Name: Advancing Cardiovascular Imaging - Introducing the Spatially Weighted Calcium Score for Early Disease Detection (Video) | JoVE
Uploaded: 2023-09-22T13:30:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Advancing Cardiovascular Imaging - Introducing the Spatially Weighted Calcium Score for Early Disease Detection at JoVE.com

Dit werk werd ondersteund door NIH-subsidie R01ES029967.

Deze studie werd uitgevoerd met goedkeuring van de Mount Sinai Institutional Review Board (HS-20-01011), en alle proefpersonen gaven schriftelijke geïnformeerde toestemming.
1. Voorbereiding voor het starten van het protocol
<ol><li>Voor dit programma is een geschikte mappenstructuur nodig. Begin met het maken van een hoofdmap voor het project ergens op de computer door met de rechtermuisknop te klikken en de optie Nieuwe map te selecteren in de map bestand...

Improving Coronary Artery Calcification Assessment with the SWCS Tool

<ol>
	<li>O'Malley, P. G., Taylor, A. J., Jackson, J. L., Doherty, T. M., Detrano, R. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Prognostic+value+of+coronary+electron-bean+computed+tomography+for+coronary+heart+disease+events+in+asymptomatic+populations.">Prognostic value of coronary electron-bean computed tomography for coronary heart disease events in asymptomatic populations.</a> The American Journal of Cardiology. 85 (8), 945-948 (2000).</li><li>Budoff, M. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Assessment+of+coronary+artery+disease+by+cardiac+computed+tomography.">Assessment of coronary artery disease by cardiac computed tomography.</a> Circulation. 114 (16), 1761-1791 (2006).</li><li>Rumberger, J. A., Simons, D. B., Fitzpatrick, L. A., Sheedy, P. F., Schwartz, R. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Coronary+artery+calcium+area+by+electron-beam+computed+tomography+and+coronary+atherosclerotic+plaque+area.">Coronary artery calcium area by electron-beam computed tomography and coronary atherosclerotic plaque area.</a> Circulation. 92 (8), 2157-2162 (1995).</li><li>Mautner, G. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Coronary+artery+calcification:+assessment+with+electron+beam+CT+and+histomorphometric+correlation.">Coronary artery calcification: assessment with electron beam CT and histomorphometric correlation.</a> Radiology. 192 (3), 619-623 (1994).</li><li>Agatston, A. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantification+of+coronary+artery+calcium+using+ultrafast+computed+tomography.">Quantification of coronary artery calcium using ultrafast computed tomography.</a> Journal of the American College of Cardiology. 15 (4), 827-832 (1990).</li><li>Shea, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spatially+weighted+coronary+artery+calcium+score+and+coronary+heart+disease+events+in+the+multi-ethnic+study+of+atherosclerosis.">Spatially weighted coronary artery calcium score and coronary heart disease events in the multi-ethnic study of atherosclerosis.</a> Circulation: Cardiovascular Imaging. 14 (1), e011981 (2021).</li><li>Liang, C. J., Budoff, M. J., Kaufman, J. D., Kronmal, R. A., Brown, E. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+alternative+method+for+quantifying+coronary+artery+calcification:+the+multi-ethnic+study+of+atherosclerosis+(MESA).">An alternative method for quantifying coronary artery calcification: the multi-ethnic study of atherosclerosis (MESA).</a> BMC Medical Imaging. 12, 14 (2012).</li><li>McCollough, C. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Coronary+artery+calcium:+a+multi-institutional,+multimanufacturer+international+standard+for+quantification+at+cardiac+CT.">Coronary artery calcium: a multi-institutional, multimanufacturer international standard for quantification at cardiac CT.</a> Radiology. 243 (2), 527-538 (2007).</li><li>Detrano, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Coronary+calcium+as+a+predictor+of+coronary+events+in+four+racial+or+ethnic+groups.">Coronary calcium as a predictor of coronary events in four racial or ethnic groups.</a> The New England Journal of Medicine. 358 (13), 1336-1345 (2008).</li><li>Budoff, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cardiovascular+events+with+absent+or+minimal+coronary+calcification:+The+Multi-Ethnic+Study+of+Atherosclerosis+(MESA).">Cardiovascular events with absent or minimal coronary calcification: The Multi-Ethnic Study of Atherosclerosis (MESA).</a> American Heart Journal. 158 (4), 554-561 (2009).</li><li>Hecht, H. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=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.">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.</a> Journal of Cardiovascular Computed Tomography. 11 (1), 74-84 (2017).</li><li>American College of Radiology. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=ACR-NASCI-SPR+practice+parameter+for+the+performance+and+interpretation+of+cardiac+computed+tomography+(CT).">ACR-NASCI-SPR practice parameter for the performance and interpretation of cardiac computed tomography (CT).</a> American College of Radiology. , (2021).</li></ol>

