Dissertation

Tierärztliche Hochschule Hannover / Bibliothek – School of Veterinary Medicine Hannover / Library

 

Anne Kristin Sieslack

 

Vergleichende links- und rechtsventrikuläre Funktionsanalyse mittels Magnetresonanztomographie, Computertomographie und 3D Echokardiographie bei herzgesunden Hunden

 

NBN-Prüfziffer

urn:nbn:de:gbv:95-103553

title (engl.)

Comparative assessment of left and right ventricular analysis by means of magnetic resonance imaging, computed tomography and 3D echocardiography in healthy dogs

publication

Hannover, Tierärztliche Hochschule, Dissertation, 2013

text

http://elib.tiho-hannover.de/dissertations/sieslacka_ss13.pdf

abstract (deutsch)

Dreidimensionale bildgebende Modalitäten stellen aufgrund ihrer Unabhängigkeit von Formeln, die auf der Annahme einer bestimmten konstanten Herzgeometrie beruhen, für die Volumetrie und Funktionsanalyse des Herzens einen großen Vorteil dar. Sie ermöglichen die exakte und reproduzierbare Bestimmung der links- und rechtsventrikulären Volumina und der Funktion, die für Diagnostik, Therapie und Prognose von herzkranken Hunden von Bedeutung sind. Dabei zeichnet sich vor allem die Magnetresonanztomographie (MRT) durch hervorragende Weichteilkontraste und sehr gute räumliche und zeitliche Auflösungen aus. Aber auch die kontrastmittelgestützte  Computertomographie (CT) stellt seit einigen Jahren durch die Verbesserung der zeitlichen Auflösung eine gute und zuverlässige Methode für die Volumen- und Funktionsbestimmungen der Ventrikel dar. Durch die Verwendung von Matrix-Sonden konnte in der dreidimensionalen Echokardiographie (3DE) die gleichzeitige Darstellung des Herzens in mehreren Ebenen ermöglicht werden, so dass sich ein großer Fortschritt für die Volumenanalyse des Herzens in der Echokardiographie ergab. Alle drei bildgebenden Verfahren werden in der Humanmedizin verwendet; in der Veterinärmedizin ist ihr Einsatz bisher selten.

Das Ziel der zwei vorliegenden Studien war zum einen der Vergleich der Modalitäten MRT und CT für den linken Ventrikel und zum anderen der Vergleich der MRT, CT und 3DE für den rechten Ventrikel. In jeder Modalität wurden dafür die Volumen- und Funktionsparameter enddiastolisches (EDV), endsystolisches Volumen (ESV), Schlagvolumen (SV) und Ejektionsfraktion (EF) bestimmt. Alle durchgeführten Untersuchungen erfolgten an zehn herzgesunden Hunden in Anästhesie innerhalb von 2 - 3 Stunden. In der MRT- und CT-Untersuchung wurden Kurzachsenschnitte vom Herzen erstellt, um mit Hilfe der Simpson-Methode das Volumen des linken und rechten Ventrikels zu berechnen. Während sich die 3DE eines dreidimensionalen Algorithmus bediente, der das Volumen anhand der Ventrikeloberfläche berechnete.

In der ersten Studie, die sich mit dem Vergleich der MRT und der CT für die Bestimmung des linksventrikulären Volumens beschäftigte, wurden nur für das EDV signifikante Unterschiede zwischen den Verfahren gefunden. Alle anderen Parameter zeigten gute Übereinstimmungen. Allerdings korrelierten die Werte des EDV, ebenso wie des ESV von MRT und CT sehr gut miteinander. Für das SV und die EF konnten sich gute Korrelationen finden lassen. Die Werte des CT fielen für die EDV und ESV etwas höher aus als für die MRT. Ob eine Überschätzung der beiden Volumenparameter durch die CT oder eine Unterschätzung des Volumens durch die MRT oder eine Kombination aus überschätzten Werten durch die CT und unterschätzten Werten durch die MRT vorliegt, ist anhand der erhobenen Daten nicht möglich und auch grundsätzlich schwierig zu bestimmen. Unterschiede zwischen den Verfahren in der zeitlichen Auflösung, sowie ein möglicher Effekt durch die Kontrastmittelapplikation in der CT und eine unterschiedliche Wahl der letzten basalen Schicht in der Analyse der Bilddaten aus der MRT und CT lassen annehmen, dass sie als Ursachen für die genannten Differenzen in Frage kommen.

In der zweiten Studie wurde das rechtsventrikuläre Volumen mittels MRT, CT und zusätzlich mit Hilfe der 3DE untersucht. Bereits die Morphologie des rechten Ventrikels stellte sich dabei als Herausforderung für die Messungen aller drei Verfahren heraus. Mit Ausnahme des SV und der EF im Vergleich von MRT und CT, wichen die Werte alle signifikant voneinander ab. Dabei wurden die höchsten Volumenwerte für die CT-Messungen festgestellt, gefolgt von den MRT-Werten, während die Werte der 3DE ungefähr die Hälfte der MRT-Werte betrugen. Allerdings konnten für alle Wertepaare von EDV und ESV sehr gute Korrelationen gefunden werden. Für die EF von MRT, CT und 3DE ergaben sich gute Korrelationen, während die Wertepaare des SV von MRT, CT und 3DE nur schwach miteinander korrelierten. Die starken Abweichungen der 3DE-Messwerte von den MRT- und CT-Werten sind vor allem auf die eingeschränkten Ortsauflösungen in der 3DE zurückzuführen. Als Erklärungen für die Unterschiede von MRT und CT lassen sich auch in dieser Studie die verschiedenen zeitlichen Auflösungen, ein Effekt durch die Kontrastmittelgabe in der CT, eine unterschiedliche Wahl der letzten herzbasisnahen Schicht sowie als zusätzliche Schwierigkeit, die komplexe Form des rechten Ventrikels mit seiner trabekelreichen Wand und dem großen, schrägen Ausflusstrakt heranziehen.

