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Medicine

非门控断层扫描的冠状动脉钙化识别

doi: 10.3791/57918 Published: August 28, 2018

Summary

在这里, 我们提出了一个协议, 以可靠和系统地识别冠状动脉钙化 (CAC) 的非门控计算机断层扫描 (CT) 的胸部或腹部。CAC 为研究和临床目的提供了一种客观的冠状动脉疾病测量方法。

Abstract

冠状动脉钙化 (CAC) 是一种客观的冠状动脉疾病测量方法, 可以在非门控计算机断层扫描 (CT) 检查中发现, 与门控心脏 CT 扫描有很高的相关性。这个标准化的协议采取了一个步骤明智的方法, 不仅优化图像的钙化鉴别, 而且还区分 CAC 与其他常见的原因钙化的心脏剪影。在非门控 CT 扫描中对 CAC 的识别有助于确定一个非常强大的预后因素, 可以影响治疗干预或下游诊断测试, 而不需要进行门控心脏扫描。这些非门控的 CT 扫描通常是作为病人例行护理的一部分获得的, 而这一数据在没有另一剂量电离辐射的情况下是容易得到的。该协议允许准确准确地提取这些数据, 用于临床研究研究的回顾性数据分析, 也可用于患者的临床评估和管理。

Introduction

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冠状动脉疾病是主要的不良心血管事件的预测因素。CT 扫描为冠状动脉疾病提供了客观证据, 可以识别以前未确诊的患者。此外, CAC 具有重要的预后价值。具体来说, 在门控心脏 CT 扫描中没有 CAC, 确定了在许多不同的病人中, 包括患有心脏病症状的病人, 以及无症状的患者, 在随后的心血管事件中有低风险的患者人数。患者1,2。7000万的 ct 扫描在美国进行, 使用率上升, 其中大约 11-1200万的扫描是胸部 CT 扫描, 在许多患者中发现 CAC 的可能性仍然很高3。然而, 大多数的 CT 扫描的胸部进行的分析, 不是专门的心脏 CT 扫描。专用的心脏 CT 扫描有标准化的切片厚度, 采集协议, 心电图 (ECG) 门, 以尽量减少心脏运动, 和重建协议。还有一个标准化定量的门控心脏 CT 扫描使用 Agatston 评分。Agatston 评分系统已得到良好的验证, 并与临床结果1,2

CAC 可以很容易地识别这些非门控 CT 扫描, 但往往被忽视4。在非门控 ct 扫描和从门控 ct 扫描获得的 Agatston 评分之间有良好的相关性 (> 90% 在联合分析中)56789 ,10。在非门控 CT 扫描中, CAC 的存在与更糟糕的临床结局有关;然而, 这种缺席与发病率和死亡率的好处有关,10,11,12,13,14,15

虽然不同的研究观察了 cac 对非门控研究的预后, 但已发表的关于如何最好地确定 cac 的公布数据有限。有人试图确定一种自动的方法来识别在低剂量 CT 胸部扫描为肺癌筛查目的的 CAC;然而, 对其他研究协议的翻译是非常有限的16。采用差分 CT 扫描仪、协议和对比 (定时和数量) 限制了这种自动方法的应用。心血管计算机断层扫描学会和胸腔放射学会的尝试, 以促进对所有 CT 胸腔的 CAC 标准报告已达到17混合结果。虽然在本指南文件中提供了一个总体框架, 但确定冠状动脉钙化的具体细节, 特别是对于那些不经常可视化冠状动脉解剖的提供者来说, 是有限的。此外, 针对腹部 CT 扫描、对比研究和裁决具有挑战性的病例的策略没有得到解决。许多研究公布了它们自己所使用的协议的内部和观察者的重复性;然而, 在不同的研究中没有使用标准方法。

在这些非门控 CT 扫描中持续可靠地识别 cac 的能力, 允许对 cac 在许多不同情况下预测心血管结局的回顾和前瞻性观察研究。然而, 需要有一个标准的方法来识别非门控 CT 扫描的 CAC, 以确保结果的重现性, 以及在训练中的一致性, 以帮助临床实践。

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Protocol

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本议定书遵循肯塔基大学机构审查委员会和人类专题研究议定书规定的指导方针。