Hoewel het protocol voor dit programma relatief eenvoudig te volgen is, zijn er een paar cruciale stappen die nodig zijn voor succesvol gebruik en betrouwbare resultaten. Voordat u begint, is het belangrijk om ervoor te zorgen dat de patiëntgegevens die in dit programma worden gebruikt, geanonimiseerd zijn om de vertrouwelijkheid van de patiënt te waarborgen. De initiële opmaak en naamgeving van de hoofdmap van het project moet correct zijn, zodat het programma kan herkennen waar gegevens moeten worden opgehaald en ge...

Het meten van de hoeveelheid calcium in slagaders met behulp van computertomografie (CT) is een gevestigde manier om de ernst van coronaire atherosclerose te beoordelen. Het kennen en kwantificeren van de omvang van atherosclerose is de sleutel tot het bepalen van het risico op toekomstige coronaire hartziekten 1,2,3,4. De meest gebruikelijke manier om calcium in de kransslagaders te meten is met behulp van de Agatston-score5. Een deel van de berekening van de Agatston-score is echter afhankelijk van de intensiteit van de gekozen pixels, gemeten in Hounsfield Units (HU). Pixels kleiner dan 130 HU worden niet meegenomen in de berekening. Evenzo worden verkalkingen met een oppervlakte kleiner dan 1mm2 niet in aanmerking genomen. Vanwege deze drempels is de Agatston-score niet gevoelig voor kleine, zwak verzwakkende brandpunten van verkalking, die nog steeds belangrijk kunnen zijn bij het onthullen van de aanwezigheid van subklinische ziekte6.
Een eerder beschreven metriek, de ruimtelijk gewogen calciumscore (SWCS), werd voorgesteld om het risico op atherosclerotische plaque bij patiënten met lage niveaus van verkalking te beoordelen7. In tegenstelling tot de Agatston-score maakt de SWCS geen gebruik van signaaldrempels om de impact van beeldruis te verminderen. In plaats daarvan maakt het gebruik van een fantoom-een object met bekende concentraties calciumhydroxyapatiet (CHA) dat op de deelnemer wordt geplaatst, zodat het zich in het gezichtsveld van de scan bevindt. Hier werd tijdens de ontwikkeling een fantoom met 0 mg/ml, 50 mg/ml, 100 mg/ml en 200 mg/ml CHA gebruikt; In de huidige implementatie van de grafische tool zijn echter alleen de secties 0 mg/ml en 100 mg/ml vereist. Het fantoom wordt gebruikt om een scanspecifieke wegingsfunctie te creëren, die vervolgens wordt gebruikt om elk van de door de gebruiker geselecteerde pixels en zijn buren te wegen. Pixels met aangrenzende pixels met een hoog dempingsniveau krijgen meer gewicht dan pixels met een lager dempingsniveau. Dit proces maakt het SWCS ruistolerant en vergelijkbaar van scan tot scan8. De SWCS is continu en produceert een score, zelfs wanneer er lage niveaus van calcificatie zijn, waardoor de mate van atherosclerose kan worden gekwantificeerd wanneer de Agatston-score nul is. Door de evaluatie van microcalcificatie mogelijk te maken, zelfs wanneer de Agatston-score nul is, kan de SWCS belangrijk zijn bij het onthullen van de aanwezigheid van subklinische ziekte. Dit kan een beter begrip mogelijk maken van de genetische, omgevings- en andere risicofactoren bij atherosclerose 9,10. Een eerdere studie, waarin personen werden onderzocht met een Agatston-score van nul bij aanvang en niet-nul bij een follow-up ongeveer 15 jaar later, merkte op dat degenen met een hogere SWCS bij aanvang een hoger aantal coronaire hartziekten (CHD) hadden. De voorspellende kracht van het SWCS is vooral belangrijk bij jongere populaties, waar de detectie en monitoring van restrisico's op lange termijn nuttig kan zijn6.
Hier wordt een semi-automatische tool gepresenteerd voor het berekenen van de SWCS samen met de Agatston-score. De tool maakt gebruik van een grafische gebruikersinterface die draait op een compatibele programmeertaal. De gebruiker kan met de afbeeldingen communiceren om een laatste reeks rapporten te genereren, waaronder de twee calciumscores. Om te beginnen selecteert de gebruiker een casus, of een reeks DICOM-bestanden (Digital Imaging and Communications in Medicine), om in het programma in te voeren. Deze beelden moeten ingehouden CT-scans met elektrocardiogram zijn, die alleen tijdens de diastole worden verkregen om ademhalings- en hartbewegingen te voorkomen. Hoewel het programma operationeel is met alle cardiale CT-beelden, moeten de bronbeelden voldoen aan de minimale klinische calciumscorerichtlijnen11,12 om zinvolle resultaten te produceren. Ter referentie: een plakdikte van 3 mm, een piekbuisspanning van 100 kVp, een gemiddelde CT-dosisindex-vol van 1,19 mGy en een beeldresolutie van 512 x 512 pixels worden hier in het onderzoek gebruikt. Alle afbeeldingen die niet 512 x 512 pixels zijn, worden automatisch opnieuw gesampled in het programma om een adequate en consistente resolutie van kleine verkalkingsgebieden te garanderen. Zodra de afbeeldingen zijn geladen, kan de gebruiker ze zien in de axiale, sagittale en coronale weergaven. Men kan dan de helderheid en het contrast van de beelden aanpassen voor een betere visualisatie voordat de secties 0 mg/ml en 100 mg/ml van het fantoom worden geselecteerd. Vervolgens kan de gebruiker elk van de vier kransslagaders traceren - linker anterieure dalende (LAD), linker kransslagader (LCA), linker circumflex (LCX) en rechter kransslagader (RCA) - door een punt, een interessegebied (ROI) of een combinatie van beide te plaatsen om een grondige selectie van de pixels van een slagader mogelijk te maken, ongeacht hoe de slagader in het axiale vlak verschijnt. De gebruiker kan indien nodig punten en ROI's verwijderen en vervangen of opnieuw tekenen. Door op de SWCS-knop te klikken, worden de eindrapporten gegenereerd. Cases worden automatisch opgeslagen, zodat afbeeldingen, samen met de punten en ROI's, op een later tijdstip opnieuw kunnen worden geladen. Schriftelijke instructies zijn ook beschikbaar op elk punt tijdens het gebruik van het programma, waardoor het programma gemakkelijk te gebruiken is.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Calcium Hydroxyapatite</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>289396-100G</td>
			<td>Suspended in EpoxAcast 690 resin for phantom creation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Clinical Cardiac CT Scanner</td>
			<td>Siemens</td>
			<td>SOMATOM Force Dual Source CT</td>
			<td>Used for the source images; Any cardiac CT will be sufficient</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>EpoxAcast 690</td>
			<td>Smooth-On</td>
			<td>03641</td>
			<td>Used for phantom creation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MATLAB</td>
			<td>Mathworks</td>
			<td>R2019a</td>
			<td>Requires Image Processing Toolbox and Statistics and Machine Learning Toolbox; Any version compatible with and able to run version R2019a scripts is sufficient</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Standard Computer</td>
			<td>N/A</td>
			<td>N/A</td>
			<td>macOS or Windows operating system</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>syngo.via</td>
			<td>Siemens</td>
			<td>VB60A_HF04</td>
			<td>Commercial software used for computing Agatston score for validation study</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

