Aus der Klinik für Herz-, Thorax- und Gefäßchirurgie, Chefarzt: Prof. Dr. med. G. Walterbusch
St.-Johannes Hospital Dortmund Johannesstr. 9-19
D-44137 Dortmund
Duplexsonographische Quantifizierung von
Karotisstenosen auf der Grundlage des Geschwindigkeit- Zeit-Integrals
Dissertation zur Erlangung des Doktorgrades der Medizin in der
Medizinischen Hochschule Hannover
vorgelegt von Hans-Walter Fiedler
aus Dortmund
Hannover, 2008
Angenommen vom Senat der Medizinischen Hochschule Hannover am 17.03.2009
Gedruckt mit Genehmigung der Medizinischen Hochschule Hannover
Präsident: Prof. Dr. med. Dieter Bitter-Suermann
Betreuer: Prof. Dr. med. Gerhard Walterbusch
Referent: Prof. Dr. med. Thomas Weiss
Korreferent: Prof. Dr. med. Friedhelm Brassel
Tag der mündlichen Prüfung: 17.03.2009
Promotionsausschussmitglieder: Prof. Dr. med. Hermann Haller Prof. Dr. med. Klaus Otto Prof. Dr. med. Rainer Nustede
3
Inhaltsverzeichnis
1. Einleitung ... 5
2. Patienten und Methode ... 11
2.1.1. Patientenkollektiv A... 11
2.1.2. Patientenkollektiv B... 12
2.2. Duplexsonographische Untersuchungen ... 12
2.2.1. Duplexsonographische Ermittlung der Strömungsgeschwindigkeiten ... 14
2.2.2. Berechnung der Stenoseindizes... 14
2.2.3. Duplexsonographische Bestimmung des Flächenstenosegrades ... 17
2.3. Angiographische Untersuchungen... 18
2.3.1. Angiographische Bestimmung des distalen linearen Stenosegrades (NASCET)... 19
2.3.2. Angiographische Bestimmung des lokalen linearen Stenosegrades (ECST) 20 2.3.3. Angiographische Bestimmung des lokalen Flächenstenosegrades (ECSTbi) ... 21
2.4. Untersuchungsprotokoll... 22
2.5. Statistische Methoden ... 23
3. Ergebnisse ... 25
3.1. Patientenkollektiv A ... 25
3.1.1. Korrelation von duplexsonographischem Flächenstenosegrad (FDSarea) und angiographischem Flächenstenosegrad (ECSTbi)... 25
3.1.2. Korrelation von Integrale-Velocity-Ratio (IVR) mit angiographischem Flächenstenosegrad (ECSTbi)... 30
3.1.3. Diagnosefähigkeit von duplexsonographischem Flächenstenosegrad (FDSarea) gegenüber angio-graphischem Flächenstenosegrad (ECSTbi).... 32
3.1.4. Zusammenfassung der Ergebnisse des Patientenkollektivs A... 34
3.2. Patientenkollektiv B ... 35
3.2.1. Korrelation vom duplexsonographischem Flächenstenosegrad (FDSarea) mit Strömungsparametern ... 35
3.2.2. Korrelation von absoluter und prozentualer Restlumenfläche mit Strömungsparametern ... 37
3.2.3. Diagnosefähigkeit von Strömungsparametern gegenüber duplexsonographischem Flächenstenosegrad (FDSarea)... 39
3.2.4. Zusammenfassung der Ergebnisse im Patientenkollektiv B ... 41
3.3. Entwicklung der IVR-Stenosegradskala... 42
4. Diskussion... 44
4.1. Apoplektischer Insult ... 44
4.2. Bedeutung von Karotisstenosen für das Auftreten von Hirnischämien. 45 4.3. Stellenwert der Karotis-Endarteriektomie in der Therapie von Karotisstenosen... 46
4.4. Diagnostik von Stenosen der extracraniellen Arteria carotis interna .... 48
4.5. Duplexsonographische Quantifizierung von Karotisstenosen anhand von Strömungsparametern ... 51
4.6. Duplexsonographische Quantifizierung von Karotisstenosen anhand der Flächenreduktion... 54
4.7. Korrelation von Stenosefläche und angiographisch ermittelten Stenosegraden... 56
4.8. Korrelation von Stenosefläche und Strömungsparametern... 57
4.9. Schlussfolgerungen... 59
5. Zusammenfassung... 60
6. Literaturverzeichnis ... 61
7. Datenblätter... 69
Datenblatt zum Kollektiv A ... 69
Datenblatt zum Kollektiv B ... 72
Datenblatt zum Kollektiv B mit Angabe der prozentualen und absoluten Stenosefläche ... 75
8. Abbildungsverzeichnis... 78
9. Tabellenverzeichnis... 79
10. Lebenslauf ... 80
11. Danksagung... 81
12. Eidesstattliche Versicherung ... 82
5
1. Einleitung
Die großen amerikanischen und europäischen Multicenterstudien [1] [2] in den 90er Jahren haben für symptomatische Karotisstenosen die Überlegenheit der operativen Therapie gegenüber der alleinigen medikamentösen Therapie
eindeutig nachgewiesen. Durch diese Studien fand ein grundlegender Wandel in Diagnostik und Therapie der extrakraniellen hirnversorgenden Arterien statt. So wurden erstmals angiographische Messverfahren definiert und Stenosegrade von mehr als 70 % nach NASCET-Kriterien als Schwellenwert zur operativen
Therapie ermittelt. Die exakte Quantifizierung von Karotisstenosen ist deshalb zur Therapieplanung von entscheidender Bedeutung.
Zur Diagnostik der extrakraniellen hirnversorgenden Arterien steht heute eine Reihe von invasiven und auch nicht invasiven Untersuchungsmethoden zur Verfügung. Klinische Validität, Kosten-Nutzen- und Risiko-Nutzen-Relationen sind dabei wesentliche Kriterien, an denen sich die Indikationen zur Anwendung der diagnostischen Verfahren orientieren müssen. Die digitale
Subtraktionsangiographie (DSA) der hirnversorgenden Arterien gilt allgemein als Goldstandard, an dem sich alle anderen Verfahren zu messen haben.
Dieses Untersuchungsverfahren weist aber eine Reihe von
Komplikationsmöglichkeiten auf. So besteht die Gefahr, durch den eingebrachten Angiographiekatheter einen embolischen Hirninfarkt auszulösen. Die Häufigkeit des Auftretens von neurologischen Komplikationen bei angiographischen
Untersuchungen wird in der Literatur mit 1,3 - 4 % angegeben [3] [4]; [5]. Insofern wird der Einsatz der DSA heute nur noch bei gleichzeitig geplanter
interventioneller Maßnahme empfohlen [6]. Auch die Applikation des
Röntgenkontrastmittels beinhaltet eine Reihe von Risiken bis hin zum Auftreten eines anaphylaktischen Schocks.
Ein generelles Problem bei der angiographischen Stenosequantifizierung besteht darin, dass die angiographischen Meßmethoden nur eine Ebene zur
Stenosegradbestimmung verwenden, so dass die tatsächliche
Stenosekonfiguration nicht ausreichend berücksichtigt wird und erhebliche Fehleinschätzungen vorkommen können. Ein weiteres Problem stellen auch die unterschiedlichen angiographischen Messmethoden dar. Bei der ECST-Methode wird der ursprüngliche Durchmesser der A. carotis interna als Referenzwert
verwendet und das durchflossene Lumen in Bezug zur ursprünglichen Weite des Gefäßes gesetzt. Bei der Methode nach NASCET wird dagegen der distale Durchmesser der A. carotis interna als Bezugsgröße genommen. Der
Stenosegrad nach NASCET-Kriterien ist somit grundsätzlich geringer als der nach ECST-Kriterien. Die Differenz der beiden Methoden ist dabei umso größer, je proximaler die Stenose gelegen ist.
Eine Vergleichbarkeit der beiden Messmethoden ist deshalb kaum möglich.
