Jane M. Kasper

Non-invasive assessment of plaque morphology and remodeling in mildly stenotic coronary segments: comparison of 16-slice computed tomography and intravascular ultrasound

BackgroundNon-invasive identification and characterization of mildly stenotic atherosclerotic lesions is an increasingly important focus of coronary imaging. DesignWe examined the accuracy of multi (16)-slice computed tomography (MSCT) for imaging of these lesions in comparison with intravascular ultrasound (IVUS). MaterialsMildly stenotic segments of the left coronary artery were identified by coronary angiography and analyzed using IVUS and contrast-enhanced MSCT. Independent reviewers evaluated the accuracy of MSCT for presence, composition and distribution of atherosclerotic plaque and remodeling response in comparison to IVUS using receiver operating characteristic (ROC) data analysis. ResultsOf 46 segments in 14 patients, diagnostic characterization by MSCT was possible in 37 (80.4%) segments. In these segments the accuracy of MSCT for identifying plaque presence, calcification, distribution and positive remodeling was consistently greater than 0.90 (reader 1) and 0.87 (reader 2). ConclusionState-of-the-art MSCT can accurately identify mildly stenotic coronary atherosclerosis and provide an assessment of morphology and remodeling response.

Nonstress delayed-enhancement magnetic resonance imaging of the myocardium predicts improvement of function after revascularization for chronic ischemic heart disease with left ventricular dysfunction ☆

BACKGROUND The extent of myocardial scarring of the left ventricle (LV) is important in patients with chronic ischemic heart disease (CIHD). With delayed-enhancement magnetic resonance imaging (DE-MRI), scarred myocardium (hyper-enhanced) is easily distinguishable from viable (dark) myocardium. This investigation assessed the use of DE-MRI for predicting functional improvement after coronary artery bypass grafting (CABG) in patients with CIHD and significant LV dysfunction. METHODS The patient population (n = 29) with CIHD and LV dysfunction (ejection fraction 28% +/- 10%) underwent both DE-MRI, to delineate scarred regions before revascularization, and echocardiography (Echo), to assess segmental function before and after CABG (interval 188 +/- 57 days). Using a 16-segment model, LV myocardium was semiquantitatively analyzed for scarring based on DE-MRI and for improvements in resting function by pre- and post-CABG Echo. RESULTS Before CABG, 82% of targeted myocardial segments had abnormal contraction; 78% showed scarring, including 38% with greater than mild amounts (25%-100%). Normal contraction was found in 18% of segments before revascularization; scarred areas were identified in 42%, 84% of which had, at most, minimal amounts (0%-24%). Of segments with pre-CABG dysfunction, 82% with no evidence of scar recovered, compared to only 18% with > or =50% scarring. Amount of hyper-enhancement was a very good indicator of improvement of function, especially at the > or =50%/segment threshold; overall accuracy was 0.74 (95% CI 0.66-0.82, P <.001). CONCLUSIONS In patients with CIHD and significant LV dysfunction, DE-MRI can predict likelihood of functional improvement after revascularization.

Do segmented reconstruction algorithms for cardiac multi-slice computed tomography improve image quality?

