Name: Advancing Cardiovascular Imaging - Introducing the Spatially Weighted Calcium Score for Early Disease Detection (Video) | JoVE
Uploaded: 2023-09-22T13:30:00
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이 연구는 NIH 보조금 R01ES029967의 지원을 받았습니다.

이 연구는 Mount Sinai Institutional Review Board(HS-20-01011)의 승인을 받아 수행되었으며 모든 피험자는 서면 동의서를 제출했습니다.
1. 프로토콜 시작 전 준비 사항
<ol><li>이 프로그램에는 적절한 폴더 구조가 필요합니다. 먼저 컴퓨터의 아무 곳에서나 마우스 오른쪽 버튼을 클릭하고 파일 디렉토리에서 새 폴더 옵션을 선택하여 프로젝트에 대한 기본 폴더?...

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>

이 프로그램의 프로토콜은 비교적 따르기 쉽지만 성공적인 사용과 신뢰할 수 있는 결과를 위해 필요한 몇 가지 중요한 단계가 있습니다. 시작하기 전에 이 프로그램에 사용될 환자 데이터가 익명화되어 환자 기밀성을 보장하는 것이 중요합니다. 프로젝트 주 폴더의 초기 서식과 이름은 프로그램이 데이터를 끌어오고 배치할 위치를 인식할 수 있도록 정확해야 합니다. 폴더, 특히 Meta_Data 폴더의 ?...

컴퓨터 단층 촬영(CT)을 사용하여 동맥 내 칼슘의 양을 측정하는 것은 관상 동맥 죽상 동맥 경화증의 중증도를 평가하는 확립된 방법입니다. 죽상동맥경화증의 정도를 알고 정량화하는 것은 미래의 관상동맥 심장질환의 위험을 결정하는 데 중요하다 1,2,3,4. 관상 동맥에서 칼슘을 측정하는 가장 일반적인 방법은 Agatston 점수5를 사용하는 것입니다. 그러나 Agatston 점수 계산의 일부는 Hounsfield 단위(HU)로 측정된 선택한 픽셀의 강도에 의존합니다. 130HU보다 작은 픽셀은 계산에 포함되지 않습니다. 마찬가지로, 면적이1mm2 미만인 석회화는 고려되지 않습니다. 이러한 역치로 인해, Agatston 점수는 석회화의 작고 약하게 약화되는 병소에 민감하지 않으며, 이는 무증상 질환의 존재를 드러내는 데 여전히 중요할 수 있다6.
석회화 수준이 낮은 환자에서 죽상동맥경화성 플라크의 위험을 평가하기 위해 앞서 설명한 공간 가중 칼슘 점수(SWCS)라는 지표가 제안되었다7. Agatston 점수와 달리 SWCS는 이미지 노이즈의 영향을 줄이기 위해 신호 임계값을 사용하지 않습니다. 대신, 칼슘 하이드록시아파타이트(CHA)의 농도가 알려진 팬텀 물체를 사용하여 참가자에게 배치하여 스캔의 시야에 있도록 합니다. 여기서는 0mg/mL, 50mg/mL, 100mg/mL, 200mg/mL CHA의 팬텀이 개발 중에 사용되었습니다. 그러나 그래픽 도구의 현재 구현에서는 0mg/mL 및 100mg/mL 섹션만 필요합니다. 팬텀은 스캔별 가중치 기능을 만드는 데 사용되며, 이 함수는 사용자가 선택한 각 픽셀과 인접 픽셀의 가중치를 지정하는 데 사용됩니다. 감쇠 수준이 높은 인접 픽셀이 있는 픽셀은 감쇠 수준이 낮은 픽셀로 둘러싸인 픽셀보다 더 많은 가중치가 부여됩니다. 이 프로세스를 통해 SWCS는 노이즈에 대한 내성이 있으며 스캔간 비교 8을 할 수 있습니다. SWCS는 연속적이며 석회화 수준이 낮은 경우에도 점수를 생성하므로 Agatston 점수가 0일 때 죽상동맥경화증의 정도를 정량화할 수 있습니다. Agatston 점수가 0인 경우에도 미세 석회화를 평가할 수 있도록 함으로써 SWCS는 무증상 질병의 존재를 밝히는 데 중요할 수 있습니다. 이를 통해 죽상동맥경화증의 유전적, 환경적 및 기타 위험 요인을 더 잘 이해할 수 있다 9,10. 기준선에서 Agatston 점수가 0이고 약 15년 후 추적 관찰에서 0이 아닌 개인을 조사한 이전 연구에서는 기준선에서 SWCS가 더 높은 사람들이 관상 동맥 심장 질환(CHD) 발병률이 더 높다는 것을 관찰했습니다. SWCS의 예측력은 특히 젊은 인구 집단에서 중요한데, 젊은 인구 집단에서는 장기간에 걸친 잔류 위험을 감지하고 모니터링하는 것이 도움이 될 수 있다6.
여기에 제시된 것은 Agatston 점수와 함께 SWCS를 계산하기 위한 반자동 도구입니다. 이 도구는 호환되는 프로그래밍 언어에서 실행되는 그래픽 사용자 인터페이스를 활용합니다. 사용자는 이미지와 상호 작용하여 두 개의 칼슘 점수가 포함된 최종 보고서 시리즈를 생성할 수 있습니다. 시작하려면 사용자는 케이스를 선택하거나 일련의 DICOM(Digital Imaging and Communications in Medicine) 파일을 선택하여 프로그램에 입력합니다. 이러한 이미지는 호흡 및 심장 운동을 피하기 위해 이완기 동안에만 획득한 호흡 유지, 심전도 게이트 CT 스캔이어야 합니다. 이 프로그램은 모든 심장 CT 영상으로 작동하지만 의미 있는 결과를 얻으려면 소스 영상이 최소 임상 칼슘 점수 지침11,12을 충족해야 합니다. 참고로, 본 연구에서는 슬라이스 두께 3mm, 피크관 전압 100kVp, 평균 CT 선량 지수 vol 1.19mGy, 이미지 해상도 512 x 512 픽셀을 사용했습니다. 512 x 512 픽셀이 아닌 모든 이미지는 프로그램에서 자동으로 리샘플링되어 석회화의 작은 영역에 대한 적절하고 일관된 해상도를 보장합니다. 이미지가 로드되면 사용자는 축 보기, 시상 보기, 코로나 보기에서 이미지를 볼 수 있습니다. 그런 다음 팬텀의 0mg/mL 및 100mg/mL 섹션을 선택하기 전에 더 나은 시각화를 위해 이미지의 밝기와 대비를 조정할 수 있습니다. 다음으로, 사용자는 점, 관심 영역(ROI) 또는 이 둘의 조합을 배치하여 4개의 관상동맥(좌측 전방 하강(LAD), 좌측 관상동맥(LCA), 좌측 곡절(LCX) 및 우측 관상동맥(RCA)을 각각 추적할 수 있습니다. 사용자는 필요에 따라 포인트와 ROI를 삭제하고 교체하거나 다시 그릴 수 있습니다. SWCS 버튼을 클릭하면 최종 보고서가 생성됩니다. 케이스는 포인트 및 ROI와 함께 이미지를 나중에 다시 로드할 수 있도록 자동으로 저장됩니다. 프로그램을 사용하는 동안 모든 지점에서 서면 지침도 사용할 수 있어 프로그램을 쉽게 사용할 수 있습니다.

