Quantitative Coronary
Angiography (QCA)
and Intravascular
Ultrasound (IVUS)
Pierfrancesco Agostoni, MD
Department of Cardiology
University Medical Center Utrecht
Utrecht, The Netherlands
Pierfrancesco Agostoni
Nessun conflitto d’interesse da dichiarare
QCA
• La QCA (Quantitative Coronary Angiography,
angiografia coronarica quantitativa) è una tecnica,
direttamente basata sull’esame coronarografico con
mezzo di contrasto, mediante la quale si ottengono
parametri che quantificano in modo “obiettivo” le
stenosi coronariche e i risultati immediati e a lungo
termine delle procedure interventistiche coronariche
QCA
• La QCA è basata sull’utilizzo di specifici e dedicati
software che permettono di definire in modo
sostanzialmente “operatore-indipendente” determinate
misure che quantificano il lume coronarico
Q-Angio®XA
Pie-Medical CAAS II
SCOPI
• Pratica clinica quotidiana
– Eseguita “on-line”
– Permette di scegliere i materiali adeguati (in
particolare lunghezza e diametro degli stent)
• Si contrappone alla stima qualitativa (“eye-balling” o
“visual estimation”) delle stenosi coronariche e dei
risultati delle procedure interventistiche
• Ricerca scientifica
– Eseguita “off-line”, da operatori indipendenti dalla
procedura stessa
– Permette di avere una valutazione “numerica” delle
stenosi coronariche e delle eventuali procedure
interventistiche eseguite
• Permette di uniformare, rendere obiettivi e
confrontabili i dati ottenuti dai vari laboratori e nei
vari studi
QCA
Primo passo:
• acquisire immagini angiografiche della coronaria
d’interesse di alta qualità e secondo una tecnica
standardizzata
– La coronarografia fornisce un luminogramma
bidimensionale di una struttura tridimensionale
• La coronarografia visualizza solo il lume coronarico,
quindi non fornisce nessuna indicazione diretta sulla
parete vascolare e sul processo aterosclerotico per se,
ma solo sull’impatto di questo processo sul lume
• Ogni acquisizione coronarografica fornisce un’immagine
in due dimensioni, mentre le coronarie si sviluppano in
modo tridimensionale intorno al muscolo cardiaco
QCA
– Per avere una descrizione più veritiera possibile
dell’esatta anatomia coronarica, il tubo radiogeno
dev’essere esattamente perpendicolare al segmento
coronarico di interesse
• È consigliabile ottenere due proiezioni perpendicolari
una rispetto all’altra ed entrambe al segmento
coronarico d’interesse
– Limitazioni:
• accorciamento (“foreshortening”) di determinate
strutture rispetto alla reale anatomia
• sovrapposizione (“overlap”) di strutture contigue
che può mascherare alcuni segmenti d’interesse
QCA
Secondo passo:
• selezionare l’immagine (still-frame) su cui far l’analisi da
una specifica sequenza angiografica
– Minimo foreshortening e minimo overlap
– Paziente in ispirazione profonda (aumenta la
contrapposizione tra il nero del m.d.c. e lo sfondo)
– catetere nella sequenza (catetere = strumento per la
calibrazione)
– Somministrazione di nitroglicerina intracoronarica
– Immagine in telediastole
– Seconda immagine con la punta del catetere piena di
m.d.c. da usare per la calibrazione
– Stenosi e catetere più possibile al centro dell’immagine
UN ESEMPIO
UN ESEMPIO
Stent 3.0x16 mm a 20 atm
Post-dilatazione con pallone NC 3.5x12 mm a 16 atm
CALIBRAZIONE
Il catetere, di cui si conosce la misura
in French, quindi il diametro (per
esempio, 5F = 1.7 mm, 6F = 2 mm, 7F =
2.3 mm, 8F = 2.6 mm), viene misurato
Si traccia manualmente una linea
centrale lungo il tratto della punta del
catetere e il software automaticamente
ne riconosce i margini, usando specifici
algoritmi che su immagini digitali
riconoscono il passaggio da pixel
radioopachi (neri o grigi scuri) a pixel
radiotrasparenti (grigi chiari o bianchi)
secondo un’analisi densitometrica
Il software è in grado di trasformare
ogni pixel in un quadrato con lati di
dimensioni note (in mm)
QCA PRE-PROCEDURA (1)
Il segmento coronarico d’interesse
deve includere la stenosi e i tratti
di coronaria a monte e a valle
considerati angiograficamente
“indenni” da lesioni significative
(chiamati segmenti di riferimento)
