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

Bu çalışma NIH hibe R01ES029967 tarafından desteklenmiştir.

Bu çalışma, Mount Sinai Kurumsal İnceleme Kurulu'nun (HS-20-01011) onayı ile yürütülmüştür ve tüm denekler yazılı bilgilendirilmiş onam vermiştir.
1. Protokole başlamadan önce hazırlık
<ol><li>Bu program için uygun klasör yapısı gereklidir. Dosyalar dizininde sağ tıklayıp Yeni Klasör seçeneğini seçerek bilgisayarın herhangi bir yerinde proje için bir ana klasör oluşturarak başlayın. Tüm giriş DICOM dosyaları ve sonuçl...

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>

Bu programın protokolünü takip etmek nispeten kolay olsa da, başarılı kullanım ve güvenilir sonuçlar için gerekli olan birkaç kritik adım vardır. Başlamadan önce, hasta gizliliğini sağlamak için bu programda kullanılacak hasta verilerinin anonimleştirildiğinden emin olmak önemlidir. Programın verileri nereye çekeceğini ve yerleştireceğini tanıması için projenin ana klasörünün ilk biçimlendirmesi ve adlandırılması doğru olmalıdır. Klasörlerin, özellikle Meta_Data klasörünün yan...

Bilgisayarlı tomografi (BT) kullanarak arterlerdeki kalsiyum miktarını ölçmek, koroner aterosklerozun şiddetini değerlendirmenin yerleşik bir yoludur. Aterosklerozun kapsamını bilmek ve ölçmek, gelecekteki koroner kalp hastalığı riskini belirlemenin anahtarıdır 1,2,3,4. Koroner arterlerdeki kalsiyumu ölçmenin en yaygın yolu Agatston skoru5'i kullanmaktır. Bununla birlikte, Agatston skoru hesaplamasının bir kısmı, Hounsfield Birimleri (HU) cinsinden ölçülen seçilen piksellerin yoğunluğuna dayanır. 130 HU'dan küçük pikseller hesaplamada dikkate alınmaz. Benzer şekilde, 1mm2'den daha az alana sahip kalsifikasyonlar dikkate alınmaz. Bu eşikler nedeniyle, Agatston skoru, subklinik hastalığın varlığını ortaya çıkarmada hala önemli olabilecek küçük, zayıf zayıflatıcı kalsifikasyon odaklarına duyarlı değildir6.
Düşük kalsifikasyon seviyelerine sahip hastalarda aterosklerotik plak riskini değerlendirmek için uzamsal ağırlıklı kalsiyum skoru (SWCS) adı verilen daha önce tanımlanmış bir metrikönerilmiştir 7. Agatston skorunun aksine, SWCS, görüntü gürültüsünün etkisini azaltmak için sinyal eşiği kullanmaz. Bunun yerine, taramanın görüş alanında olacak şekilde katılımcıya yerleştirilmiş bilinen kalsiyum hidroksiapatit (CHA) konsantrasyonlarına sahip bir hayalet nesne kullanır. Burada, geliştirme sırasında 0 mg/mL, 50 mg/mL, 100 mg/mL ve 200 mg/mL CHA'lı bir fantom kullanıldı; bununla birlikte, grafik aracının mevcut uygulamasında, yalnızca 0 mg / mL ve 100 mg / mL bölümleri gereklidir. Fantom, taramaya özgü bir ağırlıklandırma işlevi oluşturmak için kullanılır ve daha sonra kullanıcı tarafından seçilen piksellerin her birini ve komşularını tartmak için kullanılır. Yüksek zayıflama düzeyine sahip komşu piksellere sahip piksellere, daha düşük zayıflama düzeyine sahip piksellerle çevrili olanlardan daha fazla ağırlık verilir. Bu işlem, SWCS'yi gürültüye karşı toleranslı ve taramadan taramayakarşılaştırılabilir hale getirir 8. SWCS süreklidir ve düşük kalsifikasyon seviyeleri olduğunda bile bir skor üretir, bu da Agatston skoru sıfır olduğunda ateroskleroz derecesinin ölçülmesine izin verir. SWCS, Agatston skoru sıfır olsa bile mikrokalsifikasyonun değerlendirilmesine izin vererek, subklinik hastalığın varlığını ortaya koymada önemli olabilir. Bu, aterosklerozdaki genetik, çevresel ve diğer risk faktörlerinin daha iyi anlaşılmasını sağlayabilir 9,10. Başlangıçta Agatston skoru sıfır olan ve yaklaşık 15 yıl sonra takipte sıfır olmayan bireyleri inceleyen önceki bir çalışma, başlangıçta daha yüksek SWCS'ye sahip olanların daha yüksek koroner kalp hastalığı (KKH) olay oranına sahip olduğunu gözlemledi. SWCS'nin öngörücü gücü, uzun vadede kalıntı riskin saptanması ve izlenmesinin yararlı olabileceği genç popülasyonlarda özellikle önemlidir6.
Burada sunulan, Agatston skoru ile birlikte SWCS'yi hesaplamak için yarı otomatik bir araçtır. Araç, uyumlu bir programlama dili üzerinde çalışan bir grafik kullanıcı arayüzü kullanır. Kullanıcı, iki kalsiyum skorunu içeren son bir rapor serisi oluşturmak için görüntülerle etkileşime girebilir. Başlamak için, kullanıcı programa girmek için bir vaka veya bir dizi Tıpta Dijital Görüntüleme ve İletişim (DICOM) dosyası seçer. Bu görüntüler, solunum ve kalp hareketini önlemek için sadece diyastol sırasında elde edilen, nefeste tutulan, elektrokardiyogram kapılı BT taramaları olmalıdır. Program herhangi bir kardiyak BT görüntüsü ile çalışır durumdayken, anlamlı sonuçlar üretmek için kaynak görüntülerin minimum klinik kalsiyum skorlama kılavuzlarınıkarşılaması gerekir 11,12. Referans olarak, buradaki çalışmada 3 mm'lik bir kesit kalınlığı, 100 kVp'lik tepe tüp voltajı, 1.19 mGy'lik ortalama BT doz indeksi-hacmi ve 512 x 512 piksel görüntü çözünürlüğü kullanılmıştır. 512 x 512 piksel olmayan tüm görüntüler, küçük kireçlenme alanlarının yeterli ve tutarlı çözünürlüğünü sağlamak için programda otomatik olarak yeniden örneklenir. Görüntüler yüklendikten sonra, kullanıcı bunları eksenel, sagital ve koronal görünümlerde görebilir. Daha sonra, fantomun 0 mg / mL ve 100 mg / mL bölümlerini seçmeden önce daha iyi görselleştirme için görüntülerin parlaklığını ve kontrastını ayarlayabilirsiniz. Daha sonra, kullanıcı dört koroner arterin her birini izleyebilir - sol ön inen (LAD), sol koroner arter (LCA), sol sirkumfleks (LCX) ve sağ koroner arter (RCA) - bir nokta, bir ilgi bölgesi (ROI) veya arterin eksenel düzlemde nasıl göründüğüne bakılmaksızın bir arterin piksellerinin kapsamlı bir seçimine izin vermek için her ikisinin bir kombinasyonu. Kullanıcı, gerektiğinde noktaları ve ROI'leri silebilir ve değiştirebilir veya yeniden çizebilir. SWCS düğmesine tıklamak nihai raporları oluşturur. Vakalar otomatik olarak kaydedilir, böylece görüntüler, puanlar ve ROI'lerle birlikte daha sonra yeniden yüklenebilir. Programı kullanırken her noktada yazılı talimatlar da mevcuttur, bu da programın kullanımını kolaylaştırır.