<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

죽상동맥경화증의 정도를 결정하기 위해 관상동맥 석회화를 측정하는 현재 표준은 컴퓨터 단층 촬영(CT)에서 Agatston 점수를 계산하는 것입니다. 그러나 Agatston 점수는 130 Hounsfield 단위(HU) 미만의 픽셀 값과 1mm 미만의 칼슘 영역2을 무시합니다. 이러한 임계값으로 인해 점수는 칼슘 침착의 작고 약하게 감쇠되는 영역에 민감하지 않으며 초기 미세 석회화를 감지하지 못할 수 있습니다. 최근에 제안된 공간 가중 칼슘 점수(SWCS)라는 메트릭도 CT를 활용하지만 HU에 대한 임계값을 포함하지 않으며 연속 픽셀에서 상승된 신호를 필요로 하지 않습니다. 따라서 SWCS는 약하게 감쇠되는 작은 칼슘 침전물에 민감하며 관상 동맥 심장 질환 위험의 측정을 향상시킬 수 있습니다. 현재 SWCS는 계산 복잡성이 추가되어 활용도가 낮습니다. SWCS를 임상 연구로 번역하고 신뢰할 수 있고 반복 가능한 점수 계산을 촉진하기 위해 이 연구의 목적은 SWCS와 Agatston 점수를 모두 계산하는 반자동 그래픽 도구를 개발하는 것이었습니다. 이 프로그램에는 시야에 칼슘 하이드록시아파타이트 팬텀이 있는 게이트 심장 CT 스캔이 필요합니다. 팬텀을 사용하면 각 픽셀의 가중치를 조정하는 가중치 함수를 파생할 수 있으므로 신호 변동과 스캔 간의 변동성을 완화할 수 있습니다. 세 가지 해부학적 보기를 동시에 볼 수 있으므로 사용자는 관심 지점 또는 영역을 배치하여 4개의 주요 관상 동맥의 경로를 추적합니다. 스크롤하여 확대/축소, 두 번 클릭하여 삭제, 밝기/대비 조정과 같은 기능과 모든 단계의 서면 지침은 프로그램을 사용자 친화적이고 사용하기 쉽게 만듭니다. 동맥 추적이 완료되면 프로그램은 눈에 보이는 칼슘의 점수와 스냅샷이 포함된 보고서를 생성합니다. SWCS는 조기 개입 및 생활 방식 변화에 사용될 수 있는 무증상 질병의 존재를 밝힐 수 있습니다.

