TECNICA-PROTOCOLLI DI STUDIO E RISULTATI CLNICI "CORONARIE" R. Marano Dipartimento di Scienze Cliniche e Biommagini, Sezione di Scienze Radiologiche, Università "G. d'Annunzio" - Chieti - Pescara L'Angiografia Coronarica rappresenta, sin dalla sua introduzione cinquanta anni fa (1957), la metodica diagnostica di riferimento nello studio del circolo coronarico nativo e dei controlli degli interventi di rivascolarizzazione coronarica, sia chirurgica (bypass coronarici) che non (stenting e procedure di angioplastica-PTCA). E' stato valutato (1) come in una considerevole percentuale di casi (> 30%) le lesioni diagnosticate all'esame coronarografico risultino non significative e non richiedano pertanto un successivo trattamento né chirurgico né interventistico. Tale significativa frazione di esami coronarografici costituisce, attualmente, il principale presupposto per la continua ricerca ed ottimizzazione di metodiche "non-invasive" che possano sostituire l'Angiografia nella valutazione diagnostica del distretto coronarico. A questo è necessario associare le caratteristiche proprie dell'angiografia coronarica, ossia l'essere una tecnica diagnostica "invasiva", poco gradita al paziente, che necessita dell'ospedalizzazione con rischi (aritmie, stroke, dissezioni, ematomi e a volte exitus) che, se pur con bassa frequenza, risultano sempre presenti con valori di morbilità e mortalità rispettivamente di 1.5% e 0.15% (2). L'Angiografia Coronarica è una tecnica proiettiva bi-dimensionale caratterizzata da elevate risoluzioni spaziale (50 LP/cm) e temporale (<10-msec) che consente la valutazione del solo lume vascolare (contenuto), senza fornire alcuna informazione diretta sulla parete vasale (contenente) con bassa riproducibilità, se non si impiegano software di analisi quantitativa, sia intra che inter-osservatore. In quanto tecnica appunto "luminologica" (3), l'Angiografia può essere gravata a volte dal rischio di sottostimare alcune lesioni severe in caso di particolare morfologia del lume residuo o di malattia coronarica diffusa o di sovrastimare il "guadagno" dopo procedure di PTCA, come in caso di lacerazione della placca. Essa, inoltre, non sempre è in grado di valutare la reale estensione di una ostruzione o il lume vascolare a valle di un'occlusione. Gli aspetti più complessi per l'imaging non-invasivo del distretto coronarico sono rappresentati essenzialmente dalle dimensioni delle arterie coronarie, (2-4 mm in condizioni normali), dal loro decorso complesso, tortuoso e tridimensionale e, soprattutto, dal loro continuo movimento. Sono stati condotti studi (4) mirati alla valutazione sia delle velocità di movimento delle arterie coronarie durante la fase sistolica del ciclo cardiaco [20 mm/sec per la arteria discendente anteriore (ADA), 70 mm/sec per la coronaria dx (Cdx) e 50 mm/sec per la circonflessa (Cx)] che dei differenti tempi di "riposo" nella fase diastolica (120 msec per la Cdx e 160 msec per la ADA). Alla luce di tali caratteristiche, si comprende come nello studio del distretto coronarico sia necessario e fondamentale, per qualunque metodica diagnostica non-invasiva, avere come chiave fondamentale ed imprescindibile una Risoluzione Temporale (RT) elevata, in modo da poter visualizzare la coronaria nella sua fase di "riposo". Date le dimensioni del circolo coronarico e della sua patologia, alla RT si deve associare necessariamente l'esigenza di una elevata Risoluzione Spaziale (RS). Per poter sostituire l'Angiografia nello studio del circolo coronarico, una tecnica diagnostica non-invasiva "ideale" dovrebbe quindi avere come caratteristiche una RS di 0.5x0.5x0.5 mm, una RT di 30-50 msec, essere il più possibile indipendente dalle caratteristiche del paziente ed essere, infine, in grado di fornire immagini con elevata qualità diagnostica. Il primo impiego della Tomografia Computerizzata a fascio di elettroni (Electron Beam Computed Tomography- EBCT) nello studio del distretto cardiaco risale alla prima metà degli anni '80; tale applicazione è stata resa possibile dall'elevata RT (100-msec) e dalla possibilità di applicare all'acquisizione TC il software prospettico (trigger o gating prospettico) di cardio-sincronizzazione (gating-cardiaco). Tale software consente di registrare il tracciato elettrocardiografico (ECG) del paziente e su questo scegliere la finestra temporale più adatta per l'acquisizione della scansione TC, in modo da ottenere immagini assiali nella stessa fase del ciclo cardiaco. Una volta fissata la fase del ciclo cardiaco in cui acquisire l'immagine assiale, lo scanner TC esegue diverse scansioni sequenziali spostando ad ogni ciclo cardiaco il lettino porta-paziente (tecnica "step and shoot"). I limiti della EBCT sono però legati alla modalità unicamente prospettica del gating cardiaco che la rende sensibile alle aritmie, alla bassa risoluzione della metodica sequenziale lungo l'asse-Z (asse longitudinale del paziente: 0.7x0.7x1.5-3 mm), alla durata dell'acquisizione ed, infine, alla scarsa diffusione e costo delle apparecchiature. L'evoluzione delle componenti hardware e software degli scanner TC ha successivamente consentito la nascita della tecnologia TC Spirale, dapprima a singolo strato (TCSS) e quindi, dalla fine degli anni '90, multidetettore (MDCT con 4 file di detettori - 4DCT). In particolare, la tecnologia TC spirale multistrato, unitamente allo sviluppo della modalità retrospettiva del software di gating cardiaco (gating retrospettivo), ha consentito il superamento delle limitazioni della EBCT. I principali vantaggi della 4DCT sono rappresentati infatti dall'acquisizione continua di dati (acquisizione volumetrica) durante una singola apnea respiratoria, dalla riduzione di artefatti da movimento, dalla contemporanea acquisizione di 4 strati per ogni singola rotazione del tubo radiogeno, dalla migliore RS (0,6x0,6x1.2 mm) ed infine dall'ottimizzazione dell'enhancement vascolare (Angio-TC). L'algoritmo di ricostruzione delle immagini normalmente impiegato in MDCT consente di sfruttare i dati relativi solamente ai primi 180° di rotazione del tubo radiogeno attorno al paziente (half-algorithm reconstruction), essendo quelli della seconda metà una copia dei primi (ridondanza dei dati). Negli scanner 4DCT con applicazione cardiaca, la velocità di rotazione del tubo radiogeno è di 500-msec, con RT di 250-msec. Nel caso di studio di pazienti con frequenza cardiaca superiore a 65 battiti per minuto (bpm), alcuni scanner MDCT possono impiegare particolari algoritmi di ricostruzione (algoritmi multi-segmentali) al fine di ottenere i dati necessari per la ricostruzione delle immagini da cicli cardiaci contigui e non da un singolo ciclo (es.: algoritmi bi-segmentali per dati ottenuti da due cicli contigui) (5). Tale possibilità consente di incrementare la RT effettiva della metodica, che non risulta più pari alla metà del tempo di rotazione del tubo radiogeno ma, ad esempio, pari ad un suo quarto nella modalità bi-segmentale (125-msec), avvicinandosi così sempre più alla RT della EBCT. Il software del gating cardiaco retrospettivo consente di registrare il tracciato ECG contemporaneamente all'acquisizione TC spirale e di scegliere, alla fine di questa, la finestra temporale diastolica più idonea nella quale eseguire la ricostruzione delle immagini. Al termine della acquisizione TC è possibile quindi effettuare multiple ricostruzioni al fine di visualizzare le coronarie nella fase di maggior "riposo" ("frozen images"), senza la necessità di esporre ulteriormente il paziente alle radiazioni. Le principali limitazioni della 4DCT sono costitute principalmente da una RS lungo l'asse longitudinale non ancora sub-millimetrica, con scarsa valutazione quindi del lume dei rami coronarici di piccolo calibro e degli stent coronarici e dalla RT non ancora sufficientemente elevata. Ulteriore limite, comune a qualunque esame Angio-TC, è costituito dalla presenza di placche ateromasiche marcatamente calcifiche, inficianti il giudizio diagnostico su strutture vascolari di piccolo calibro. La Tabella 1 mostra i valori di accuratezza diagnostica riportati nei principali lavori comparsi in letteratura relativi alla EBCT e 4DCT nello studio della malattia coronarica con stenosi superiori al 50% del diametro vasale (6-15). Alla fine del 2001 sono comparsi sul mercato scanner MDCT caratterizzati da una più elevata velocità di rotazione del tubo radiogeno (375-420 msec nell'applicazione cardiaca), dall'aumento sia del numero di strati acquisiti per singola rotazione (16 strati - 16DCT) che del numero di file di detettori (24 o 40, a seconda della casa produttrice), dalla maggiore larghezza della matrice di detettori (20, 24 o 32-mm, a seconda della casa produttrice), dalla riduzione del tempo di acquisizione e quindi della durata dell'apnea (18-20 sec) e dalla riduzione della collimazione impiegata in acquisizione (0.625, 0.75 o 0.5-mm), con conseguente aumento della RS (0.6x0.6x0.8-mm) (Tabella 2). La Tabella 3 riporta i principali dati di validazione in letteratura della 16DCT nello studio della malattia coronarica (16, 17). Dalla fine del 2004 sono disponibili gli scanner 64DCT; tali apparecchiature sono caratterizzate ovviamente dall'aumento sia del numero di detettori (32 o 64) che della larghezza della matrice (28.8-40-mm) (Tabella 4) e, soprattutto, dall'ulteriore lieve aumento