Inovace v zobrazování srdce a cév

Zejména tomu, jak umělá inteligence a technologie na ní založené pomáhají zlepšovat pracovní postupy, diagnostiku a intervenční léčbu u kardiologických pacientů, bylo věnováno satelitní sympozium společnosti Philips, které bylo součástí odborného programu XXX. výročního sjezdu České kardiologické společnosti v Brně.

Za více než 130 let svého působení se společnost Philips postupně transformovala z výrobce žárovek a drobných elektronických součástek na leadera v oblasti zdravotnických technologií. „Produkty přicházejí a odcházejí, portfolio se mění, ale poslání naší firmy zůstává stále stejné – tedy vytvářet smysluplné inovace, které pomáhají zlepšovat životy lidí. A právě kardiologie je v současnosti jednou z výzev. Velmi dobře vnímáme, že v souvislosti se stárnutím populace a nárůstem chronických onemocnění je i péče o pacienty s kardiovaskulárními chorobami stále náročnější, dražší a klade vyšší nároky na personál i na úroveň a kvalitu technického vybavení,“ konstatoval úvodem Ing. Jiří Wolf, modality sales specialist Philips.

V této souvislosti např. připomněl, že všechny 1,5T přístroje magnetické rezonance (MR), které firma na trh od letošního roku dodává, vyžadují jen minimální obsah chladicího média – tekutého helia. Z původních 1 500 litrů této cenné suroviny je již zapotřebí litrů pouze sedm. „Máme však i mnoho dalších závazků vedoucích k udržitelné výrobě a ochraně naší planety. Kromě toho se soustředíme také na oblast digitalizace zdravotnictví, to znamená na sofistikované propojení jednotlivých zobrazovacích modalit pomocí softwarů s prvky umělé inteligence. Díky tomu dokážeme vytvářet nové ekosystémy, které mohou nejen kardiologům pomoci poskytovat zdravotní péči efektivněji a bezpečněji,“ dodal J. Wolf.

AI technologie pomáhají ve všech fázích diagnostiky

Právě využití umělé inteligence (artificial intelligence, AI) při CT nebo MR diagnostice v kardiovaskulární oblasti se věnoval MUDr. Petr Ouředníček, Ph.D., clinical scientist Philips, působící na Klinice zobrazovacích metod LF MU a FN u sv. Anny v Brně. „Velmi zjednodušeně se dá říci, že AI technologie pronikají do všech fází diagnostického procesu – od přípravy pacienta přes nastavení individuálních protokolů, získávání dat a tvorbu obrazů, postprocessing až po podporu klinického rozhodování,“ naznačil.

Co se týká workflow a přípravy pacientů, při CT vyšetření je např. k dispozici kamera s umělou inteligencí, která rozpoznává jednotlivé struktury a oblasti lidského těla, takže dokáže mimo jiné automaticky vybrat orientaci pacienta v poloze na břiše nebo na zádech bez nutnosti ručního nastavení, čímž zkracuje dobu polohování. V případě MR vyšetření jsou zase využívány AI systémy pro bezdotykové snímání fyziologických pohybů. „Průkopníkem je infračervená kamera VitalEye fungující na bázi adaptivní umělé inteligence, jež dokáže v reálném čase detekovat a rozlišit i ty nejmenší projevy dýchání. Díky tomu nahrazuje dříve používané hrudní pásy a výrazně zpřesňuje diagnostiku,“ vysvětlil MUDr. Ouředníček.

S ohledem na skenování a nastavování protokolů se zmínil o intuitivním řešení Philips MR Workspace, které není pouhou MR konzolí s AI asistencí, ale pomáhá zjednodušit cestu od pořízení snímku k diagnostice bez ohledu na zkušenosti obsluhujícího personálu. Tento systém totiž dokáže automaticky naplánovat a provést mnoho rutinních protokolů a zároveň navrhnout nejvhodnější „examkartu“ pro konkrétního pacienta.

