Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo)

Mehrzeilendetektor-Computertomographie: Untersuchungen zu linksventrikulären Funktionsparametern des Herzens und zu Aortenanomalien

Henjes, Christiane Regina

In recent years, computed tomography has become more important in veterinary medicine. Imaging of the heart and its adjacent structures has long been neglected, because of the rapid movement of the heart and associated motion artifacts. Also in human medicine, increasing application of multidetector-row computed tomography (MDCT) for the examination of the heart was not achieved until the development of MDCT in combination with retrospective electrocardiographically(ECG)-Gating was accomplished. In contrast, systematic analyses about the illustration of cardiac MDCT in dogs and cats are lacking. The aim of the here introduced investigations was to evaluate the adaptability of MDCT to dogs and cats. For this purpose the left ventricular function was determined in 10 healthy beagle dogs by MDCT Simpson- and Area-Length-Method and was compared to results calculated by echocardiography (Bullet- and Teichholz Method). In addition retrospective analysis of anomalies of the aorta (6 patent ductus arteriosus (PDAs) and 10 persistent right aortic arches), including its characteristics, was accomplished. The quantification of the left ventricular volumes and ejection fraction by MDCT was carried out using two different methods. 1. Simpson method. Multiplanar reformations (MPRs) were created in short-axis orientation covering the entire left ventricle parallel to the mitral valve. The endocardial borders of each slice were traced, cross-sectional areas were multiplied by section thickness and the results were added up to the total volume of the left ventricle. 2. Biplane Area-Length-method. For the evaluation by Area-length-method the left ventricle was traced in horizontal and vertical long axis MPR. Echocardiographic volume determination was performed by using the planimetric Bullet method and the geometric Teichholz method. A statistical significant difference was shown only between medians of the echocardiographic Teichholz method and the MDCT Area-Length-Method for left ventricular end-diastolic volume (EDV) and end-systolic volume (ESV). Mean left ventricular volumes (EDV and ESV) measured by cardiac MDCT correlated excellent with those measured by echocardiography irrespective of which method was used. Overall, the results of MDCT in the volume determination were higher than those of echocardiography. In contrast, cardiac MDCT underestimated the ejection fraction (EF) as one of the most important left ventricular parameters. The higher values of left ventricular volumes measured by MDCT may be due to an overestimation of volumes by computed tomography, an underestimation by echocardiography or a combination of both. The inferior time resolution of MDCT is probably responsible for the underestimation of the ejection fraction. The application of commercial software programs, which were developed for humans, was associated with difficulties. However, these could be resolved by adequate positioning and manual post-processing. In the second part of the studies vascular ring anomalies, which were imaged by ECG-gated cardiac MDCT or by non-gated thoracic standard protocol, were evaluated retrospectively. In 6 cases of a PDA ductal size and morphology were determined. Branching pattern of vascular ring anomalies were evaluated in 7 dogs and 3 cats. Cardiac ECG-gated MDCT was able to clearly display the morphology, length and calibre in case of a PDA. Persistent right aortic arch was identified in 10 animals, 8 of them showed a coexisting aberrant left subclavian artery. A mild dilation of the proximal portion of the aberrant subclavian artery near its origin of the aorta was present in 4 dogs and a diverticulum analogous to the human Kommerell’s diverticulum was present in 2 cats. This finding of a Kommerell’s diverticulum in 2 cats is of special interest. Until now, this alteration has only been observed in humans. In addition, 4 dogs showed a mild dilation at the origin of aberrant left subclavian artery. Whether a Kommerell’s diverticulum in animals causes a similar effect as in humans, should be examined in further studies. Whereas ECG-Gating is essential for the left ventricular volume determination, it is possible to display anomalies of the aorta by a non-gated thoracic standard protocol. However, demonstration of a coexisting disease at the level of the heart as a ventricular septal defect (VSD) is not reliable without ECG-Gating. Critical is the necessity of anesthesia for the MDCT examination in animals. In case of left ventricular volume determination this may change the parameters in terms of a systematic error. In case of anomalies of the aorta it has to be considered whether the imaging and the surgical intervention is carried out in the same anesthesia or if it is better to separate these aspects.

