Herramienta gráfica semiautomática para medir la puntuación de calcio ponderada espacialmente de las arterias coronarias a partir de imágenes de tomografía computarizada cardíaca con compuerta

Summary

Este video demuestra el uso de una herramienta gráfica novedosa para medir la puntuación de calcio ponderada espacialmente (SWCS), una alternativa a la puntuación de Agatston, para cuantificar la calcificación de las arterias coronarias. La herramienta gráfica calcula el SWCS en función de los datos de imagen de la tomografía computarizada cardíaca controlada y las rutas definidas por el usuario de las arterias coronarias.

Abstract

El estándar actual para medir la calcificación de las arterias coronarias para determinar el alcance de la aterosclerosis es mediante el cálculo de la puntuación de Agatston a partir de la tomografía computarizada (TC). Sin embargo, la puntuación de Agatston no tiene en cuenta los valores de píxel inferiores a 130 unidades de Hounsfield (HU) y las regiones de calcio inferiores a 1 mm². Debido a este umbral, la puntuación no es sensible a las regiones pequeñas y débilmente atenuadas de la deposición de calcio y es posible que no detecte la microcalcificación incipiente. Una métrica propuesta recientemente llamada puntuación de calcio ponderada espacialmente (SWCS, por sus siglas en inglés) también utiliza CT, pero no incluye un umbral para HU y no requiere señales elevadas en píxeles contiguos. Por lo tanto, el SWCS es sensible a los depósitos de calcio más pequeños y débilmente atenuantes y puede mejorar la medición del riesgo de enfermedad coronaria. En la actualidad, el SWCS está infrautilizado debido a la complejidad computacional añadida. Con el fin de promover la traslación del SWCS a la investigación clínica y el cálculo fiable y repetible de la puntuación, el objetivo de este estudio fue desarrollar una herramienta gráfica semiautomática que calcule tanto el SWCS como la puntuación de Agatston. El programa requiere tomografías computarizadas cardíacas con compuerta con un maniquí de hidroxiapatita de calcio en el campo de visión. El fantasma permite derivar una función de ponderación, a partir de la cual se ajusta el peso de cada píxel, lo que permite mitigar las variaciones de la señal y la variabilidad entre escaneos. Con las tres vistas anatómicas visibles simultáneamente, el usuario traza el curso de las cuatro arterias coronarias principales colocando puntos o regiones de interés. Características como el desplazamiento para hacer zoom, el doble clic para eliminar y el ajuste de brillo/contraste, junto con la guía escrita en cada paso, hacen que el programa sea fácil de usar y de usar. Una vez que se completa el trazado de las arterias, el programa genera informes, que incluyen las puntuaciones y las instantáneas de cualquier calcio visible. El SWCS puede revelar la presencia de enfermedad subclínica, que puede utilizarse para la intervención temprana y los cambios en el estilo de vida.

Introduction

La medición de la cantidad de calcio dentro de las arterias mediante tomografía computarizada (TC) es una forma establecida de evaluar la gravedad de la aterosclerosis coronaria. Conocer y cuantificar el alcance de la aterosclerosis es clave para determinar el riesgo de enfermedad coronaria futura 1,2,3,4. La forma más común de medir el calcio en las arterias coronarias es mediante el puntaje de Agatston⁵. Sin embargo, parte del cálculo de la puntuación de Agatston se basa en la intensidad de los píxeles elegidos, medida en unidades de Hounsfield (HU). Los píxeles inferiores a 130 HU no se tienen en cuenta en el cálculo. Del mismo modo, no se consideran calcificaciones con un área inferior a 1^mm2. Debido a estos umbrales, la puntuación de Agatston no es sensible a focos de calcificación pequeños y débilmente atenuantes, lo que puede ser importante para revelar la presencia de enfermedad subclínica⁶.

Se propuso una métrica previamente descrita, denominada puntuación de calcio ponderada espacialmente (SWCS, por sus siglas en inglés), para evaluar el riesgo de placa aterosclerótica en pacientes con bajos niveles de calcificación⁷. A diferencia de la puntuación de Agatston, el SWCS no utiliza umbrales de señal para reducir el impacto del ruido de la imagen. En su lugar, hace uso de un fantasma, un objeto con concentraciones conocidas de hidroxiapatita de calcio (CHA) colocado en el participante de modo que esté en el campo de visión del escaneo. En este caso, se utilizó un maniquí con 0 mg/mL, 50 mg/mL, 100 mg/mL y 200 mg/mL de CHA durante el desarrollo; sin embargo, en la implementación actual de la herramienta gráfica, solo se requieren las secciones de 0 mg/mL y 100 mg/mL. El fantasma se utiliza para crear una función de ponderación específica del escaneo, que luego se utiliza para pesar cada uno de los píxeles seleccionados por el usuario, así como sus vecinos. A los píxeles con píxeles vecinos que tienen un nivel de atenuación alto se les da más peso que a los rodeados por píxeles con niveles de atenuación más bajos. Este proceso hace que el SWCS sea tolerante al ruido y comparable de un escaneo a otro⁸. El SWCS es continuo y produce una puntuación incluso cuando hay niveles bajos de calcificación, lo que permite cuantificar la extensión de la aterosclerosis cuando la puntuación de Agatston es cero. Al permitir la evaluación de la microcalcificación incluso cuando la puntuación de Agatston es cero, el SWCS puede ser importante para revelar la presencia de enfermedad subclínica. Esto puede permitir una mejor comprensión de los factores de riesgo genéticos, ambientales y otros factores de riesgo en la aterosclerosis ^9,10. Un estudio anterior, que examinó a individuos con una puntuación de Agatston de cero al inicio y distinta de cero en un seguimiento aproximadamente 15 años después, observó que aquellos con un SWCS más alto al inicio tenían una tasa más alta de eventos de enfermedad coronaria (CHD). El poder predictivo del SWCS es especialmente importante en poblaciones más jóvenes, donde la detección y el seguimiento del riesgo residual a largo plazo pueden ser útiles⁶.

