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

עבודה זו נתמכה על ידי R01ES029967 המענקים של NIH.

מחקר זה נערך באישור מועצת הביקורת המוסדית של הר סיני (HS-20-01011), וכל הנבדקים נתנו הסכמה מדעת בכתב.
1. הכנה לפני תחילת הפרוטוקול
<ol><li>מבנה תיקיות מתאים נחוץ לתוכנית זו. התחל על ידי יצירת תיקיה ראשית עבור הפרויקט בכל מקום במחשב על ידי לחיצה ימנית ובחירה באפשרות תיקיה...

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>

בעוד הפרוטוקול עבור תוכנית זו הוא קל יחסית לעקוב, ישנם כמה צעדים קריטיים הדרושים לשימוש מוצלח ותוצאות אמינות. לפני שמתחילים, חשוב לוודא שנתוני המטופלים שישמשו בתוכנית זו אנונימיים כדי להבטיח את סודיות המטופל. העיצוב והשם הראשוניים של התיקיה הראשית של הפרוייקט חייבים להיות נכונים כדי שהת?...

מדידת כמות הסידן בתוך העורקים באמצעות טומוגרפיה ממוחשבת (CT) היא דרך מבוססת להעריך את חומרת טרשת עורקים כלילית. ידיעה וכימות של היקף טרשת עורקים היא המפתח לקביעת הסיכון למחלת לב כלילית עתידית 1,2,3,4. הדרך הנפוצה ביותר למדוד סידן בעורקים הכליליים היא באמצעות ציון אגטסטון5. עם זאת, חלק מחישוב הניקוד של אגטסטון מסתמך על עוצמת הפיקסלים שנבחרו, הנמדדת ביחידות Hounsfield (HU). פיקסלים קטנים מ- 130 HU אינם נלקחים בחשבון בחישוב. באופן דומה, הסתיידויות עם שטח קטן מ 1 מ"מ2 אינם נחשבים. בשל ערכי סף אלה, ציון אגטסטון אינו רגיש למוקדים קטנים ומחלישים של הסתיידות, אשר עדיין עשויים להיות חשובים בחשיפת נוכחותה של מחלה תת-קלינית6.
מדד שתואר קודם לכן שנקרא ציון סידן משוקלל מרחבי (SWCS) הוצע כדי להעריך את הסיכון של רובד טרשתי בחולים עם רמות נמוכות של הסתיידות7. שלא כמו ציון אגטסטון, SWCS אינו משתמש בסף אות כדי להפחית את ההשפעה של רעש תמונה. במקום זאת, הוא עושה שימוש בפנטום - אובייקט עם ריכוזים ידועים של סידן הידרוקסיאפטיט (CHA) הממוקם על המשתתף כך שהוא נמצא בשדה הראייה של הסריקה. כאן, פנטום עם 0 מ"ג / מ"ל, 50 מ"ג / מ"ל, 100 מ"ג / מ"ל, ו 200 מ"ג / מ"ל CHA שימש במהלך הפיתוח; עם זאת, ביישום הנוכחי של הכלי הגרפי, נדרשים רק הסעיפים 0 מ"ג / מ"ל ו -100 מ"ג / מ"ל. הפנטום משמש ליצירת פונקציית שקלול ספציפית לסריקה, המשמשת לאחר מכן לשקילת כל אחד מהפיקסלים שנבחרו על ידי המשתמש, כמו גם שכנותיו. פיקסלים עם פיקסלים שכנים בעלי רמת הנחתה גבוהה מקבלים משקל רב יותר מאשר פיקסלים המוקפים בפיקסלים עם רמות הנחתה נמוכות יותר. תהליך זה הופך את SWCS לסובלני לרעש וניתן להשוואה מסריקה לסריקה8. ה- SWCS הוא רציף ומפיק ציון גם כאשר יש רמות נמוכות של הסתיידות, המאפשר לכמת את מידת טרשת העורקים כאשר ציון אגטסטון הוא אפס. על ידי מתן אפשרות להערכה של מיקרו-הסתיידות גם כאשר ציון אגטסטון הוא אפס, SWCS עשוי להיות חשוב בחשיפת נוכחות של מחלה תת-קלינית. זה עשוי לאפשר הבנה טובה יותר של גורמי הסיכון הגנטיים, הסביבתיים ואחרים בטרשת עורקים 9,10. מחקר קודם, אשר בחן אנשים עם ציון אגטסטון של אפס בתחילת המחקר ולא אפס במעקב כ -15 שנים מאוחר יותר, הבחין כי אלה עם SWCS גבוה יותר בתחילת המחקר היו שיעור גבוה יותר של מחלת לב כלילית (CHD). כוח החיזוי של SWCS חשוב במיוחד באוכלוסיות צעירות יותר, שם איתור וניטור של סיכון שיורי לטווח ארוך עשוי להיות מועיל6.
מוצג כאן כלי חצי אוטומטי לחישוב SWCS יחד עם ציון אגטסטון. הכלי משתמש בממשק משתמש גרפי הפועל על שפת תכנות תואמת. המשתמש מסוגל לקיים אינטראקציה עם התמונות כדי ליצור סדרה סופית של דוחות, הכוללים את שני ציוני הסידן. כדי להתחיל, המשתמש בוחר מקרה, או סדרה של קבצי הדמיה דיגיטלית ותקשורת ברפואה (DICOM), כדי להזין לתוכנית. תמונות אלה חייבות להיות סריקות CT מגודרות נשימה, אלקטרוקרדיוגרמות, שנרכשו רק במהלך הדיאסטולה כדי למנוע תנועה נשימתית ולבבית. בעוד התוכנית פועלת עם כל תמונות CT לב, כדי לייצר תוצאות משמעותיות, תמונות המקור צריך לעמוד בהנחיות ניקוד הסידן הקליני המינימלי11,12. לשם השוואה, עובי פרוסה של 3 מ"מ, מתח צינור שיא של 100 kVp, אינדקס מינון CT ממוצע של vol של 1.19 mGy, ורזולוציית תמונה של 512 x 512 פיקסלים משמשים במחקר כאן. כל התמונות שאינן 512 x 512 פיקסלים נדגמות מחדש בתוכנית באופן אוטומטי כדי להבטיח רזולוציה נאותה ועקבית של אזורים קטנים של הסתיידות. לאחר טעינת התמונות, המשתמש יכול לראות אותן בתצוגות הצירים, הקשת והעטרה. לאחר מכן ניתן להתאים את הבהירות והניגודיות של התמונות להדמיה טובה יותר לפני בחירת החלקים 0 מ"ג / מ"ל ו -100 מ"ג / מ"ל של הפאנטום. לאחר מכן, המשתמש יכול לעקוב אחר כל אחד מארבעת העורקים הכליליים - יורד קדמי שמאלי (LAD), עורק כלילי שמאלי (LCA), מעגל שמאלי (LCX) ועורק כלילי ימני (RCA) - על ידי הצבת נקודה, אזור עניין (ROI), או שילוב של שניהם כדי לאפשר בחירה יסודית של פיקסלים של עורק ללא קשר לאופן שבו העורק מופיע במישור הצירי. המשתמש רשאי למחוק ולהחליף או לשרטט מחדש נקודות והחזר השקעה לפי הצורך. לחיצה על הלחצן SWCS יוצרת את הדוחות הסופיים. מארזים נשמרים אוטומטית כדי שניתן יהיה לטעון מחדש תמונות, יחד עם הנקודות וההחזר על ההשקעה, במועד מאוחר יותר. הוראות כתובות זמינות גם בכל נקודה בעת השימוש בתוכנית, מה שהופך את התוכנית קלה לשימוש.

