Kumulative Inaugural-Dissertation zur Erlangung des Doktorgrades der Medizin einer Hohen Medizinischen Fakultät der Ruhr-Universität Bochum

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1 Aus der kardiologischen Klinik im Herz- und Diabeteszentrum NRW Bad Oeynhausen -Universitätsklinikder Ruhr-Universität Bochum Direktor: Professor Dr. med. D. Horstkotte Nichtinvasive Koronarangiographie: Der klinische Nutzen der Mehrschicht Computertomographie basierten nichtinvasiven Koronarangiographie bei Patienten nach Bypassoperation Kumulative Inaugural-Dissertation zur Erlangung des Doktorgrades der Medizin einer Hohen Medizinischen Fakultät der Ruhr-Universität Bochum vorgelegt von Helge von Kiedrowski aus Oldenburg 2011

2 Dekan: Prof. Dr. med. Klaus Überla Referent: Prof. Dr. med. Dieter Horstkotte Koreferent: Prof. Dr. med. Hubert Seggewiß Tag der Mündlichen Prüfung:

3 ABSTRACT Nichtinvasive Koronarangiographie: Der klinische Nutzen der Mehrschicht Computertomographie basierten nichtinvasiven Koronarangiographie bei Patienten nach Bypassoperation Problem: Die Mehrschicht Computertomographie (MSCT) ist das heute führende Verfahren in der nichtinvasiven Koronarangiographie. Wir untersuchten die Stärken und Schwächen der MSCT basierten Darstellung von koronaren Bypässen und versuchten Ansprüche an zukünftige Generationen von MSCT Scannern zu definieren. Methode: In einem klinischen Umfeld wurden 39 Patienten (Alter 69.2±1.4 Jahre; männliche Pat. n=36) einer MSCT basierten Koronarangiographie unterzogen (collimation mm, Kontrastmittel 100mL; 320 mas, 120 KV). 97 Bypass Grafts (61 venöse, 36 arterielle Grafts) wurden erfasst. Eine Untergruppe von 18 Patienten waren einer zusätzlichen invasiven Koronarangiographie zugeführt worden. Ergebnis: Die MSCT basierte Bypass Evaluation zeigte im Vergleich zur invasiven Koronarangiographie eine Sensitivität (Sens.) von 100%, eine Spezifität (Spez.) von 92.4% und positive and negative prädiktive Werte (PPV, NPV) von 60% bzw. 100%. Im Bereich der distalen Bypass Anastomose zeigte sich eine schlechtere Darstellbarkeit als in anderen Bypass Segmenten. Im Bereich der distalen Bypass Anastomose führten Bildgebungsartefakte bei 21% der Segmente zu fehlender Beurteilbarkeit. Die Darstellung der Nativgefäße proximal- und distal der Bypass Anastomose zeigte Sens, Spez, PPV and NPV Werte von 57.5%, 94.6%, 92% bzw. 67.3%. Mit 28.5% nicht beurteilbaren Segmenten, zeigten sich deutliche Probleme in der Darstellung der korrespondierenden Nativgefäße. Die effektive Strahlendosis betrug 9.88 ± 3.20mSv (9.69±3.25mSv männl.; 12.08±1.35mSv weibl.). Diskussion: Die 16-Zeiler MSCT basierte Darstellung Koronarer Bypässe bietet eine suffiziente diagnostische Genauigkeit. Abstriche in der Darstellbarkeit der distalen Bypass Anastomose und der revaskularisierten Nativgefäße zeigen allerdings Einschränkungen in Bezug auf den Wert im klinischen Umfeld.

4 Gewidmet Meinen Eltern Marion und Volker von Kiedrowski

5 I Inhaltsverzeichnis: 1. Einleitung und Zielsetzung 1 2. Material und Methoden Patienten Scan Protokoll für die MSCT basierte 6 Koronarangiographie 2.3 MSCT Datenanalyse Invasive Koronarangiographie Statistische Auswertung 9 3. Ergebnisse: Per Patient Analyse Per Bypass Analyse Per Nativgefäß Analyse MSCT im Vergleich zur invasiven 13 Koronarangiographie 4. Diskussion: Das proximale Bypass Segment Das mediale / distale Bypass Segment Die distale Bypass Anastomose Die revaskularisierten Nativgefäßsegmente Strahlenexposition Der derzeitige klinische Nutzen und Ausblick 2

6 II 4.7 Schlussbemerkungen Literaturverzeichnis Anhang Tabellen Abbildungen 37 Danksagung Lebenslauf Eingebundene Originalarbeiten

7 1 1. Einleitung und Zielsetzung: Die koronare Herzerkrankung (KHK) ist in den Industriestaaten eine der häufigsten Gründe für Hospitalisierung und frühzeitige Mortalität [33]. Die Todesursachenstatistik des Statistischen Bundesamtes für das Jahr 2007 weist als häufigste Todesursachen die chronische KHK (9,3%), und den akuten Herzinfarkt (7,0%) aus. An dritter Stelle folgt die Herzinsuffizienz, der häufig eine KHK bzw. eine chronische Ischämie zugrunde liegt (6,0%) [27, 28]. Vor diesem Hintergrund wird der hohe Untersuchungs- und Behandlungsbedarf der KHK verständlich. In der KHK-Diagnostik stellt die im Rahmen einer Herzkatheteruntersuchung durchgeführte selektive Koronarangiographie die Goldstandardmethode dar. Indiziert ist sie vor allem bei hoher KHK-Prätestwahrscheinlichkeit, um einzeitig eine Koronarintervention durchführen zu können. Ihre hohe Verfügbarkeit, ein geringes periprozedurales Risiko und solide Langzeitergebnisse rechtfertigen den Einsatz der Koronarangiographie als Methode der ersten Wahl. Im Jahr 2008 erfolgten deutschlandweit in 482 Zentren insgesamt Herzkatheteruntersuchungen, denen in (35,8%) Fällen perkutane Koronarinterventionen (PCI) folgten. In den Jahren 1995 bis 2005 betrug der Zuwachs an Herzkatheteruntersuchungen 53,3% [7]. Neben der interventionellen Therapie besteht v.a. bei koronarer 3- Gefäßerkrankung und bei Hauptstammäquivalenten (hämodynamisch relevante Stenosen des proximalen Ramus