Scelta la regione d’interesse, se ne
traccia manualmente la linea
centrale e automaticamente il
software riconosce i margini del
tratto coronarico considerato
(automatic contour detection)
Questo permette di ottenere una
serie di diametri lungo tutto il
tratto stesso, misurati in pixel e
trasformati, mediante il parametro
della calibrazione, in mm
QCA PRE-PROCEDURA (2)
La ricostruzione automatica del
presunto lume coronarico normale
viene eseguita mediante un
algoritmo che crea una linea, per
ogni margine coronarico, che
“interpola” i tratti coronarici esenti
da malattia a monte e a valle della
regione di interesse, con quelli
della regione d’interesse stessa,
ricostruendo i bordi coronarici di
riferimento (in inglese “reference
segments”)
Questa tecnica si basa sul calcolo
di un valore medio dei diametri del
lume nei segmenti di riferimento a
monte e a valle della lesione
Unità di
misura
Significato
millimetri
(mm)
il punto in cui il lume del tratto
coronarico considerato ha il suo
diametro minore
millimetri
(mm)
la lunghezza della stenosi misurata dai
2 punti dove i margini coronarici
cambiano direzione, creando una
“spalla” tra il tratto coronarico nomale
e quello malato
millimetri
(mm)
il diametro, derivato per
“interpolazione”, del tratto coronarico
se questo non fosse malato
percentuale
(%)
il rapporto tra il MLD e il RVD atteso al
livello della misurazione del MLD
PARAMETRI MISURATI
Minimal luminal
diameter (MLD)
Lesion Length
PARAMETRI DERIVATI
Reference vessel
diameter (RVD)
Diameter stenosis
(DS)
QCA POST-PROCEDURA (1)
QCA POST-PROCEDURA (2)
Dopo impianto di uno stent
coronarico è possibile effettuare
l’analisi dei margini dello stent
stesso (“stent edge”)
Lo stent, essendo debolmente
radioopaco, può esser visualizzato
durante la fase della sequenza
coronarografica in cui il mezzo di
contrasto non è stato ancora
iniettato nella coronaria
Si marcano, con 2 linee trasversali
al lume vasale, i margini
prossimale e distale dello stent e
viene calcolato automaticamente il
segmento dove lo stent è stato
impiantato e i 5 mm prossimali e
distali allo stent stesso
QCA POST-PROCEDURA (3)
Segment
5 mm
5 mm
proximal
edge
distal
edge
Stent
ANALISI SERIATE
Per gli studi su device coronarici, vengono eseguite
almeno 3 analisi QCA, una prima del trattamento, una
immediatamente dopo il trattamento e una al follow-up,
ad una distanza pre-specificata, di solito 4-12 mesi
Ulteriori analisi a un follow-up ancora più lungo (2-5
anni dal trattamento) possono essere effettuate, anche
se sono limitate da problemi etici e/o logistici
Questo tipo di analisi permette di ottenere parametri,
che valutano la performance dei device coronarici nel
tempo, direttamente calcolati dai parametri misurati o
derivati dalle singole acquisizioni QCA
Unità di
misura
Significato
PARAMETRI CALCOLATI
Acute gain
millimetri
(mm)
la differenza tra il MLD post-procedurale e
il MLD pre-procedurale
Late luminal loss
millimetri
(mm)
la differenza tra il MLD post-procedurale e
il MLD al follow-up
PARAMETRI DERIVATI (SOLO ANGIO FOLLOW UP)
Binary restenosis
presenza /
assenza
una DS>50% alla coronarografia al followup, nel segmento coronarico trattato
L’acute gain da un’idea dell’efficacia acuta del device nel
dilatare la lesione coronarica d’interesse
Il late luminal loss è una stima di tutti quei processi che
sono coinvolti nel fenomeno della restenosi coronarica dopo
trattamento percutaneo (recoil acuto, rimodellamento
tardivo e iperplasia intimale)
Bare Metal Stent
Sirolimus Eluting Stent
P
0.72
0.51
13
±9
3.28 ± 0.57
1.05 ± 0.51
68 ± 13
18.6 ± 11
0.63
0.35
0.33
0.27
Segmento
Minimal luminal diameter (mm)
Diameter stenosis (%)
Edge prossimale
2.60 ± 0.54
16 ± 8
2.76 ± 0.51
17 ± 6
0.15
0.37
Minimal luminal diameter (mm)
Diameter stenosis (%)
3.08 ± 0.61
7±7
3.29 ± 0.60
6±8
0.08
0.48
2.77 ± 0.44
12 ± 11
1.62 ± 0.58
2.88 ± 0.42
14 ± 7
1.83 ± 0.53
0.18
0.12
0.06
2.83 ± 0.71
8 ± 10
2.99 ± 0.68
9 ± 11
0.26
0.58
Pre-procedura
Reference vessel diameter (mm)
Minimal luminal diameter (mm)
Diameter stenosis (%)
Lesion Length (mm)
3.34 ±
1.14 ±