<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

התקן הנוכחי למדידת הסתיידות עורקים כליליים כדי לקבוע את מידת טרשת העורקים הוא על ידי חישוב ציון אגטסטון מטומוגרפיה ממוחשבת (CT). עם זאת, ציון Agatston מתעלם מערכי פיקסלים הנמוכים מ- 130 יחידות Hounsfield (HU) ומאזורי סידן הקטנים מ- 1 מ"מ2. בשל סף זה, הציון אינו רגיש לאזורים קטנים ומוחלשים של שקיעת סידן וייתכן שלא יזהה מיקרו-הסתיידות מתהווה. מדד שהוצע לאחרונה בשם ציון סידן משוקלל מרחבי (SWCS) משתמש גם הוא ב- CT אך אינו כולל סף עבור HU ואינו דורש אותות גבוהים בפיקסלים רציפים. לפיכך, SWCS רגיש למרבצי סידן מוחלשים וקטנים יותר ועשוי לשפר את מדידת הסיכון למחלות לב כליליות. נכון לעכשיו, SWCS אינו מנוצל מספיק בשל המורכבות החישובית הנוספת. כדי לקדם תרגום של SWCS למחקר קליני וחישוב אמין וחוזר של הציון, מטרת מחקר זה הייתה לפתח כלי גרפי חצי אוטומטי שמחשב הן את SWCS והן את ציון אגטסטון. התוכנית דורשת סריקות CT לב מגודרות עם פנטום סידן הידרוקסיאפטיט בשדה הראייה. הפנטום מאפשר להפיק פונקציית שקלול, שממנה מותאם משקלו של כל פיקסל, מה שמאפשר להפחית את שינויי האות והשונות בין הסריקות. כאשר כל שלוש התצוגות האנטומיות גלויות בו זמנית, המשתמש עוקב אחר מסלולם של ארבעת העורקים הכליליים העיקריים על ידי מיקום נקודות או אזורי עניין. תכונות כגון גלילה לזום, לחיצה כפולה כדי למחוק והתאמת בהירות/ניגודיות, יחד עם הדרכה כתובה בכל שלב, הופכות את התוכנית לידידותית למשתמש וקלה לשימוש. לאחר השלמת המעקב אחר העורקים, התוכנית מפיקה דוחות, הכוללים את הציונים והתמונות של כל סידן גלוי. SWCS עשוי לחשוף את נוכחותה של מחלה תת-קלינית, אשר עשויה לשמש להתערבות מוקדמת ושינויים באורח החיים.

