte fantastiskt att få FFR från angiografin utan att behöva sätta in en styrtråd? Detta ligger i vår nära framtid. Generering av ett ”virtuellt” FFR som härrör från angiografi eller andra modaliteter (tabell 1A-B, figurer 2-4) har föreslagits med hjälp av computational flow dynamics (CFD) eller snabbflödesanalys för att erhålla trådlös bildbaserad FFR, införlivad i det diagnostiska angiografiska arbetsflödet. Som man kan förvänta sig krävs det nya koncept och system för att minska beräkningstiden och göra analysprocessen godtagbar för laboratoriefunktioner för online-implementering av angio-avledd FFR. Tidiga data visar att angioavledd FFR kan erhållas inom flera minuter under en vanlig koronarangiografi.5

Angio-FFR-valideringsstudierTvå utmanare för introduktion i kateterlaboratorierna inom en snar framtid är QFR och FFRangio. Validering av QFR (Quantitative Flow Ratio, Medis Medical Imaging Systems) rapporterades i FAVOR II China-studien, där QFR:s diagnostiska noggrannhet på kärlnivå för identifiering av hemodynamiskt signifikant kranskärlsstenos var 97 %.7 % och den diagnostiska noggrannheten på patientnivå var 92,4 % (P<0,001 för båda).6 Dessutom visade FAVOR II Europa-Japan-studien att QFR hade överlägsen sensitivitet och specificitet i jämförelse med 2-D QCA med FFR som guldstandard: 88 % vs 46 % och 88 % vs 77 % (P<0,001 för båda). Den totala diagnostiska noggrannheten för QFR var 88 %.7 För FFRangio (CathWorks) var sensitiviteten, specificiteten och den diagnostiska noggrannheten för FFRangio 88 %, 95 % respektive 93 %.5 Den starka överensstämmelsen med invasiv, trådbaserad FFR kommer troligen att göra dessa metoder allmänt tillgängliga, men tidiga gynnsamma resultat kräver förstås bekräftelse. När de bekräftas i större studier och för ett bredare spektrum av kranskärlslesioner bör angio-deriverad FFR bli en rutinmässig del av den diagnostiska angiografin.

Precisionen vid beräkning av icke-invasiv FFR bygger på genomförandet av komplexa beräkningsmetoder som kan skilja sig åt mellan de olika konkurrerande metoderna. Till skillnad från FFRCT, som skapar en komplett och detaljerad 3D-modell av kranskärlsträdet från CTA-skanningar, konstruerade Tu et al8 kärlgeometrin från rutinangiografi och tillämpade en enklare modell för flow, som härrör från uppdelningen av kranskärlsgrenarna (i motsats till att använda en uppskattning av flödet från hjärtmuskelmassan)2 , och en approximativ algebraisk beräkningsmetod från experimentella studier av flöden genom enskilda arteriella stenosmodeller8 (i motsats till CFD-ekvationer) för att lösa tryckfallet och FFR (figur 5). Eftersom Tu et al8 inte använder de komplicerade Navier-Stokes-ekvationerna är beräkningstiden nästan omedelbar när geometrin segmenteras i ”undersegment” från 3D-återgivningen. Pellicano et al5 konstruerade 3D-artärgeometri enbart från routing angiografi och tillämpade snabb flödesanalys där alla stenoser omvandlas till motstånd i en klumpmodell, medan skalningslagar (för grenar) används för att uppskatta motståndet i mikrocirkulationsbädden.

Konkurrens om en vinnande metod för angiografiskt härledd FFR pågår, och olika företag använder olika modeller och olika antaganden om flödes- och motståndsinmatningar (tabell 1A-B). Ett exempel är QFR som använder flera antaganden om flödesvariabler. fQFR är specificerad hyperemisk flow, med antagande om en fixerad flowhastighet på 0,35 m/s. cQFR är ”virtuell” hyperemisk flow, bestämd utifrån en modell baserad på TIMI-frame count, som relaterar uppmätt flow under baslinjeförhållanden till hyperemisk flow. Slutligen är aQFR variabeln för direkt uppmätt hyperemisk flow. Utifrån dessa antaganden ger QFR mycket jämförbara resultat med invasiv FFR.

