Nieinwazyjny, pochodzący z angiografii wskaźnik FFR: Czy bezprzewodowa fizjologia wkrótce pojawi się w Twojej pracowni?

Nieinwazyjny, pochodzący z angiografii wskaźnik FFR: Czy bezprzewodowa fizjologia wkrótce pojawi się w Twojej pracowni?

Jeden z kolegów interwencyjnych zapytał: „Jaka jest liczba pracowni diagnostycznych w Stanach Zjednoczonych lub Ameryce Północnej, które mogłyby skorzystać z rezerwy przepływu frakcyjnego (FFR), a ściślej mówiąc, z angio-pochodnej FFR, i nie musiałyby wysyłać swoich pacjentów do innych pracowni w celu dalszej oceny. Ponadto niektórzy pacjenci trafiają do pracowni przezskórnej interwencji wieńcowej (PCI) tylko po to, aby dowiedzieć się, że leczenie nie jest konieczne. Czy mógłby Pan podzielić się swoimi przemyśleniami na temat FFR pochodzącego z angio dla pracowni wyłącznie diagnostycznych w tym momencie?”

Kiedy podzieliłem się tym pytaniem z dr Paulem Teirsteinem, ordynatorem kardiologii w Scripps Institute w La Jolla w Kalifornii, poinformował on, „Miałem kardiochirurgów, którzy zwracali się do mnie z pytaniem, dlaczego dostają skierowania od kardiologów, którzy wykonują angiografię diagnostyczną, ale nie wykonują FFR. Chirurdzy tak bardzo przyzwyczaili się do naszego powszechnego stosowania FFR w przypadku zmian pośrednich, że denerwują się, gdy „kardiolog zajmujący się tylko diagnostyką” kieruje do nich pacjenta ze zmianą pośrednią. Ich reakcja brzmi: „Dlaczego muszę zgadywać, czy powinienem wykonać pomostowanie? Jak można im pozwolić na diagnostykę, skoro nie wykonują FFR?”. W rzeczywistości minusy dla pacjenta chirurgicznego są nawet większe niż w przypadku PCI, ponieważ ominięcie zmiany nie ograniczającej przepływu naraża bypass na ryzyko. Przypuszczam, że „czasy się zmieniają” i może powinniśmy zająć się tą kwestią.

Jako zdecydowany zwolennik FFR z satysfakcją obserwuję, że teraz nawet chirurdzy doceniają FFR i jego rolę w pełnej angiografii. Chociaż rzadko omawiany, FFR dla chirurgów pomaga w podejmowaniu krytycznych decyzji dotyczących rewaskularyzacji. Nie ma wątpliwości, że pracownia zajmująca się wyłącznie diagnostyką odniosłaby korzyści z dodania operatorów FFR lub bezprzewodowego, angio-pochodnego FFR.

Jaka jest rola nieinwazyjnej FFRCT?

Wiemy, że FFRCT, metoda uzyskiwania FFR z obrazów angiograficznych tomografii komputerowej (CTA), została zatwierdzona przez Medicare i innych płatników zewnętrznych. Jest ona stosowana zanim pacjenci trafią do pracowni cewnikowania. Zastosowanie FFRCT w badaniu PLATFORM1 zmniejszyło liczbę niepotrzebnych kardiowersji w przypadku pacjentów z prawidłową koronarografią, przy zachowaniu tej samej liczby pacjentów wymagających PCI. Przed omówieniem roli angio-pochodnej FFR, przyjrzyjmy się, w jaki sposób uzyskuje się FFRCT (ryc. 1). Zaczynając od dobrej jakości CTA, obrazy są przesyłane w trybie offline do firmy HeartFlow Inc.2 W celu uzyskania FFR obrazy CTA są rekonstruowane do postaci trójwymiarowego drzewa wieńcowego, z segmentacją na poszczególne punkty, z których każdy jest przetwarzany przez specjalistyczne równania (np. równania Naviera-Stokesa) w celu obliczenia utraty ciśnienia wzdłuż przebiegu tętnicy w spoczynku i ponownie podczas zakładanego stanu hiperemii. Te obliczeniowe równania dynamiki płynów wymagają kilku założeń z modelu populacyjnego dotyczących szybkości przepływu krwi w mięśniu sercowym jako funkcji rozgałęzień tętniczych mięśnia sercowego i oporu mięśnia sercowego. Wartości te są wprowadzane do modelu obliczeniowej dynamiki przepływu (CFD), a przy użyciu komputerów dużej mocy generowany jest FFR wzdłuż całego przebiegu każdego naczynia. FFRCT został zwalidowany w stosunku do inwazyjnego FFR i w kilku badaniach wykazał około 80% korelację.3,4 FFRCT wykazuje lepszą korelację z FFR niż większość testów wysiłkowych i na podstawie danych dotyczących wyników klinicznych prawdopodobnie zastąpi tradycyjne testy wysiłkowe, co spowoduje zmniejszenie liczby procedur u pacjentów bez istotnej choroby wieńcowej. Niektórzy operatorzy mogą być jednak zdezorientowani, sądząc, że FFRCT zastąpi inwazyjny FFR. FFRCT pozwala wykryć istotną chorobę wieńcową (CAD), zanim pacjent trafi do pracowni kardiologicznej, a następnie po przybyciu do pracowni operatorzy mogą potwierdzić istotność zmiany za pomocą FFR.

