أداة رسومية شبه أوتوماتيكية لقياس درجة الكالسيوم المرجحة مكانيا للشريان التاجي من صور التصوير المقطعي المحوسب للقلب المسور
Summary
يوضح هذا الفيديو استخدام أداة رسومية جديدة لقياس درجة الكالسيوم المرجحة مكانيا (SWCS) ، وهي بديل لدرجة Agatston ، لقياس تكلس الشريان التاجي. تحسب الأداة الرسومية SWCS بناء على بيانات الصورة من التصوير المقطعي المحوسب للقلب المسور والمسارات المحددة من قبل المستخدم للشرايين التاجية.
Abstract
المعيار الحالي لقياس تكلس الشريان التاجي لتحديد مدى تصلب الشرايين هو عن طريق حساب درجة Agatston من التصوير المقطعي المحوسب (CT). ومع ذلك ، فإن درجة Agatston تتجاهل قيم البكسل الأقل من 130 وحدة Hounsfield (HU) ومناطق الكالسيوم أقل من 1 مم2. بسبب هذه العتبة ، فإن النتيجة ليست حساسة للمناطق الصغيرة المخففة بشكل ضعيف من ترسب الكالسيوم وقد لا تكتشف التكلس الجزئي الناشئ. يستخدم مقياس مقترح مؤخرا يسمى درجة الكالسيوم المرجحة مكانيا (SWCS) أيضا التصوير المقطعي المحوسب ولكنه لا يتضمن عتبة ل HU ولا يتطلب إشارات مرتفعة في وحدات البكسل المتجاورة. وبالتالي ، فإن SWCS حساس لرواسب الكالسيوم الصغيرة المخففة بشكل ضعيف وقد يحسن قياس مخاطر الإصابة بأمراض القلب التاجية. وفي الوقت الراهن، لا تستخدم هذه الاستراتيجية استخداما كافيا بسبب التعقيد الحسابي الإضافي. لتعزيز ترجمة SWCS إلى أبحاث سريرية وحساب موثوق وقابل للتكرار للدرجة ، كان الهدف من هذه الدراسة هو تطوير أداة رسومية شبه تلقائية تحسب كل من SWCS ودرجة Agatston. يتطلب البرنامج فحوصات مقطعية للقلب مسورة مع شبح هيدروكسيباتيت الكالسيوم في مجال الرؤية. يسمح الشبح باشتقاق وظيفة الترجيح ، والتي يتم من خلالها ضبط وزن كل بكسل ، مما يسمح بتخفيف اختلافات الإشارة والتباين بين عمليات المسح. مع رؤية جميع المشاهدات التشريحية الثلاثة في وقت واحد ، يتتبع المستخدم مسار الشرايين التاجية الرئيسية الأربعة عن طريق وضع نقاط أو مناطق الاهتمام. ميزات مثل التمرير للتكبير / التصغير ، والنقر المزدوج للحذف ، وضبط السطوع / التباين ، جنبا إلى جنب مع الإرشادات المكتوبة في كل خطوة ، تجعل البرنامج سهل الاستخدام وسهل الاستخدام. بمجرد اكتمال تتبع الشرايين ، يقوم البرنامج بإنشاء تقارير ، والتي تتضمن درجات ولقطات من أي كالسيوم مرئي. قد يكشف SWCS عن وجود مرض تحت الإكلينيكي ، والذي يمكن استخدامه للتدخل المبكر وتغيير نمط الحياة.
Introduction
يعد قياس كمية الكالسيوم داخل الشرايين باستخدام التصوير المقطعي المحوسب (CT) طريقة راسخة لتقييم شدة تصلب الشرايين التاجية. معرفة وقياس مدى تصلب الشرايين هو المفتاح لتحديد خطر الإصابة بأمراض القلب التاجيةفي المستقبل 1،2،3،4. الطريقة الأكثر شيوعا لقياس الكالسيوم في الشرايين التاجية هي استخدام درجة Agatston5. ومع ذلك ، يعتمد جزء من حساب درجة Agatston على شدة وحدات البكسل المختارة ، المقاسة بوحدات Hounsfield (HU). لا يتم احتساب أي وحدات بكسل أقل من 130 HU في الحساب. وبالمثل ، لا يتم النظر في التكلسات التي تقل مساحتها عن 1 مم2. بسبب هذه العتبات ، فإن درجة Agatston ليست حساسة لبؤر التكلس الصغيرة المخففة بشكل ضعيف ، والتي قد تظل مهمة في الكشف عن وجود مرض دون الإكلينيكي6.