Neben der digitalen Subtraktionsangiographie stehen heute die Magnetresonanz -Angiographie (MRA), die Computer-Angiographie (CTA) sowie die farbcodierte Duplexsonographie als bildgebende Verfahren zur Carotisdiagnostik zur
Verfügung. Die Magnetresonanz-Angiographie ist seit ca. 5 bis 10 Jahren in der klinischen Anwendung. In den letzten Jahren hat sich die Kontrastmittel gestützte Untersuchung mit Gadolinium durchgesetzt. Die MR-Angiographie ist risikolos, aber relativ teuer. Das Verfahren ist nicht mobil verfügbar und darf insbesondere bei Schrittmacherträgern nicht eingesetzt werden. Als Nachteile der Methode sind weiterhin die Artefaktanfälligkeit sowie die mäßige Auflösung anzusehen.
Bei Vergleichsstudien zwischen MR-Angiographie und konventioneller
Angiographie erreichte die MRA Sensitivitäten zwischen 72% und 100% sowie Spezifitäten zwischen 70% und 98%. Trotz des Einsatzes von Gadolinium ist das Überschätzen des Stenosegrades im klinischen Alltag weiterhin ein Problem, so dass dieses Verfahren als alleiniges bildgebendes Verfahren zur
Therapieplanung von Karotisstenosen nicht zu akzeptieren ist.
Die CT-Angiographie erlangte in der Gefäßdiagnostik mit der Entwicklung des 16-Zeiler-CT zunehmend klinische Bedeutung. Im Bereich der Halsarterien liefert die CT ähnlich gute Ergebnisse wie die MR-Angiographie, allerdings ist deutlich mehr Aufwand in der Rekonstruktion zum Herausrechnen von ossären
Strukturen notwendig. Daneben ist die exakte Quantifizierung von Karotisstenosen bei sehr starken Gefäßverkalkungen und nach
Stentimplantationen aufgrund von Artefakten erheblich eingeschränkt.
Auch sind die Kontraindikationen für die Gabe von Röntgenkontrastmittel (Kontrastmitelallergie, Hyperthyreose, Niereninsuffizienz) und die
Strahlenbelastung zu beachten.
Aufgrund der beschriebenen Nachteile dieser Verfahren ist in den letzten Jahren ein eindeutiger Trend zu den nicht invasiven Verfahren zu verzeichnen [7]. Durch die technische Weiterentwicklung gilt heute die Duplexsonographie als Methode
7 der Wahl und als zuverlässigste Technik zur Abklärung des Lokalbefundes an der Karotisbifurkation. Als Nachteil der Methode wird von Kritikern die Geräte- und Untersucherabhängigkeit angeführt. Daneben ist wegen der nicht
einheitlichen Stenosegraddefinitionen und der zahlreichen
duplexsonographischen Stenosegradkriterien die Situation unübersichtlich geworden. So werden insbesondere im angloamerikanischen Raum
duplexsonographische Stenosekriterien auf den distalen, in Europa dagegen vorwiegend auf den lokalen Stenosierungsgrad bezogen. Dabei wäre es
prinzipiell sinnvoll, Strömungsparameter auf die lokale Querschnittsreduktion zu beziehen, da nach dem Kontinuitätsgesetz die proportionale Zunahme der
Flussgeschwindigkeit von der Reduktion des lokalen Gefäßquerschnitts abhängt.
In der Vergangenheit wurde eine Vielzahl von Strömungsparametern auf ihre Wertigkeit zur Stenosequantifizierung untersucht. Die Validierung dieser Messparameter erfolgte dabei am Goldstandard der angiographischen
Stenosegraduierung nach NASCET- oder ECST-Kriterien. Allgemein verwendete duplexsonographische Stenosekriterien sind die systolische
Maximalgeschwindigkeit (Peak Systolic Velocity, PSV), die enddiastolische Geschwindigkeit (End Diastolic Velocity, EDV) sowie die Peak Velocity Ratio (PVR) und Diastolic Velocity Ratio (DVR).
Flussgeschwindigkeiten sind aber in erheblichem Maß von der individuellen Hämodynamik abhängig. So können Herzrhythmusstörungen,
Herzklappenerkrankungen, Tandemstenosen oder kontralaterale Stenosen der Halsarterien, Gefäßdilatationen oder Abknickung, die Stenoselänge, die
Messtiefe, der Winkelfehler sowie der spiralförmige Flusscharakter zu einer fehlerhaften Stenosegraduierung führen [8,9]. Da zusätzlich eine Abhängigkeit von Gerät und Schallwinkel besteht, wundert es nicht, dass in der Literatur Spitzengeschwindigkeiten mit einer Streuung von 2 bis 4 m/s für eine mehr als 90%ige Stenose angegeben werden.
Peak Velocity Ratio (PVR) und Diastolic Velocity Ratio (DVR) werden als Stenoseindizes bezeichnet, da sie Quotienten aus prä- und intrastenotischer Geschwindigkeit darstellen. Da Stenoseindizes die prästenotische
Geschwindigkeit berücksichtigen, wird dabei die individuelle Hämodynamik besonders berücksichtigt.
Um die diagnostische Sicherheit von mehr als 70%igen Karotisstenosen nach der NASCET-Methode weiter zu verbessern, wurden in den 90er Jahren auch Kombinationen verschiedener Strömungsparameter empfohlen. Die Bestimmung mehrerer Stenoseindizes sowie die Auswertung von Kombinationen mehrerer Strömungsparameter ist zeitaufwendig und umständlich, so dass im klinischen Alltag neben der systolischen Maximalgeschwindigkeit (PSV) im Wesentlichen die Peak Velocity Ratio (PVR) zur Stenosegradbestimmung verwendet wird.
Da die PVR aber nur die systolischen, nicht aber die enddiastolischen Geschwindigkeiten berücksichtigt, ist es nahe liegend, integrale
Flussgeschwindigkeiten zur Berechnung von Stenoseindizes zu verwenden.
Bei der integralen Strömungsgeschwindigkeit handelt es sich um eine über die Zeit gemittelte Geschwindigkeit, die sowohl die systolischen als auch die
diastolischen Geschwindigkeitsanteile einschließt. Die von Ranke beschriebene Mean-Velocity-Ratio (MVR) stellt einen Stenoseindex auf der Basis integraler Geschwindigkeiten dar, wobei als Referenzwert die Strömungsgeschwindigkeit in der distalen A. carotis interna verwendet wird. Die MVR zeigt dabei eine sehr hohe Korrelation zu angiographischen Befunden und eine weitgehende Unabhängigkeit von Gerät und Untersucher [10].
Einen anderen Ansatz zur Quantifizierung von Karotisstenosen stellt die
duplexsonographische Bestimmung der Stenosefläche am Gefäßquerschnitt dar.
Dabei wird die noch durchströmte Fläche im Stenosemaximum planimetrisch bestimmt und zum Gesamtquerschnitt ins Verhältnis gesetzt. Hierbei ist der Stellenwert der B-Bild-Sonographie nur gering, da die alleinige im B-Bild durch Diameterbestimmung vorgenommene Quantifizierung von Karotisstenosen den Dopplerverfahren gegenüber unterlegen ist [11] [12]
Bei Stenosen mit einer Diameterreduktion von mehr als 60-70% sind echoreiche, sklerotische Plaques zunehmend häufiger anzutreffen, so dass aufgrund der dadurch bedingten Artefakte die Messung des Restlumens im B-Bild erschwert wird.
Bonig et al. [13] verglichen farbduplexsonographisch bestimmte Stenose- querschnittsflächen mit Stenosen, bei denen der Stenosegrad anhand von Angiographien nach NASCET- und ECST-Kriterien ermittelt wurde. Dabei zeigte sich die höchste Übereinstimmung der farbduplexsonographischen Querschnitts- reduktion mit angiographischen, nach der ECST-Methode bestimmten Stenosen.
Die Sensitivität betrug dabei 97% und die Spezifität 90%. Zusätzlich fand sich bei
9 diesem Verfahren auch die geringste Untersucherabhängigkeit. Die Wertigkeit der Stenosenquantifizierung über die Querschnittsflächenreduktion im Vergleich zur geschwindigkeitsabhängigen Stenosegraduierung konnte auch an Eversions- entarterektomie-Präparaten nachgewiesen werden [14]. Lyrer et al [15] wiesen bei Untersuchungen mittels farbkodierter Dopplersonograhie nach, dass die Messung der Querschnittsflächenreduktion als individueller Parameter mit Strömungsparametern vergleichbar ist.
Da die Bestimmung der Stenosefläche am Gefäßquerschnitt aufgrund von Artefakten nicht immer möglich ist und zudem durch sklerotische Plaques erheblich beeinträchtig wird, sind Stömungsparameter und Stenoseindizes bei der duplexsonographischen Quantifizierung von Karotisstenosen im klinischen Alltag weiterhin von überragender Bedeutung.