Asi největší uplatnění nacházejí AI technologie v oblasti rekonstrukce dat, akvizice obrazu a jeho zpracování. „Naše přístroje CT Incisive kupříkladu umožňují získat kvalitní snímky při poloviční dávce záření, a to pomocí funkce Precise Image, která k precizní rekonstrukci obrazu využívá neuronové sítě,“ uvedl P. Ouředníček a dodal, že podobně lze aplikovat umělou inteligenci při zpracovaní „srdečních dat“. Jedná se o poměrně složitou oblast, kdy je snahou obsáhnout koronární řečiště v co nejpřesnějším a nejlepším obraze. „Největším kamenem úrazu při CT skenování srdce je laterální část pravé koronární arterie. Většinou dochází k tzv. motýlovému efektu, kdy tepna není přesně definována a její úsek lze jen těžko posoudit. Nicméně funkce Precise Cardiac s prvky umělé inteligence dokáže korigovat pohyby srdce a koronárních tepen, čímž zlepšuje jejich vizualizaci při skenování,“ upřesnil.

V případě MR se v souvislosti se zkrácením vyšetření a zlepšením rozlišení využívají akcelerační techniky. Jednou z nich je i Philips Compressed SENSE, která za pomoci algoritmu s AI umožní provést komprimované 2D a 3D skeny až o 50 procent rychleji bez snížení kvality obrazu. Do portfolia nejnovějších inovací na bázi AI patří technologie rychlého zobrazování nové generace SmartSpeed, která dále zvyšuje schopnost rekonstruovat úplný obraz z podvzorkovaných dat při zachování prakticky ekvivalentní kvality snímku. Navržena je tak, aby podporovala většinu současných klinických protokolů. Např. při MR srdce dokáže za stejný skenovací čas nabídnout rychlejší a lepší akvizici dat a přesnější definici srdečních struktur.

Pokud jde o problematiku postproces­singu, společnost Philips disponuje pokročilou platformou IntelliSpace Portal, která umožňuje data z CT, MR, angiografie apod. nejen prohlížet, ale i zpracovávat s využitím různých AI aplikací. Napomáhá tak diferenciální diagnostice ať už v kardiologii, neurologii, pneumologii, onkologii, či jiných oborech. „Pro kardiovaskulární medicínu je třeba k dispozici software MR Cardiac, který provádí automatickou segmentaci levé i pravé komory a jehož prostřednictvím lze v krátkém čase kvantifikovat funkční parametry, dynamiku krevního toku nebo parametrické mapy,“ upřesnil MUDr. Ouředníček. Aplikace MR Caas 4D Flow zase nabízí 3D rekonstrukci objemových dat pro vizualizaci a hodnocení průtoku krve srdečními chlopněmi, komorami a hlavními tepnami, takže umožňuje snazší diagnostiku např. chlopenních vad. Deformaci myokardu během srdečního cyklu (strain) lze pak dobře kvantifikovat pomocí softwaru MR Caas Strain, a to zejména při diagnostice a sledování pacientů s dilatační, hypertrofickou či restriktivní kardiomyopatií nebo s chlopenními vadami. Závěrem své přednášky P. Ouředníček poznamenal, že do budoucna umělá inteligence patrně najde širší využití v podpoře klinického rozhodování pomocí dat sdílených přes AI cloudové nástroje.

Jak na MR srdce a sekvenci 4D flow?

Na pokročilé metody zobrazení toku na MR se v následující přednášce zaměřil prof. MUDr. Ing. Lukáš Lambert, Ph.D., z Radiodiagnostické kliniky 1. LF UK a VFN v Praze. „Magnetická rezonance nabízí zobrazení morfologie, funkce a tkáňových charakteristik srdce. Existuje přitom řada sekvencí, které tyto charakteristiky propojují,“ poznamenal úvodem. Mezi jinými se zmínil o metodě fázového kontrastu, jež se využívá pro měření a kvantifikaci toku a která je založena na fázovém posunu příčné magnetizace proudící krve vzhledem k okolní stacionární tkáni. Fázový posun pohybujících se spinů je proporcionální k jejich rychlosti, takže je možné kvantitativně vyhodnotit rychlost a směr toku – posun fáze je přímo úměrný rychlosti proudění. V případě srdce se průtok měří ve více časových bodech v průběhu RR intervalu.