8 2 descendens anterior und des proximalen Ramus circumflexus der linken Koronararterie) die Indikation zur operativen Myokardrevaskularisation. Laut den Leitlinien der European Society of Cardiology besteht die Indikation zur operativen Myokardrevaskularisation v.a. bei Patienten mit koronarer Mehrgefäßerkrankung und stabilen Kreislaufbedingungen. In der Akutphase eines Myokardinfaktes ist die Indikationsstellung zur operativen Myokardrevaskularisation limitiert. Indikationen in einem solchen Falle können sein: Fehlgeschlagene perkutane Koronarintervention (PCI), mittels PCI-Draht nicht passierbarer Koronararterien Verschluss, persistierende Symptome nach PCI, kardiogener Schock, sowie mechanische Komplikationen der anatomischen Strukturen [31]. Im Jahr 2008 erfolgten in 78 Zentren Bypass (CABG-) Operationen, von denen Eingriffe (22%) in Kombination mit anderen kardiochirurgischen Eingriffen, d.h. simultan vorgenommen wurden [7]. Die durchschnittliche Operationsletalität bei Bypassoperationen ist aufgrund der stetigen Weiterentwicklung von Operationstechniken und -materialien sowie der steigenden Expertise der Kardiochirurgen heute unter 3% gesunken [13]. Nichtsdestotrotz ist die langfristige Haltbarkeit von Bypass Grafts begrenzt. Die Langzeit-Offenheitsrate ist dabei von individuellen, patientenseitigen Faktoren und Komorbiditäten sowie dem Ausmaß und Fortschreiten koronarer Artherosklerose und der myokardialen Vorschädigung abhängig. Auch die angewandte Operationstechnik

9 3 und Art des gewählten Bypass Materials (venös, arterielle Grafts) bestimmen das langfristige Ergebnis [11, 23]. Bypasspatienten können z. B. infolge einer diabetischen Polyneuropathie, der stattgehabten Thorakotomie oder der Denervierung thorakaler Strukturen keine, oder sehr unspezifische Symptome entwickeln, die stark von den typischen Symptomen der Angina pectoris abweichen. Die grundsätzlich eingeschränkte Haltbarkeit von Bypass-Grafts, sowie häufiges Auftreten unspezifischer Beschwerden, lassen eine möglichst schonende diagnostische Bildgebung zur Beurteilung des Bypass- und des nativen Koronargefäßsystems wünschenswert erscheinen. Klinische Testverfahren, wie das herkömmliche EKG, die Fahrradergometrie, die Stressechokardiographie und magnetresonanztomographie sowie die Bandbreite der nuklearmedizinischen Modalitäten sind weder in jedem Falle geeignet, noch verfügt eine dieser Modalitäten über eine 100%ige diagnostische Genauigkeit. Alle diagnostischen Verfahren bedürfen daher einer gezielten Patientenpräselektion und sind komplementär einzusetzen. Vor diesem Hintergrund bekommt auch die Mehrschicht Computertomographie (MSCT) basierte nichtinvasive Koronarangiographie als jüngste Methode für die Koronardiagnostik Bedeutung. Mit Blick auf eine akzeptable diagnostische Genauigkeit, die in großen Meta-Analysen bestätigt wurde [15, 25], ist die MSCT auf dem Gebiet der nichtinvasiven Koronarangiographie das heute wahrscheinlich überlegene Verfahren. Hinsichtlich ihrer Anwendbarkeit bei Bypass Patienten ist sie in den aktuellen Leitlinien bisher jedoch nicht berücksichtigt [1, 6, 16, 24].

10 4 Indikationen ergeben sich aus dem robusten sehr hohen negativen Prädiktivwert, der für den MSCT-Einsatz zur Ausschlussdiagnostik spricht [15, 25]. Die im Herzbericht 2008, bezogen auf alle Koronarangiographien, beschriebene Interventionsquote von 35,8% rechtfertigt die Suche nach einer nicht-invasiven Untersuchungsmethode zum Ausschluss einer KHK [7]. Die Funktionsweise moderner MSCT Geräte basiert auf einem, in einem Ring um den Patienten rotierenden Röntgenröhren-Detektor- System. Der Patient wird mit kontinuierlichem Vorschub durch die sog. Gantry bewegt. Die Datenerfassung erfolgt in einem mehrfach gekammerten Detektor ( Multi-Detector Computed Tomography ), der während der Rotation Röntgensignale simultan in mehreren Schichten ( Mehrzeilen oder Mehrschicht Computertomographie ) erfaßt. Die räumliche und zeitliche Auflösung der verschiedenen MSCT Systeme ist von den Detektoren (Anzahl der Zeilen) bzw. von der Geschwindigkeit der Röhrenrotation abhängig. Die mit der Einführung der 16-Zeilen Technologie erstmals ermöglichte schnelle Datenerfassung erlaubt die komplette Datenakquisition während eines Atemanhaltemaneuvers. Dies führte über eine geringere Indzidenz von Bewegungsartefakten zu einer deutlichen Steigerung der Bildqualität. Die Datenaufzeichnung erfolgt bei der kardialen Bildgebung EKG-synchron, was eine phasenselektive Darstellung kardialer Strukturen ermöglicht.