<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

Aterosklerozun derecesini belirlemek için koroner arter kalsifikasyonunu ölçmek için mevcut standart, bilgisayarlı tomografiden (BT) Agatston skorunun hesaplanmasıdır. Bununla birlikte, Agatston skoru, 130 Hounsfield Biriminden (HU) küçük piksel değerlerini ve 1mm2'den küçük kalsiyum bölgelerini göz ardı eder. Bu eşikleme nedeniyle, skor kalsiyum birikiminin küçük, zayıf zayıflayan bölgelerine duyarlı değildir ve yeni ortaya çıkan mikro kalsifikasyonu tespit edemeyebilir. Uzamsal ağırlıklı kalsiyum skoru (SWCS) olarak adlandırılan yakın zamanda önerilen bir metrik de CT'yi kullanır, ancak HU için bir eşik içermez ve bitişik piksellerde yüksek sinyaller gerektirmez. Bu nedenle, SWCS zayıf zayıflayıcı, daha küçük kalsiyum birikintilerine duyarlıdır ve koroner kalp hastalığı riskinin ölçümünü iyileştirebilir. Şu anda, SWCS, eklenen hesaplama karmaşıklığı nedeniyle yeterince kullanılmamaktadır. SWCS'nin klinik araştırmalara çevrilmesini ve skorun güvenilir, tekrarlanabilir bir şekilde hesaplanmasını teşvik etmek için bu çalışmanın amacı, hem SWCS hem de Agatston skorunu hesaplayan yarı otomatik bir grafik araç geliştirmekti. Program, görüş alanında bir kalsiyum hidroksiapatit fantomu ile kapılı kardiyak BT taramaları gerektirir. Fantom, her pikselin ağırlığının ayarlandığı bir ağırlıklandırma işlevinin türetilmesine izin vererek, sinyal varyasyonlarının ve taramalar arasındaki değişkenliğin azaltılmasına olanak tanır. Üç anatomik görünümün tümü aynı anda görülebildiğinde, kullanıcı ilgilenilen noktaları veya bölgeleri yerleştirerek dört ana koroner arterin seyrini izler. Yakınlaştırmak için kaydırma, silmek için çift tıklama ve parlaklık/kontrast ayarı gibi özelliklerin yanı sıra her adımda yazılı rehberlik, programı kullanıcı dostu ve kullanımı kolay hale getirir. Arterlerin izlenmesi tamamlandıktan sonra, program herhangi bir görünür kalsiyumun puanlarını ve anlık görüntülerini içeren raporlar oluşturur. SWCS, erken müdahale ve yaşam tarzı değişiklikleri için kullanılabilecek subklinik hastalığın varlığını ortaya çıkarabilir.