Ranke konnte nachweisen, dass ein Stenoseindex auf der Grundlage des Geschwindigkeit-Zeit-Integrals Stenoseindizes auf der Grundlage von Maximalgeschwindigkeiten überlegen ist [16]. Da zur Ermittlung des
Referenzwertes in der distalen A. carotis interna die Bestimmung der integralen Strömungsgeschwindigkeit in einem Abstand von mindestens 4 Zentimetern zur Stenose gefordert wird, ist dieses Verfahren aber nur bei wenigen Patienten anwendbar und für den routinemäßigen Einsatz nicht geeignet.
Da zudem bei hoch- bis höchstgradigen Stenosen auch mehr als 4 Zentimeter distal der Stenose erhebliche Strömungsstörungen auftreten, ist eine Verwertung der integralen Geschwindigkeit häufig nicht möglich.
Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die Wertigkeit eines Stenoseindex zur Quantifizierung von Karotisstenosen zu untersuchen, der die proportionale Zunahme der integralen Strömungsgeschwindigkeit in der A. carotis interna im Verhältnis zur integralen Strömungsgeschwindigkeit in der A. carotis communis beschreibt und den wir dann als Integrale-Velocity-Ratio (IVR) bezeichnet haben.
Der wesentliche Vorteil dieses Verfahrens gegenüber der Methode von Ranke liegt darin, dass es auf den lokalen Stenosegrad referenziert und bei nahezu allen Patienten anwendbar ist.
Im Rahmen dieser Arbeit haben wir Strömungsparameter und Stenoseindizes gegen duplexsonographische Querschnittsmessungen validiert. Als Referenzwert haben wir die planimetrisch bestimmte proportionale Flächenreduktion deshalb
verwendet, weil Stenoseindizes auf physikalischen Gesetzmäßigkeiten
begründet sind und nach dem Kontinuitätsgesetz eine proportionale Zunahme der Strömungsgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Querschnittsreduktion besteht. Zuvor haben wir in einer Untersuchung die duplexsonographisch bestimmte Querschnittsflächenreduktion für unser Gefäßlabor validiert und die am Gefäßquerschnitt bestimmte Stenosefläche mit angiographisch ermittelten Stenosegraden vergleichend untersucht.
11
2. Patienten und Methode
Die Untersuchungen im Rahmen dieser Arbeit wurden im Zeitraum vom 01.06.2002 bis 01.12.2003 in der Klinik für Herz-, Thorax- und Gefäßchirurgie und in der Radiologischen Klinik am St.-Johannes-Hospital in Dortmund durchgeführt.
Die farbduplexsonographischen Untersuchungen der extrakraniellen
hirnversorgenden Arterien erfolgten routinemäßig im Nichtinvasiven Gefäßlabor der Klinik zum Ausschluss von Stenosen im Bereich der supraaortalen Arterien, bei spezifischen (TIA, PRIND, Insult) oder unspezifischen Symptomen
(Schwindel, Strömungsgeräusch) sowie bei Verlaufskontrollen von vorbeschriebenen Stenosen und nach Karotisoperationen.
Die angiographischen Untersuchungen wurden in der Radiologischen Klinik aus medizinischen Gründen zur Abklärung des Lokalbefundes bei symptomatischen oder asymptomatischen Karotisstenosen durchgeführt. Die angiographischen Untersuchungen erfolgten dabei aufgrund der beschriebenen Risiken nur bei Patienten, bei denen eine MR-Angiographie der supraaortalen Arterien technisch nicht möglich war, wie z.B. bei Schrittmacherträgern oder wenn eine erhebliche Diskrepanz zwischen duplexsonographisch und MR-angiographisch ermitteltem Stenosegrad bestand. Die angiographischen Daten von gering- und
mittelgradigen Stenosen wurden bei der angiographischen Untersuchung hochgradiger Stenosen von der kontralateralen Seite gewonnen.
Es wurden zwei unterschiedliche Patientenkollektive direkt aufeinanderfolgend untersucht. Eine Differenzierung in symptomatische und asymptomatische Stenosen erfolgte nicht. Auswahlkriterium waren lediglich optimale
duplexsonographische bzw. angiographische Untersuchungsbedingungen zur exakten Beurteilung des Stenosedurchmessers und der Stenosefläche im Gefäßquerschnitt sowie zur einwandfreien Bestimmung der intra- und prästenotischen Strömungsgeschwindigkeiten.
2.1.1. Patientenkollektiv A
Die Untersuchungen am Patientenkollektiv A erfolgten duplexsonographisch und angiographisch. Ziel war es, die duplexsonographisch ermittelten Flächen-
stenosegrade gegen den „Goldstandard“ Angiographie zu validieren und darüber hinaus eine Einschätzung für die Diagnosefähigkeit der Integrale-Velocity-Ratio (IVR) zu erhalten.
Das Patientenkollektiv A umfasste 91 Patienten. Es handelte sich dabei um 71 Männer und 20 Frauen, entsprechend einem Anteil von 78% bzw. 22%. Das Durchschnittsalter der Männer betrug 69 Jahre gegenüber 72,5 Jahren bei den Frauen (Tabelle 1).
Tabelle 1: Patientenkollektiv A
Gültige N Mittelwert+SD Median Min-Max
Männer 71 68.2+8.4 69 45-83
Frauen 20 72.6+7 72.5 60-82
Insgesamt 91 69.2+8.3 69 45-83
2.1.2. Patientenkollektiv B
Die Untersuchungen am Patientenkollektiv B erfolgten ausschließlich duplex- sonographisch. Dabei wurden die duplexsonographisch ermittelten Strömungs- parameter gegen den planimetrisch bestimmten Flächenstenosegrad validiert und insbesondere die Wertigkeit der Integrale-Velocity-Ratio (IVR) zur
Bestimmung des Stenosegrades im Vergleich mit anderen Stenoseindizes unter- sucht. Das Patientenkollektiv B bestand aus insgesamt 109 Patienten. 77
Patienten waren männlichen Geschlechts, das entspricht einem Anteil von 71 %.
32 Patienten waren weiblichen Geschlechts, entsprechend einem Anteil von 29%.
Das Durchschnittsalter betrug für das gesamte Kollektiv 67,6 Jahre. Es war bei den Männern mit 66.5 Jahren gegenüber 70,1 Jahren bei den Frauen deutlich niedriger (Tabelle 2).
Tabelle 2: Patientenkollektiv B
gültige N Mean+SD Median Min-Max
Männer 77 66.5 + 9.2 66 45-83
Frauen 32 70.1 + 9.8 72 46-82
Insgesamt 109 67.6 + 9.4 68 45-83
2.2. Duplexsonographische Untersuchungen
Die duplexsonographischen Untersuchungen dieser Studie wurden mit immer
13 demselben Gerät des Typs SEQUOIA 512 der Firma ACUSON (Abb. 1) unter Verwendung eines 5 MHz Linearscanners mit einer variablen Emissionsfrequenz von 5 - 7,5 MHz durchgeführt. Die Colourfrequenz betrug 5 MHz.
Die Messungen der Flussgeschwindigkeiten erfolgten mit einem gepulsten Doppler (Pulse Wave, PW) mit einer Dopplerfrequenz von 3,5 MHz. Zur optimalen Vergleichbarkeit der Strömungsmessungen wurden alle Untersuchungen mit einem standardisierten Schallwinkel von 40 Grad durchgeführt. Das Untersuchungsgebiet umfasste neben der Karotisbifurkation alle der Sonographie zugänglichen Abschnitte der supraaortalen Arterien, um das Vorliegen relevanter Stenosen im vor- oder nachgeschalteten Karotisstromgebiet zu erfassen.
Um eine Untersucherabhängigkeit auszuschließen, wurden alle duplexsono- graphischen Untersuchungen ausschließlich von ein und demselben erfahrenen Untersucher durchgeführt. Alle Untersuchungen erfolgten ohne Ultraschall- kontrastmittel.