11 5 In Anbetracht der mit MSCT hervorragend möglichen Darstellbarkeit der kardialen Topographie stellten bereits mehrere Studien die Möglichkeiten einer MSCT basierte Bypassdiagnostik heraus [8, 20, 32]. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Bewertung kritischer Aspekte der MSCT, welche bis jetzt nicht hinreichend diskutiert wurden, obwohl sie den klinischen Nutzen der Methode unmittelbar beeinflussen. Wir betrachteten die MSCT basierte Bypass Diagnostik in einem streng klinischen Kontext, indem wir auf die Untersuchung der neuralgischen, distalen Bypass Anastomose und der revaskularisierten Nativgefäßsegmente proximal und distal dieser Anastomose fokussierten. In diesem Zusammenhang ist eine Beschreibung und Diskussion der wichtigsten Bildgebungsartefakte notwendig. Außerdem behandelt die vorliegende Arbeit den im klinischen Kontext wichtigen Punkt der Strahlenexposition. 2. Material und Methoden: 2.1 Patienten: In unserer retrospektiven Single Center Studie wurden 39 Patienten (36 männliche, 3 weibliche; Alter 69.2 ± 1.4 Jahre) mit bekannter KHK und vorangegangener Bypass Operation eingeschlossen, die in unserem Hause einer MSCT basierten Koronarangiographie unterzogen wurden (siehe Tabelle A 1). Die Indikationen für die Untersuchung waren Brustschmerzen oder ein nicht eindeutiges Stress-Test Ergebnis. Die Ausschlusskriterien für die Untersuchung entsprachen den gängigen Kontraindikationen für Kontrastmittel Applikationen (Allergie gegen iodhaltiges Kontrastmittel, Niereninsuffizienz und Hyperthyreose). Zur Optimierung der

12 6 Bildqualität wurde zum Untersuchungszeitpunkt eine Herzfrequenz von <65 Schlägen pro Minute angestrebt. Um diese Herzfrequenz zu erreichen, erfolgte, falls nötig, eine Herzfrequenzkontrolle durch Applikation von ß-Blockern. Allerdings wurden, um den klinischen Bezug der Studie zu unterstreichen, Patienten bei denen die Frequenz von 65 Schlägen pro Minute überschritten wurde, nicht aus dieser Studie ausgeschlossen. In Fällen pathologischer Untersuchungsergebnisse wurde eine invasive Koronarangiographie mit der Möglichkeit zur perkutanen Koronarintervention in gleicher Sitzung empfohlen. Von 39 Patienten unterzogen sich 18 Patienten mit einem durchschnittlichen zeitlichen Abstand von 1.6 Wochen einer invasiven Koronarangiographie. Bei 10 Patienten erfolgte die invasive Koronarangiographie vor-, bei 8 Patienten nach der MSCTbasierten Koronarangiographie. 2.2 Scan Protokoll für die MSCT basierte Koronarangiographie: Die MSCT-basierte Angiographie erfolgte mit einem 16-Zeilen MSCT Scanner (Sensation Cardiac; 16 x 0.75 mm, Rotationszeit 420 ms; Siemens Medical Solutions, Forchheim, Deutschland) unter den folgenden Scan Parametern: Pitch 0.28, Röhrenstrom 320 mas bei 120 kv. Im Sinne der Strahlendosisreduktion wurden alle Scans bei EKG Pulsing, einer auf die verschiedenen Herzzyklusphasen abgestimmte Strahlungsmodulation, durchgeführt [12]. Außerdem wurde die Dosisminimierungssoftware Care Dose verwandt [9]. Zwecks Kontrastverstärkung erfolgte die Applikation von 100ml iodhaltigem Kontrastmittel mit einem Iodgehalt von 370 mg/ml (Ultravist, Schering) über einen peripheren venösen Zugang (Flussrate 4.5 ml/s). Nach Festlegung einer Region of Interest (ROI) in der Aorta ascendens wurde das so genannte Bolus Timing

13 7 vorgenommen. Bei einer Kontrastmittelkonzentration entsprechend der Signalstärke von 120 HU (Hounsfield Units) in der ROI startete die Datenaufnahme. Für die MSCT Untersuchung wurden die Patienten zu einem, während des gesamten Scans in Inspiration andauernden, Atemanhaltemanöver aufgefordert. Im Rahmen des Bilddaten post-processings erfolgte die Generierung axialer Schnittbilder in den Bildrekonstruktionsfenstern 50, 55, 60 bzw. 65% des RR-Intervalls, die der Mittdiastole entsprechen. In Fällen von Bewegungsartefakten wurden diese nach dem Punkt der optimalen Bildqualität ausgewählt. Die retrospektive Bildberechnung erfolgte mit einer Schichtdicke von 1 mm und einem Inkrement von 0.5 mm. Der Kernel B30 f wurde für alle Datensätze verwendet. 2.3 MSCT Datenanalyse: Die Auswertung der MSCT Bilder erfolgte direkt nach dem Scan an einer offline Workstation (Leonardo, Siemens, Medical Solutions, Forchheim, Deutschland), jeweils unabhängig voneinander, durch einen auf dem Gebiet der Kardio CT erfahrenen Kardiologen und einen Radiologen. Retrospektiv erfolgte eine studienorienterte Bildanalyse durch den Autor und den selben Kardiologen. Dabei wurde eine genaue Dokumentation nach dem folgenden Segmentmodell vorgenommen: Alle Bypässe wurden zur Beurteilung in drei Segmente aufgeteilt: 1. das proximale Segment, einschließlich der proximalen Anastomose bei venösen Bypässen; 2. das medial/distale Segment; und 3. die periphere Bypass Anastomose. Außer dem Bypass selbst beurteilten wir auch das

14 8 revaskularisierte native Koronargefäß proximal und distal der Bypass Anastomose. Die Auswertung der Kontrast verstärkten Scans erfolgte zwecks topographischer Beurteilung mit dem Volume Rendering Verfahren (kardiale 3D Bildrekonstruktion). Mittels multiplanarer Rekonstruktion (MPR) und Maximum Intensity Projections (MIP; rekonstruierte Schichtdicke maximal 3mm) wurden die Bypass- und Koronargefäße beurteilt. In der Beurteilung des Gefäßstatus wurden sichtbare Läsionen mit einer Stenosierung von >50% des Gefäß- Referenzlumens als relevant bezeichnet. In der Untergruppe der Patienten mit zusätzlicher invasiver Koronarangiographie wurde der mittels MSCT dokumentierte Befund als korrekt bewertet, wenn die Feststellung oder der Ausschluß von binären Gefäßläsionen in der MSCT mit dem invasiv-koronarangiographischen Befund übereinstimmte. Als Artefakte definierten wir OP-Clips, Kalzium induziertes Blooming, durch Herzrhythmus-/frequenz oder durch Atemexkursionen verursachte Bewegungsartefakte sowie zu geringe Gefäßdurchmesser (siehe Bild 2). In den Fällen, in denen Artefakte zwar in unmittelbarer Nähe des Gefäßes auftraten, jedoch dessen Beurteilung nicht behinderten, bezeichneten wir das Gefäß als beurteilbar trotz der Anwesenheit von Artefakten. In den Fällen, in welchen Artefakte eine suffiziente Beurteilung des Gefäßes, also den sicheren Ausschluss einer Stenose oder eines Verschlusses verhinderten, bezeichneten wir diese Segmente als nicht beurteilbar aufgrund von Artefakten.