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

이 섹션에 표시된 대표 결과는 프로그램의 성공적인 사용에 수반되는 사항을 표시합니다. 여기서는 Agatston 점수가 0보다 큰 환자를 예로 사용합니다. 앞에서 설명한 것처럼 환자의 메타데이터 폴더 내의 결과에는 그림 5와 같이 CSV 파일 형식의 스프레드시트, PNG 파일 형식의 이미지, PDF 파일 형식의 보고서가 포함됩니다. 눈에 띄는 칼슘(HU > 130)이 있는 선택한 픽셀의 스냅샷?...

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

이 비디오는 관상 동맥 석회화를 정량화하기 위해 Agatston 점수의 대안인 공간 가중 칼슘 점수(SWCS)를 측정하기 위한 새로운 그래픽 도구의 사용을 보여줍니다. 그래픽 도구는 관상 동맥의 게이트 심장 컴퓨터 단층 촬영 및 사용자 정의 경로의 이미지 데이터를 기반으로 SWCS를 계산합니다.

관상동맥 공간 가중 칼슘 점수를 Gated Cardiac Computed Tomography 이미지에서 측정하기 위한 반자동 그래픽 도구

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

Biomedical Engineering and Imaging Institute의 사명은 의학 및 임상 실습에 활용할 수 있는 혁신적인 생물 의학 공학 및 이미징 기술을 만드는 것입니다. 목표는 질병을 조기에 정확하게 진단할 수 있는 기술을 식별하고 개발하여 보다 효과적인 치료를 최적화하는 데 유용할 수 있도록 하는 것입니다. 당사의 심혈관 영상 그룹은 MRI, PET 및 CT 영상을 위한 이미지 획득 및 분석 기술에 중점을 둡니다.CT 영상은 침습적 시술 없이 석회화를 측정하고 관상 동맥 질환의 중증도를 결정하는 데 사용할 수 있습니다. Agatston 점수는 칼슘 점수에 가장 일반적으로 사용되는 방법이지만 신호 임계값에 의존하므로 이미지 노이즈 위에서 감지할 수 없는 작고 낮은 감쇠 침전물로 인해 질병의 초기 단계를 놓칠 수 있습니다. 워싱턴 대학의 제이슨 리앙 박사와 그의 동료들은 공간적으로 가중된 칼슘 점수에 대한 아이디어를 개발했습니다.그러나 현재로서는 점수를 계산할 수 있는 신뢰할 수 있고 일관된 도구가 없습니다. 우리는 연구자들에게 정확하고 반복적으로 계산할 수 있는 기능을 제공하는 프로그램을 만들었습니다. 공간 가중 칼슘 점수는 기존의 칼슘 점수 CT 스캔으로 진행성 관상 동맥 석회화를 감지하기 전에 발생하는 미세 석회화를 감지할 수 있도록 민감하게 설계되었습니다.이러한 민감도는 무증상 관상동맥 질환을 식별하고 전자 담배의 금속 노출과 같은 새로운 위험 요인을 평가하고, 젊은 인구에서 수정 가능한 위험을 평가하고, 중재의 영향을 탐색할 때 유용할 수 있는 정량적 데이터를 제공하는 데 중요합니다. 이 연구의 즉각적인 적용은 관상 동맥 석회화와 전자 담배 사용으로 인한 독성 금속 노출 사이의 관계를 조사하는 것입니다. 이 프로젝트는 NIH의 자금 지원을 받고 컬럼비아 대학의 Ana Navas-Acien 교수가 이끌고 있습니다.