Nieinwazyjny FFR pochodzący z angiografii: Wireless FFR in the Lab?

Czy nie byłoby wspaniale uzyskać FFR z angiogramu bez konieczności zakładania prowadnika? To jest w naszej bliskiej przyszłości. Zaproponowano generowanie „wirtualnego” FFR na podstawie angiografii lub innych metod (tab. 1A-B, ryc. 2-4) z wykorzystaniem dynamiki obliczeniowej przepływu (CFD) lub szybkiej analizy przepływu w celu uzyskania bezprzewodowego, opartego na obrazie FFR, włączonego w tok pracy angiografii diagnostycznej. Jak można się spodziewać, implementacja online FFR pochodzącego z naczyń wymaga nowych koncepcji i systemów, aby skrócić czas obliczeń i uczynić proces analizy możliwym do zaakceptowania przez funkcje laboratoryjne. Wczesne dane wskazują, że FFR pochodzący z naczynia można uzyskać w ciągu kilku minut podczas zwykłego angiogramu wieńcowego.5

Badania walidacyjne FFRDwaj pretendenci do wprowadzenia do pracowni kardiologicznych w najbliższej przyszłości to QFR i FFRangio. Walidacja QFR (Quantitative Flow Ratio, Medis Medical Imaging Systems) została przedstawiona w chińskim badaniu FAVOR II, w którym stwierdzono, że dokładność diagnostyczna QFR na poziomie naczynia w identyfikacji hemodynamicznie istotnych zwężeń w naczyniach wieńcowych wynosiła 97.7%, a dokładność diagnostyczna na poziomie pacjenta wynosiła 92,4% (P<0,001 dla obu).6 Ponadto w badaniu FAVOR II Europe-Japan wykazano, że QFR charakteryzuje się wyższą czułością i swoistością w porównaniu z 2-D QCA z FFR jako złotym standardem: 88% vs 46% i 88% vs 77% (P<0,001 dla obu). Ogólna dokładność diagnostyczna QFR wynosiła 88%.7 W przypadku FFRangio (CathWorks) czułość, swoistość i dokładność diagnostyczna FFRangio wynosiły odpowiednio 88%, 95% i 93%.5 Silna zgodność z inwazyjnym, przewodowym FFR prawdopodobnie sprawi, że metody te staną się powszechnie dostępne, ale oczywiście wczesne korzystne wyniki wymagają potwierdzenia. Po potwierdzeniu w większych badaniach i w odniesieniu do szerszego spektrum zmian w naczyniach wieńcowych angio-pochodna FFR powinna stać się rutynową częścią angiografii diagnostycznej.

Dokładność w obliczaniu nieinwazyjnego FFR opiera się na zastosowaniu złożonych metod obliczeniowych, które mogą się różnić między różnymi konkurencyjnymi metodami. W przeciwieństwie do FFRCT, która tworzy kompletny i szczegółowy model 3D drzewa wieńcowego na podstawie skanów CTA, Tu i wsp.8 skonstruowali geometrię naczyń na podstawie rutynowej angiografii, stosując prostszy model dla flow, pochodzący z podziału gałęzi wieńcowych (w przeciwieństwie do szacowania przepływu na podstawie masy mięśnia sercowego)2, oraz przybliżoną algebraiczną metodę obliczeniową pochodzącą z badań eksperymentalnych flow przez modele zwężenia pojedynczej tętnicy8 (w przeciwieństwie do równań CFD) w celu rozwiązania problemu spadku ciśnienia i FFR (ryc. 5). Ponieważ Tu i wsp.8 nie stosują skomplikowanych równań Naviera-Stokesa, czas obliczeń jest prawie natychmiastowy po podzieleniu geometrii na „pod-segmenty” z renderingu 3D. Pellicano i wsp.5 skonstruowali geometrię tętnic 3D wyłącznie na podstawie angiografii rutynowych, stosując szybką analizę przepływu, w której wszystkie zwężenia są przekształcane w opory w modelu grudkowym, podczas gdy prawa skalowania (gałęzi) są używane do oszacowania oporu łożyska mikrokrążenia.