15 9 2.4 Invasive Koronarangiographie: Die invasive Koronarangiographie ist der Goldstandard zur Feststellung von relevanten Gefäßläsionen ( 50% Stenosierung des Lumens). Alle Angiographien wurden von einem erfahrenen interventionellen Kardiologen beurteilt, dem die Ergebnisse der MSCT Untersuchungen nicht bekannt waren. Hierbei wurde in Fällen sichtbarer, binärer Stenosen die quantitative Koronarangiographie (QCA; Qantcor.QCA; Siemens, Medical Solutions) eingesetzt. 2.5 Statistik Die statistische Auswertung der Ergebnisse wurde mit SPSS 15 statistical analysis software vorgenommen. Die demographischen Patientendaten und MSCT Untersuchungsdaten wurden als Mittelwert und Standardabweichung angegeben. Die Daten zur Erfassung der Artefakte und der Bildqualität wurden unter Verwendung deskriptiver Statistiken ermittelt. Die Werte für Sensitivität, Spezifität, NPV, PP- und diagnostische Genauigkeit bezogen auf Bypass- und Nativgefäßsegmente basieren auf den zugrunde liegenden Crosstabs, welche sich auf die jeweiligen Aussagen der MSCT basierten- und der invasiven Koronarangiographie beziehen. Die Ergebnisse berücksichtigen die jeweiligen Gesamtanzahlen der evaluierten Segmente.

16 10 3. Ergebnisse: Der Abstand zwischen MSCT-Untersuchung und vorangegangener Bypass Operation betrug im Durchschnitt 6.6 ± 0.9 Jahre. Die MSCT Untersuchung erfolgte bei allen Patienten ohne Komplikationen. Die mittlere Größe des Field of view betrug ± 17.10mm. Bzgl. der Strahlenexposition betrug der volumetrische CT Dosis Index (CTDI) ± 8.86 mgy, und das Dosis Längen Produkt (DLP) ± mgy x cm. Hieraus errechnen sich die Strahlenexpositionen (DLP x Konversionsfaktor [m 0.017; w 0.025] ) [29], die Tabelle A 1 zu entnehmen sind. Die durchschnittliche Strahlenexposition für männliche Patienten, bei denen der proximale IMA (internal mammaria artery) Bypass dargestellt wurde (n=21), betrug ± 3.43 msv. Bei Patienten, bei denen auf eine Darstellung des proximalen Arteria mammaria interna (IMA) Bypasses verzichtet wurde (n=6), betrug die durchschnittliche Strahlenexposition 8.23 ± 3.01 msv. Hieraus ließ sich ein p-wert der beiden Untersuchungsvarianten zueinander von berechnen. 3.1 Per Patient Analyse: Die MSCT Untersuchungen ergaben bei 17 Patienten einen pathologischen Zustand ihrer Bypass Grafts: Bei 13 dieser Patienten 1 verschlossenen Bypass, bei 3 Patienten 1 Bypass Stenose, sowie bei einem Patienten sowohl einen verschlossenen, als auch einen stenosierten Bypass. Bei 12 Patienten (31%) konnte ein Bypass Segment, bei 4 Patienten (10%) konnte > 1 Bypass Segment aufgrund von Artefakten nicht beurteilt werden. Bei 9 Patienten (23%) konnte ein Nativgefäß proximal oder distal zur Bypass Anastomose, bei 19 Patienten (48%) konnte 1 Segment

17 11 proximal oder distal zur Bypass Anastomose aufgrund von Artefakten nicht beurteilt werden. 3.2 Per Bypass Analyse: Von 97 eingeschlossenen Bypass Grafts waren 61 (63%) venöse Grafts (davon sequenziell anastomisiert n=12 (19%)), sowie 36 (37%) arterielle Grafts (davon sequenziell anastomisiert n=8 (22%)). 59 (57%) der Grafts wurden in allen drei Segmenten als frei durchgängig diagnostiziert, davon 40 venöse (65% aller venösen Grafts) und 19 arterielle (52% aller arteriellen Grafts). Insgesamt diagnostizierten wir 8 Bypass-Stenosen (8%), alle befanden sich in venösen Grafts. 15 Bypass Grafts (15%) stellten sich verschlossen dar, davon 10 venöse (16% aller venösen Grafts), und 5 arterielle (13% aller arteriellen Grafts). Das proximale Bypass Segment konnte in 6 Fällen aufgrund von Artefakten nicht sicher beurteilt werden (6% aller erfassten). In 16 Fällen (16% aller erfassten) konnte das Segment trotz der Anwesenheit von Artefakten beurteilt werden. Es fanden sich keine proximalen Stenosen, aber 14 proximale Verschlüsse. Das mediale/distale Bypass Segment konnte in 83 Fällen (100%) beurteilt werden, in 19 Fällen (23% aller erfassten) trotz der Anwesenheit von Artefakten. Im medialen/distalen Bypass Segment fanden wir zwei Stenosen, sowie einen Verschluss. Von den 105 erfassten Bypass Anastomosen konnten 22 (21%) aufgrund von Artefakten nicht beurteilt werden. In 13 Fällen (12% aller erfassten) war die Beurteilung trotz der Anwesenheit von