تم اقتراح مقياس موصوف سابقا يسمى درجة الكالسيوم المرجحة مكانيا (SWCS) لتقييم خطر تصلب الشرايين في المرضى الذين يعانون من مستويات منخفضة من التكلس7. على عكس درجة Agatston ، لا يستخدم SWCS عتبة الإشارة لتقليل تأثير ضوضاء الصورة. بدلا من ذلك ، فإنه يستخدم جسما وهميا بتركيزات معروفة من هيدروكسيباتيت الكالسيوم (CHA) الموضوعة على المشارك بحيث يكون في مجال رؤية المسح. هنا ، تم استخدام شبح مع 0 ملغ / مل ، 50 ملغ / مل ، 100 ملغ / مل ، و 200 ملغ / مل CHA أثناء التطوير. ومع ذلك ، في التنفيذ الحالي للأداة الرسومية ، لا يلزم سوى أقسام 0 مجم / مل و 100 مجم / مل. يتم استخدام phantom لإنشاء وظيفة ترجيح خاصة بالمسح الضوئي ، والتي يتم استخدامها بعد ذلك لوزن كل من وحدات البكسل التي يختارها المستخدم بالإضافة إلى جيرانها. البيكسلات ذات البيكسلات المجاورة التي لها مستوى توهين مرتفع تعطى وزنا أكبر من تلك المحاطة ببيكسلات ذات مستويات توهين أقل. هذه العملية تجعل SWCS متسامحا مع الضوضاء ويمكن مقارنته من المسح الضوئي إلى المسحالضوئي 8. SWCS مستمر وينتج درجة حتى عندما تكون هناك مستويات منخفضة من التكلس ، مما يسمح بالقياس الكمي لمدى تصلب الشرايين عندما تكون درجة Agatston صفرا. من خلال السماح بتقييم التكلس الجزئي حتى عندما تكون درجة Agatston صفرا ، قد يكون SWCS مهما في الكشف عن وجود مرض دون الإكلينيكي. قد يسمح ذلك بفهم أفضل لعوامل الخطر الوراثية والبيئية وغيرها من عوامل الخطر في تصلب الشرايين 9,10. لاحظت دراسة سابقة ، فحصت الأفراد الذين حصلوا على درجة Agatston صفر عند خط الأساس وغير صفر في متابعة بعد حوالي 15 عاما ، أن أولئك الذين لديهم SWCS أعلى عند خط الأساس لديهم معدل أعلى لأمراض القلب التاجية (CHD). تعتبر القوة التنبؤية ل SWCS مهمة بشكل خاص في السكان الأصغر سنا ، حيث قد يكون اكتشاف ورصد المخاطر المتبقية على المدى الطويل مفيدا6.
تظهر هنا أداة شبه آلية لحساب SWCS جنبا إلى جنب مع درجة Agatston. تستخدم الأداة واجهة مستخدم رسومية تعمل على لغة برمجة متوافقة. يمكن للمستخدم التفاعل مع الصور لإنشاء سلسلة نهائية من التقارير ، والتي تتضمن درجتي الكالسيوم. للبدء ، يختار المستخدم حالة ، أو سلسلة من ملفات التصوير الرقمي والاتصالات في الطب (DICOM) ، لإدخالها في البرنامج. يجب أن تكون هذه الصور عبارة عن أشعة مقطعية محبوسة بالتنفس ، يتم الحصول عليها فقط أثناء الانبساط لتجنب حركة الجهاز التنفسي والقلب. أثناء تشغيل البرنامج مع أي صور CT للقلب ، لتحقيق نتائج ذات مغزى ، يجب أن تفي الصور المصدر بالحد الأدنى من إرشادات تسجيل الكالسيوم السريرية11,12. كمرجع ، يتم استخدام سمك شريحة 3 مم ، وجهد أنبوب الذروة 100 كيلو فولت ، ومتوسط مؤشر جرعة CT بحجم 1.19 mGy ، ودقة صورة 512 × 512 بكسل في الدراسة هنا. يتم إعادة تشكيل أي صور ليست 512 × 512 بكسل في البرنامج تلقائيا لضمان دقة كافية ومتسقة للمناطق الصغيرة من التكلس. بمجرد تحميل الصور ، يمكن للمستخدم رؤيتها في طرق العرض المحورية والسهمية والإكليلية. يمكن للمرء بعد ذلك ضبط سطوع وتباين الصور للحصول على تصور أفضل قبل تحديد أقسام 0 مجم / مل و 100 مجم / مل من الوهمية. بعد ذلك ، يمكن للمستخدم تتبع كل من الشرايين التاجية الأربعة – الأمامي الأيسر الهابط (LAD) ، والشريان التاجي الأيسر (LCA) ، والمحيط الأيسر (LCX) ، والشريان التاجي الأيمن (RCA) – عن طريق وضع إما نقطة أو منطقة اهتمام (ROI) أو مزيج من الاثنين للسماح باختيار شامل لبكسلات الشريان بغض النظر عن كيفية ظهور الشريان في المستوى المحوري. يجوز للمستخدم حذف واستبدال أو إعادة رسم النقاط وعائد الاستثمار حسب الحاجة. يؤدي النقر فوق الزر SWCS إلى إنشاء التقارير النهائية. يتم حفظ الحالات تلقائيا بحيث يمكن إعادة تحميل الصور ، جنبا إلى جنب مع النقاط وعائد الاستثمار ، في وقت لاحق. تتوفر أيضا تعليمات مكتوبة في كل نقطة أثناء استخدام البرنامج ، مما يجعل البرنامج سهل الاستخدام.