Zusammenfassend stellen sich die bildgebenden Verfahren MRT und CT als hervorragende Diagnostika für die objektive Volumetrie und Funktionsanalyse des linken und rechten Ventrikels heraus. Allerdings ist der klinische Einsatz der beiden Modalitäten aufgrund hoher Kosten und der Notwendigkeit einer Anästhesie in der kardiologischen Routine als kritisch zu betrachten. Die beschriebene Methodik und die Ergebnisse der MRT- und CT-Untersuchungen sind jedoch für wissenschaftliche Zwecke aufgrund ihrer hohen Detailgenauigkeit von großem Nutzen. Daher ist eine Verwendung der beiden bildgebenden Modalitäten als Referenzverfahren und ihr Einsatz zur Beantwortung spezieller Fragestellungen (z.B. Medikamententestungen) denkbar. In der vorliegenden Studie zur Quantifizierung des rechtventrikulären Volumens lässt sich durch die hohe Korrelation der 3DE-Werte mit denen von MRT und CT, trotz deutlich abweichender Werte, eine enge Beziehung zur MRT und damit auch zum vermutlich wahren Ventrikelvolumen feststellen. Eine Verwendung der 3DE für Verlaufskontrollen eines Herzpatienten ist denkbar, bei der die Veränderungen der gemessenen Werte beurteilt werden. In Zukunft lassen Verbesserungen der Bildqualität auch für die 3DE objektivere Ergebnisse erwarten.

 

abstract (englisch)

The major benefit of three-dimensional modalities for volume determination and function analysis of the heart is their independence of assumptions of ventricular geometry. They enable accurate and reproducible determination of left and right ventricular volumes and function which are important for diagnostic, therapy and prognosis of cardiac patients. Therefore, magnetic resonance imaging (MRI) provides a detailed view of soft tissue and demonstrates excellent spatial and temporal resolution. Moreover, for volume and function determination of the ventricles contrast-enhanced computed tomography (CT) is a reliable method because of improvements of temporal resolution in the last years. In three-dimensional echocardiography (3DE) the simultaneous depiction of the heart in several planes is enabled through the use of Matrix-array transducers which results in a great advance in volume analysis of the heart. All three imaging modalities are used in human medicine; to date their use in veterinary medicine is rare.

The aims of the two current studies were (on one side) the comparison of the imaging modalities MRI and CT for the left ventricle and (on the other side) the comparison of MRI, CT and 3DE for the right ventricle. For all modalities the volume and function parameters end-diastolic (EDV), end-systolic volume (ESV), stroke volume (SV) und ejection fraction (EF) were determined. All investigations were performed in anesthesia with ten healthy dogs without cardiac defects. In MRI and CT examinations short-axis views of the heart were prepared to calculate left and right ventricular volume by means of Simpson’s method; whereas the 3DE used a three-dimensional algorithm to calculate the right ventricular surface.

In the first study left ventricular volume was determined by MRI and CT. Comparing MRI and CT measurement only the EDV values showed significant differences while all other parameters showed good agreements. However, values of EDV, as well as ESV for MRI and CT showed excellent correlation. For SV and EF moderate correlations were found. Values of CT-examinations were slightly higher for all volume parameters compared to MRI. If there was an overestimation of these two parameters by CT or if there was an underestimation by MRI or a combination of both, cannot be determined. Reasons for that could be differences in temporal resolution, side effects of the contrast-medium application and different selection of the basal slice in picture analysis.

In the second study the right ventricular volume was investigated by use of MRI, CT and 3DE. The complex shape of the right ventricle in itself was a challenge for measurements in all three modalities. For all parameters significant differences were found between the modalities, except for the SV and EF between MRI and CT values. Highest volume values were shown by CT, followed by MRI-values; whereas 3DE-values were only half of the MRI-values. Moreover, for EDV and ESV excellent correlations were found between all three modalities. For EF good correlation was found; whereas SV values correlated only weakly. The massive deviation between the 3DE values and MRI- and CT-values are attributed to limited spatial resolution of the 3DE. Reasons for the differences between MRI and CT in this study are also the different temporal resolutions, the effect of contrast-medium in CT and the selection of the last basal slice. An additional severity is the complex shape of the right ventricle with its heavy trabeculated wall and its large, angular out-flow tract.

In conclusion, MRI and CT are excellent imaging modalities for objective evaluation of the left and right ventricle. It is limited in clinical use because of high cost and general anesthesia. In contrast to this, these two methods are useful for scientific purposes because of high detailed imaging. Based on these facts, MRI and CT can be used as reference modalities and for answering other issues (e.g. drug testing). In the current study of quantification of right ventricular volume a close relationship between 3DE, MRI and CT is detectable because of the high correlation of 3DE-values with MRI- and CT-values, despite of the significant difference in the extent of values. The use of 3DE for follow-ups of cardiac patients is conceivable to assess changes of measured values. Future improvements in image quality will produce more objective values.

 

keywords

Herz, Funktionsanalyse, bildgebende Modalitäten, heart, function analysis, imaging modalities

kb

2.427