Quantifizierung der atherosklerotischen koronararteriellen Plaquelast mittels farbkodierter Computertomographie

Abstract

Hintergrund: Aufgrund der großen medizinischen und sozioökonomischer Bedeutung von Herz-Kreislauferkrankungen sind geeignete diagnostische Verfahren notwendig, um sie so früh wie möglich erkennen und entsprechend behandeln zu können. Aus Forschungsergebnissen geht hervor, daß die Mehrschicht-Spiral- Computer-Tomographie in der Lage ist, Kalkplaques in Koronararterien gut zu erkennen. Da jedoch die lipidreichen vulnerablen Plaques für die Mehrzahl der ischämischen Ereignissen verantwortlich gemacht werden, war das Ziel dieser Arbeit, die Korrelation der Größen von atherosklerotischen Plaquekomponenten, insbesondere Lipidplaques, aus der CT-Untersuchung mit Hilfe einer farbkodierten automatischen Plaqueanalyse mit dem histologischen Goldstandard zu bestimmen. Methodik: Es wurden 30 Leichenherzen mittels eines 16-Zeilen Spiral-CT untersucht, nachdem die Koronararterien mit Kontrastmittel gefüllt wurden. Es erfolgte eine computergestützte Rekonstruktion von Querschnittsbildern der drei Koronarien und eine Untersuchung auf atherosklerotische Plaques sowie im Anschluß ein Vergleich mit den inzwischen auf Objektträgern fixierten histologischen Arterienquerschnitten. Insgesamt wurden 265 Plaques verglichen, die Testgüte der CT-Untersuchung bestimmt sowie die Korrelation der Plaquegrößen berechnet. Als Zusatzuntersuchung wurde eine automatische Farbkodierungssoftware („Colour Coded Plaque“, GE) zur Plaqueerkennung verwendet und validiert sowie die Interobservervariabilität durch den Vergleich mit einer Voruntersuchung bestimmt. Ergebnisse: Die Resultate der CT-Untersuchung hängen stark von der Plaquemorphologie ab. So werden verkalkte Plaques sehr gut erkannt, Lipidplaques dagegen nur unzureichend (Sensitivität 97% versus 69%, Spezifität 95% versus 97%). Die Größenkorrelation von CT- und histologischen Plaques ergab ebenfalls gute Werte für verkalkte Plaques (r=0,8, p<0,01) und nur mäßig gute Werte für Lipidplaques (r=0,5, p<0,01), für die Gesamtplaquefläche eine gute Korrelation (r=0,8, p<0,01). Mit Hilfe der farbkodierten Plaqueanalyse konnten Kalkplaques ebenfalls gut (Sensitivität 97%, Spezifität 80%, r=0,7, p<0,01), Lipidplaques jedoch aufgrund von systematischen Meßfehlern gar nicht quantifiziert werden. Für die Gesamtplaquefläche ergab sich immerhin eine mäßige Korrelation (r=0,6, p<0,01). Der Interobserververgleich der CT-Auswertung ergab gute Korrelationen für Kalkplaqueflächen (r=0,8, p<0,01) und nicht-kalzifizierten Plaques (r=0,7, p<0,01) sowie mäßig gute für Lipidplaqueflächen (r=0,6, p<0,01), die Gesamtplaquelast stimmte für die Lipidplaques sehr gut überein (Abweichungsfaktor 0,98), die Gesamtfläche der Kalkplaques sowie der nicht- kalzifizierten Plaques wurde in der ersten Untersuchung hingegen deutlich größer geschätzt (Faktoren 1,47 bzw. 1,6). Schlußfolgerungen: Die computertomographisch gestützte Koronaranalyse liefert gute Ergebnisse für die Darstellung von Kalkplaques und der Gesamtplaquefläche. Jedoch können kleinere Strukturen wie Lipidplaques aufgrund mangelnder räumlicher Auflösung sowie Partialvolumeneffekte weder durch manuelle noch durch automatisierte farbkodierte Untersuchung zuverlässig erkannt werden, wobei gerade aufgrund der nicht unerheblichen interindividuellen Unterschiede der Plaquelasteinschätzung eine automatisierte Auswertung durch Farbkodierungsprogramme besonders attraktiv erscheint.

Rationale and Objectives: Regarding the substantial medical and socioeconomic impact of cardiovascular diseases, there is a need for appropriate diagnostic methods to detect and treat them. Several investigations have shown that multislice-computed-tomography (MDCT) of the coronary arteries can detect calcified plaques. Since the majority of ischemic events is caused by the rupture of lipid-rich vulnerable plaques, the aim of this study was to correlate the size of atherosclerotic plaque components using color-encoded software with the histologic gold standard. Special attention was given to lipid-rich plaques. Material and Methods: The hearts of thirty decedents were depicted by a 16-slice spiral computed tomography after coronary arteries were filled with contrast agent. Cross sections of the three main coronary arteries were reconstructed and examined for atherosclerotic plaques. Afterwards a comparison with the prepared and fixed histologic slices was carried out. Altogether 265 plaques could be compared. The quality of the CT detection as well as the correlation of the plaque areas were calculated. In addition a color-encoding software for automatic plaque detection („Colour Coded Plaque“, GE) was validated. Finally the inter observer variability was measured by comparing the results with a previous examination. Results: The results of the CT examination depend highly on the morphology of the plaques. Calcified plaques are diagnosed very well, lipid rich plaques only insufficiently (sensitivity 97% versus 69%, specificity 95% versus 97%). The correlation of the plaque size between CT and histology provided good results for calcified plaques (r=0,8, p<0.01) and moderate results for lipid rich plaques (r=0.5, p<0.01). The diagnostic accuracy of the color-encoded software was good for calcified plaques (sensitivity 97%, specificity 80%, r=0.7, p<0.01), while lipid-rich plaques could not be quantified at all, due to systematic measurement errors. The inter observer variability showed a good correlation for the sizes of calcified plaques (r=0.8, p<0.01) as well as for non- calcified plaques (r=0.7, p<0.01) while the correlation was moderate for lipid rich plaques (r=0.6, p<0.01). The overall plaque burden corresponded well with the lipid rich plaques identified (deviation factor 0,98), while it was overestimated by the first investigator for calcified and non-calcified plaques (deviation factors 1.47 resp. 1.6). Conclusions: Coronary CT provides an accurate method for the quantitative assessment of calcified plaques. However smaller structures like lipid-rich plaques cannot be diagnosed because of insufficient spatial and contrast resolution. Since the interindiviual differences of the overall plaque burden estimation proved to be not irrelevant, automatic methods for quantifying plaques seem particularly attractive.