Abbildung 1: Acuson Sequoia 512
2.2.1. Duplexsonographische Ermittlung der Strömungsgeschwindigkeiten
Neben der systolischen Spitzengeschwindigkeit (Vmax) wurde die end-
diastolische Geschwindigkeit (Vmin) sowie die integrale Flussgeschwindigkeit (Vtamx) in der A. carotis communis sowie in der A. carotis interna ermittelt. Dazu wurden die Frequenzspektren mit dem Cursor umfahren und anschließend die einzelnen Geschwindigkeiten über den Geschwindigkeits-Zeit-Verlauf von der im System integrierten Software automatisch berechnet. Die Messungen erfolgten in der A. carotis communis unmittelbar proximal der Bifurkation und in der
extrakraniellen A. carotis interna im Bereich des Stenosemaximums (Abb. 2).
Abbildung 2: Bestimmung der Strömungsparameter
2.2.2. Berechnung der Stenoseindizes
Stenoseindizes stellen Quotienten aus prä- und intrastenotischer
Geschwindigkeit dar. Da sie die prästenotische Geschwindigkeit berücksichtigen, wird auch die individuelle Hämodynamik berücksichtigt. Die im klinischen Alltag verwendeten Stenoseindizes sind die Peak-Velocity-Ratio (PVR) und die Diastolic-Velocity-Ratio (DVR).
Da die Peak-Velocity-Ratio (PVR) nur die systolischen und die Diastolic-Velocity- Ratio (DVR) nur die diastolischen Geschwindigkeitsanteile berücksichtigt, wurde
15 in der Klinik für Herz-, Thorax- und Gefäßchirurgie am St.-Johannes-Hospital in Dortmund die Integrale-Velocity-Ratio (IVR), ein Stenoseindex auf der Basis von integralen Geschwindigkeiten entwickelt, der sowohl die systolischen als auch die diastolischen Anteile einbezieht.
Bestimmung der Peak-Velocity-Ratio (PVR)
Grundlage der Peak-Velocity-Ratio (PVR) ist die systolische Maximalgeschwindigkeit (Peak-Velocity, PV).
Die Peak-Velocity-Ratio (PVR) wird durch Division der intrastenotischen systolischen Spitzengeschwindigkeit in der A. carotis interna (Vmax1) durch die prästenotische systolische Spitzengeschwindigkeit in der A. carotis communis (Vmax2) nach Formel 1 berechnet (Abb. 3).
Formel (1):
Berechnung der PVR: (Vmax1 : Vmax2)
Abbildung 3: Bestimmung der PVR
Bestimmung der Diastolic-Velocity-Ratio (DVR)
Grundlage der Diastolic-Velocity-Ratio (DVR) ist die enddiastolische
Geschwindigkeit (Diastolic-Velocity, DV). Die Diastolic-Velocity-Ratio (DVR) wird durch Division der enddiastolischen Geschwindigkeit in der A. carotis interna (Vmin1) durch die enddiastolische Geschwindigkeit in der A. carotis communis (Vmin2) nach Formel 2 berechnet (Abb. 4).
Formel (2):
Berechnung der DVR: (Vmin1 : Vmin2)
Abbildung 4: Bestimmung der DVR
Bestimmung der Integrale-Velocity-Ratio (IVR)
Grundlage der Integrale-Velocity-Ratio (IVR) ist die integrale Geschwindigkeit (Vtamx). Dabei handelt es sich um die über die Zeit gemittelte Geschwindigkeit, die sowohl die systolischen als auch die diastolischen Geschwindigkeitsanteile einschließt. Die Integrale-Velocity-Ratio (IVR) wird durch Division der
intrastenotischen integralen Geschwindigkeit in der A. carotis interna (Vtamx 1) durch die prästenotische integrale Geschwindigkeit in der A. carotis communis (Vtamx2) nach Formel 3 berechnet (Abb. 5).
17 Formel (3):
Berechnung der IVR: (VTamx1 : VTamx2)
Abbildung 5: Bestimmung der IVR
2.2.3. Duplexsonographische Bestimmung des Flächenstenosegrades
Die planimetrischen Querschnittsmessungen wurden im Bereich des höchsten Stenosegrades enddiastolisch im Colour-Mode gemessen. Zur
farbduplexsonographischen Bestimmung des Stenosegrades in der ACI erfolgte bei allen einstellungstechnisch optimal geeigneten Patienten die Querschnitt- Flächenmessung (Cross section area) an der im Längsschnitt korrespon- dierenden engsten Stelle der ACI als Vergleichs- und Objektivierungsstandard.
Diese Fläche wird auch als kritische durchströmte absolute Minimalfläche bezeichnet. Hierbei wurde das noch durchströmte Restlumen im Color Mode gemessen und in Relation zum Gesamtdurchmesser gesetzt (Formel 4). Die Verstärkung wird dabei so gewählt, dass keine Überzeichnung des freien
Lumens auftritt und Bewegungsartefakte nicht zur Darstellung kommen (Abb. 6).
Formel (4):
Stenosegrad % = (A2 –A1) / A2 x100 mit A2 ist originäres Lumen, A1 ist Restlumen
Abbildung 6: Bestimmung der Cross section area
2.3. Angiographische Untersuchungen
Das Intervall zwischen duplexsonographischer Untersuchung und Angiographie betrug in allen Fällen weniger als 30 Tage. Die selektive intraarterielle DSA der supraaortalen Arterien erfolgte mit einem Gerät des Typs „Multistar TOP“ der Firma Siemens.
Nach transfemoraler Punktion der A. femoralis und Platzierung eines 5F-Pigtail- Katheters erfolgte zunächst die Aortenbogenangiographie der Aorta ascendens in 30° LAO - Position. Nach Injektion von 6 - 8 ml Kontrastmittel wurde dann die Karotisbifurkation mit zervikalen Aufnahmeserien in standardisierten Ebenen von 0°, 45° und 90° selektiv dargestellt. Die Dokumenta tion der Aufnahmen erfolgte auf Hardcopies und als Folienausdruck.
Die Auswertungen der angiographischen Untersuchungen erfolgten durch immer denselben erfahrenen Untersucher ohne Kenntnis der duplexsonographischen Befunde im Sinne einer Doppelblindstudie. Die Bestimmung der linearen
19 Gefäßdurchmesser erfolgte dabei an den Röntgenbildern mittels einer Lupe mit integrierter Messskala.
Angiographisch wurde der distale lineare Stenosegrad entsprechend der NASCET-Kriterien sowie der lokale lineare Stenosegrad entsprechend der ECST-Kriterien in den verschiedenen Ebenen bestimmt.
Der lokale Flächenstenosegrad (ECSTbi) wurde anhand des maximalen und minimalen ECST-Stenosegrades nach der Formel von Bartylla [17]
berechnet.
2.3.1. Angiographische Bestimmung des distalen linearen Stenosegrades (NASCET)
Der distale lineare Stenosegrad nach NASCET gibt das Verhältnis des kleinsten Durchmessers der Stenose (Dmin) zum Durchmesser des distalen gesunden Abschnittes (Daci) der A. carotis interna an (Formel 5) (Abb. 7).
Formel (5):
StenoseNASCET = 1-( Dmin/Daci)
Abbildung 7: Bestimmung des Stenosegrades nach NASCET
2.3.2. Angiographische Bestimmung des lokalen linearen Stenosegrades (ECST)
Der lokale lineare Stenosegrad gibt das Verhältnis des kleinsten
Durchmessers der Stenose (Dmin) zum geschätzten Gesamtdurchmesser (Dmax) an dieser Stelle wieder (Formel 6) (Abb. 8).
Formel (6):
StenoseECST = 1-( Dmin/Dmax)
Abbildung 8: Bestimmung des Stenosegrades nach ECST
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2.3.3. Angiographische Bestimmung des lokalen
Flächenstenosegrades (ECST
bi)
Die angiographische Bestimmung des Flächenstenosegrades erfolgte nach der biplanen Berechnungsformel von Bartylla. Dieser Formel ist der maximale und minimale Stenosegrad nach der ECST-Methode zu Grunde gelegt (Formel 7) (Abb. 9).
Formel (7):
Stenosebi = (StenoseECSTmax + StenoseECSTmin) - (StenoseECSTmax . StenoseECSTmin)
Abbildung 9: Bestimmung des Stenosegrades nach ECSTbi
2.4. Untersuchungsprotokoll
Die duplexsonographischen Messwerte wurden mittels eines standardisierten Formulars digital erfasst und in der Datenbank Microsoft ACCESS 2000 ® dokumentiert. Die im Formular grau unterlegten Datenfelder wurden von der Software nach den Formeln (1) – (4) automatisch berechnet (Abb. 10).