Fördelar med angioavledd FFR

Inlabberäkningarna av angioavledd FFR är snabba och har potential att ge trådlös FFR-lägesbedömning till varje angiografiskt förfarande. Andra fördelar med angioavledd FFR är uppenbara. Det finns inget behov av att sätta in en tryckstyrtråd. Farmakologisk hyperemi är inte nödvändig. Den är nästan operatörsoberoende. Den angioavledda FFR-analysen samregistreras också på angiogrammet med exakta och reproducerbara resultat. Dessutom kan 3D-rekonstruktion av kranskärlsträdet förbättra identifieringen av referenskärlsdiametrar för val av stentstorlek och i slutändan förutsäga anatomiska och fysiologiska resultat.5

Begränsningar av angioavledd FFR

Bildförvärvskraven och användargränssnittet för ett bildbaserat FFR-system bör sömlöst införlivas i standardarbetet i kateteriseringslaboratoriet. Datainsamlingen bör minimalt störa den rutinmässiga angiografin. Angioavledd FFR bör endast kräva förvärv av 2 till 3 konventionella röntgenprojektioner där lesionerna tydligt kan ses. Det är viktigt att visualisera hela kranskärlsträdet på skärmen och att optimera kärlopacifieringen. Dåliga bilder eller överlappande segment begränsar noggrannheten hos angioderiverad FFR. De bildinsamlingsvinklar som behövs för angioderiverad FFR är desamma som de som används vid rutinprocedurer. Det krävs högupplösta bilder med >10 bilder/sek.5

På den tekniska sidan är det koronära mikrovaskulära motståndet (CMV) ett grundläggande antagande för att beräkna tryck från flödet. CMV i en studie härleddes från invasiva mätningar, något som kommer att begränsa framtida acceptans.9 I takt med att datamängderna ackumuleras hoppas man att invasiv CMV inte kommer att behövas. En angioavledd FFR-metod, vFFR9,10, kräver rotationsangiografi, som ännu inte är allmänt tillgänglig, och kan ge asymmetriska kranskärlssegmenteringar – ett problem för en noggrann analys.

För det sista är det troligt att den tid som krävs för att samla in och bearbeta data för att producera angioavledd FFR är längre än beräkningstiden på 3 minuter. Förvärvstiden bör realistiskt sett inkludera tiden för att övervinna svårigheterna med att avbilda komplex anatomi, eliminera artefakter, ladda upp studien för CFD-analys och skapa det volymetriska nätet. Dessutom kommer det förmodligen att finnas patientspecifika fel relaterade till onormal koronarfysiologi som kan förklara avvikelser i korrelationerna mellan angiografiskt härledda och invasiva FFR-mätningar.11

Angiografiskt härledda FFR rapporteras för närvarande för offline-resultat, men på senare tid har även online-tillämpningar presenterats. Minimal operatörsinteraktion är nödvändig i flödesberäkningsprocessen, vilket resulterar i låg variabilitet mellan operatörerna.

The Bottom Line

När FFRCT- och angioavledd FFR-teknik i slutändan blir mer allmänt tillgänglig kommer de att radikalt förändra det sätt på vilket diagnostisk angiografi utförs på samma sätt som invasiv FFR förändrade det sätt på vilket vi närmar oss patienter som behöver PCI.

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. Computational fluid dynamics applied to cardiac computed tomography for noninvasive quantification of fractional flow reserve: scientific 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. Valideringsstudie av bildbaserad fraktionell flödesreserv vid koronarangiografi. Circ Cardiovasc Interv. 2017; 10: e005259. doi: 10.1161/CIRCINTERVENTIONS.116.005259.
6. Xu B, Tu S, Qiao S, et al. Diagnostisk noggrannhet hos angiografibaserade kvantitativa flödesförhållandemätningar för onlinebedömning av koronarstenos. 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. ”Virtuell” (beräknad) fraktionell flödesreserv: nuvarande utmaningar och begränsningar. 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. Snabb virtuell funktionsbedömning av intermediära kranskärlslesioner med hjälp av rutinmässiga angiografiska data och simulering av blodflöde hos människor: jämförelse med trycktråd – fractional flow reserve. EuroIntervention. 2014; 10: 574-583. doi: 10.4244/EIJY14M07_01
12. Tu S, Barbato E, Köszegi Z, et al. Beräkning av fraktionell flödesreserv från tredimensionell kvantitativ koronarangiografi och TIMI-ramräkning: en snabb datormodell för att kvantifiera den funktionella betydelsen av måttligt obstruerade kranskärl. JACC Cardiovasc Interv. 2014 Jul; 7(7): 768-777. doi: 10.1016/j.jcin.2014.03.004.

Oppenläggning: Dr Kern är konsult för Abiomed, Merit Medical, Abbott Vascular, Philips Volcano, ACIST Medical, Opsens Inc. och Heartflow Inc.