Purpose: To evaluate segmented reconstruction algorithms for spiral multi-slice computed tomography (MSCT) that use data from two cardiac cycles to improve temporal resolution (τ) for imaging of the heart. Materials and Methods: An initial group of 78 cardiac patients (heart rates [HR] = 63–167 beats per minute [bpm]) were imaged on a 4-slice, 500 ms gantry rotation time scanner (scanner 1). Images were reconstructed with a single-segment algorithm using data from one cardiac cycle with a reconstruction window of fixed length (τ = 250 ms). Images were also reconstructed with two variants of a multi-segment algorithm using data from two cardiac cycles where only one end of the reconstruction window was fixed and the other end was freely moveable to allow adjustment of τ according to HR: (1) “2-segment fixed start” with fixed start of reconstruction, (2) “2-segment fixed end” with fixed end of reconstruction (for both, τ = 125–250 ms). The resulting image sets were ranked from best to worst (1–3, respectively) in a side-by-side, blinded comparison by two independent readers. A second group of 26 patients (HR = 74–90 bpm) were imaged on a 12-slice, 420 ms gantry rotation time scanner (scanner 2). Data were reconstructed with a single-segment algorithm (τ = 210 ms) and a “2-segment fixed start” algorithm (τ = 105–210 ms) and image sets were ranked from best to worst (1–2, respectively). Results: There was no clear evidence that any one technique is superior for imaging on scanner 1. Reader 1 ranked single-segment images the highest for all HRs, but statistically significant differences among the three algorithms were only found for the lowest HRs (< 80 bpm), where reader 1 preferred singlesegment over “2-segment fixed end” techniques (p = 0.048). The highest rankings given by reader 2 varied according to HR: single-segment images were superior for lowest HRs, while “2-segment fixed start” images were superior for HRs > 80 bpm; none of these comparisons reached statistical significance. Improved performance of 2-segment reconstruction was found with scanner 2. Both readers ranked “2-segment fixed start” images the highest (p < 0.01). Conclusions: The added value of 2-segment cardiac reconstruction algorithms for spiral MSCT was not demonstrated for a 4-slice, 500 ms gantry rotation time scanner but shown to be beneficial for a 12-slice, 420 ms gantry rotation time scanner in the crucial HR range of 74–90 bpm.Hintergrund und Ziel: Die im Vergleich zu Elektronenstrahl-Computertomographie, Magnetresonanztomographie, Fluoroskopie und Ultraschall relativ geringe zeitliche Auflösung (τ) und entsprechend längere Bildakquisitionszeit gegenwärtiger Mehrschicht-Computertomographie-(MSCT-)Systeme sind ein wichtiger limitierender Faktor für kardiovaskuläre Untersuchungen. Mehrere spezielle Rekonstruktionsalgorithmen wurden mit dem Ziel entwickelt, die zeitliche Auflösung (τ) für kardiovaskuläre MSCT-Untersuchungen zu verbessern. Bei Einzelsegment-Rekonstruktionsalgorithmen stammt die gesamte Bildinformation jedes Schnittbildes aus einem einzelnen Herzzyklus, und die zeitliche Auflösung (τ) entspricht der Gantry-Rotationszeit (trot)/2. Mehrsegment-Rekonstruktionsalgorithmen werden für Patienten mit hoher Herzfrequenz (HR) empfohlen (HR > 65–70 Schläge/min, abhängig vom benutzten System und Algorithmus), um die effektive zeitliche Auflösung im Vergleich zu Einzelsegmentalgorithmen zu erhöhen. Mehrsegmentalgorithmen reduzieren das Aufnahmezeitintervall, das durch Nutzung der Bildinformation aus derselben Phase von n aufeinander folgenden Herzzyklen zu jedem Schnittbild beiträgt. Mehrsegmentrekonstruktion erreicht eine zeitliche Auflösung zwischen trot/2n und trot/2, abhängig von der Herzfrequenz (Abbildungen 1 und 2). Das Ziel dieser Studie war zu untersuchen, ob Mehrsegment Rekonstruktionsalgorithmen die Bildqualität tatsächlich verbessern. Die Bildqualität von 4- und 12-Schicht-Systemen wurde in Einzel- und Mehrsegmentrekonstruktionen mit n = 2 Herzzyklen verglichen. Material und Methodik: Eine Gruppe von 78 Patienten (HR = 63–167 Schläge/min) wurde mit einem 4-Schicht-System mit 500 ms Gantry-Rotationszeit (SOMATOM Sensation 4, Siemens Medical Solutions, Erlangen; Scanner 1) untersucht. Die Untersuchungen wurden nach