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Available online 1 September 2023
Validation of a new model of non-invasive functional assessment of coronary lesions by computer tomography fractional flow reserve
Validación de un nuevo modelo de evaluación funcional no invasiva de lesiones coronarias mediante tomografía computarizada de reserva fraccional de flujo
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Alberto Otero-Cachoa,b,c,d, Diego López-Oteroe,f,
Corresponding author
diego.lopez.otero@sergas.es

Corresponding author.
, Manuel Insúa Villaa, Brais Díaz-Fernándeze,f, María Bastos-Fernándeze,f, Vicente Pérez-Muñuzurib,d, Alberto P. Muñuzurib,c, José Ramón González-Juanateye,f
a FlowReserve Labs S.L., Santiago de Compostela, A Coruña, Spain
b Grupo de Física No Lineal, Universidade de Santiago de Compostela, Santiago de Compostela, A Coruña, Spain
c Centro de Investigación y Tecnología Matemática de Galicia, Santiago de Compostela, A Coruña, Spain
d Centro Interdisciplinar de Investigación en Tecnologías Ambientales, Santiago de Compostela, A Coruña, Spain
e Servicio de Cardioloxía, Complexo Hospitalario Universitario de Santiago de Compostela, Santiago de Compostela, A Coruña, Spain
f Centro de Investigación Biomédica en Red de Enfermedades Cardiovasculares (CIBERCV), Spain
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Received 17 April 2023. Accepted 11 July 2023
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Table 1. FFRct values obtained with different number of mesh faces for patient 01.
Table 2. Basal characteristics of the patients.
Table 3. Values of invasive FFR, FFRct (under basal and hyperemic conditions), WSS, SR and ΔFFRct.
Table 4. Pearson r and R2 correlation coefficients for the five computed parameters compared to the invasive FFR.
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Abstract
Introduction and objectives

Computed tomography of coronary arteries (CTCA) is emerging as the gold standard in the initial evaluation of chest pain. The aim of this study is to calculate the diagnostic performance and clinical usefulness of numerical models of arterial channels flow to assess non-invasive coronary fractional flow reserve by computed tomography (FFRct) compared to assessment by invasive angiography (FFR).

Methods

Computation of FFR from CTCA images was performed on 39 vessels in 32 patients who followed the usual clinical protocol including invasive coronary angiography and FFR following the usual clinical protocol. From the segmentation of the CTCA images, 3D geometry is obtained, and computational fluid dynamics techniques are applied to accurately reproduce the circulation of blood considering steady and unsteady circulatory conditions. Additional parameters as wall shear stress, stenosis resistance index and ΔFFRct were also calculated.

Results

The results obtained show a good correlation between FFRct and invasive FFR, without obtaining false positives values. In addition, no differences were observed between the simulations considering steady conditions or those considering the transient. Additional parameters as wall shear stress, stenosis resistance, and ΔFFRct also showed a good correlation with the invasive values.

Conclusions

This new model for calculating the FFRct from non-invasive 3D medical images of coronary tree has shown good agreement with those obtained using invasive techniques. Parameters as wall shear stress, stenosis resistance and ΔFFRct provide useful information that could be helpful in medical decision-making in those situations with FFR values close to the cut-off zone.

Keywords:
Ischaemic heart disease
Cardiology
Atherosclerosis
Image segmentation
Stenosis
Computed tomography
Abbreviations:
CTCA
FFR
SR
WSS
Resumen
Introducción y objetivos

La tomografía computarizada de arterias coronarias (TCAC) se perfila como el estándar de oro en la evaluación inicial del dolor torácico. El objetivo de este estudio es evaluar el rendimiento diagnóstico y la utilidad clínica de los modelos numéricos de flujo de los canales arteriales para evaluar la reserva fraccional de flujo coronario no invasiva, mediante tomografía computarizada (FFRtc) en comparación con la evaluación mediante angiografía invasiva (FFR).

Métodos

Se realizó el cálculo de FFR a partir de imágenes de TCAC en 39 vasos de 32 pacientes que siguieron el protocolo clínico habitual, incluida la angiografía coronaria invasiva y la FFR. A partir de la segmentación de las imágenes TCAC, se obtuvo la geometría 3D y se aplicaron técnicas de dinámica de fluidos computacional para reproducir con precisión la circulación de la sangre, considerando condiciones circulatorias estables e inestables. También se calcularon parámetros adicionales como la tensión de cizallamiento de la pared, el índice de resistencia a la estenosis y el ΔFFRtc.

Resultados

Los resultados obtenidos muestran una buena correlación entre la FFRtc y la FFR invasiva, sin obtenerse falsos positivos. Además, no se observaron diferencias entre las simulaciones considerando condiciones estacionarias o las que consideraron transitorias. Parámetros adicionales como la tensión de cizallamiento de la pared, el índice de resistencia a la estenosis y el ΔFFRtc también mostraron una buena correlación con los valores invasivos.

Conclusiones

Este nuevo modelo para el cálculo de la FFRtc a partir de imágenes médicas 3D no invasivas del árbol coronario ha mostrado una buena concordancia con las obtenidas mediante técnicas invasivas. Parámetros como la tensión de cizallamiento de la pared, el índice de resistencia a la estenosis y ΔFFRtc brindan información útil que podría ayudar en la toma de decisiones médicas en aquellas situaciones con valores de la FFR cercanos a la zona de corte.

Palabras clave:
Cardiopatía isquémica
Cardilogía
Aterosclerosis
Segmentación de imagen
Estenosis
Tomografía computarizada

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