18 12 Artefakten möglich. Es wurden 6 Stenosen aber keine Verschlüsse in den Bypass Anastomosen diagnostiziert (siehe Tabelle A 2). Von insgesamt 285 Bypass Segmenten waren 257 (90%) beurteilbar, davon 48 (17%) trotz der Anwesenheit von Artefakten (OP-Clips n=39, Kalzium-induziertes Blooming n=4, Bewegungsartefakte n=1, Zu geringes Gefäßkaliber n=4). Insgesamt ließen sich also 28 Bypass Segmente (10%) aufgrund von Bildartefakten nicht beurteilen. (OP-Clips n=9, Kalziuminduzierte Aufhärtungsartefakte, sog. Blooming, n=1, Bewegungsartefakte n=8, zu geringes Gefäßkaliber n=1, unzureichende Kontrastierung n=3, Bildausschnitt n=6). Von den drei Segmenten mit unzureichender Kontrastierung waren 2 arterielle Grafts. Ebenso war das eine Segment mit einem zu geringen Gefäßkaliber ein arterielles Graft. Insgesamt konnten 6 proximale IMA Graft Segmente aufgrund der Auswahl eines kleineren Bildausschnittes nicht beurteilt werden. Vier von fünf erfassten Bypass Stents waren beurteilbar. Bei einem Stent verhinderten Bewegungsartefakte eine suffiziente Bildgebung. Da nur für drei der fünf Stents koronarangiographische Vergleichsdaten bestimmt waren, war aus die Erstellung suffizienter Sensitivitäts- und Spezifitätswerte nicht sinnvoll. 3.3 Per Nativgefäß Analyse: Distal der Anastomose konnten wir 91 (86%) Nativgefäßsegmente problemlos beurteilen, eines davon trotz der Anwesenheit von Artefakten. 14 Segmente distal der Anastomose konnten aufgrund

19 13 von Bildartefakten nicht beurteilt werden (Kalzium-induziertes Blooming n=6, zu geringes Gefäßkaliber n=2, Bewegungsartefakte n=4, unzureichende Kontrastierung n=3). Insgesamt beurteilten wir 89 (85%) der Nativgefäßsegmente distal der Anastomose als nicht stenosiert. Wir fanden in diesem Segment keine Verschlüsse, aber 2 Stenosen (1%). Proximal der Anastomose konnten wir 55 (57%) der Nativgefäßsegmente problemlos beurteilen, keines davon in Anwesenheit von Artefakten. 50 Segmente (43%) distal der Anastomose konnten aufgrund von Bildartefakten nicht beurteilt werden (Kalzium-induziertes Blooming n=43, Bewegungsartefakte n=6, unzureichende Kontrastierung n=1). Wir beurteilten nur ein Segment (1%) als nicht stenosiert. 54 Segmente (n=56%) zeigten wenigstens eine binäre Stenose. Kein Nativgefäß proximal der Anastomose stellte sich komplett verschlossen dar. 3.4 MSCT im Vergleich zur invasiven Koronarangiographie: Von den 39 mittels MSCT untersuchten Patienten unterzogen sich 18 Patienten mit insgesamt 46 Bypass Grafts einer zusätzlichen invasiven Koronarangiographie. Sieben, im MSCT als offen beschriebene Grafts, wurden in der invasiven Koronarangiographie nicht dargestellt bzw. wurden nicht aufgefunden. In der MSCT Untersuchung konnten alle vorhandenen Bypass Grafts dargestellt werden. Die relativ hohe Anzahl der in der invasiven Koronarangiographie nicht darstellbaren Grafts lässt sich indessen durch die Präselektionierung unserer retrospektiven Studie erklären. Es sind im Besonderen Patienten vertreten, bei denen eine selektive Darstellung während der invasiven Koronarangiographie nicht

20 14 möglich war. Die Nichtdarstellbarkeit von Bypass Grafts stellte also in diesen Fällen die Indikation zur MSCT basierten Koronarangiographie dar, die im eigentlichen Sinne eine Cardangiographie ist, bei der alle Herzbinnenräume und gefäße angiographisch dargestellt werden. Die Vergleichswerte des MSCT zum Goldstandard in der Untersuchung von Bypass Grafts und Nativgefäßen sind den Tabellen A 3 bzw. A 4 zu entnehmen. Die Werte für Sensitivität und Spezifität wurden unter Ausschluß der nicht beurteilbaren Segmente berechnet. Um den klinischen Aspekt unserer Untersuchung zu unterstreichen, wurden aber auch Berechnungen angestellt, die die nicht evaluierbaren Segmente als falsch positiv berücksichtigen. Diese Werte finden sich eingefasst in Klammern in den gleichen Tabellen. 4. Diskussion: In der vorliegenden Arbeit untersuchten wir den Einfluss von Bildartefakten auf die diagnostische Genauigkeit der MSCT basierten nicht-invasiven Koronarangiographie im Vergleich zur selektiven Koronarangiographie. Darüber hinaus befassten wir uns mir der Strahlenexposition im Hinblick auf die erreichbare diagnostische Genauigkeit von 16-Zeilen- im Verhältnis zu weiterentwickelten MSCT Scannern. Hinsichtlich des geringen Risikos falsch negativer Aussagen konnten wir für eine Untergruppe von 18 Patienten die hohe

21 15 diagnostische Genauigkeit früherer Studien bestätigen [8, 32] (siehe Tabelle A 2). Allerdings ließen die genannten Studien die vergleichsweise hohe Anzahl aufgrund von Bildartefakten nicht beurteilbarer Bypässe nicht in die Berechnung der Sensitivitäts- und Spezifitätswerte einschließen, indem sie die nicht beurteilbaren Bypass Segmente aus den jeweiligen Berechnungen ausschlossen. Wir entschieden uns dafür, nicht beurteilbare Segmente statistisch als falsch positive Segmente zu berücksichtigen. Dies entspricht der klinischen Praxis, da im Falle fehlender Beurteilbarkeit von einer potentiell hämodynamisch relevanten Stenose ausgegangen werden muss. Weiterhin befassten wir uns mit der Untersuchung und Klassifizierung von typischen Bildartefakten sowie deren typischer Lokalisation. Um Ansatzpunkte bei der Verbesserung neuerer Technologien zu liefern, diskutieren wir die Bypass- und kommunizierenden Nativgefäßsegmente zusammen mit den charakteristischerweise in diesen Segmenten vorkommenden Artefakttypen. Für die Quantifizierung der auftretenden Artefakte und die Beurteilung der Bildqualität der MSCT basierten Angiographien erschien ein Vergleich zum Goldstandard nicht zwingend notwendig. Außerdem fand das vorliegende Studiendesign, bei welchem nur eine Untergruppe von 18 Patienten (46,2%) außer der eigentlichen MSCT Untersuchung einer zusätzlichen invasiven Koronarangiographie unterzogen wurde, bereits bei früheren Studien Anwendung [26]. Aus diesen Gründen entschlossen wir uns dazu, zur Beurteilung der häufigsten Artefakttypen auch jene Untersuchungen in unsere Studie aufzunehmen, welche nicht durch

