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

この研究は、NIHの助成金R01ES029967の支援を受けました。

この研究は、マウントサイナイ治験審査委員会(HS-20-01011)の承認を得て実施され、すべての被験者は書面によるインフォームドコンセントを与えました。
1.プロトコル開始前の準備
<ol></ol><img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65458/65458fig01.jpg"> 図1:メインプロジェクトフォ...

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>

このプログラムのプロトコルは比較的簡単に実行できますが、正常に使用し、信頼性の高い結果を得るために必要ないくつかの重要な手順があります。開始する前に、このプログラムで使用される患者データが匿名化され、患者の機密性を確保することが重要です。プロジェクトのメインフォルダの初期フォーマットと名前付けは、プログラムがデータを取得して配置する場所を認識できる?...

コンピュータ断層撮影(CT)を使用して動脈内のカルシウム量を測定することは、冠動脈アテローム性動脈硬化症の重症度を評価するための確立された方法です。アテローム性動脈硬化症の程度を知り、定量化することは、将来の冠状動脈性心疾患のリスクを判断するための鍵です1,2,3,4。冠状動脈のカルシウムを測定する最も一般的な方法は、アガットストンスコア5を使用することです。ただし、アガットストン スコアの計算の一部は、ハウンズフィールド単位 (HU) で測定された選択されたピクセルの強度に依存しています。130 HU 未満のピクセルは計算に考慮されません。同様に、面積が1mm2未満の石灰化は考慮されません。これらの閾値により、アガットストンスコアは、石灰化の小さくて弱く減衰する病巣に敏感ではなく、無症候性疾患の存在を明らかにする上で依然として重要である可能性があります6。
空間加重カルシウムスコア(SWCS)と呼ばれる以前に記述された指標は、低レベルの石灰化7の患者におけるアテローム性動脈硬化性プラークのリスクを評価するために提案されました。Agatstonスコアとは異なり、SWCSは画像ノイズの影響を軽減するために信号しきい値を使用しません。代わりに、カルシウムハイドロキシアパタイト(CHA)の濃度がわかっているファントムオブジェクトを、スキャンの視野に入るように参加者に配置します。ここでは、0 mg/mL、50 mg/mL、100 mg/mL、200 mg/mL CHAのファントムを開発中に使用しました。ただし、グラフィカルツールの現在の実装では、0 mg/mLと100 mg/mLの切片のみが必要です。ファントムは、スキャン固有の重み付け関数を作成するために使用され、ユーザーが選択した各ピクセルとその近傍ピクセルの重み付けに使用されます。減衰レベルが高い隣接ピクセルを持つピクセルは、減衰レベルの低いピクセルで囲まれたピクセルよりも重みが大きくなります。このプロセスにより、SWCSはノイズに耐性があり、スキャンごとに比較可能になります8。SWCSは連続的であり、石灰化のレベルが低い場合でもスコアを生成するため、アガットストンスコアがゼロの場合にアテローム性動脈硬化症の程度を定量化できます。アガットストンスコアがゼロの場合でも微小石灰化の評価を可能にすることにより、SWCSは無症候性疾患の存在を明らかにする上で重要である可能性があります。これにより、アテローム性動脈硬化症の遺伝的、環境的、およびその他の危険因子をよりよく理解できる可能性があります9,10。ベースライン時にアガットストンスコアがゼロで、約15年後の追跡調査でゼロ以外の個人を調べた以前の研究では、ベースライン時にSWCSが高い人は冠状動脈性心疾患(CHD)イベントの発生率が高いことが観察されました。SWCSの予測力は、長期にわたる残存リスクの検出とモニタリングが役立つ可能性のある若年層において特に重要である6。
ここでは、SWCSとAgatstonスコアを計算するための半自動ツールを紹介します。このツールは、互換性のあるプログラミング言語で動作するグラフィカルユーザーインターフェイスを利用します。ユーザーは、画像を操作して、2つのカルシウムスコアを含む最終的な一連のレポートを生成できます。まず、ユーザーはケースまたは一連の Digital Imaging and Communications in Medicine (DICOM) ファイルを選択して、プログラムに入力します。これらの画像は、呼吸と心臓の動きを避けるために拡張期にのみ取得された、息を止めた心電図同期CTスキャンでなければなりません。プログラムは心臓CT画像で機能しますが、意味のある結果を得るには、ソース画像が最低臨床カルシウムスコアリングガイドライン11,12を満たしている必要があります。参考までに、スライスの厚さは3mm、ピーク管電圧は100kVp、平均CT線量指数volは1.19mGy、画像解像度は512×512ピクセルである。512 x 512 ピクセル以外の画像は、石灰化の小さな領域の適切で一貫した解像度を確保するために、プログラム内で自動的に再サンプリングされます。画像が読み込まれると、ユーザーは軸、矢状、冠状のビューで画像を見ることができます。次に、ファントムの0 mg/mLおよび100 mg/mLの切片を選択する前に、画像の明るさとコントラストを調整して視覚化することができます。次に、左前下行動脈(LAD)、左冠動脈(LCA)、左回旋動脈(LCX)、右冠動脈(RCA)の4つの冠動脈をそれぞれ、ポイント、関心領域(ROI)、またはその両方の組み合わせを配置することで追跡し、動脈が軸面でどのように表示されるかに関係なく、動脈のピクセルを完全に選択することができます。ユーザは、必要に応じて、点およびROIを削除および置換または再描画することができる。「SWCS」ボタンをクリックすると、最終レポートが生成されます。ケースは自動保存されるため、画像はポイントやROIとともに後で再読み込みできます。また、プログラムの使用中には、あらゆる時点で書面による指示が用意されており、プログラムが使いやすいものとなっています。

