Evaluation von zwei „schnellen“ Softwareprogrammen zur Bestimmung der linksventrikulären Volumina in der retrospektiv EKG-gegateten Mehrzeilen-Spiral-CT des Schweineherzens: Biplanare Flächen-Längen-Methode und „Shape-tracking“-Methode

Abstract

Ziel: Evaluation von 2 „schnellen“ Software-Programmen, einer biplanaren Flächen- Längen-Methode und einer neuen vollautomatischen „Shape tracking“-Methode, zur Berechnung der linksventrikulären Volumina (enddiastolisches Volumen EDV, endsystolisches Volumen ESV, Schlagvolumen SV) und der Ejektionsfraktion (EF) in der retrospektiv EKG-gegatete Mehrzeilen-Spiral-CT.

Material und Methode: 60 kontrastangehobene kardiale 16-Zeilen MSCTDatensätze (16x0,75mm Kollimation, normal dosiertes Routine-Protokoll: 120-140 kV, 400-500 mAseff (n=44), Niedrigdosis-Protokoll 120 kV, 100mAseff(n=16)) wurden an 8 intubierten, gesunden Hausschweinen an verschiedenen Tagen akquiriert. Axiale Bilder mit einer Schichtdicke und einem Rekonstruktionsinkrement von 2 mm wurden alle 10% des RR-Intervals berechnet. Die linksventrikulären Funktionsparameter wurden mit der üblichen semiautomatischen Kurzachsenmethode als Referenzmethode, der biplanaren Flächen-Längen-Methode und der automatischen „shape-tracking“-Methode ausgewertet. Bei letzterer wird ein dreidimensionales, trianguliertes deformierbares Oberflächenmodell verwendet, um die Bewegung der endokardialen Grenzen des linken Ventrikels über die rekonstruierten Herzphasen zu verfolgen und zu berechnen. Die Ergebnisse wurden mit der Bland-Altman-Analyse, dem Pearson´s Korrelationskoeffizienten und dem Wilcoxon-Test verglichen.

Ergebnisse: Alle 60 Datensätze konnten mit allen drei Methoden ausgewertet werden. Es fanden sich gute Korrelationen für die linksventrikulären Funktionsparameter für alle Datensätze sowie die niedrig (LD) und die normal (ND) dosierten Datensätze zwischen 0,65 und 0,89 für die „Shape tracking“-Methode und zwischen 0,7 und 0,87 für die Flächen-Längen-Methode. Die „Shape tracking“- Methode zeigte eine mittlere Überschätzung des EDV um 3,1 (LD, p=0,38) bis 4,3 ml (ND, p<0,05), des SV um 4,0 (LD, p=0,08) bis 4,9 ml (ND, p<0,05) und der EF um 1,3 (LD, p=0,16) bis 2,0 % (ND, p<0,05). Das ESV wurde um 0,3 (LD, p=0,7) bis 1,1 ml (ND, p=0,08) unterschätzt. Die Flächen Längen-Methode überschätzte EDV (6,6 bis 6,7 ml (p<0,05)), SV (5,9 bis 8,4 ml (p<0,05)) und EF (1,2 bis 3,0 % (p<0,05)) sowie ESV im Routine-Protokoll (0,6 ml (p=0,74)). Niedrig dosiertes ESV wurde im mittel unterschätzt (1,3 ml (p=0,21)).

Schlussfolgerungen: Die linksventrikuläre Funktionsparameter beider schneller Software-Methoden korrelieren gut mit der üblichen Kurzachsenmethode, wobei beide Verfahren das EDV, SV und die EF signifikant überschätzen. Beide Verfahren sind auch bei niedrig dosierten Untersuchungen einsetzbar.

Purpose: Evaluation of 2 „fast“ software tools, a biplane area-length-method and a new automatic “shape tracking”-method, for the calculation of left ventricle volumes (enddiastolic volume EDV, endsystolic volume ESV, stroke volume SV) and ejection fraction (EF) in retrospectively ECG-gated multidetector computed tomography.

Materials and Methods: 60 contrast enhanced cardiac CT-datasets (16x0.75 mm collimation, normal dose: 120-140 kV, 400-500 mAseff (n=44), low dose 120 kV, 100mAseff (n=16)) were acquired from eight intubated healthy pigs on different days. Images were reconstructed with slice thickness and increment of 2 mm every 10 % of the cardiac cycle. LV function was evaluated using the common short axis method as the reference method, the biplane area-length-method and the automatic “shape tracking”-method, where a three-dimensional triangulated deformable surface model was used to segment the endocardial border of the left ventricle and to track its motion through the cardiac phases. Results were compared using the Bland-Altmanplot, the correlation coefficient and the Wilcoxon test.

Results: All 60 data sets could be evaluated with all three methods. Good correlations were found for left ventricular functional parameters for all data sets, the normal dose (ND) and low dose (LD) data sets between 0.65 and 0.89 for the “shape tracking”-method and between 0.7 and 0,87 for the area-length-method. The “shape tracking”-method showed a mean over-estimation of the EDV of 3.1 (LD, p=0.38) to 4.3 ml (ND, p<0.05), the SV of 4.0 (LD, p=0.08) to 4.9 ml (ND, p<0.05) and the EF of 1.3 (LD, p=0.16) to 2.0 % (ND, p<0.05). The EDV was under-estimated between 0.3 (LD, p=0.7) and 1.1 ml (ND, p=0.08). The area-length-method showed an overestimation of EDV (6.6 to 6.7 ml (p<0.05)), SV (5.9 to 8.4 ml (p<0.05)), EF (1.2 to 3.0 % (p<0.05)) and normal dose ESV (0.6 ml (p=0.74)). Low dose ESV was underestimated (1.3 ml (p=0.21))

Conclusion: The left ventricular functional parameters acquired with both “fast” software methods correlate well with the common semi-automatic short axis method, whereas both methods significantly over-estimate EDV, SV and EF. Both methods can be used in low dose examinations.