22 16 eine zusätzliche invasive Koronarangiographie validiert worden waren. 4.1 Das Proximale Bypass Segment: Die Beurteilung der proximalen, venösen Bypass Anastomose ist weniger problematisch als die der distalen. Die überwiegende Abwesenheit von Artefakten, wie OP-Clips und Kalzium-induzierter Artefakte in der Aorta ascendens erleichtert die Beurteilung. Die Darstellung proximaler Arteria mammaria interna (IMA) Bypass Segmente kann aufgrund ihrer Nähe zu platzierten OP-Clips sowie überlappenden Knochenstrukturen der oberen Thoraxapertur schwieriger sein (siehe Abbildung A 1). Aus klinischer Sicht ist die Inzidenz der proximalen IMA-Bypass Verschlüsse allerdings gering [14], was eine Verkleinerung des Display Windows mit Aussparung des Abganges der IMA aus der Arteria subclavia rechtfertigt, um eine Reduktion der Strahlendosis zu gewährleisten. Der p-wert für die Reduktion der Strahlenexposition bei Patienten mit minimiertem Display Window (n=6) gegenüber Untersuchungen mit dem Standard Display Window (n=21) zeigt sich in unserer Untersuchung allerdings nicht signifikant (p=0,146). Die statistisch noch nicht bewiesene Relevanz führen wir auf die geringe Anzahl der eingeschlossenen Datensätze und deren breite Streuung zurück. 4.2 Das mediale / distale Bypass Segment: Der Studie von Anders et al. [2] widersprechend, in welcher Schwierigkeiten in der Analyse des medialen / distalen Segmentes beschrieben werden, war dieses Segment in unserer Untersuchungsserie gut darstellbar. Für die eingeschränkte Beurteilbarkeit kausal waren allgemein zu geringe Gefäßkaliber.

23 17 Insbesondere arterielle Bypass Grafts mit ihrem kleineren Gefäßquerschnitt [14] sowie einer höheren Anzahl an platzierten Op-Clips (Beschreibung der OP-Clips, siehe 4.3) erfordern eine höhere räumliche und zeitliche Auflösung. Diese wurde seit der Einführung der 4-Zeilen Scanner z. B. in Form der 16-, 64-, 128-, 256-Zeilen und der Dual Source-Technologie und ihre verschiedenen Entwicklungsgenerationen stetig verbessert [20, 21]. 4.3 Die distale Bypass Anastomose: In der vorliegenden Studie stellte sich das Segment der distalen Bypass Anastomose als der am schwierigsten darzustellende Bypassabschnitt dar. Wie in vorangegangenen Studien beschrieben [17, 20, 22], erfordern zahlreiche OP-Clips, sowie starke Kalzifikationen der in unmittelbarer räumlicher Nähe befindlichen Nativgefäße, eine gute räumliche und zeitliche Auflösung. OP-Clips sind, in Abhängigkeit von der angewandten OP-Technik, evtl. dem gesamten Verlauf des Bypass Grafts folgend anzutreffen. Besonders zahlreich sind sie jedoch im Bereich der Bypass Anastomose, wo sie deren Beurteilung erschweren. Metallclips treten im MSCT Bild als hyperdense Struktur in Erscheinung. Dies führt zur Ausprägung von Aufhärtungsartefakten (ähnlich dem Kalzium-induzierten Blooming, welches im Abschnitt 4.4 besprochen wird). Ein Clip, der in unmittelbarer Nähe des zu beurteiltenden Gefäßes platziert ist, kann also das kontrastierte Gefäß im Sinne von Aufhärtungsartefakten überschatten (siehe Abbildung A 1). Die Anzahl der positionierten OP Clips ist bei arteriellen Grafts oftmals erheblich höher als bei venösen. Mit steigender Anzahl der verwendeten Clips steigt allerdings auch deren Relevanz als Störfaktor der Bildgebung. Yamamoto et al.

24 18 berichten davon, dass Violet Polydioxazone Clips einen wesentlich geringeren Einfluss auf die Bildgebung zeigten [32]. Dieses Verfahren hat sich allerdings aufgrund technischer Probleme auf chirurgischer Seite nicht durchgesetzt. Es erleichterte jedoch bereits die MSCT Bildgebung, wenn die Clips in einer größeren Entfernung zum Bypass Graft platziert-, und die Bildung von Clip-Clustern vermieden würde. In der vorliegenden Studie konnten wir zeigen, dass in 81,3% der Fälle, in denen OP Clips in der unmittelbaren Umgebung von Bypass Segmenten zu finden waren, das Segment trotzdem beurteilbar war. Jedoch wurde auch in 9 von 97 Grafts (9,3%) eine Diagnostik der Bypass Segmente durch OP Clips unmöglich gemacht. Effizientere Scanner mit höherer räumlicher und zeitlicher Auflösung versprechen eine verbesserte diagnostische Genauigkeit, indem sie die Auswirkungen von hyperdensen Artefakten mindern. Im Idealfall ginge die Entwicklung moderner kardialer Bildgebungsverfahren mit Innovationen im chirurgischen bzw. interventionellen Bereich einher. Beispiele sind der sich im Verlauf auflösende Magnesiumstent oder dünnere Stentstruts. Weiterentwickelte Bildgebungsverfahren unterstützten durch ihre höhere räumliche und v.a. zeitliche Aufösung das qualitativ und quantitativ geringere Auftreten von Artefakten. Neben der Anwesenheit der OP Clips kommt es im Bereich der distalen Anastomose häufig vor, dass sich der Gefäßquerschnitt beispielsweise durch Schrumpfung bzw. Vernarbung gegenüber dem restlichen Bypass Graft verringert. Die eingeschränkten Werte für PPV und Spezifität für dieses Segment sind demzufolge auf