„Díky 2D fázovému kontrastu, kterým můžeme měřit tok rovinou proloženou ortogonálně danou cévou, můžeme získat dva typy obrazů. Magnitudový, popisující morfologii a flow bez informace o směru, a fázový, jenž kóduje směr a rychlost,“ uvedl přednášející a dodal: „Pokud se budeme pohybovat v trojrozměrné oblasti a přidáme měření fázového posunu ve všech třech rovinách, získáme již zmíněnou sekvenci 4D flow. Ta není úplně nová a byla vymyšlena už na konci minulého století Bogrenem a Buonocorem, její použitelnost však byla omezená – patnáct řezů po šesti milimetrech, akvizice šedesát minut, nízké časové rozlišení sto milisekund a velmi dlouhý postprocessing až v řádech dnů. Díky akceleračním technikám com­pres­sed sensing jsme dnes ovšem schopni provést náběr dat za osm minut, s časovým rozlišením padesáti milisekund a s 1,5milimetrovými řezy.“

K provedení sekvence 4D flow je podle prof. Lamberta zapotřebí především dobrá EKG křivka a dobře poučený pacient, který musí vědět o nutnosti pravidelného dýchání a o tom, že akvizice trvá dlouhých osm minut. Kontrastní látku není třeba aplikovat, nicméně její podání zlepšuje signál, což může vést ke zkrácení doby náběru dat. Důležité je také dobře zhodnotit předpokládanou maximální rychlost toku zobrazované cévy (zvolit 10 % nad očekávanou maximální hodnotou). „Pokud byste zvolili rychlost nižší, dojde k otočení fáze přes devadesát stupňů a chybnému zobrazení toku v opačném směru,“ konstatoval.

Data získaná pomocí sekvence 4D flow lze dále zpracovávat do modelů rychlostního pole, proudnice nebo vektoru rychlosti. „Například u pacientů s aortální regurgitací je tak možné pozorovat turbulentní tok v ascendentní aortě, která je dilatovaná, zatímco v descendentní aortě je proudění laminární. Velkou výhodou je, že můžeme zpětně kvantifikovat tok v jakékoli rovině, v jakémkoli řezu,“ vysvětlil prof. Lambert s tím, že vyšetření MR s aplikací sekvence 4D flow lze využít pro přehledné zobrazení toku u vrozených srdečních vad, pooperačních stavů, chlopenních vad či patologií aorty, ale i u ischemické choroby dolních končetin, portální hypertenze, plicní hypertenze nebo malých tepen.

Na jeho pracovišti již také měli možnost sekvenci 4D flow vyzkoušet v reálné praxi jak na zdravém dobrovolníkovi, tak na pacientovi s těžkou aortální regurgitací. „U něj se bohužel po zhruba čtyřech minutách ztratila křivka EKG, takže jsme nebyli schopni tuto sekvenci nabrat. Zkrátka existují pacienti, i když jich není mnoho, u kterých dobré MR vyšetření srdce neuděláme,“ podotknul závěrem prof. Lambert.

Nižší dávku záření ocení pacienti i personál cathlabu

K moderním rentgenovým technologiím využívaným v katetrizačních sálech přesunul pozornost posluchačů doc. MUDr. Viktor Kočka, Ph.D., z Kardiologické kliniky 3. LF UK a FN Královské Vinohrady, Praha. Jak sám úvodem konstatoval, je nadšeným inter­ven­čním kardiologem a má více než 20leté zkušenosti s angiografickými přístroji Philips, které umožňují stále sofistikovanější zobrazování ať už při rutinních koronarografiích, perkutánních koronárních intervencích (PCI), nebo při strukturálních srdečních intervencích.

