Adding Coronary Artery Calcium Score to Coronary CT Angiography for the Diagnosis of Obstructive Coronary Artery Disease

Abstract

Coronary artery disease (CAD) is one of the top leading causes of death worldwide. Accurate diagnosis of obstructive CAD is critical for effective management and early prevention of adverse cardiovascular events. Invasive coronary angiography (ICA) is the gold standard for the diagnosis of symptomatic patients with stable chest pain and suspected CAD, while coronary CT angiography (CCTA) is recommended by all recent guidelines as a non-invasive gatekeeper to ICA. We investigated whether combining coronary artery calcium (CAC) with the results of CCTA would improve the diagnostic performance in patients with stable chest pain and suspected CAD, especially in the case of non-diagnostic CCTA using ICA as a reference standard. We analysed 2315 patients from 29 original studies from the Collaborative Meta-Analysis of Cardiac CT (COME-CCT) dataset, which includes patients from prospective diagnostic studies that compared CCTA to ICA. All patients had available ICA results, CCTA results and CAC score. We developed two diagnostic models: one using CCTA alone and another combining CCTA with CAC score. The models’ diagnostic performance was compared based on the area under the receiver operating characteristic (ROC) curves, Brier score, scaled Brier score, discrimination slope, calibration slope, and diagnostic odds ratio (DOR). Subgroup analyses were stratified by gender, age groups (less than 45 years, 45-65 years, and over 65 years), and type of chest pain. Internal validation was performed using 250 bootstraps, the internal-external validation was based on the DOR, while the clinical consequences were validated by using 10-fold cross-validations with 100 repeats of the decision curve analysis (DCA). To replicate the clinical practice scenario, a clinical model was developed using CAC cut-off values to dichotomise the CAC score. The combination of CAC score and CCTA results significantly improved the diagnosis of obstructive coronary artery disease compared with CCTA alone. The area under the curve (AUC) for the CAC score plus CCTA model was 0.87 [95% CI: 0.86 to 0.89] compared to 0.80 [95% CI: 0.78 to 0.82] for CCTA alone (p < 0.001). Furthermore, the combination improved Brier score, scaled Brier score, discrimination slope, calibration slope, and the DOR. The clinical model increased the diagnostic accuracy for obstructive CAD to 87% [95% CI: 86 to 88%] vs 80% [95% CI: 78 to 81%] for CCTA alone (p < 0.001). The DCA showed that the CAC-plus-CCTA model had a greater net clinical benefit than CCTA alone at almost all threshold probabilities. The subgroup analyses showed consistent improvements in the diagnosis of obstructive CAD in favour of the CAC-plus-CCTA model compared with CCTA alone in almost all clinically relevant groups. Our results suggest that incorporating CAC score into routine diagnostic workflows for patients with stable chest pain and suspected CAD improves the diagnostic accuracy, especially in the case of non-diagnostic CCTA.

Die koronare Herzkrankheit (KHK) ist nach wie vor eine der häufigsten Todesursachen weltweit. Die genaue Diagnose einer obstruktiven KHK ist entscheidend für eine wirksame Behandlung und eine frühzeitige Prävention von kardiovaskulären Ereignissen. Die invasive Koronarangiographie (IKA) ist der Goldstandard für die Diagnose symptomatischer Patienten mit stabilen Brustschmerzen und Verdacht auf eine KHK, während die Computertomographie-Koronarangiographie (CCTA) in allen neueren Leitlinien als nicht-invasiver Gatekeeper zur ICA empfohlen wird. Wir untersuchten, ob die Kombination von Koronarkalk-Score mit den Ergebnissen der CCTA die diagnostische Leistung bei Patienten mit stabilen Brustschmerzen und Verdacht auf KHK verbessern würde, insbesondere im Fall einer nicht-diagnostischen CCTA mit IKA als Referenzstandard. Wir analysierten 2315 Patienten aus 29 Studien der Collaborative Meta-Analysis of Cardiac CT (COME-CCT), die Patienten aus prospektiven diagnostischen Studien enthält, die CCTA mit ICA verglichen. Wir haben zwei Diagnosemodelle entwickelt: ein Modell, das nur die Ergebnisse der CCTA verwendet, und ein weiteres Modell, das die Ergebnisse der CCTA mit dem Koronarkalk-Score kombiniert. Die diagnostische Leistung der Modelle wurde anhand der Fläche unter den ROC-Kurven, des Brier-Scores, des skalierten Brier-Scores, der Diskriminierungsneigung, der Kalibrierungsneigung und der Diagnostischen Odds Ratio (DOR) verglichen. Die Subgruppen wurden nach Geschlecht, Altersgruppen (jünger als 45 Jahre, 45-65 Jahre und älter als 65 Jahre) und Art des Brustschmerzes stratifiziert. Die interne Validierung wurde mit 250 Bootstraps durchgeführt, die interne-externe Validierung basierte auf der DOR, während die klinischen Implikationen durch eine 10- fache Kreuzvalidierung mit 100 Wiederholungen der Entscheidungskurvenanalyse (DCA) validiert wurden. Ein klinisches Modell wurde entwickelt, um das klinische Szenario unter Verwendung von Koronarkalk-Score -Cut-off-Werten zur Dichotomisierung des Koronarkalk-Score zu reproduzieren. Die Kombination von Koronarkalk-Score und CCTA-Ergebnissen verbesserte die Diagnose der obstruktiven koronaren Herzkrankheit im Vergleich zur CCTA allein erheblich. Die Fläche unter der Kurve (AUC) für das Modell Koronarkalk-Score-CCTA betrug 0,87 [95 % CI: 0,86 bis 0,89] im Vergleich zu 0,80 [95 % CI: 0,78 bis 0,82] für CCTA allein (p < 0,001). Darüber hinaus verbesserte die Kombination den Brier-Score, den skalierten Brier-Score, die Diskriminationsneigung, die Kalibrierungsneigung und die DOR. Das klinische Modell erhöhte die diagnostische Genauigkeit für obstruktive KHK auf 87 % [95 % CI: 86 bis 88 %] gegenüber 80 % [95 % CI: 78 bis 81 %] für die CCTA allein (p < 0,001). Die DCA zeigte, dass das Modell CAC in Kombination mit CCTA bei fast allen Schwellenwahrscheinlichkeiten einen größeren klinischen Nettonutzen hatte als die CCTA allein. Die Subgruppenanalysen zeigten konsistente Verbesserungen bei der Diagnose einer obstruktiven KHK zugunsten des Koronarkalk-Score-CCTA-Modells im Vergleich zur alleinigen CCTA in fast allen klinisch relevanten Gruppen. Unsere Ergebnisse legen nahe, dass die Einbeziehung des Koronarkalk-Score in die Routinediagnostik bei Patienten mit stabilen Schmerzen und Verdacht auf eine KHK die diagnostische Genauigkeit verbessert, insbesondere im Falle einer nicht-diagnostischen CCTA.