25 19 falsch positive Befunde dieser als Stenosen imponierenden Artefakte zurückzuführen. Andererseits muss erwähnt werden, dass überzeugende Sensitivitäts- und NPV Werte das Potential des MSCT im Ausschluss von höhergradigen Stenosen und Verschlüssen von Bypässen belegen. 4.4 Die revaskularisierten Nativgefäßsegmente: Die revaskularisierten Nativgefäßsegmente (Zielgefäße) fanden in früheren Studien wenig Beachtung [8, 20]. Genau wie in der invasiven Koronarangiographie erfordert allerdings auch eine MSCT-basierte Bypass-Untersuchung die Beurteilung des Bypass run-off -Gefäßes, also des Nativgefäßes distal der Bypass Anastomose. Eine signifikante Stenose in diesem Bereich kann ebenso Symptome verursachen, oder eine Interventionsindikation darstellen, wie eine Läsion im Bypass selbst. Im Falle einer signifikanten Stenose oder eines Verschlusses im Bypass ist hingegen auch die Beurteilung des Nativgefäßes proximal der Anastomose wichtig. Aus diesen Gründen erschien uns eine Untersuchung der Evaluierbarkeit der beschriebenen Nativgefäßsegmente notwendig. Die Beurteilung der Nativgefäße proximal, insbesondere aber distal der Bypass Anastomose, stellt aufgrund der hier oft ausgeprägten Kalzifikationen und der zum Teil geringen Gefäßkaliber eine große Herausforderung für die MSCT basierte nicht-invasive Koronarangiographie dar. Hyperdense Aufhärtungsartefakte sind Artefakte, die vor allem durch Kalzium verursacht werden und, so wie die oben beschriebenen OP-Clips (siehe 4.3), als so genanntes Blooming imponieren. Sie stellen ein methodenspezifisches

26 20 Problem der MSCT basierten, nicht-invasiven Koronarangiographie dar. Die Problematik besteht weniger in der Beurteilung von Bypass Grafts, als der revaskularisierten Nativgefäße (siehe Abbildung A 1). Das Kalzium, mit seiner, gegenüber den umgebenden Strukturen, höheren Strahlendichte überschattet umliegende Strukturen und verhindert die Beurteilung des betreffenden Gefäßabschnittes. Schwerwiegende Kalzifikationen des Nativgefäßsystems haben bei KHK Patienten nach erfolgter Bypass-Operation eine hohe Prävalenz. Auch die Lage der distalen Bypass Anastomose, direkt auf dem Zielgefäß, führt regelmäßig zu einer funktionellen Überlagerung des distalen Bypass Segmentes durch Blooming Artefakte im Nativgefäß. Dabei sind die Nativgefäße proximal und distal der Anastomose häufiger betroffen als die distale Bypass Anastomose selbst. Falls Kalzifikationen in Bypässen zu finden sind, dann in relativ älteren Bypass Gefässen. Hiermit ließe sich die relativ geringe Relevanz in vorangegangenen Studien erklären, die sich allein auf die Evaluation der Bypass Grafts beschränkten und die revaskularisierten Nativgefäße aussparten. Als weiterer, die Bildgebung von Nativgefäßen erschwerender Faktor, ist das Vorkommen von Bewegungsartefakten zu nennen. Aufgrund ihrer epikardialen Lokalistation ist das Auftreten dieser Artefakte in Nativgefäßen häufiger zu beobachten als in Bypass Grafts. Die Ergebnisse der vorliegenden Studie unterstreichen die bildgeberischen Probleme im Bereich der Nativgefäße. Es konnten 45% der Gefäße proximal-, und 12% der Gefäße distal der Anastomose aufgrund von Artefakten nicht beurteilt werden (siehe

27 21 Tabelle A 3). Unbefriedigende Ergebnisse bzgl. des Einflusses von Kalzifikationen auf die Bildgebung, die auch von 64-Zeiler Studien beschrieben wurden [17, 20], weisen darauf hin, dass dieser Artefakttyp eine methodenspezifische Limitation der MSCT darstellt. Diese Limitation ist nach Meyer et al. [20], unabhängig von der räumlichen und zeitlichen Auflösung. Es ist davon auszugehen, dass die erschwerte Darstellung bei starken Kalzifikationen eine unumgängliche Limitation der MSCT basierten Koronarangiographie darstellt. 4.5 Strahlenexposition: Die potentielle Strahlenexposition einer Methode ist von erheblicher Relevanz für ihre klinische Akzeptanz. Bei der Diskussion der in dieser Studie errechneten Strahlendosen zeigt der Vergleich zur invasiven Koronarangiographie eine höhere Strahlenbelastung für die MSCT basierte Koronarangiographie [10], sowie bei zusätzlich zur MSCT notwendiger Koronarangiographie eine additive Strahlenbelastung. In der von uns als Referenz genannten Studie stellen die Autoren allerdings auch heraus, dass der Vergleich von Strahlendosen der MSCT basierten- und der invasiven Koronarangiographie bei Patienten mit Bypass Grafts vorteilhafter ausfällt als bei Patienten ohne vorausgegangene Bypass-Operation. Obwohl die durchschnittliche effektive Strahlendosis der MSCT Scanner dieser Entwicklungsgeneration und bei dem hier verwandten Untersuchungsprotokoll höher ist als die in der invasiven Koronarangiographie, ist der Unterschied zwischen beiden Verfahren kleiner für Patienten mit Bypass Grafts als für Patienten ohne Bypass Grafts [10]. Dies ist dadurch zu erklären, dass bei Patienten mit vorangegangener Bypass Operation, neben den