Konkurencja o zwycięską metodę FFR pochodzącego z angiografii jest w toku, a różne firmy stosują różne modele i różne założenia dotyczące danych wejściowych przepływu i oporu (Tabela 1A-B). Przykładem jest QFR, który wykorzystuje kilka założeń dotyczących zmiennych przepływu. fQFR jest określonym hiperemicznym przepływem, przy założeniu stałej prędkości przepływu 0,35 m/s. cQFR jest „wirtualnym” hiperemicznym przepływem, określonym na podstawie modelu opartego na liczbie ramek TIMI, odnoszącego zmierzony przepływ w warunkach wyjściowych do hiperemicznego przepływu. Wreszcie, aQFR jest zmienną bezpośrednio mierzonej hiperemicznej flow. Z tych założeń wynika, że QFR daje wyniki wysoce porównywalne z inwazyjnym FFR.

Zalety angio-pochodnej FFR

Obliczenia in-lab angio-pochodnej FFR są szybkie i mają potencjał, aby zapewnić bezprzewodową ocenę zmian FFR do każdej procedury angiograficznej. Inne zalety angio-pochodnego FFR są oczywiste. Nie ma potrzeby wprowadzania prowadnika ciśnieniowego. Nie jest konieczna farmakologiczna hiperemia. Jest prawie niezależna od operatora. FFR jest również współrejestrowany na angiogramie z dokładnymi i powtarzalnymi wynikami. Dodatkowo, trójwymiarowa rekonstrukcja drzewa wieńcowego może poprawić identyfikację średnic naczyń referencyjnych w celu doboru rozmiaru stentu, a ostatecznie przewidzieć wyniki anatomiczne i fizjologiczne.5

Wymagania dotyczące akwizycji obrazu i interfejs użytkownika systemu FFR opartego na obrazie powinny być płynnie włączone do standardowej pracy pracowni cewnikowania. Akwizycja danych powinna w minimalnym stopniu zakłócać rutynową angiografię. FFR oparty na obrazie naczyniowym powinien wymagać jedynie 2 do 3 konwencjonalnych projekcji radiograficznych, w których zmiany chorobowe są dobrze widoczne. Ważne jest uwidocznienie na ekranie całego drzewa wieńcowego i optymalne uwidocznienie naczyń. Słabe obrazy lub nakładające się na siebie segmenty ograniczają dokładność FFR uzyskiwanego metodą angio. Kąty akwizycji obrazu potrzebne do uzyskania angio-pochodnej FFR są takie same jak w przypadku rutynowych procedur. Potrzebna jest wysoka rozdzielczość obrazowania przy >10 klatkach/sek.5

Po stronie technicznej, opór mikronaczyniowy naczyń wieńcowych (CMV) jest podstawowym założeniem do obliczenia ciśnienia z przepływu. W jednym z badań CMV uzyskano na podstawie pomiarów inwazyjnych, co ograniczy przyszłą akceptację.9 W miarę gromadzenia zestawów danych można mieć nadzieję, że inwazyjny CMV nie będzie potrzebny. Jedna z angio-pochodnych metod FFR, vFFR9,10, wymaga angiografii rotacyjnej, która nie jest jeszcze powszechnie dostępna i może powodować asymetryczne segmentacje naczyń wieńcowych – co stanowi problem dla dokładnej analizy.

Wreszcie, ilość czasu wymagana do pozyskania i przetworzenia danych w celu uzyskania angio-pochodnej FFR będzie prawdopodobnie dłuższa niż 3-minutowy czas obliczeń. Czas akwizycji powinien realistycznie obejmować czas na pokonanie trudności związanych z obrazowaniem złożonej anatomii, eliminację artefaktów, przesłanie badania do analizy CFD i utworzenie siatki wolumetrycznej. Ponadto prawdopodobnie wystąpią błędy specyficzne dla danego pacjenta, związane z nieprawidłową fizjologią naczyń wieńcowych, które mogą odpowiadać za wartości odstające w korelacjach między angiograficznymi i inwazyjnymi pomiarami FFR.11

Angio-pochodna FFR jest obecnie podawana dla wyników off-line, ale ostatnio przedstawiono również aplikacje on-line. W procesie obliczania przepływu konieczna jest minimalna interakcja operatora, co skutkuje niską zmiennością międzyoperacyjną.

The Bottom Line

Gdy technologie FFRCT i angio-pochodnej FFR staną się ostatecznie szerzej dostępne, radykalnie zmienią sposób wykonywania angiografii diagnostycznej w taki sam sposób, w jaki inwazyjna FFR zmieniła sposób podejścia do pacjentów wymagających 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. 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. Dokładność diagnostyczna pomiarów ilościowego stosunku przepływu opartego na angiografii do oceny online zwężeń w naczyniach wieńcowych. 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, 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.

Ujawnienie: Dr Kern jest konsultantem firm Abiomed, Merit Medical, Abbott Vascular, Philips Volcano, ACIST Medical, Opsens Inc. oraz Heartflow Inc.