Kontrastmittelgabe in retrospektiv EKG-getriggerter Spiraltechnik durchgeführt. Die Bildrekonstruktion erfolgte mit einem Einzelsegmentalgorithmus der Bildinformation aus einem einzelnen Herzzyklus mit einem Rekonstruktionsfenster konstanter Länge (τ = 250 ms; Abbildung 3a). Darüber hinaus wurde die Bildrekonstruktion mit zwei verschiedenen Mehrsegmentalgorithmen durchgeführt. Diese Mehrsegmentalgorithmen nutzten die Bildinformation aus zwei Herzzyklen, wobei ein Ende des Rekonstruktionsfenster fixiert war und das andere Ende verschoben werden konnte mit dem Ziel, die zeitliche Auflösung (τ) der jeweiligen Herzfrequenz anzupassen. Die beiden Varianten wurden beschrieben als 1. “2-segment fixed start” mit festgelegtem Ausgangspunkt der Rekonstruktion (Abbildung 3b) und 2. “2-segment fixed end” mit festgelegtem Endpunkt der Rekonstruktion (für beide Varianten: τ = 125–250 ms; Abbildung 3c). Die Bildqualität der entsprechenden Bildsätze wurde auf einer Skala von 1 (höchste Qualität) bis 3 (niedrigste Qualität) mit einem “side-by-side” verblindeten Vergleich von zwei Untersuchern bewertet. Eine zweite Gruppe von Patienten mit Herzfrequenzen zwischen 74 und 90 Schlägen/min wurde mit einen 12-Schicht-System mit 420 ms Gantry-Rotationszeit (SOMATOM Sensation 16, Siemens Medical Solutions, Erlangen; Scanner 2) untersucht. Die Untersuchungen wurden nach Kontrastmittelgabe in retrospektiv EKG-getriggerter Spiraltechnik durchgeführt. Die Bildrekonstruktion erfolgte mit einem Einzelsegmentalgorithmus (τ = 210 ms) und einem “2-segment fixed start”-Algorithmus (τ = 105–210 ms). Die Bildqualität der entsprechenden Bildsätze wurde auf einer Skala von 1 (höchste Qualität) bis 2 (niedrigste Qualität) von zwei Untersuchern gewertet. Ergebnisse: Die Mittelwerte (“mean rank”) der Bildqualität für die drei Bildsätze der mit Scanner 1 untersuchten Patienten sind in Tabelle 1 für zwei Untersucher zusammengefasst. Die Mittelwerte (“mean rank”) der Bildqualität für die drei Bildsätze in Abhängigkeit von der Herzfrequenz zeigt Tabelle 2. Die Bewertung der verschiedenen Rekonstruktionstechniken mit Scanner 1 war untersucherabhängig (Abbildung 4). Untersucher 1 bewertete die Bildqualität der Einzelsegmentrekonstruktion für alle Herzfrequenzen höher, signifikante Unterschiede zwischen den drei Rekonstruktionsalgorithmen wurden jedoch nur für niedrige Herzfrequenzen (HR < 80 Schläge/min) gefunden. Für diese Herzfrequenzen bewertete Untersucher 1 Einzelsegment- höher als “2-segment fixed end”-Techniken (p = 0,048). Die Bewertung der Bildqualität durch Untersucher 2 hing von der Herzfrequenz ab: Die Bildqualität von Einzelsegmentrekonstruktionen war für niedrigere Herzfrequenzen höher, während die Bildqualität von “2-segment fixed start”-Rekonstruktionen für Herzfrequenzen > 80 Schläge/min höher bewertet wurde. Allerdings erreichten diese Unterschiede für Untersucher 2 in keinem der Vergleiche statistische Signifikanz. Insgesamt zeigten die Ergebnisse der mit dem 4-Schicht-System untersuchten Patienten, dass Einzelsegmentalgorithmen für Herzfrequenzen zwischen 63 and 80 Schlägen/min bevorzugt wurden und dass die “2-segment fixed end”-Algorithmen für alle Herzfrequenzen keinen Vorteil aufwiesen. Allerdings erreichten die Unterschiede zwischen den verschiedenen Rekonstruktionstechniken mit Scanner 1 keine statistische Signifikanz. Die Mittelwerte (“mean rank”) der Bildqualität für die Bildsätze der mit Scanner 2 untersuchten Patienten sind in Tabelle 3 für zwei Untersucher zusammengefasst. 2-Segment-Rekonstruktionen hatten bei Untersuchungen mit dem 12-Schicht-System einen größeren Einfluss (Abbildung 5). Beide Untersucher bewerteten die Bildqualität mit “2-segment fixed start”-Rekonstruktionen höher (p < 0,01). Schlussfolgerung: Beim Einsatz von 4-Schicht-MSCT-Systemen mit 500 ms Gantry-Rotationszeit führte die höhere effektive zeitliche Auflösung (τ) mit 2-Segment-Rekonstruktion kardiovaskulärer Untersuchungen nicht zu einer verbesserten Bildqualität (Abbildung 6). Im Gegensatz dazu konnten bei Verwendung von “state-of-the-art” 12-Schicht-Systemen mit 420 ms Gantry-Rotationszeit Verbesserungen der Bildqualität mit 2-Segment-Rekonstruktion im Vergleich zu Einzelsegmentrekonstruktion für Herzfrequenzen zwischen 74 und 90 Schlägen/min erreicht werden.