Abbildung 10: Datenmaske Duplexparameter
In gleicher Weise erfolgte die Dokumentation der angiographischen Messwerte.
Die im Formular grau unterlegten Datenfelder wurden nach den Formeln (5) – (7) von der Software automatisch berechnet (Abb. 11).
Abbildung 11: Datenmaske Angiographieparameter
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2.5. Statistische Methoden
Die Datenanalyse erfolgte explorativ, d.h. der Schwerpunkt lag auf der deskriptiven Darstellung der erhobenen Daten und nicht auf der Überprüfung vorher festgelegter Hypothesen. Die Daten der einzelnen Untersuchungskollektive wurden als Mittelwerte +/-, Standardabweichung sowie als Maximal- und Minimalwert angegeben.
Der Vergleich verschiedener Messverfahren an der Karotisgabel wurde graphisch mit Hilfe von "box-and-whisker-plots" unter Angabe des Mittelwertes, des Medians und der einfachen Standardabweichung dargestellt.
Ein Box-Plot ist eine graphische Darstellung (robuster) Verteilungsstatistiken, um zentrale Tendenz, Streuung, Schiefe und Spannweite einer Verteilung (inkl.
möglicher Ausreißer) in einem Bild zusammenzufassen. So gelingt eine übersichtliche Darstellung von Daten anhand von Quantilen. Die Box wird begrenzt durch das 25% und das 75% Quantil, der Median in der Mitte
eingezeichnet, und die „whiskers“ (Schnurhaare) begrenzen beispielsweise das 10% und 90% Quantil. Ein Beispiel für einen Boxplot zeigt Abb. 12.
Abbildung 12: Box and whisker plot
Der Grad der Übereinstimmung verschiedener angiographischer Messverfahren untereinander sowie der Grad der Übereinstimmung von angiographischen und
764 N =
Ca (mg/d) 500
400
300
200
100
0
duplexsonographischen Messverfahren wurde nach Stratifizierung der Stenosegrade in Drei-Feldertafeln und durch Berechnung des gewichteten Kappakoeffizienten überprüft.
Der Zusammenhang zwischen der Arealgröße und den Strömungsparametern wurde mit dem Spearmanschen Rangkorrelationskoeffizienten (rho) quantifiziert.
Zusätzlich wurde die Nullhypothese rho = 0 mit dem Spearmanschen Rangkorrelationstest getestet. Die graphische Darstellung erfolgte in
"Punktwolken" unter Angabe der jeweiligen Schwellenwerte.
Die Zuverlässigkeit der Angiographie in der Detektion hochgradiger Stenosen wurde durch Berechnung von Sensitivität, Spezifität und positivem
Vorhersagewert (PPV) ermittelt.
Geprüft wurde die Erkennung 60-69%iger, 70-79%iger, 80-89%iger und 90- 99%iger Flächenstenosen.
Für alle Testverfahren wurde ein p<0,05 als statistisch signifikant angenommen.
Die Berechnungen erfolgten mit der Statistiksoftware SPSS® und wurden von Frau Hiltrud Niggemann, Diplom-Statistikerin, in Dortmund durchgeführt. Die Literaturrecherche wurde online per Internet über die medizinische Datenbank MEDLINE® durchgeführt, zur Textverarbeitung wurde die Software WINWORD 2000® der Firma Microsoft verwendet.
25
3. Ergebnisse
3.1. Patientenkollektiv A
Bei den 91 untersuchten Patienten zeigen sich rein deskriptiv mit den drei durchgeführten Verfahren
• Duplexsonographische Querschnittsbestimmung (FDSarea)
• DSA ermittelte biplane Querschnittsflächenreduktion (ECSTbi)
• DSA ermittelte Flächenreduktion nach NASCET Kriterien (NASCET) Einschätzungen der Stenosegrade im Bereich von 56%-99%. Es deutet sich an, dass im Mittel die Stenoseeinschätzung nach NASCET Kriterien (84%) niedriger ausfällt als in den FDS Bestimmungen (90%) oder im ECSTbi Standard (89%).
(Tabelle 3)
Tabelle 3: Deskription der Messergebnisse der Verfahren ECSTbi, FDSarea, NASCET
n=91 Mittelwert+SD Median Min-Max
ECSTbi 87.9+8 89 60-99
FDSarea 87.4+7.9 90 64-99
NASCET 83+9.1 84 56-97
Angaben in %
3.1.1. Korrelation von duplexsonographischem
Flächenstenosegrad (FDS
area) und angiographischem Flächenstenosegrad (ECST
bi)
Die Messungen mit FDSarea als auch NASCET sind signifikant von den ECST- bi-Messungen verschieden (p=0.039 bzw. p=0.000). Im Durchschnitt weicht FDSareal 0.6%-Punkte von ECST-bi ab (Median 0), die Abweichungen liegen im Bereich –5% bis 8%. Die Streuung ist mit 2.5% gering. Die Abweichungen von NASCET betragen im Durchschnitt 4.9%-Punkte (Median). Sie liegen im Bereich –5% bis 15%. Die Streuung ist relativ groß (Standardabweichung 4.3%). (Tabelle 4).
Tabelle 4: Deskription der Unterschiede zwischen den Verfahren
n=91 Mittelwert+SD Median Min-Max p-Wert*
ECST-bi – FDS 0.6+2.5 0 -5-8 0.039
ECST-bi –
NASCET 4.9+4.3 4 -5-15 0.000
Angaben in %
* p-Wert des Wilcoxon Rangsummentests für verbundene Stichproben. Getestet wird die Nullhypothese, dass die Verteilung von FDS (bzw. NASCET) mit der von ECST-bi identisch ist.
Eine Möglichkeit der graphischen Darstellung der Verzerrung und Streuung von Daten bieten Bland-Altman-Plots. Mit diesem Verfahren können Abweichungen zwischen zwei Verfahren graphisch dargestellt werden. Ob die Verfahren
systematisch voneinander abweichen und auch die Streuung der Abweichungen kann anhand dieser Plots gut beurteilt werden. Der Bland-Altman-Plot ist ein Scatterplot, der Differenzen der Messungen gegen die Mittelwerte der Messungen darstellt. Zusätzlich werden der Mittelwert der Differenzen (Mw) sowie Mittelwert +/- Standardabweichung der Differenzen (Mv+sd, Mw-sd) als horizontale Linien eingetragen.
Abbildung 13: Streuung der Mittelwerte von NASCET, FDS und ECST-bi
Man sieht, dass die Abweichungen zwischen FDSarea und ECSTbi in einem relativ engen Rahmen um 0 schwanken. Die Punkte streuen zufällig um die Nulllinie, sie liegen sowohl im negativen als auch im positiven Bereich.
Bei NASCET fällt dagegen auf, dass die Abweichungen bis auf wenige
Ausnahmen positiv sind, d.h. ECST-bi ist größer als NASCET. Außerdem deutet sich bei NASCET an, dass die Abweichungen kleiner werden, je größer der Mittelwert aus NASCET und ECST-bi ist. Die Streuung der Abweichungen scheint bei kleineren Werten größer zu sein.
Mw-sd Mw+sd Mw
-5 0 5 10 15
ECST-bi - FDS [%]
60 70 80 90 100
Mittelwert (ECST-bi, FDS) [%]
Mw-sd Mw+sd
Mw
-5 0 5 10 15
ECST-bi - NASCET [%]
60 70 80 90 100
Mittelwert (ECST-bi, NASCET) [%]
27 In einer alternativen, herkömmlichen Darstellungsmethode werden jeweils die Scatterplots von FDSarea und NASCET gegen den Standard ECSTbi
aufgetragen. Die Linie ist die Winkelhalbierende.
Kommen die beiden Verfahren zum gleichen Messergebnis, dann liegen die Punkte auf der Winkelhalbierenden.
Ein Verfahren, das mit dem Standard vergleichbar ist, sollte also zu einer
Punktwolke führen, die möglichst nah an dieser Linie ist, insbesondere sollten die Punkte beliebig um diese Linie streuen und nicht vorwiegend ober- und unterhalb der Linie sein.