66 ±
16.2
Post-procedura
Stent
Minimal luminal diameter (mm)
Diameter stenosis (%)
Acute gain (mm)
Edge distale
Minimal luminal diameter (mm)
Diameter stenosis (%)
Adapted from: Vermeersch, Agostoni et al. RRISC study. JACC 2007
Bare Metal Stent
Sirolimus Eluting Stent
P
1.90 ± 0.87
2.33 ± 0.68
0.010
39 ± 23
28 ± 16
0.008
2.91 ± 0.79
3.10 ± 0.68
0.21
10 ± 12
10 ± 10
0.83
1.97 ± 0.89
2.49 ± 0.67
0.002
38 ± 23
23 ± 18
0.001
2.59 ± 0.82
2.79 ± 0.71
0.22
13 ± 16
13 ± 13
0.99
Segmento
0.70 ± 0.61
0.40 ± 0.51
0.015
Edge prossimale
0.17 ± 0.55
0.17 ± 0.48
0.97
Stent
0.79 ± 0.66
0.38 ± 0.51
0.001
Edge distale
0.24 ± 0.50
0.19 ± 0.51
0.61
Segmento
32.6%
13.6%
0.031
Stent
30.6%
11.3%
0.024
Follow-up
Segmento
Minimal luminal diameter (mm)
Diameter stenosis (%)
Edge prossimale
Minimal luminal diameter (mm)
Diameter stenosis (%)
Stent
Minimal luminal diameter (mm)
Diameter stenosis (%)
Edge distale
Minimal luminal diameter (mm)
Diameter stenosis (%)
Late loss (mm)
Binary restenosis
Adapted from: Vermeersch, Agostoni et al. RRISC study. JACC 2007
IVUS
• L’ IVUS (IntraVascular UltraSound, ecografia
intravascolare) è un’indagine tomografica del lume e
della parete vasale delle coronarie, ottenuta con
cateteri ecografci dedicati che vengono portati
all’interno del vaso coronarico stesso
– E’ un indagine “più invasiva” della coronarografia
– E’ complementare all’angiografia in quanto richiede
guida fluoroscopica
IVUS
Sistema Boston Scientific 40 MHz a rotazione meccanica
Sistema Volcano 20 MHz a file di multielementi elettronici
Entrambi i sistemi compatibili 6F
Guida coronarica 0.014 inches
Eparinizzazione completa (70-100 U/Kg => ACT>250)
Nitroglicerina intracoronarica
IVUS
Sistema Boston Scientific 40 MHz a rotazione meccanica
IVUS
Sistema Volcano 20 MHz a file di multielementi elettronici
IVUS
Sistema Boston Scientific 40 MHz a rotazione meccanica
IVUS
Sistema Volcano 20 MHz a file di multielementi elettronici
IVUS
Risoluzione assiale:
80-100 micron
Risoluzione laterale:
200-250 micron
IVUS
Il lume (sangue) e’ nero (blood speckling)
L’ intima (placca) e’ densa e appare “bianca”
La media (EEM- membrana elastica esterna) e’ composta di
SMC omogenee e non riflette gli ultrasuoni (nera)
L’ avventizia ha “strati” di collagene molto ecogeni (bianca)
Lumen area - Minimal, maximal, mean lumen diameter
Vessel area - Minimal, maximal, mean vessel diameter
Plaque area = Vessel area – Lumen area
% Plaque = (Vessel area – Lumen area) / Vessel area
Remodeling (positivo / negativo)
Stent
Stent area - Minimal, maximal, mean stent diameter
Neointimal hyperplasia area = Stent area – Lumen area
IVUS Pull-back
Bifurcation
LAD-CX
Bif. LAD-CX
Distal LM
Lesion
14 mm
Distal LM
Proximal LM
Lesion
Prox. LM
Catheter
IVUS Pull-back
Bifurcation
LAD-CX
Distal LM
Stent
Stent area: 12 mm2
Stent diameter: 4 mm
Ostium
IVUS Pull-back
Il pull-back automatico (non il
manuale) permetter il calcolo dei
volumi
Velocità: di solito 0.5 mm/sec
Ricostruzione 3D (software dedicati)
Lumen volume
Stent volume
Vessel volume
Plaque volume (vessel – lumen)
Neonitimal volume (stent – lumen)
Artefatti
Ringdown
Blood speckle
Far field
Guida coronarica
“12 o’clock” artifact
NURD (Non-Uniform
Rotation Deformation)
Sviluppi “futuri”
Ulcera
Virtual Histology (VH)
Placca ulcerata non-“flow-limiting”
Placca prevalentemente
fibrosa (stable?)
Bibliografia
Garrone P, et al. Quantitative coronary angiography in
the current era: principles and applications. J Interv
Cardiol 2009 Jul 13 [E-pub ahead of print].
Mintz GS, et al. American College of Cardiology clinical
expert consensus document on standards for acquisition,
measurement and reporting of intravascular ultrasound
studies (IVUS). A report of the American College of
Cardiology task force on clinical expert consensus
documents. J Am Coll Cardiol 2001;37:1478-1492.
Garcia-Garcia HM, et al. Tissue characterisation using
intravascular
radiofrequency
data
analysis:
recommendations for acquisition, analysis, interpretation
and reporting. EuroIntervention 2009;5:177-189.
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