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

התוצאות המייצגות המוצגות בסעיף זה מראות מה כרוך בשימוש מוצלח בתוכנית. כאן, מטופל עם ציון אגטסטון גדול מאפס משמש כדוגמה. כפי שנדון קודם לכן, התוצאות בתוך תיקיית המטה-נתונים של המטופל יכללו גיליונות אלקטרוניים בצורה של קבצי CSV, תמונות בצורה של קבצי PNG ודוחות בצורה של קבצי PDF, כפי שמוצג <strong class="...

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

סרטון זה מדגים את השימוש בכלי גרפי חדשני למדידת ציון הסידן המשוקלל במרחב (SWCS), חלופה לציון אגטסטון, לכימות הסתיידות העורקים הכליליים. הכלי הגרפי מחשב SWCS בהתבסס על נתוני תמונה מטומוגרפיה ממוחשבת של לב מגודר ונתיבים המוגדרים על-ידי המשתמש של העורקים הכליליים.

כלי גרפי חצי אוטומטי למדידת ציון סידן משוקלל מרחבי של עורקים כליליים מתוך תמונות טומוגרפיה ממוחשבת של לב מגודר

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

המשימה של המכון להנדסה ביו-רפואית ודימות היא ליצור הנדסה ביו-רפואית חדשנית וטכנולוגיות הדמיה שניתן להשתמש בהן במדע הרפואה ובפרקטיקה הקלינית. המטרה היא לזהות ולפתח טכניקות לאבחון מוקדם ומדויק של מחלות, אשר לאחר מכן יכול להיות שימושי באופטימיזציה של טיפולים יעילים יותר. קבוצת ההדמיה הקרדיווסקולרית שלנו מתמקדת בטכניקות רכישה וניתוח של תמונות עבור הדמיית MRI, PET ו-CT.ניתן להשתמש בהדמיית CT כדי למדוד הסתיידות ולקבוע את חומרת מחלת העורקים הכליליים ללא הליכים פולשניים. ציון אגטסטון הוא השיטה הנפוצה ביותר לניקוד סידן, אך הוא מסתמך על ספי אות, מה שעלול לגרום לפספוס שלבים מוקדמים של המחלה עקב משקעים קטנים ונמוכים שאינם ניתנים לזיהוי מעל רעש התמונה. ד"ר ג'ייסון ליאנג ועמיתיו מאוניברסיטת וושינגטון פיתחו את הרעיון של ציון סידן משוקלל מרחבית.עם זאת, כיום אין כלים אמינים ועקביים לחישוב הציון. יצרנו תוכנה שמציעה לחוקרים את היכולת לחשב את זה בצורה מדויקת וחוזרת. ציון הסידן המשוקלל במרחב נועד להיות רגיש לזיהוי מיקרו-הסתיידות, המתרחשת לפני שניתן לזהות הסתיידות כלילית מתקדמת על ידי סריקות CT מסורתיות של ניקוד סידן.רגישות זו משמעותית בזיהוי מחלת עורקים כליליים תת-קלינית ועל ידי מתן נתונים כמותיים, שיכולים להיות שימושיים בעת הערכת גורמי סיכון חדשים כמו חשיפה למתכות מסיגריות אלקטרוניות, הערכת סיכונים הניתנים לשינוי באוכלוסיות צעירות יותר וחקירת ההשפעה של התערבויות. היישום המיידי של עבודה זו הוא לבחון את הקשר בין הסתיידות העורקים הכליליים לבין חשיפה למתכות רעילות משימוש בסיגריות אלקטרוניות. פרויקט זה ממומן על ידי NIH ומובל על ידי פרופסור אנה Navas-Acien מאוניברסיטת קולומביה.