1. 打开图像查看器

  1. 打开在进行研究的机构中使用的图像查看器。双击桌面图标以打开查看器。
  2. 使用机构用户名和密码登录。

2. 确定适当的病人

  1. 单击工具栏中的 "学习列表" 图标。
  2. 在 "搜索条件" 下拉列表中, 选择标记为 "患者 ID 等于" 的选项。
  3. 输入病人的医院标识号。
  4. 在 "模式" 下, 单击所有模式以取消选择所有成像模式。
    1. 点击CT选择此模式。
  5. 正文区域下, 将默认值保留到所有正文区域
  6. 然后, 在 "查找" 中单击鼠标。

3. 确定最佳研究

  1. 单击 "执行时间" 按学习日期组织列表。
  2. 然后, 点击兴趣研究。
    注: 最佳的研究是 CT 胸部 (无论是有或不对比)。当有多种研究可用时, 使用 ct 扫描, 可以可视化整个冠状动脉树最接近指数时间点 (回顾性数据分析) 或最近的 CT 扫描 (为临床目的)。

4. 识别最佳图像系列

  1. 单击屏幕右上角的 "平铺" 图标上的鼠标, 并突出显示单个平铺。单击此处, 使屏幕成为单个窗格。
  2. 悬停在图像顶端行上的系列图标上, 以标识具有3毫米切片厚度 (或最接近3毫米) 的系列。
  3. 单击并按住鼠标左键, 将此图标拖动到查看屏幕的中心, 然后松开鼠标左键。
  4. 使用中心鼠标滚动条 (或者, 或者, 按住鼠标左键并向右拖动) 可以滚动图像并确保对冠状动脉树进行充分的可视化。

5. 优化图像以突出钙化

  1. 滚动图像, 直到一个图像, 其中一个冠状动脉的可视化。
  2. 右键单击并选择"窗口/级别" 选项。
  3. 点击交互式 W/L
  4. 作为起始点, 在 W (窗口) 字段中键入500
  5. 作为起始点, 请在 L (级别) 字段中键入150
    注意: 调整窗口和水平设置的目的是优化心外膜脂肪 (通常是心脏剪影中最低的 Hounsfield 单位 (胡))、心脏室、钙化或金属结构 (通常是最高的胡) 之间的对比。CT 扫描的对比, 使用较低的 kV 往往需要最高水平 (通常 > 250 胡) 和最大的窗口 (经常 > 1000 胡)。对于 "低剂量" CT 扫描 (低 mAs) 没有对比, 将使用一个稍低的水平 (0-150 胡)。
  6. 通过按住水平滑动条上的鼠标左键并将其向右和向左移动来手动调整窗口 (将滚动条向右移动会增加窗口)。
  7. 通过按住垂直滑动条上的鼠标左键并上下移动 (向上移动滚动条以提高级别), 手动调整级别。
    注: 目标是调整窗口和水平以达到以下目的: 脂肪, 包括心外膜脂肪, 应暗灰色到黑色;心肌应稍浅灰色;钙和金属应该是白色的。
  8. 单击 "关闭" 关闭窗口和级别框, 然后开始查看图像。

6. 识别冠状动脉钙化

  1. 使用鼠标的中心滚动球滚动和向下的一系列图像, 一次看一个冠状动脉。
  2. 标记 (在单独的文档, 电子表格) 是否有冠状动脉钙化存在或缺席的四个主要的心外膜冠状动脉 (图 1)。
    注: 如果在血管本身或其分支中可见, CAC 在左前降动脉 (童子)、左旋动脉 (LCx) 或右冠状动脉 (RCA) 中被视为存在。