Persistent abnormal left ventricular systolic torsion in dilated cardiomyopathy after partial left ventriculectomy

OBJECTIVE Rotation of the left ventricular apex relative to the base, or left ventricular torsion, is related to myocardial contractility and structure and is a sensitive indicator of cardiac dysfunction. We have quantified left ventricular systolic rotation and torsion in patients with dilated cardiomyopathy before and after partial left ventriculectomy in an attempt to characterize the effects of this surgical procedure on ventricular ejection mechanics. METHODS Magnetic resonance imaging with tissue tagging was performed before partial left ventriculectomy in 24 patients, 9 of whom underwent repeat imaging 3 months after surgery. Left ventricular rotation was quantified in each patient at three short-axis levels: apex, midventricle, and base. Torsion was defined as the difference between basal and apical rotation at any time. Results were subdivided for regional analysis at each level and related to cardiac function (ejection fraction, cardiac index, and velocity of circumferential fiber shortening). RESULTS Before surgery, left ventricular rotation was regionally heterogeneous and abnormal in magnitude and pattern, and increased end-systolic torsion was associated with better cardiac function. After surgery, clinical indices of cardiac function showed improvement; however, rotation magnitude was unchanged at the apex and reduced at the base and midventricle, particularly in the anterior wall and septum. CONCLUSIONS The pattern and magnitude of ventricular rotation were impaired by dilated cardiomyopathy. Left ventricular rotation and torsion were further diminished after partial left ventriculectomy, indicating that improvement in clinical indices of cardiac function was not reflective of an improvement in this measure of myocardial mechanics.

Noninvasive assessment of cardiac mechanics and clinical outcome after partial left ventriculectomy

BACKGROUND Partial left ventriculectomy (PLV) was developed as a therapy for end-stage heart failure, but results were variable with few a priori predictors of outcome. Little is known about its effects on myocardial mechanics and their relation to clinical outcome. METHODS Twenty-four dilated cardiomyopathy patients underwent cardiac magnetic resonance imaging (MRI) before PLV, and 3 and 12 months after surgery. Left ventricular (LV) circumferential shortening and wall stress were computed at three short-axis levels. Exploratory outcome analysis grouped patients according to the timing of adverse cardiac events postsurgery. RESULTS LV mass and volume were decreased at each postsurgical time point (all p < 0.01). At 3 months, regional wall stress was reduced at all short-axis levels; but by 12 months stress was reduced from baseline only at the apex. Circumferential shortening was increased significantly at both postsurgical time points at each level. On average, septal shortening was negative (stretching) before surgery, but increased significantly, and was positive, postsurgery. Exploratory outcome analysis found that negative values of basal septum circumferential shortening before surgery increased the probability of event-free survival beyond 6 months. CONCLUSIONS Regional heterogeneity of LV myocardial function, associated with dilated cardiomyopathy, was diminished after PLV but was also related to patient outcome. MRI with tissue tagging is useful for assessing the efficacy of surgical therapies for congestive heart failure.