Abbildung 14: Korrelation von FDS und NASCET zu ECST-bi
Aufgrund der deutlich geringeren Streuung der Ergebnisse der sonographischen Querschnittsflächenreduktion (FDSarea) und da keine systematischen
Abweichungen erkennbar sind, scheint dieses Verfahren im Vergleich zur
Standardangiographie Messung ECSTbi geeigneter als die NASCET Messung in der DSA zu sein.
Vergleich der kategorisierten Messungen
Zur Beurteilung der Messverfahren im Hinblick auf die sichere
Stenosebeurteilbarkeit erfolgte eine Kategorisierung der Ergebnisse in
Stenosegrade von 50-59, 60-69, 70-79, 80-89 und >=90 %. Auch hierbei fällt auf, dass die Häufigkeit der detektierten <80% Stenosen in der NASCET Gruppe mit etwa 30% größer ist als in der FDS Gruppe (15%) und ECSTbi Gruppe (14%).
60 70 80 90 100
FDS [%]
60 70 80 90 100
ECST-bi [%]
60 70 80 90 100
NASCET [%]
60 70 80 90 100
ECST-bi [%]
Im Einzelnen finden sich bei den nach Stenosegraden kategorisierten Messungen folgende Verteilungen:
Tabelle 5: Deskription der drei Häufigkeiten der Kategorien n=91 FDSarea NASCET ECST bi
50-59 0 1.1 0
60-69 4.4 6.6 3.3
70-79 9.9 23.1 11.0
80-89 35.2 42.9 38.4
>=90 50.5 26.4 47.3 Angaben in Prozent
Tabelle 6 stellt die kategorisierten Messergebnisse in einer Kreuztabelle gegenüber. Es wird jeweils dargestellt, wie sich die Messungen, die zu einer ECST bi-Kategorie gehören, auf die NASCET-Kategorien verteilen. Der Anteil der Messungen, die in die gleiche Kategorie fällt, schwankt in Abhängigkeit von der ECST bi-Kategorie zwischen 54,29% und 66,67%.
Insgesamt fallen 51 der 91 Messungen bei beiden Verfahren in die gleiche Kategorie; dies sind 56% (vgl. Tabelle 7).
Der Kappa-Wert liegt bei 0,35 (fair). Es besteht somit nur ein ausreichender Übereinstimmungsgrad. Das heißt, dass die NASCET Methode im Vergleich zur Standard ECSTbi Methode bei den Angiographien keine gute und zuverlässige Stenosekategorisierung zulässt.
Tabelle 6: Grad der Übereinstimmung zwischen ECST-bi und NASCET
ECST bi NASCET (%) Total
(%) 50-59 60-69 70-79 80-89 Ab 90
60-69 1
33,33
2 66,67
0 0,00
0 0,00
0 0,00
3 100
70-79 0
0,00
3 30,00
6 60,00
1 10,00
0 0,00
10 100
80-89 0
0,00
1 2,86
15 42,86
19 54,29
0 0,00
35 100
Ab 90 0
0,00
0 0,00
0 0,00
19 44,19
24 55,81
43 100
Total 1
1,10
6 6,59
21 23,08
39 42,86
24 26,37
91 100
29
Tabelle 7: ECST-bi NASCET (Kappa)
Übereinstimmung kappa p-Wert
56% 0.35 0.000
Die gleiche kategorisierte Auswertung der Übereinstimmungen von FDSarea und ECSTbi zeigt im Gegensatz dazu eine Übereinstimmung von 93% und Kappa 0,89 („almost perfect“) (Tabellen 8 und 9).
Tabelle 8: Grad der Übereinstimmung zwischen ECST-bi und FDSarea
ECST-bi FDSarea (%) Total
(%) 60-69 70-79 80-89 Ab 90
60-69 3
100,00
0 0,00
0 0,00
0 0,00
3 100,00
70-79 1
10,00
9 90,00
0 0,00
0 0,00
10 100,00
80-89 0
0,00
0 0,00
31 88,57
4 11,43
35 100,00
Ab 90 0
0,00
0 0,00
1 2,33
42 97,67
43 100,00
Total 4
4,40
9 9,89
32 35,16
46 50,55
91 100,00
Tabelle 9: ECST-bi FDS (Kappa)
Übereinstimmung kappa p-Wert
93% 0.89 0.000
Die duplexsonographische Messung der Flächenquerschnittsreduktion scheint also ein deutlich geeigneteres Verfahren zur sicheren Bestimmung einer Stenosekategorie zu sein. Eine Vorhersage der richtigen und
therapieentscheidenden Stenosegruppe (> 70%) ist somit mit der Duplex-
sonographie annähernd so gut möglich wie mit dem „Goldstandard“ Angiographie (ECSTbi).
Beurteilung der kategorisierten Messungen
Es zeigt sich also eine bessere Übereinstimmung der duplexsonographisch ermittelten Flächenstenosegrade mit der ECST-bi ermittelten Fläche als mit der Flächenreduktionsbestimmung nach NASCET Kriterien, die eher zum
Unterschätzen des Stenosegrades neigt. (Kappa 0,89 als „almost perfect“ für die FDSarea – Messung, kappa 0,35 als „fair“ für die NASCET –Werte).
3.1.2. Korrelation von Integrale-Velocity-Ratio (IVR) mit angiographischem Flächenstenosegrad (ECST
bi)
Im Hinblick auf die Evaluierung der IVR, die im Mittel einen Wert von 7 aufweist (Tabelle 10), erfolgte auch die Korrelation mit dem Standard ECSTbiMessverfahren und der NASCET Stenosegradbestimmung.
Die IVR zeigt mit allen drei Parametern eine positive Korrelation, bei NASCET (0,787) zeigt sich aber der deutlich niedrigste Korrelationskoeffizient im Vergleich zur FDS (0,858) und ECST-bi (0,898) (Tabelle 11).
Tabelle 10: Deskription IVR (n=91)
Mittelwert+SD Median Min-Max
7.9+3.7 7 2.1-25.1
Tabelle 11: Spearmanscher Rangkorrelationskoeffizient (rho) von IVR mit ECSTbi, FDSarea und NASCET
n=91 Rho
ECST-bi 0.897 (p=0.000)
FDS 0.857 (p=0.000)
NASCET 0.786 (p=0.000)
Graphisch ist dieser Zusammenhang in den drei folgenden Scatterplots der Abbildung 15 dargestellt:
31 Abbildung 15: Korrelation von IVR mit ECST-bi, NASCET und FDSarea
Korrelation von IVR mit ECSTbi
Zur Beurteilung der Messverfahren im Hinblick auf die sichere
Stenosebeurteilbarkeit erfolgte analog zur Beurteilung der Stenoseparameter FDS und NASCET auch hier eine Kategorisierung der Ergebnisse in
Stenosegrade von 50-59, 60-69, 70-79, 80-89 und >=90 %.
Tabelle 12 stellt die kategorisierte Stenosefläche (ECST-bi) der kategorisierten IVR gegenüber. Ausgehend von den Stenosekategorien wird die Verteilung auf die IVR-Gruppen beschrieben. Der kategorisierte Vergleich der Ergebnisse der Stenosegradermittlung mittels ECSTbi und IVR zeigt eine 91%ige
Übereinstimmung mit einem Kappa von 0,86 („almost perfect“) (Tabelle 13) und ist somit hinsichtlich der Kategoriebetrachtung ebenso sicher und hochwertig wie die Ergebnisse der FDSarea Messung.
0 5 10 15 20 25
IVR [%]
60 70 80 90 100
ECST-bi [%]
0 5 10 15 20 25
IVR [%]
60 70 80 90 100
NASCET [%]
0 5 10 15 20 25
IVR [%]
60 70 80 90 100
FDS [%]
Tabelle 12: Grad der Übereinstimmung zwischen ECST-bi und IVR (kategorisiert)
ECST-bi IVR
[%] 2-2.6 2.7-3.2 3.2-4.4 4.5-6.9 >=7 Total
60-69 1
33.33
2 66.67
0 0
0 0
0 0
3 100
70-79 1
10
1 10
8 80
0 0
0 0
10 100
80-89 0
0
0 0
0 0
31 88.57
4 11.43
35 100
Ab 90 0
0
0 0
0 0
1 2.33
42 97.67
43 100
Total 2
2.2
3 3.3
8 8.79
32 35.16
46 50.55
91 100
Tabelle 13: ECST-bi und IVR (Kappa) Übereinstimmung kappa p-Wert
91% 0.86 0.000
3.1.3. Diagnosefähigkeit von duplexsonographischem Flächenstenosegrad (FDS
area) gegenüber angio- graphischem Flächenstenosegrad (ECST
bi)
Kappa ist ein Maß zur Beurteilung des allgemeinen Übereinstimmungsgrades.