7. 鉴别细微钙化区的技术

  1. 找出可疑的冠状动脉钙化区。
  2. 在屏幕上右键单击以弹出菜单。
  3. 单击批注
  4. 然后, 单击椭圆 ROI
  5. 单击并按住在钙化区的鼠标左键, 并将其向下移动并向右创建一个圆形或椭圆形, 足以覆盖钙化区。
    注意: 确保感兴趣的区域 (ROI) 足够大, 足以覆盖潜在钙化和一些心外膜脂肪的整个区域, 但体积小到不能包括其他分室 (尤其是那些有对比度的)。该软件将提供最低, 最大, 和平均面积的胡在该地区没有兴趣区域。
    1. 点击并按住鼠标左键在感兴趣的区域中心移动, 如果有必要。
    2. 单击并按住鼠标左键, 在感兴趣区域的拐角处调整大小 (如果需要)。
  6. 重复步骤 7.5-7.5.2 创建另一个感兴趣的区域在胸骨上, 在屏幕顶部明亮的骨结构。
  7. 重复步骤 7.5-7.5.2, 以创建另一个感兴趣的区域的上升主动脉。
  8. 将潜在钙化区的最大胡与上升主动脉和胸骨中最大的胡进行比较。
    注: 如果距离升主动脉的最大胡差超过2标准, 则将一个区域归类为冠状动脉钙化。冠脉钙化应与胸骨最大的胡, 比升主动脉中的最大胡更接近 (图 2)。

8. 鉴别冠状动脉钙化与其他钙化源的区别

  1. 要打开后处理软件, 请左键单击 Windows 的开始按钮, 然后单击后处理软件。现在, 使用机构用户名和密码登录。
  2. 要打开研究和系列, 请在屏幕右上方的搜索选项中的相应字段中键入患者 ID患者姓名。然后, 取消选择日期 1
    1. 现在, 点击更新学习列表, 然后在屏幕左上方的结果列表中对所需的研究进行一次单击。
    2. 在下面的系列列表中, 单击标签中具有 3 mm 切片厚度的系列。
  3. 单击并按住鼠标滚动条上的一个图像, 并移动鼠标放大, 使动脉可以很好地可视化。
  4. 单击并按住鼠标左键在每个十字线的中心, 移动他们在有关钙化区的中心。
  5. 单击并按住十字线上标记上的鼠标左键, 可以旋转其他两个图像。继续观看其他两个图像, 直到相邻的兴趣结构被良好的可视化。
    注: 3 最常被混淆为冠状动脉钙化的地区包括主动脉壁钙化, 如 RCA 或左主干 (LM) 钙化, 二尖瓣环状钙化 (误认为 LCx 钙化) 或三尖瓣环形钙化 (误认为 RCA 钙化) 和心包钙化。冠状动脉周围有心外膜脂肪, 而这些相邻的结构不是。

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Representative Results

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如上文所述, 冠状动脉解剖在大多数患者中是相对可预测的。在大多数患者中, 评估这些血管的典型地点也很容易被发现 (图 1)。使用所述方法, 在84% 的患者中可以可靠地确定 CAC 的存在或缺失 (267 的317例可能的患者)15。绝大多数被排除的患者没有 ct 扫描在指定的时间框架内, 或有腹部 ct 扫描, 其中完全冠状动脉血管没有看到, 并没有发现 CAC。在单个患者中, 严重的呼吸和心脏运动伪影掩盖了从二尖瓣环形钙化中的 CAC 的区别, 并没有纳入分析。心脏运动工件的影响可能是轻微的或严重的 (图 3)。这是门控与非门控 CT 扫描的相关性不理想的主要原因之一。然而, 随着扫描仪的速度越来越快, 呼吸的持续时间和获取时间变得越来越短。这减少了呼吸和心脏运动对图像质量的影响, 提高了图像的时间分辨率。

在门控 CT 扫描中, CAC 的程度和分布与临床结果独立相关, 但在非门控研究219中没有得到很好的评估。虽然这是可能的 (并建议, 根据指导文件), 以评估的严重性, CAC 视觉, 这确实需要经验。此外, 为了研究目的, 很难对严重性的可视估计进行标准化, 同时报告的研究中和观察者之间的重复性有助于确保内部有效性, 但这并不能确保相关在研究之间是足够的。然而, 随着一些相关的非门控和门控研究 (量化) 的验证, 以培训读者和使用标准协议跨研究, 这可能是可以克服的 (图 4)。确定严重性的一般考虑因素包括所涉及的血管数量、每条血管中的斑块数量以及每个斑块钙化的密度。一个或两个血管的单一斑块通常是轻微的严重性。多钙化斑块涉及所有3心外膜血管, 特别是如果它们是浓密钙化, 通常被认为是严重的 CAC。