Aquí se presenta una herramienta semiautomática para calcular el SWCS junto con la puntuación de Agatston. La herramienta utiliza una interfaz gráfica de usuario que se ejecuta en un lenguaje de programación compatible. El usuario puede interactuar con las imágenes para generar una serie final de informes, que incluyen las dos puntuaciones de calcio. Para comenzar, el usuario selecciona un caso, o una serie de archivos de Digital Imaging and Communications in Medicine (DICOM), para ingresarlos en el programa. Estas imágenes deben ser tomografías computarizadas en apnea y con electrocardiograma, adquiridas solo durante la diástole para evitar el movimiento respiratorio y cardíaco. Si bien el programa está operativo con cualquier imagen de TC cardíaca, para producir resultados significativos, las imágenes de origen deben cumplir con las pautas mínimas de puntuación clínica de calcio^11,12. Como referencia, en el estudio se utiliza un grosor de corte de 3 mm, una tensión máxima del tubo de 100 kVp, un índice de dosis de TC promedio de 1,19 mGy y una resolución de imagen de 512 x 512 píxeles. Cualquier imagen que no sea de 512 x 512 píxeles se vuelve a muestrear en el programa automáticamente para garantizar una resolución adecuada y consistente de pequeñas áreas de calcificación. Una vez cargadas las imágenes, el usuario puede verlas en las vistas axial, sagital y coronal. A continuación, se puede ajustar el brillo y el contraste de las imágenes para una mejor visualización antes de seleccionar las secciones de 0 mg/ml y 100 mg/ml del maniquí. A continuación, el usuario puede trazar cada una de las cuatro arterias coronarias -descendente anterior izquierda (LAD), arteria coronaria izquierda (LCA), circunfleja izquierda (LCX) y arteria coronaria derecha (RCA)- colocando un punto, una región de interés (ROI) o una combinación de ambos para permitir una selección exhaustiva de los píxeles de una arteria, independientemente de cómo aparezca la arteria en el plano axial. El usuario puede eliminar y reemplazar o volver a dibujar puntos y ROI según sea necesario. Al hacer clic en el botón SWCS, se generan los informes finales. Los casos se guardan automáticamente para que las imágenes, junto con los puntos y los ROI, se puedan volver a cargar más adelante. Las instrucciones escritas también están disponibles en cada punto mientras se usa el programa, lo que hace que el programa sea fácil de usar.

Protocol

Este estudio se llevó a cabo con la aprobación de la Junta de Revisión Institucional de Mount Sinai (HS-20-01011), y todos los sujetos dieron su consentimiento informado por escrito. 1. Preparación antes de iniciar el protocolo Es necesaria una estructura de carpetas adecuada para este programa. Comience creando una carpeta principal para el proyecto en cualquier lugar de la computadora haciendo clic con el botón derecho y seleccionando la opción Nueva …

Representative Results

Los resultados representativos que se muestran en esta sección muestran lo que implica el uso exitoso del programa. Aquí, se utiliza como ejemplo un paciente con una puntuación de Agatston superior a cero. Como se mencionó anteriormente, los resultados dentro de la carpeta de metadatos de un paciente tendrán hojas de cálculo en forma de archivos CSV, imágenes en forma de archivos PNG e informes en forma de archivos PDF, como se muestra en la Figura 5. El número de archivos PNG difier…

Discussion

Si bien el protocolo de este programa es relativamente fácil de seguir, hay algunos pasos críticos que son necesarios para un uso exitoso y resultados confiables. Antes de comenzar, es importante asegurarse de que los datos del paciente que se utilizarán en este programa estén anonimizados para garantizar la confidencialidad del paciente. El formato inicial y la nomenclatura de la carpeta principal del proyecto deben ser correctos para que el programa reconozca dónde extraer y colocar los datos. La nomenclatura y/o …

Materials

Calcium Hydroxyapatite	Sigma-Aldrich	289396-100G	Suspended in EpoxAcast 690 resin for phantom creation
Clinical Cardiac CT Scanner	Siemens	SOMATOM Force Dual Source CT	Used for the source images; Any cardiac CT will be sufficient
EpoxAcast 690	Smooth-On	03641	Used for phantom creation
MATLAB	Mathworks	R2019a	Requires Image Processing Toolbox and Statistics and Machine Learning Toolbox; Any version compatible with and able to run version R2019a scripts is sufficient
Standard Computer	N/A	N/A	macOS or Windows operating system
syngo.via	Siemens	VB60A_HF04	Commercial software used for computing Agatston score for validation study