della velocità di rotazione del tubo radiogeno (0.330-0.350-msec). La risoluzione spaziale è rimasta invece sostanzialmente la stessa, con collimazioni in acquisizione comprese tra 0.5-mm e 0.625-mm. Uno dei principali vantaggi dei nuovi scanner TCMD è costituito essenzialmente dalla possibilità di coprire un maggior volume anatomico (sino a 40-mm) per singola rotazione del tubo radiogeno e quindi di acquisire l'intero volume cardiaco in un minor numero di battiti cardiaci, passando dai circa 16 battiti necessari per la 16DCT ai 4-5 per la 64DCT (Tabella 5). Questo si traduce in pratica in una riduzione degli eventuali artefatti da movimento, che se presenti risultano evidenti solamente a livello del passaggio tra i differenti stack, ossia in 4-5 differenti livelli. Ai fini comunque di mantenere elevata la qualità diagnostica di un esame Cardio-TC rimane immodificata la necessità di studiare pazienti con frequenze cardiache inferiori ai 70 battiti per minuto (bpm) e con ritmi regolari, motivo per il quale la somministrazione di farmaci beta-bloccanti, in assenza di controindicazione, è ancora spesso obbligatoria. Gli obiettivi dell'Imaging non-invasivo del circolo coronarico e della sua patologia mediante Tomografia Computerizzata Spirale Multidetettore possono essere riassunti nella valutazione dell'anatomia coronarica, nel riconoscimento delle lesioni coronariche, nella caratterizzazione della placca coronarica ed, infine, nel follow-up di procedure chirurgiche di rivascolarizzazione coronarica o di procedure interventistiche (angioplastica e stenting). Viene lasciato, per ora, alla Risonanza Magnetica (RM) il ruolo di metodica diagnostica principale nella valutazione della funzione ventricolare, della perfusione e della vitalità miocardica (caratterizzazione tissutale). In conclusione, è ora possibile realmente ipotizzare per la Coronaro-TCMD un ruolo diagnostico concreto come metodica di studio non-invasiva: § in pazienti con sospetto di malattia coronarica e reperti dubbi o non completamente dirimenti sulla base di clinica ed esami strumentali (prova da sforzo, miocardioscintigrafia; § in pazienti con dolore toracico atipico (DD dolore coronarico - non coronarico); § per la valutazione coronarica in pz. cardiopatici non primitivamente coronarici (cardiomiopatie, valvulopatie); § in pazienti con angina stabile (controllo malattia ed eventuale indicazione a PTCA o chirurgia); § in pazienti con rischio clinico, anamnestico e/o strumentale basso o intermedio per malattia coronarica; § per il follow-up di bypass coronarici e stent coronarici; § per il completamento di esami agiografici (anomalie coronariche, malformazioni, etc.) Tabella 1 - accuratezza diagnostica della EBCT e della TCMS con 4 di detetettori nello studio della malattia coronarica (stenosi = 50%). Accuratezza diagnostica nella rilevazione di stenosi significative, con riduzione del diametro uguale o superiore al 50%, e comparata con la coronarografia convenzionale come "gold standard". N° paz.: numero di pazienti inclusi nello studio; Excl.: percentuale di segmenti esclusi considerati non valutabili; Se.: sensibilità; Sp.: specificità; VPP: valore predittivo positivo; VPN: valore predittivo negativo; Acc.: accuratezza diagnostica. # percentuale di arterie escluse dalla valutazione. NEJM: New England Journal of Medicine; AJR: American Journal of Roentgenology; AJC: American Journal of Cardiology; EHJ: European Heart Journal; JCAT: Journal of Computed Assisted Tomography Tabella 2 - confronto tra matrici di detettori delle diverse apparecchiature 16DCT. Tabella 3 - accuratezza diagnostica della TCMS con 16 file di detetettori nello studio della malattia coronarica (stenosi = 50%). Accuratezza diagnostica nella rilevazione di stenosi significative, con riduzione del diametro uguale o superiore al 50%, e comparata con la coronarografia convenzionale come "gold standard". N° paz.: numero di pazienti inclusi nello studio; Excl.: percentuale di segmenti esclusi considerati non valutabili; Se.: sensibilità; Sp.: specificità; VPP: valore predittivo positivo; VPN: valore predittivo negativo; Acc.: accuratezza diagnostica. Tabella 4 - confronto tra matrici di detettori delle diverse apparecchiature 64DCT e particolarità del tubo radiogeno dello scanner Siemens. Tabella 5 - confronto tra acquisizioni cardiache con scanner 64DCT e scanner 16DCT. Bibliografia Haberl R, Becker A, Leber A et al. Correlation of coronary calcification and angiographically documented stenoses in patients with suspected coronary artery disease: results of 1,764 patients. JACC 2001; 37:451-457. Johnson LW, Krone R. 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