<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

アテローム性動脈硬化症の程度を判断するために冠動脈石灰化を測定するための現在の標準は、コンピューター断層撮影(CT)からアガットストンスコアを計算することです。ただし、Agatston スコアでは、130 ハウンズフィールド単位 (HU) 未満のピクセル値と 1 mm2 未満のカルシウム領域は無視されます。この閾値化により、スコアはカルシウム沈着の小さくて弱く減衰する領域に敏感ではなく、初期の微小石灰化を検出できない可能性があります。最近提案された空間加重カルシウムスコア(SWCS)と呼ばれる指標もCTを利用していますが、HUの閾値は含まれておらず、連続したピクセルで高い信号を必要としません。したがって、SWCSは弱く減衰する小さなカルシウム沈着物に敏感であり、冠状動脈性心疾患リスクの測定を改善する可能性があります。現在、SWCSは計算の複雑さが増したため、十分に活用されていません。SWCSの臨床研究への変換と、信頼性が高く再現性のあるスコアの計算を促進するために、この研究の目的は、SWCSとAgatstonスコアの両方を計算する半自動グラフィカルツールを開発することでした。このプログラムでは、視野内にカルシウムハイドロキシアパタイトファントムを使用したゲート付き心臓CTスキャンが必要です。ファントムは、各ピクセルの重みが調整される重み付け関数を導出することを可能にし、スキャン間の信号の変動や変動性を軽減することができます。3つの解剖学的ビューがすべて同時に表示されるため、ユーザーは関心のあるポイントまたは領域を配置することで、4つの主要な冠動脈のコースをたどります。スクロールしてズーム、ダブルクリックして削除、明るさ/コントラストの調整などの機能と、各ステップでの書面によるガイダンスにより、プログラムはユーザーフレンドリーで使いやすいものになっています。動脈のトレースが完了すると、プログラムは、目に見えるカルシウムのスコアとスナップショットを含むレポートを生成します。SWCSは、無症候性疾患の存在を明らかにする可能性があり、早期介入やライフスタイルの変更に使用できます。

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

このセクションに示されている代表的な結果は、プログラムをうまく使用するために必要なものです。ここでは、アガットストンスコアがゼロより大きい患者を例に説明します。前述したように、患者のメタデータ フォルダー内の結果には、CSV ファイル形式のスプレッドシート、PNG ファイル形式の画像、PDF ファイル形式のレポートが含まれます ( 図 5 参照)。PNGファ?...

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

このビデオでは、冠動脈石灰化を定量化するために、アガットストンスコアの代替である空間加重カルシウムスコア(SWCS)を測定するための新しいグラフィカルツールの使用を紹介します。このグラフィカルツールは、ゲート付き心臓コンピュータ断層撮影からの画像データと冠状動脈のユーザー定義の経路に基づいてSWCSを計算します。

ゲート付き心臓コンピュータ断層撮影画像から冠動脈空間的に重み付けされたカルシウムスコアを測定するための半自動グラフィカルツール

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

医用生体工学研究所の使命は、医学や臨床現場で活用できる革新的な医用生体工学およびイメージング技術を創出することです。その目的は、疾患の早期かつ正確な診断のための技術を特定・開発し、より効果的な治療の最適化に役立てることです。心血管イメージンググループでは、MRI、PET、CTイメージングの画像取得・解析技術に注力しています。CT画像は、侵襲的な処置なしで石灰化を測定し、冠動脈疾患の重症度を判断するために使用できます。アガットストンスコアは、カルシウムスコアリングに最も一般的に使用される方法ですが、シグナルの閾値に依存しているため、画像ノイズの上で検出できない小さな弱弱化沈着物が検出できないため、疾患の初期段階を見逃す可能性があります。ワシントン大学のジェイソン・リャン博士と彼の同僚は、空間的に重み付けされたカルシウムスコアのアイデアを開発しました。ただし、現在のところ、スコアを計算するための信頼できる一貫したツールはありません。研究者が正確かつ繰り返し計算できるプログラムを作成しました。空間的に重み付けされたカルシウムスコアは、従来のカルシウムスコアリングCTスキャンで高度な冠状動脈石灰化を検出できる前に発生する微小石灰化を検出するために感度が高くなるように設計されています。この感度は、無症候性冠動脈疾患を特定し、電子タバコからの金属曝露などの新しい危険因子を評価したり、若年集団における修正可能なリスクを評価したり、介入の影響を調査したりする際に役立つ定量的データを提供する上で重要です。この研究の直接的な応用は、冠状動脈の石灰化と電子タバコの使用による有毒金属への曝露との関係を調べることです。このプロジェクトはNIHの資金提供を受け、コロンビア大学のAna Navas-Acien教授が主導しています。