Charakterisierung atherosklerotischer Plaques in den Koronararterien mittels 16-Zeilen-Mehrschichtspiralcomputertomographie durch Analyse von Dichtemustern

Abstract

Studienziel: Wir überprüfen, ob die 16-Zeilen-Mehrschicht- Spiralcomputertomographie (MSCT) eine Identifizierung und Unterscheidung verkalkter und nicht-verkalkter Plaques sowie eine genauere Differenzierung nicht-verkalkter Plaques zulässt. Material und Methoden: Die Koronararterien von 30 Leichenherzen wurden mit einem bariumsulfathaltigen Kontrastmittel gefüllt und mit einem 16-Zeilen-MSCT Scanner (Light Speed 16 pro GEMS, Milwaukee) untersucht. Die Bilder wurden orthogonal zu den Längsachsen der Koronararterien rekonstruiert (AW 4.2 software, GEMS) und durch Erstellung von Dichteprofilen der Gefäßquerschnitte analysiert (software: NIH ImageJ 1,33n). Die Ergebnisse wurden mit den korrelierenden histologischen Schnitten der Koronararterien verglichen. Ergebnisse: Die Analyse von 195 histologisch überprüften CT-Querschnittsbildern zeigte eine Sensitivität und Spezifität von 100% und 97,3% für die Erkennbarkeit verkalkter und von 80,8% und 95,1% für die Erkennbarkeit nicht-verkalkter Plaques. Dichtewerte für das epikardiale Fettgewebe lagen zwischen -119HU und 23HU (Median: -71HU) und für das Kontrastmittel im Lumen zwischen 93HU und 625HU (Median: 308HU). Verkalkte Plaques besaßen Dichtewerte zwischen 333HU und 1944HU (Median 1089HU), nicht- verkalkte Plaques zwischen 26HU und 124HU (Median: 52HU). Mithilfe von ROC- Analysen konnten definierte Grenzwerte für die untersuchten Bestandteile ermittelt werden. Für die Unterscheidung verkalkter und nicht-verkalkter Plaques zeigte die ROC-Kurve einen Fläche unter der Kurve von 1,0 und einen optimalen Grenzwert von 228,5HU. Alle 300 ermittelten Dichtewerte des epikardialen Fettgewebes lagen unterhalb von 24,5HU. Alle 56 ermittelten Dichtewerte der nicht- verkalkten Plaques lagen zwischen 24,5HU und 101,5HU. Von den 82 ermittelten Dichtewerten der verkalkten Plaques lagen 78 (95,1%) oberhalb von 494,5HU. Bei weiterer Differenzierung der nicht-verkalkten Plaques zeigten lipidreiche Plaques mit nekrotischem Kern Dichtewerte zwischen 26HU und 67HU (Median: 44HU) und faserreiche Plaques ohne nekrotischen Kern zwischen 37HU und 124HU (Median: 67HU). Die ROC-Kurve zeigte bei Analyse der Dichtewerte der beiden Gruppen nicht-verkalkter Plaques eine Fläche unter der Kurve von 0,867. Von den 33 ermittelten Dichtewerten der lipidreichen, nicht- verkalkten Plaques mit nekrotischem Kern lagen 30 (90,9%) unterhalb eines Grenzwerts von 59,1HU. Die restlichen 3 (9,1%) Dichtewerte überschritten diesen Grenzwert. Von den 21 ermittelten Dichtewerten der faserreichen, nicht- verkalkten Plaques ohne nekrotischen Kern lagen 15 (71,4%) der Werte oberhalb und 6 (28,6) unterhalb des Grenzwertes von 59,1HU. Schlussfolgerung: Atherosklerotische Plaques in Leichenherzen können mithilfe der 16-Zeilen-MSCT zuverlässig erkannt und als verkalkt oder nicht-verkalkt klassifiziert werden. Eine Differenzierung nicht-verkalkter Plaques in lipidreiche Plaques mit nekrotischem Kern und faserreiche Plaques ohne nekrotischen Kern ist aufgrund einer deutlichen Überlappung der Dichtewerte der beiden Plaquetypen nicht zuverlässig möglich. Schlagwörter: 16-Zeilen-MSCT; Atherosklerose; vulnerable Plaque; Dichteprofil-Analyse

Objectives: We investigate, if 16-row-multidetector-row-computed tomography (MDCT) allows reliable identification and differentiation of calcified and noncalcified coronary plaque and further classification of noncalcified plaque. Material and Methods: Coronary arteries of 30 hearts of deceased patients were filled with a barium sulfate contrast medium and scanned with a 16-row-MDCT imager (Light Speed 16 pro GEMS, Milwaukee). The images were reformatted perpendicular to the axis of the main coronary arteries (AW 4.2 sotware, GEMS) and analysed by establishing the attenuation profiles of the coronary cross sections (NIH ImageJ 1,33n software). The results were compared to the correlating histopathological sections of the arteries. Results: Analysis of 195 histopathologically verified CT-cross sections showed sensitivity and specificity of 100% and 97,3% for the detection of calcified plaque and 80,8% and 95,1% for the detection of noncalcified plaque respectively. The resulting attenuation of epicardial fat ranged from -119HU to 23HU (median: -71HU), while the contrast medium inside the lumen displayed an attenuation between 93HU and 625HU (median: 308HU). Calcified plaque showed an attenuation between 333HU and 1944HU (median: 1089HU), noncalcified plaque between 26HU and 124HU (median: 52HU). Using ROC-analysis, limits of attenuation of the examined components were defined. The ROC-curve showed an area under curve of 1,0 and an optimal limit of 228,5HU for the differentiation of calcified and noncalcified plaque. All 300 determined values of attenuation of epicardial fat were below 24,5HU. All 56 determined values of attenuation of noncalcified plaque ranged from 24,5HU and 101,5HU. Of the 82 determined values of attenuation of calcified plaque 78 (95,1%) were above 494,5HU. Further subclassification of noncalcified plaque showed attenuation values between 26HU and 67HU (median: 44HU) for lipid-rich plaque with a necrotic core and from 37HU to 124HU (median: 67HU) for fibrous plaque without a necrotic core. ROC-analysis of the attenuation data of lipid-rich noncalcified plaque with a necrotic core and fibrous noncalcified plaque without a necrotic core showed an area under curve of 0,867. Of the 33 determined values of attenuation of lipid-rich plaque 30 (90,9%) were below 59,1HU. The 3 (9,1%) remaining values were above this threshold. Of the 21 determined values of attenuation of fibrous noncalcified plaque without a necrotic core 15 (71,4%) were above and 6 (28,6%) below the limit of 59,1HU. Conclusions: Coronary atherosclerotic plaque can be reliably identified and classified as either calcified or noncalcified by 16-row-MDCT in post-mortem studies. Further differentiation of noncalcified plaque in either lipid-rich with a necrotic core or fibrous without a necrotic core is not reliably feasible due to substantial overlap of the attenuation of these two types of coronary plaque. Key-words: 16 row-MDCT; atherosclerosis; vulnerable plaque; attenuation-profile-analysis