semi-automatic graphical tool for measuring coronary artery spatially weighted calcium score from gated cardiac computed tomography images

De huidige standaard voor het meten van verkalking van de kransslagader om de mate van atherosclerose te bepalen, is door de Agatston-score te berekenen op basis van computertomografie (CT). De Agatston-score houdt echter geen rekening met pixelwaarden van minder dan 130 Hounsfield-eenheden (HU) en calciumgebieden van minder dan 1mm2. Vanwege deze drempelwaarde is de score niet gevoelig voor kleine, zwak verzwakkende gebieden van calciumafzetting en detecteert het mogelijk geen ontluikende microcalcificatie. Een recent voorgestelde metriek, de ruimtelijk gewogen calciumscore (SWCS), maakt ook gebruik van CT, maar bevat geen drempel voor HU en vereist geen verhoogde signalen in aaneengesloten pixels. Het SWCS is dus gevoelig voor zwak verzwakkende, kleinere calciumafzettingen en kan de meting van het risico op coronaire hartziekten verbeteren. Momenteel wordt het SWCS onderbenut vanwege de extra computationele complexiteit. Om de vertaling van de SWCS naar klinisch onderzoek en een betrouwbare, herhaalbare berekening van de score te bevorderen, was het doel van deze studie om een semi-automatische grafische tool te ontwikkelen die zowel de SWCS- als de Agatston-score berekent. Het programma vereist gated cardiale CT-scans met een calciumhydroxyapatietfantoom in het gezichtsveld. Het fantoom maakt het mogelijk om een wegingsfunctie af te leiden, waaruit het gewicht van elke pixel wordt aangepast, waardoor signaalvariaties en variabiliteit tussen scans kunnen worden beperkt. Met alle drie de anatomische weergaven tegelijkertijd zichtbaar, volgt de gebruiker het verloop van de vier belangrijkste kransslagaders door punten of interessegebieden te plaatsen. Functies zoals scrollen om in te zoomen, dubbelklikken om te verwijderen en aanpassing van helderheid/contrast, samen met schriftelijke begeleiding bij elke stap, maken het programma gebruiksvriendelijk en gebruiksvriendelijk. Zodra het traceren van de slagaders is voltooid, genereert het programma rapporten, die de scores en snapshots van zichtbaar calcium bevatten. De SWCS kan de aanwezigheid van subklinische ziekte aan het licht brengen, die kan worden gebruikt voor vroege interventie en veranderingen in levensstijl.