„Základním požadavkem na angiograf je kvalitní zobrazení, přičemž mnoho desetiletí platilo, že toho lze dosáhnout pouze za cenu vyšší dávky záření. Nicméně systém Philips ClarityIQ, který představuje jednu z aplikací obrazového postprocessingu, používá k zesílení nebo zeslabení signálu a potlačení šumu pokročilý software, jenž v reálném čase pracuje s optimalizací několika stovek parametrů – to znamená, že umožňuje výrazně redukovat radiační zátěž,“ upozornil doc. Kočka a zmínil se v této souvislosti o práci Kastratiho et al., zveřejněné v American Journal of Cardiology 2016. Jejím cílem bylo kvantitativně vyhodnotit pokles dávky záření při koronárních intervencích s využitím angiografického přístroje Siemens v porovnání s přístrojem stejné generace Philips, ovšem s integrovanou technologií ClarityIQ. Z výsledků vyplynulo, že díky inovativnímu softwaru došlo ke statisticky významnému snížení radiační dávky, a to o 58 procent. „Když vidím taková data, vždy mě jako první napadne, zda tak dramatický pokles radiace nebude znamenat i dramatický pokles kvality snímku. Naštěstí tomu tak není,“ poznamenal. Potvrdila to studie ten Cateho et al., publikovaná v Netherlands Heart Journal 2015, která na základě hodnocení šesti nezávislých expertů prokázala, že použití ClarityIQ nevede ke zhoršení kvality snímku v porovnání s kon­ven­ční­mi angiografickými systémy.

Také na pracovišti doc. Kočky si již v roce 2014 na více než 2 000 nemocných ověřili, že instalace ClarityIQ znamenala pokles potřebného záření o třetinu, a to v případě koronarografie i PCI. „Je to dobrá zpráva jak pro naše pacienty, tak pro náš personál,“ dodal doc. Kočka.

Budoucí trend – angioplastika vedená CT koronarografií?

Pokud se týká koronárních intervencí, prezentoval své zkušenosti s technologií StentBoost Live, jež poskytuje okamžitou vizualizaci pozice stentu během výkonu, zvláště jeho expanzi. Je totiž dobře známo, že suboptimální rozvinutí stentu je klinicky významné s ohledem na častější restenózy a trombózy. „S pomocí postprocessingového nástroje, jakým je právě StentBoost Live, si můžeme velmi rychle a jednoduše – bez další dávky záření, dalšího zavedení katetru či další intervence – zobrazit strukturu zavedeného stentu, případně jej postdilatovat, a optimalizovat tak výsledek angioplastiky,“ vysvětlil doc. Kočka.

Metodu, která se již dlouhodobě osvědčila u periferních vaskulárních intervencí, představuje dynamický roadmapping, který nabízí 3D navigaci vodiče stentu nebo balonku v reálném čase, často bez nutnosti použití kontrastní látky. Pro pohybující se srdce je k dispozici software Dynamic Coronary Roadmap, který umožňuje takovou navigaci provádět i na koronárních tepnách, což dlouho nebylo možné. Doc. Kočka se zmínil i o možnostech rotační angiografie, která však podle jeho zkušeností velký praktický přínos nemá. Problematický je vznik pohybových artefaktů a nemožnost hodnocení tepen ve všech fázích srdečního cyklu.

Naopak velký význam do budoucna vidí ve využití CT koronarografií pro vedení PCI. „Myslím si, že nám to otevře úplně jiné možnosti, a že pokud dovedeme chytře zužitkovat všechny informace, které nám CT koronarografie nabízí, náš obor to posune zase o kus kupředu,“ podotknul doc. Kočka a představil svou nedávnou práci publikovanou v JACC: Cardiovascular Interventions 2020, ve které se spolu s kolegy z Kanady zabývali definicí optimálních skia­sko­pic­kých projekcí pro zobrazování ústí koronárních tepen a bifurkací, a to právě pomocí CT koronarografie. „Takto získaná data nám mimo jiné umožňují změřit referenční průměry tepen, délku léze či definovat rovinu a posléze pomocí softwaru najít optimální zobrazovací úhly, které si pak můžeme nastavit na rentgenu. To znamená, že bychom měli být schopni angioplastiku lépe naplánovat a provést,“ naznačil.