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

Bu bölümde gösterilen temsili sonuçlar, programın başarılı kullanımının ne anlama geldiğini gösterir. Burada Agatston skoru sıfırdan büyük olan bir hasta örnek olarak kullanılmıştır. Daha önce tartışıldığı gibi, bir hastanın meta veri klasöründeki sonuçlar, Şekil 5'te gösterildiği gibi CSV dosyaları biçiminde elektronik tablolara, PNG dosyaları biçiminde görüntülere ve PDF dosyaları biçiminde raporlara sahip olacaktır. PNG dosyalarının sayısı...

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

Bu video, koroner arter kalsifikasyonunu ölçmek için Agatston skoruna alternatif olan uzamsal ağırlıklı kalsiyum skorunu (SWCS) ölçmek için yeni bir grafik aracının kullanımını göstermektedir. Grafik aracı, kapılı kardiyak bilgisayarlı tomografiden ve koroner arterlerin kullanıcı tanımlı yollarından elde edilen görüntü verilerine dayalı olarak SWCS'yi hesaplar.

Kapılı Kardiyak Bilgisayarlı Tomografi Görüntülerinden Koroner Arter Uzamsal Ağırlıklı Kalsiyum Skorunu Ölçmek için Yarı Otomatik Grafik Aracı

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

Biyomedikal Mühendisliği ve Görüntüleme Enstitüsü'nün misyonu, tıp bilimi ve klinik uygulamada kullanılabilecek yenilikçi biyomedikal mühendisliği ve görüntüleme teknolojileri yaratmaktır. Amaç, hastalıkların erken ve doğru teşhisi için teknikleri belirlemek ve geliştirmektir, bu da daha etkili tedavileri optimize etmede faydalı olabilir. Kardiyovasküler görüntüleme grubumuz MRI, PET ve BT görüntüleme için görüntü elde etme ve analiz tekniklerine odaklanmaktadır.BT görüntüleme, kalsifikasyonu ölçmek ve koroner arter hastalığının şiddetini belirlemek için invaziv prosedürler olmadan kullanılabilir. Agatston skoru, kalsiyum skorlaması için en yaygın kullanılan yöntemdir, ancak sinyal eşiklerine dayanır, bu da görüntü gürültüsünün üzerinde tespit edilemeyen küçük düşük zayıflatıcı birikintiler nedeniyle hastalığın erken evrelerinin kaçırılmasına neden olabilir. Washington Üniversitesi'nden Dr. Jason Liang ve meslektaşları, uzamsal ağırlıklı kalsiyum skoru fikrini geliştirdiler.Ancak şu anda puanı hesaplamak için güvenilir ve tutarlı araçlar bulunmamaktadır. Araştırmacılara doğru ve tekrar tekrar hesaplama olanağı sunan bir program oluşturduk. Uzamsal ağırlıklı kalsiyum skoru, ileri koroner kalsifikasyonun geleneksel kalsiyum skorlama BT taramaları ile tespit edilebilmesinden önce meydana gelen mikro kalsifikasyonu tespit etmek için duyarlı olacak şekilde tasarlanmıştır.Bu duyarlılık, subklinik koroner arter hastalığının tanımlanmasında ve e-sigaralardan metal maruziyeti gibi yeni risk faktörlerinin değerlendirilmesinde, genç popülasyonlarda değiştirilebilir risklerin değerlendirilmesinde ve müdahalelerin etkisinin araştırılmasında yararlı olabilecek nicel veriler sağlamada önemlidir. Bu çalışmanın hemen uygulanması, koroner arter kalsifikasyonu ile e-sigara kullanımından kaynaklanan toksik metallere maruz kalma arasındaki ilişkiyi incelemektir. Bu proje NIH tarafından finanse edilmekte ve Columbia Üniversitesi'nden Profesör Ana Navas-Acien tarafından yönetilmektedir.