Die Kategorien werden dabei nicht separat betrachtet. Um die Güte der
Diagnosefähigkeit der NASCET-Messungen und für die ECSTbi-Messungen für die einzelnen Kategorien zu beurteilen, werden Sensitivität, Spezifität sowie positiver und negativer Vorhersagewert in den Kategorien berechnet (vgl. Tabelle 14).
Die Diagnosefähigkeit nach NASCET-Kriterien für die mittels ECSTbi-Messung ermittelten Stenosegrade liefert insbesondere in den klinisch relevanten
Stenosekategorien 70-89% unzureichende Ergebnisse mit einer Sensitivität kleiner 60% und einer positiven Vorhersage von weniger als 50 %.
33 Tabelle 14: Diagnosefähigkeit von NASCET für ECST-bi
ECST-bi NASCET Sensitvität Spezifität Positive Vorhersage
Negative
Vorhersage insgesamt
50-59 50-59 - 99 - 100 99
60-69 60-69 67 95 33 99 94
70-79 70-79 60 81 29 94 79
80-89 80-89 54 64 49 69 61
ab 90 ab 90 56 100 72 100 79
Angaben in %
Im Gegensatz hierzu ist die Vorhersagefähigkeit der sonographischen FDSarea Messung im Vergleich zum vorgegebenen Goldstandard der ECSTbi-
Angiographie signifikant besser (vgl. Tabelle 15). Die im relevanten Bereich 70- 89% ermittelten Spezifitäten und positiven Vorhersagen erreichen annähernd 100%. Nur bei den höchstgradigen Stenosen >90% ist die Spezifität der NASCET Messung besser. Hinsichtlich einer Therapieplanung ist es aber erforderlich, gerade die >70 und > 80 % Stenosen zu ermitteln, da sich hier das weitere Vorgehen, operative versus konservative Therapie, entscheidet.
Tabelle 15: Diagnosefähigkeit von FDS für ECST-bi ECST-bi FDS Sensitvität Spezifität Positive
Vorhersage
Negative
Vorhersage insgesamt
50-59 50-59 - 100 - - 100
60-69 60-69 100 99 75 100 99
70-79 70-79 90 100 100 99 99
80-89 80-89 86 98 97 93 94
ab 90 ab 90 98 92 91 98 95
Angaben in %
Beurteilung der Diagnosefähigkeit
Bei allen Kriterien schneidet die FDSarea besser ab als die Stenose- gradermittlung nach NASCET-Kriterien.
Darüber hinaus ist die duplexsonographisch ermittelte lokale Flächenreduktion als Parameter zur Beurteilung und Validierung von weiteren
farbduplexsonographischen Stenose-Parametern nahezu genauso geeignet wie die ECST-bi Bestimmung, in jedem Fall aber besser geeignet als Bestimmungen und Berechnungen der Flächenreduktion nach NASCET-Kriterien.
3.1.4. Zusammenfassung der Ergebnisse des Patientenkollektivs A
• Die farbduplexsonographisch gemessene lokale Flächenreduktion in der Stenose (FDSarea) und die Bestimmung des Stenosegrades nach NASCET Kriterien sind signifikant von den ECST-bi Messungen verschieden.
• Die Abweichungen sind allerdings für die FDSarea nicht systematisch und im Durchschnitt vernachlässigbar.
• Die Werte der NASCET Bestimmungen sind im Schnitt deutlich kleiner als die ECST-bi Bestimmungen und streuen stärker als die FDS
Bestimmungen.
• Die Korrelation der FDSarea mit der ECST-bi Bestimmung und der IVR – Messung erscheint größer als die Korrelation mit der NASCET –
Bestimmungsmethode.
• Die Bestimmung der lokalen Querschnittsflächenreduktion mittels FDSarea ist gut geeignet und kann als sicherer Vergleichsstandard mit anderen Duplexparametern an Stelle der angiographisch zu ermittelnden ECSTbi Stenosebestimmung genutzt werden.
35
3.2. Patientenkollektiv B
Die Bestimmung der lokalen Querschnittsfächenreduktion mit dem Farbduplex (FDSarea) scheint, wie in Teil A gezeigt, als „Goldstandard“ zur sonographischen Flächenstenosebestimmung geeignet zu sein.
Im Kollektiv B untersuchten wir Karotisbifurkationen mit den FKDS Parametern PSV in der ACI und ACC, EDV in der ACI und der ACC sowie DVR, IVR und PVR und korrelierten die ermittelten Werte mit der gemessenen lokalen Flächenreduktion FDSarea.
Ziel war es darüber hinaus, sogenannte „Cutpoints“ der Parameter zu ermitteln, die es erlauben, anhand gemessener Duplexparameter mit hoher
Diagnosesicherheit den Stenosegrad sicher zu ermitteln. Dabei werden die FDS- Arealgrößen erneut kategorisiert < 50 %, 50-60 %, 60-69 %, 70-79 %, 80-89 % und >= 90 % vorgegeben.
3.2.1. Korrelation vom duplexsonographischem
Flächenstenosegrad (FDS
area) mit Strömungsparametern
Tabelle 16 beschreibt die Korrelation der Strömungsparameter mit der ermittelten FDSarea. Alle erhobenen Parameter weisen eine signifikant positive Korrelation mit FDSarea auf (rho>=0.347, p>=0.018). Die höchste Korrelation mit derermittelten FDSarea zeigt sich für die IVR mit einem rho von fast 1,0 (rho=0,971).
Die weiteren Parameter PVR, PSV und EDV in der ACI zeigen eine noch gute Korrelation mit rho um 0,9.
Die Deskription der einzelnen nicht-kategorisierten Stenoseparameter findet sich im Anhang.
Tabelle 16: Spearmanscher Rangkorrelationskoeffizient (rho) mit FDSarea
IVR PVR PSV ACI EDV ACI PSV ACC EDV ACC
n = 109 rho = 0.971
p = 0.000
n = 109 rho = 0.894
p = 0.000
n = 109 rho = 0.889
p = 0.000
n = 109 rho = 0.881
p = 0.000
n = 109 rho = 0.514
p = 0.000
n = 109 rho = 0.347
p = 0.018
In Abbildung 16 wird die Verteilung der vier Duplexparameter IVR, PVR, PSV und EDV innerhalb der sechs FDSarea Kategorien dargestellt. Diese Darstellung liefert einen optischen Eindruck von der Streuung der Duplexparameter in den Stenoseklassen. Angesichts einer besseren Darstellbarkeit erfolgt die Angabe der Indizes IVR und PVR in logarithmischer Form.
Im relevanten Stenosebereich von 70-89% zeigt die IVR den engsten Box Plot und die geringste Streuung. Insbesondere überschneiden sich die IVR-Box Plots der Kategorien 70-79% und 80-89% nicht mit den direkt benachbarten
Kategorien. Dies trifft auf keinen der anderen Duplexparamter zu.
Abbildung 16: Verteilung der Strömungsparameter in Abhängigkeit von FDSarea (kategorisiert)
Die Wertigkeit der Treffsicherheit der vorgegebenen Arealgrößen lässt sich für die IVR im Vergleich zu den anderen Parametern anhand der Flächen unter den ROC Kurven in der Tabelle 17 gut ablesen.
Auch hier erscheint lediglich die IVR zur sicheren Ermittlung von Stenosen zwischen 70 und 90% gut geeignet zu sein.
0 .5 1 1.5 2 2.5 3 3.5
ln(IVR)
<50 50-59 60-69 70-79 80-89 > 90 Areal
0 .5 1 1.5 2 2.5 3
ln(PVR)
<50 50-59 60-69 70-79 80-89 > 90 Areal
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
PSV-ACI
<50 50-59 60-69 70-79 80-89 > 90 Areal
0 50 100 150 200 250 300
EDV-ACI
<50 50-59 60-69 70-79 80-89 > 90 Areal
37 Tabelle 17: Fläche unter der ROC-Kurve
Arealkategorie IVR PVR PSV-ACI EDV-ACI
< 50 1 0.95 0.87 0.97
50-59 1 0.88 0.90 0.71
60-69 1 0.75 0.75 0.63
70-79 1 0.79 0.69 0.59
80-89 1 0.84 0.68 0.71
ab 90 1 0.91 0.80 0.74
3.2.2. Korrelation von absoluter und prozentualer Restlumenfläche mit Strömungsparametern
Abschließend haben wir neben der wie oben ermittelten prozentualenStenosefläche FDSarea die Parameter PSV ACI, IVR und PVR auch gegen die absoluten Stenoseflächen korreliert. Die absolute Stenosefläche in cm²
Restlumen wurde bei den 109 Probanden in gleicher Sitzung gemessen (Tabelle im Anhang 6.3.3.).