Die Computertomographie hat in den vergangenen Jahren in der Veterinärmedizin stark an Bedeutung gewonnen. Die Darstellung des Herzens und der umliegenden Strukturen wurde dabei aufgrund der schnellen Eigenbewegung des Herzens und den sich daraus ergebenden Bewegungsartefakten weitgehend ausgespart. Auch in der Humanmedizin führte erst die Entwicklung der MDCT (Mehrzeilendetektor-Computertomographie) in Verbindung mit retrospektivem Gating zum Herzzyklus zu einem verstärkten Einsatz dieser Technik in der kardiologischen Diagnostik. Systematische Untersuchungen zur Darstellung des Herzens von Hund und Katze fehlen dagegen bisher. Ziel dieser Studien war es deshalb, die Anwendbarkeit der MDCT bei Hunden und Katzen zu überprüfen. Dafür wurden zum einen die linksventrikulären Funktionsparameter an 10 gesunden Beaglen mittels computertomographischer Simpson- und Flächen-Längen-Methode bestimmt und mit echokardiographisch (Bullet-Methode und Teichholz-Methode) ermittelten Werten verglichen. Zum anderen erfolgte die computertomographische retrospektive Auswertung von Aortenanomalien (6 persistierende Ductus arteriosus (PDAs) und 10 Rechtsaorten) inklusive ihrer Charakteristika. Die Quantifizierung der Volumina und der Ejektionfraktion (EF) erfolgte computertomographisch mit zwei verschiedenen Methoden. 1.Scheibchen-Summationsmethode oder auch Simpson-Methode. Hierfür wurden Kurzachsenschnitte durch den linken Ventrikel parallel zur Mitralklappenebene erstellt. Zur Volumenberechnung wurde nun die Ventrikelinnenfläche jeder Einzelschicht mit der Schichtdicke multipliziert und die dadurch bestimmten Teilvolumina zum Gesamtvolumen des linken Ventrikels summiert. 2. Biplanare Flächen-Längen-Methode. Die Auswertung nach der Flächen-Längen-Methode erfolgte durch die manuelle Umrandung der Fläche des linken Ventrikels in horizontaler und vertikaler Längsachse. Echokardiographisch wurde das Volumen einerseits mit der geometrischen Teichholz-Methode und andererseits mit der planimetrischen Bullet-Methode bestimmt. Ein statistisch signifikanter Unterschied zeigte sich nur beim Vergleich der Medianwerte zwischen den echocardiographisch mittels Teichholz-Methode bestimmten Volumina (EDV (enddiastolisches Volume), ESV endsystolisches Volumen)) und den computertomographisch per Flächen-Längen-Methode berechneten Werten. Die Mittelwerte der linksventrikulären Volumina, die mit Hilfe von MDCT bestimmt wurden, korrelierten stark mit denen, die per Echokardiographie gemessen wurden, unabhängig davon, welche Methode verwendet wurde. Insgesamt fielen die Ergebnisse der MDCT zur Volumenbestimmung höher aus als die der Echokardiographie. Im Gegensatz dazu unterschätzte die kardiale MDCT die EF als einen der wichtigsten linksventrikulären Funktionsparameter. Das die Werte der MDCT im Bereich der Volumenbestimmung höher ausfielen als die der Echokardiographie, kann an einer Überschätzung der Volumina per MDCT, einer Unterschätzung mittels Echokardiographie und einer Kombination aus beiden liegen. Die geringere zeitliche Auflösung der MDCT ist wahrscheinlich für die Unterschätzung der EF verantwortlich. Die Anwendung humanmedizinischer Programme in der Veterinärmedizin war zwar mit Problemen verbunden, diese konnten aber durch eine entsprechende Lagerung der Tiere und manuelle Nachbearbeitung der Bilder behoben werden. Für den zweiten Teil der Studien wurden Aortenanomalien, die mittels Elektrokardiographie(EKG)-gegateter Herzuntersuchung und ungegateter Thoraxstandarduntersuchung dargestellt wurden, retrospektiv ausgewertet. In 6 Fällen eines PDA wurden die Größe des PDA und die Morphologie bestimmt. Die Aufzweigungsmuster von vaskulären Ringanomalien wurden bei 7 Hunden und 3 Katzen beurteilt. Die kardiale EKG-gegatete MDCT konnte die Morphologie, Länge und die Größe des PDA in allen Fällen klar wiedergeben. Ein persistierender rechter Aortenbogen wurde bei 10 Tieren identifiziert, von denen 8 eine gleichzeitig bestehende aberrante linke A. subclavia zeigten. Eine leichte Dilatation am Ursprung der aberranten A. subclavia war bei 4 Hunden vorhanden und ein Kommerell Divertikel wurde bei 2 Katzen diagnostiziert. Das Auftreten eines Kommerell Divertikels bei 2 Katzen ist besonders hervorzuheben, da diese Veränderung bisher nur beim Menschen beobachtet wurde. Zusätzlich zeigten 4 weitere Hunde eine nur leichte Dilatation im Bereich des Ursprungs der linken aberranten A. subclavia. Ob ein Kommerell Divertikel beim Tier vergleichbare Folgen wie beim Menschen aufweist, sollte in weiterführenden Studien geklärt werden. Während das EKG-Gating essentiell für die linksventrikuläre Volumenbestimmung ist, können Aortenanomalien prinzipiell auch mit einem Standardthoraxprotokoll dargestellt werden. Allerdings lassen sich gleichzeitig bestehende Erkrankungen auf Herzebene, wie z. B. ein VSD, nicht sicher darstellen. Als kritisch ist die Notwendigkeit einer Anästhesie für die computertomographische Untersuchung anzusehen. Im Fall der Bestimmung der linksventrikulären Funktionsparameter kann dies zu einer Veränderung der Parameter im Sinne eines systematischen Fehlers führen. Im Fall der Aortenanomalien muss genau abgewogen werden, ob Bildgebung und chirurgischer Eingriff innerhalb derselben Anästhesie durchgeführt werden sollten oder ob es medizinisch sinnvoller ist, diese beiden Aspekte zu trennen. Der Hauptvorteil der MDCT zur Untersuchung des Herzens und der Aortenanomalien liegt in der dreidimensionalen Darstellung. Eine Ausmessung der Strukturen in allen drei Raumrichtungen führt zu einer größeren Genauigkeit, und die dreidimensionale Darstellung ermöglicht eine schnelle und einfache Erfassung der zugrundeliegenden Aortenanomalie. Die Bestimmung kardialer Funktionsparameter ist in guter Übereinstimmung mit der Echokardiographie möglich. Hier sollte eine Anwendung aufgrund der beschriebenen Notwendigkeit einer Narkose sowie der gegebenen Strahlenexposition nur nach strikter Indikation vorgenommen werden. Insgesamt haben die Studien gezeigt, dass die nicht invasive computertomographische Untersuchung des Herzens an Hunden und Katzen problemlos anwendbar und auswertbar ist und insbesondere die Diagnostik angeborener Herzerkrankungen sinnvoll ergänzen kann.

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Henjes, Christiane Regina: Mehrzeilendetektor-Computertomographie: Untersuchungen zu linksventrikulären Funktionsparametern des Herzens und zu Aortenanomalien. Hannover 2011. Tierärztliche Hochschule.

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