Protocol
Representative Results
Discussion
في حين أن بروتوكول هذا البرنامج سهل المتابعة نسبيا ، إلا أن هناك بعض الخطوات الحاسمة الضرورية للاستخدام الناجح والنتائج الموثوقة. قبل البدء ، من المهم التأكد من أن بيانات المريض التي سيتم استخدامها في هذا البرنامج مجهولة المصدر لضمان سرية المريض. يجب أن يكون التنسيق الأولي وتسمية المجلد ?…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
تم دعم هذا العمل من خلال منحة المعاهد الوطنية للصحة R01ES029967.
Materials
| Calcium Hydroxyapatite | Sigma-Aldrich | 289396-100G | Suspended in EpoxAcast 690 resin for phantom creation |
| Clinical Cardiac CT Scanner | Siemens | SOMATOM Force Dual Source CT | Used for the source images; Any cardiac CT will be sufficient |
| EpoxAcast 690 | Smooth-On | 03641 | Used for phantom creation |
| MATLAB | Mathworks | R2019a | Requires Image Processing Toolbox and Statistics and Machine Learning Toolbox; Any version compatible with and able to run version R2019a scripts is sufficient |
| Standard Computer | N/A | N/A | macOS or Windows operating system |
| syngo.via | Siemens | VB60A_HF04 | Commercial software used for computing Agatston score for validation study |
Referências
- O’Malley, P. G., Taylor, A. J., Jackson, J. L., Doherty, T. M., Detrano, R. C. Prognostic value of coronary electron-bean computed tomography for coronary heart disease events in asymptomatic populations. The American Journal of Cardiology. 85 (8), 945-948 (2000).
- Budoff, M. J., et al. Assessment of coronary artery disease by cardiac computed tomography. Circulation. 114 (16), 1761-1791 (2006).
- Rumberger, J. A., Simons, D. B., Fitzpatrick, L. A., Sheedy, P. F., Schwartz, R. S. Coronary artery calcium area by electron-beam computed tomography and coronary atherosclerotic plaque area. Circulation. 92 (8), 2157-2162 (1995).
- Mautner, G. C., et al. Coronary artery calcification: assessment with electron beam CT and histomorphometric correlation. Radiology. 192 (3), 619-623 (1994).
- Agatston, A. S., et al. Quantification of coronary artery calcium using ultrafast computed tomography. Journal of the American College of Cardiology. 15 (4), 827-832 (1990).
- Shea, S., et al. Spatially weighted coronary artery calcium score and coronary heart disease events in the multi-ethnic study of atherosclerosis. Circulation: Cardiovascular Imaging. 14 (1), e011981 (2021).
- Liang, C. J., Budoff, M. J., Kaufman, J. D., Kronmal, R. A., Brown, E. R. An alternative method for quantifying coronary artery calcification: the multi-ethnic study of atherosclerosis (MESA). BMC Medical Imaging. 12, 14 (2012).
- McCollough, C. H., et al. Coronary artery calcium: a multi-institutional, multimanufacturer international standard for quantification at cardiac CT. Radiology. 243 (2), 527-538 (2007).
- Detrano, R., et al. Coronary calcium as a predictor of coronary events in four racial or ethnic groups. The New England Journal of Medicine. 358 (13), 1336-1345 (2008).
- Budoff, M., et al. Cardiovascular events with absent or minimal coronary calcification: The Multi-Ethnic Study of Atherosclerosis (MESA). American Heart Journal. 158 (4), 554-561 (2009).
- Hecht, H. S., et al. 2016 SCCT/STR guidelines for coronary artery calcium scoring of noncontrast noncardiac chest CT scans: A report of the Society of Cardiovascular Computed Tomography and Society of Thoracic Radiology. Journal of Cardiovascular Computed Tomography. 11 (1), 74-84 (2017).
- American College of Radiology. ACR-NASCI-SPR practice parameter for the performance and interpretation of cardiac computed tomography (CT). American College of Radiology. , (2021).