在非门控研究中, CAC 的分布比较容易辨认, 但在非门控研究中的临床意义则不那么清楚。理论上, 多支 cac (或弥漫性 cac) 可能预示着更糟糕的结果超出了 CAC 的程度, 非门控研究, 因为它在门控研究, 但这还没有得到验证。分布的分类通常是根据四个心外膜容器领土 (LM, 小伙子, LCx 和 RCA)。我们通常将其归类为单血管多血管疾病 (> 1 艘涉及的船只)。建议的 quantifications 从门外的研究获得的 (扩散率指数) 需要一个可靠的 CAC 评分, 这是不可靠的可达到的非门控研究。

Figure 1
图 1: 心外膜主要冠状动脉的正常解剖位置.(A) 本小组是一个更颅内轴切片 (最大强度投射), 靠近冠状动脉的起源。(B) 这个小组是一个更尾部轴向切片, 在中心室水平。左主干动脉 (LM) 起源于主动脉更多的向后之前, 分支到左前降动脉 (小伙子) 和左旋动脉 (LCx)。小伙子跑在前室沟。LCx 在二尖瓣周围的左房室沟中运行。右冠状动脉 (RCA) 起源于主动脉更多的前方和运行在右房室沟周围的三尖瓣。请单击此处查看此图的较大版本.

Figure 2
图 2: 确定冠状动脉钙化的微妙区域.此面板显示有可疑钙化、上升主动脉和胸骨的感兴趣区域 (ROI), 以观察 Hounsfield 单位 (胡) 测量信号强度的差异。该地区的 RCA 不是冠状动脉钙化, 最大的信号强度是更符合与上升主动脉比它与胸骨 (白盒)。请单击此处查看此图的较大版本.

Figure 3
图 3: 门控对冠状动脉钙的可视化的影响.上两个面板显示 (a) 非门控和 (B) 一个门控 CT 胸部扫描在同一病人, 其中钙化在右冠状动脉 (RCA) 仍然可视。下部两个面板显示 (C) 一个非门控和 (D) 对不同的病人进行门控 CT 胸部扫描, 显示心脏运动遮蔽左旋动脉近端的轻度冠状动脉钙化 (白色箭头)。请单击此处查看此图的较大版本.

Figure 4
图 4: 不同程度的冠状动脉钙化.这些面板显示不同患者的轴向非对比 CT 胸部图像显示 (A) 无钙化, (B) 轻度钙化, (C) 中度钙化, (D) 和严重钙化的左前降动脉。请单击此处查看此图的较大版本.

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Discussion

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CAC 的识别是一个非常强大的预后工具, 越来越多的文献支持它在许多不同的临床情况下使用。大多数文献集中在门控心脏 ct 扫描, 以确定 cac, 但有有力的证据表明, cac 的相关性, 非门控 CT 扫描, 以及预后的能力, 这一发现。考虑到美国的 ct 扫描利用情况, 以及对辐射暴露的越来越多的关注, 从已经获得的 ct 扫描中提取 CAC 信息的能力似乎提供了额外的价值 (, 提高质量最低限度到无需额外费用)。这在不断发展的医疗保健环境中将继续是重要的。为了做到这一点有意义和可靠, 标准化的方法, 以确定非门控 CT 扫描的 CAC 是必要的, 从研究的角度, 也为临床应用的翻译。

优化序列识别和执行灰度的精确窗口/调配是所描述方法中最关键的步骤。保持最佳的切片厚度, 辐射暴露 (kV 和 mAs), 后处理模仿良好的门控心脏 CT 扫描允许最佳的相关性。如果可能, 保持 2-3 毫米切片厚度和120伏的研究是理想的, 以允许最佳识别的 CAC17。鉴于该方法的目标是在许多不同类型的 CT 协议中确定 CAC, 因此适当的窗口和调配是必不可少的, 特别是在没有使用上述协议获得的研究中。降低 kV 的重要性, 以减少辐射暴露在牺牲的信号噪声。kV 对窗口和水准的影响取决于它是否是对比研究。冠状动脉内的造影浓度越高, 其水平越高, 窗口所需的面积也越大。当较低的 kV 被管理时, 这种效应会增强。鉴于身体习性和重建议定书可能会影响到这一点, 可能需要在个案基础上作出细微的调整。作为一个一致的参考, 最佳窗口和调配是一个使心外膜脂肪呈暗灰色到黑色, 软组织灰色, 钙非常浅灰色到白色。