28 22 Koronargefäßostien, auch die Ostien der proximalen Bypass Anastomosen aufgesucht und dargestellt werden müssen. Die invasive Koronarangiographie verlangt somit bei Bypass Patienten längere Untersuchungszeiten und demzufolge höhere Durchleuchtungszeiten [10]. In der MSCT basierten Koronarangiographie hingegen werden die Bypasses non selektiv mit Kontrastmittel perfundiert im Sinne einer Cardangiographie. Dadurch wird die Scandauer und damit die Strahlenbelastung gegenüber Patienten ohne Bypass Grafts nicht verlängert. Die Entscheidung für eine der beiden Techniken sollte sich an den individuellen klinischen Gegebenheiten orientieren. Angesichts der fehlenden Interventionsmöglichkeiten bei der MSCT basierten Koronarangiographie ist die invasive Koronarangiographie im Falle einer hohen Prätestwahrscheinlichkeit für hämodynamisch relevante Stenosen Untersuchungsmethode der Wahl. Eine vorgeschaltete MSCT bedeutete eine Doppelbelastung hinsichtlich Strahlenexposition und Kontrastmittelvolumen. Bei Patienten mit vorausgegangenen periinterventionellen Komplikationen oder mit einer eher geringen Prätest-Wahrscheinlichkeit für hämodynamisch relevante Stenosen hingegen, könnte eine MSCT basierte nichtinvasive Koronarangiographie Untersuchung trotz höherer Strahlenbelastung alternativ indiziert sein, wenn eine Bildgebung klinisch unverzichtbar ist. In Anbetracht der auf dem Gebiet der nicht-invasiven MSCT basierten Koronarangiographie anhaltenden rapiden Entwicklung sind moderne Untersuchungsprotokolle erwähnenswert, die eine signifikante Reduktion der Strahlenexposition ermöglichen [22].

29 23 Stark variierende Angaben für Strahlenbelastung in unterschiedlichen Studien sind weiterhin mit der Wahl verschiedener Display-Window Größen und durch die fehlende oder abweichende Anwendung von Strahlenreduktionsverfahren zu erklären. Zudem existieren verschiedene Dosisberechnungsalgorithmen [29]. Meyer et al, die in ihrer Studie 64-Zeiler Technologie verwendeten, beschrieben eine effektive Strahlendosis von 17.8 ± 5.4 msv [20], was im Vergleich zur vorliegenden Studie einem Zuwachs von annähernd 80% Strahlendosis entspricht. Dieser Zuwachs ist angesichts der vergleichsweise defizitären Bildqualität umso kritischer zu bewerten. Die multizentrische Studie PROTECTION, die sich mit der Strahlenexposition der MSCT basierten Koronarangiographie befasst, ist eines der Foren, in denen dieses Problem debattiert wurde [5]. 4.6 Der derzeitige klinische Nutzen und Ausblick: In Ermangelung einheitlicher Leitlinien für die postoperative Evaluation von Bypass Patienten beschreiben frühere Studien den klinischen Nutzen der MSCT als begrenzt [16, 24]. Wir bestätigen diese Aussagen, in Hinblick auf Einschränkungen bei der Beurteilung distaler Bypass-Insertionen und der revaskularisierten Nativgefäße. Die modernen 64-Zeiler und Dual-Source Technologien sind nur begrenzt in der Lage, die bestehenden Probleme durch hyperdense Artefakte (infolge OP-Clips und Kalzifikationen) zu lösen [19]. Die Optimierung ihrer diagnostischen Genauigkeit und die Reduzierung

30 24 der Strahlenbelastung stellen also die Hauptziele in der weiteren Entwicklung der Kardio MSCT dar. Erwähnenswert ist, dass in der vorliegenden Studie kein Bypass Graft verfehlt wurde. Der Vorteil der MSCT basierten Cardangiographie liegt in der Darstellung komplexer kardialer, koronarer, Bypass-, und retrosternaler Strukturen (siehe Abbildung A 1). Zunehmend gewinnt die Methode Bedeutung in der präoperativen Planung vor erneuter operativer Myokardrevaskularisation [3, 18]. 4.7 Schlussbemerkungen: Die vorliegende Studie stellt eine retrospektive Analyse MSCT basierter Bypass-Diagnostik dar. Lediglich eine Untergruppe von 46.2% aller Patienten war einer zusätzlichen invasiven Koronardiagnostik unterzogen worden. Weiterhin konnten 7 in der MSCT dargestellte Bypass Grafts in der zuvor erfolgten, invasiven Koronarangiographie nicht dargestellt werden. Die diagnostische Genauigkeit von 100% im medialen Bypass Segment ergeben sich daraus, dass in dem untersuchten Kollektiv in diesem Abschnitt nur eine signifikante Stenose gefunden worden war. Weiterhin wurden Patienten mit einer zum Untersuchungszeitpunkt 65 BPM überschreitenden Herzfrequenz nicht ausgeschlossen, was die Inzidenz von Bewegungsartefakten reduziert hätte. Die Bedeutung der Fragestellung und unsere Herangehensweise werden durch das unsere Publikation begleitende Editorial unterstrichen [4]. Eine weitere, nach unserem Artikel erschienene

31 25 Studie beschäftigte sich in ähnlicher Weise mit dem klinischen Nutzen der Methode [30]. Ein Studienziel war die Präsentation eines der wahren klinischen Routine entsprechenden Patientenprofils. In diesem Kontext konnten wir zeigen, dass die MSCT basierte Koronardiagnostik prinzipiell eine suffiziente Bypass-Beurteilung ermöglicht. Der klinische Nutzen der Methode wird allerdings durch Abstriche in der Darstellung der distalen Bypass Anastomose und der revaskularisierten Nativgefäße eingeschränkt. Vielversprechende neue Technologien müssen sich an ihren Fähigkeiten im Umgang mit hyperdensen Strukturen, wie OP-Clips und Gefäßkalzifikationen, messen lassen. Dabei müssen erhöhte Strahlendosen durch eine angemessene Verbesserung der diagnostischen Genauigkeit vertretbar sein.

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