Semi-Automatic Graphical Tool for Measuring Coronary Artery Spatially Weighted Calcium Score from Gated Cardiac Computed Tomography Images

De representatieve resultaten die in dit gedeelte worden weergegeven, laten zien wat een succesvol gebruik van het programma inhoudt. Hier wordt een patiënt met een Agatston-score groter dan nul als voorbeeld gebruikt. Zoals eerder besproken, bevatten de resultaten in de metadatamap van een patiënt spreadsheets in de vorm van CSV-bestanden, afbeeldingen in de vorm van PNG-bestanden en rapporten in de vorm van PDF-bestanden, zoals weergegeven in afbeelding 5. Het aantal PNG-bestanden versch...

Watch this Scientific Journal Video about Advancing Cardiovascular Imaging - Introducing the Spatially Weighted Calcium Score for Early Disease Detection at JoVE.com

Advancing Cardiovascular Imaging - Introducing the Spatially Weighted Calcium Score for Early Disease Detection (Video) | JoVE

Deze video demonstreert het gebruik van een nieuw grafisch hulpmiddel voor het meten van de ruimtelijk gewogen calciumscore (SWCS), een alternatief voor de Agatston-score, voor het kwantificeren van verkalking van de kransslagader. De grafische tool berekent SWCS op basis van beeldgegevens van gated cardiale computertomografie en door de gebruiker gedefinieerde paden van de kransslagaders.

Semi-automatisch grafisch hulpmiddel voor het meten van de ruimtelijk gewogen calciumscore van de kransslagader van gated cardiale computertomografiebeelden

The current standard for measuring coronary artery calcification to determine the extent of atherosclerosis is by calculating the Agatston score from ...

De missie van het Biomedical Engineering and Imaging Institute is het creëren van innovatieve biomedische technologie en beeldvormingstechnologieën die kunnen worden gebruikt in de medische wetenschap en de klinische praktijk. Het doel is om technieken te identificeren en te ontwikkelen voor een vroege en nauwkeurige diagnose van ziekten, die vervolgens nuttig kunnen zijn bij het optimaliseren van effectievere behandelingen. Onze cardiovasculaire beeldvormingsgroep concentreert zich op beeldacquisitie- en analysetechnieken voor MRI-, PET- en CT-beeldvorming.CT-beeldvorming kan worden gebruikt om verkalking te meten en de ernst van coronaire hartziekte te bepalen zonder invasieve procedures. De Agatston-score is de meest gebruikte methode voor het scoren van calcium, maar is afhankelijk van signaaldrempels, waardoor vroege stadia van de ziekte kunnen worden gemist omdat kleine, zwak verzwakkende afzettingen niet detecteerbaar zijn boven beeldruis. Dr. Jason Liang en zijn collega's van de Universiteit van Washington ontwikkelden het idee van de ruimtelijk gewogen calciumscore.Op dit moment zijn er echter geen betrouwbare en consistente tools om de score te berekenen. We hebben een programma gemaakt dat onderzoekers de mogelijkheid biedt om het nauwkeurig en herhaaldelijk te berekenen. De ruimtelijk gewogen calciumscore is ontworpen om gevoelig te zijn voor het detecteren van microverkalking, die optreedt voordat gevorderde coronaire calcificatie kan worden gedetecteerd door traditionele CT-scans met calciumscore.Die gevoeligheid is significant bij het identificeren van subklinische coronaire hartziekte en door kwantitatieve gegevens te verstrekken, die nuttig kunnen zijn bij het beoordelen van nieuwe risicofactoren zoals blootstelling aan metalen door e-sigaretten, het evalueren van aanpasbare risico's bij jongere populaties en het onderzoeken van de impact van interventies. De onmiddellijke toepassing van dit werk is het onderzoeken van de relatie tussen verkalking van de kransslagader en blootstelling aan giftige metalen door het gebruik van e-sigaretten. Dit project wordt gefinancierd door NIH en geleid door professor Ana Navas-Acien aan de Columbia University.