经过优化的序列识别和适当的窗口和调配, 下一个阶段, 值得关注的是区分 CAC 与其他来源钙化的心脏剪影。这可能是具有挑战性的研究与重要的心脏和呼吸运动工件。使用多平面重建可以帮助确定 CAC (通常见于心外膜脂肪)环状钙化 (见于心肌本身), 心包钙化 (见于心外膜脂肪外) 和主动脉根/主动脉瓣钙化 (见于主动脉壁)。在罕见的情况下, 一个严重的心脏和呼吸运动伪影足以降低图像, 以防止分化, 这些研究应从任何分析中删除。

考虑到患者的差异, 以及在采集技术方面, 总是需要进行潜在的故障诊断。除了在窗口和水平的病人特定的修改, 有潜在的问题, 找出微妙的钙化区域和辨别冠状动脉钙化和非冠状动脉钙化。细微的钙化区域很难辨认, 尤其是在对比增强的研究中。使用感兴趣的工具区域在任何图像后处理软件可以帮助比较在钙化地区的胡与胡在对比地区, 以及其他地区的钙化 (如骨)。冠状动脉钙化的微妙区域可能有类似的胡骨, 一般应该高于胡的对比区。多平面重建有助于区分冠状动脉钙化 (从在心外膜脂肪中的心外膜冠状动脉中可见) 与心脏侧面的其他钙化源。二尖瓣环形钙化、主动脉壁钙化和心包钙化均可与冠状动脉钙化无关。鉴于其位置在二尖瓣环, 主动脉壁, 并在心包, 分别使用多平面重建可以帮助可靠地区分这些与冠状动脉钙化。

鉴于 cac 的负面预后价值是其更强大的资产, 单纯的存在或缺乏的 cac 为心血管风险评估提供了重要的价值。这种拟议的方法确实允许对此采取标准化的做法。它也允许识别单血管多血管 CAD, 在门控 CT 扫描也显示有预后的意义。然而, 这项议定书限制了 CAC 的量化, 主要是由于对内部和观察者的重复性的关注, 特别是在经验较少的读者当中。专用的心脏 CT 扫描允许更有效的量化, 并可能有助于提供一个分层风险模型的心血管事件的基础上 Agatston 评分。然而, 这需要专门的心脏 CT 扫描, 本地专门知识, 和专门的后处理软件, 其相关的成本和辐射暴露。要求门控心脏 CT 扫描还需要对大多数情况进行前瞻性分析, 而 CAC 在某些疾病状态下的应用可能没有足够的验证来保证这一点。此外, 在目前的医疗保健交付模式中, 以其重视价值, 识别 CAC 在 CT 扫描已获得的能力有很大的吸引力, 临床翻译。希望这种在非门控 CT 扫描中识别 CAC 的方法能够提供这种可重复的、增值的研究和临床应用。此技术的未来应用包括创建半自动的 CAC 检测软件, 以及用于临床医生的培训模块, 使其能够融入他们的实践4

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Disclosures

作者没有什么可透露的。

Acknowledgments

这项工作得到了国立卫生研究院的支持 [1TL1TR001997-01, 2016-2017]。

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Microsoft Windows Server 2012 R2 Standard PowerEdge R730 8F8KFB2 Server specifications for post-processing software: Intel(R) Xeon(R) CPU E5-2609 v3 @ 1.90GHz Intel(R) Xeon®CPU E5-2609 v3 @ 1.90GHz
Intuition Terarecon 4.4.12.xxx Post-processing software
McKesson Radiology Viewing Station McKesson Station Lite Version 1.0.0.182 IP version 8.0.31.0
Computer Desktop and Monitor: Optiplex 9030 AIO Dell Optiplex 9030 AIO Processor: Intel  Core i5-4590S CPU @ 3.00 GHz, 3001Mhz, 4 Cores, 4 Logical Processors

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References

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Gupta, V. A., Leung, S. W., Winkler, M. A., Sorrell, V. L. Identifying Coronary Artery Calcification on Non-gated Computed Tomography Scans. J. Vis. Exp. (138), e57918, doi:10.3791/57918 (2018).More

Gupta, V. A., Leung, S. W., Winkler, M. A., Sorrell, V. L. Identifying Coronary Artery Calcification on Non-gated Computed Tomography Scans. J. Vis. Exp. (138), e57918, doi:10.3791/57918 (2018).

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