HeartNavigator pro snazší a rychlejší plánování TAVI

Jak dále uvedl doc. Kočka, v oblasti strukturálních intervencí znamenaly zobrazovací metody doslova revoluci v cathlabu. „Takovým nejkrásnějším příkladem je měření velikosti aortálního anulu před katetrizační náhradou aortální chlopně – TAVI, které je zcela zásadní pro správný výběr velikosti protézy. Využívána jsou přitom data z CT vyšetření, které poskytuje trojrozměrné zobrazení,“ vysvětlil s tím, že měření může provádět kvalifikovaný lékař nebo biomedicínský inženýr pomocí dedikovaného softwaru, což trvá zhruba 30 minut. Nebo je možné spustit software Philips HeartNavigator, jenž vypočítá všechny potřebné parametry automaticky během zhruba půl minuty až několika málo minut.

„Přesnost této automatické analýzy jsme si ověřili ve vlastní studii, kterou jsme publikovali letos v European Heart Journal Supplements. Zjistili jsme, že rozdíl mezi hodnotou určenou systémem HeartNavigator a manuálním CT hodnocením zkušeným personálem byl zhruba 1,1 mm v obvodu aortálního anulu, to znamená 0,3 mm v průměru, což je klinicky docela zanedbatelné. Zdá se tedy, že tento software budeme moci v klinické praxi používat rutinněji,“ komentoval doc. Kočka s tím, že HeartNavigator se uplatňuje i při samotné TAVI, kdy jsou fúzovány CT skeny spolu s živým angiografickým obrazem. Výhodou je nejen nižší spotřeba kontrastní látky a jednodušší orientace, ale také možnost edukace začínajících intervenčních kardiologů.

Fúzování CT snímků či echokardiografických dat je rovněž možné aplikovat při implantaci svorky MitraClip pod echokardiografickou a rentgenovou kontrolou. Kromě toho lze moderní angiografické přístroje a jejich pokročilé softwary použít i u mnoha dalších strukturálních intervencí, jako jsou lokální trombolýza pro plicní embolii, uzávěr ouška levé síně, pseudo­ane­urys­mat nebo paravalvulárního leaku po náhradě chlopně. „A co nás čeká do budoucna? Jedním ze zajímavých směrů by byla možnost využití rutinního 3D nebo 4D zobrazení pomocí intrakardiální echokardiografie, což by znamenalo, že bychom mohli strukturální intervence provádět bez celkové narkózy, pouze v lokální anestezii. Každopádně je zřejmé, že inovativní zobrazovací technologie se v intervenční kardiologii rychle vyvíjejí, přičemž jednoznačně zvyšují bezpečnost a umožňují nám zjednodušit i velmi komplexní výkony. Vyžaduje to však dobrou týmovou spolupráci v cathlabu, dobré zaškolení a používání technologií v klinické praxi. Věřím proto, že náš obor z hlediska imagingu čeká hezká budoucnost, která přinese spoustu pozitivních změn,“ uzavřel své vystoupení doc. Kočka.

Zkušenosti ze zahraničí

Společnost Philips během kardiologického kongresu uspořádala také virtuální sympozium, kterým provázel prof. MUDr. Miloš Táborský, CSc., místopředseda České kardiologické společnosti a přednosta I. interní kliniky LF UP a FN Olomouc. První klinické zkušenosti s použitím spektrálního CT 7500 prezentoval prof. Eliseo Vañó Galván z Hospital Nuestra Señora del Rosario ve španělském Madridu, který na kazuistikách pacientů s kardiovaskulárními chorobami demonstroval možnosti tohoto nejmodernějšího zobrazovacího systému. Přístroj poskytuje vysoce kvalitní spektrální zobrazení po celou dobu vyšetření při zachování stejných dávek záření používaných při běžném CT skenování. Na implementaci pokročilého fúzního zobrazování v terapii strukturálních onemocnění srdce, ať už jde o TAVI, katetrizační náhradu mitrální chlopně, nebo trikuspidální chlopně, se pak zaměřil dr. Lionel Leroux, PhD, z CHU de Bordeaux, Francie.