Tabelle 18 stellt die Korrelation von PSV ACI, IVR und PVR mit der absoluten Stenosefläche sowie zum Vergleich mit der prozentualen Stenosefläche dar.
Jeder der drei Strömungsparameter korreliert signifikant negativ mit der absoluten Stenosefläche. Auch hier ergibt sich die stärkste Korrelation der verglichenen Messparameter für die IVR im Hinblick auf die prozentuale Stenosefläche (rho=0,971).
Spearmanscher Rangkorrelationskoeffizient (n=109):
Tabelle 18: Korrelation der FKDS Parameter mit der absoluten Stenosefläche
prozentuale Stenosefläche absolute Stenosefläche PSV ACI rho = 0.889 (p=0.000) rho = -0.784 (p=0.000) IVR rho = 0.971 (p=0.000) rho = -0.868 (p=0.000) PVR rho = 0.894 (p=0.000) rho = -0.789 (p=0.000)
Es zeigt sich in den scatterplots der Abbildung 17, dass die Bestimmung der absoluten Stenosefläche keine nennenswerten Zusatzinformationen im Hinblick auf die Bewertung der Korrelationsparameter PVR und PSV ACI liefert.
Allerdings zeigt die Korrelation der IVR mit der prozentualen Stenosefläche eindrucksvoll einen Verlauf, der nahezu der mathematisch ermittelten Korrelation entspricht, welche sich aus dem Kontinuitätsgesetz (Kapitel 4.4) ergibt.
Dies zeigt an, dass die mittels IVR ermittelten Stenosegrade nahezu exakt die anatomische (physikalische) Wirklichkeit darstellen können.
Abbildung 17: Korrelation der Strömungsparameter mit prozentualer und absoluter Stenosefläche
rho =0.889, n=109
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
PSV ACI
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
prozentuale Stenosefäche [%]
rho =-0.784, n=109
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
PSV ACI
0 .05 .1 .15 .2 .25 .3 .35 .4 .45 .5 .55
absolute Stenosefäche
rho =0.971, n=109
0 5 10 15 20 25
IVR
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
prozentuale Stenosefäche [%]
rho =-0.868, n=109
0 5 10 15 20 25
IVR
0 .05 .1 .15 .2 .25 .3 .35 .4 .45 .5 .55
absolute Stenosefäche
rho =0.894, n=109
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
PVR
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
prozentuale Stenosefäche [%]
rho =-0.789, n=109
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
PVR
0 .05 .1 .15 .2 .25 .3 .35 .4 .45 .5 .55
absolute Stenosefäche
39
3.2.3. Diagnosefähigkeit von Strömungsparametern gegenüber
duplexsonographischem Flächenstenosegrad (FDS
area)
Um die Treffsicherheit (Diagnosefähigkeit) der FKDS-Parameter hinsichtlich des kategorisierten Flächenstenosegrads zu bestimmen, werden die FKDS-
Parameter ebenfalls kategorisiert. Ziel ist es, Grenzen (Cutpoints) festzulegen, so dass Messwerte, die innerhalb dieser Grenzen liegen, mit einer möglichst hohen Wahrscheinlichkeit in genau eine der FDS-Kategorien fallen.
Umgekehrt sollen auch die FDS-Kategorien mit genau einer der Kategorien der FKDS-Parameter übereinstimmen. Die folgenden Tabellen stellen die gewählten Cutpoints der FKDS-Parameter EDV – ACI (Tabelle 19), PSV – ACI (Tabelle 20), PVR (Tabelle 21) und IVR (Tabelle 22) und den Standardgütekriterien zur
Beurteilung ihrer Diagnosefähigkeit dar.
Die Bestimmung der IVR lässt mit ermittelten Cutpoints sicher die relevanten Stenoseareale erkennen, die durch die FDSarea Messung vorgegeben waren (vgl. Tabelle 22).
Die Gütemaße zur Beurteilung der diagnostischen Qualität der weiteren FKDS- Parameter schwanken dagegen stark. Einige Stenoseareale lassen sich relativ gut vorhersagen (z.B. PSV-ACI, Stenose von 50-59%, Sensitivität von 90%).
Insbesondere zur Ermittlung der kritischen Stenosegrade 70-90% sind sie jedoch deutlich schlechter geeignet als IVR. Die Sensitivität liegt hier bei maximal 75%.
Tabelle 19: EDV - ACI Areal-
Kategorie
Cutpoints PDV-ACI
Sensi tivität
Spezifität Positive Vorhersage
Negative Vorhersage
insgesamt
< 50 <= 28 100 85 71 100 95
50-59 30 – 36 50 93 42 95 89
60-69 37 – 40 27 98 60 92 91
70-79 42 – 50 25 93 36 88 83
80-89 52 – 118 75 68 45 89 70
ab 90 Ab 119 50 99 94 83 84
Tabelle 20: PSV - ACI Areal-
kategorie
Cutpoints PDV-ACI
Sensi tivität
Spezifität Positive Vorhersage
Negative Vorhersage
insgesamt
< 50 < = 68 75 99 90 97 96
50-59 70 – 131 90 91 50 99 91
60-69 132 – 158 55 95 55 94 91
70-79 162 – 214 50 88 42 91 83
80-89 215 – 290 50 86 56 88 77
ab 90 Ab 293 66 94 81 88 85
Tabelle 21: PVR Areal-
kategorie
Cutpoints IVR
Sensi tivität
Spezifität Positive Vorhersage
Negative Vorhersage
insgesamt
< 50 <=1.7 92 99 92 99 98
50-59 1.8 – 2.4 80 97 73 98 95
60-69 2.5 – 2.9 55 96 60 95 92
70-79 3.0 – 3.7 63 96 71 94 91
80-89 4.0 – 5.8 75 93 78 92 88
ab 90 ab 6 91 92 83 96 92
Tabelle 22: IVR Areal-
kategorie
Cutpoints IVR
Sensi tivität
Spezifität Positive Vorhersage
Negative Vorhersage
insgesamt
< 50 <= 2 100 100 100 100 100
50-59 2.1 – 2.6 100 100 100 100 100
60-69 2.7 – 3.2 100 100 100 100 100
70-79 3.3 – 4.4 100 100 100 100 100
80-89 4.5 – 6.9 100 100 100 100 100
ab 90 >=7.0 100 100 100 100 100
41
3.2.4. Zusammenfassung der Ergebnisse im Patienten-
kollektiv B
• Die Bestimmung der IVR zeigt im Vergleich mit den Werten der anderen FKDS Parameter die beste positive Korrelation mit der
duplexsonographisch bestimmten lokalen Stenosefläche FDSarea.
• Hinsichtlich ihrer Sensitivität und des positiven Vorhersagewertes ist die IVR den anderen FKDS Parametern überlegen.
• Anhand der IVR kann bei festgelegten Cutpoints der Stenoseareale eine sichere Einschätzung der ACI Stenosen erreicht werden.
3.3. Entwicklung der IVR-Stenosegradskala
Mit der in Abschnitt 3.2.3 beschriebenen Parameterqualität der IVR haben wir ein Diagramm erstellt, in dem wir die Cutpoints der IVR (Abszisse) gegen die
Arealgröße, also der FDS ermittelten Flächenstenose (Ordinate) auftragen.
Abbildung 18: Diagramm mit Cutpoints der IVR
Aus dieser Graphik entsteht durch Eintragen einer Kurve durch die Ecken der Stenosearealrechtecke die IVR-Stenosegrad Skala. Sie ermöglicht nach Ermittlung der IVR eine zuverlässige Bestimmung des Stenosegrades.
Abbildung 19: IVR Stenosegrad Kurve
43 Beispiel für die Nutzung der Stenosegradskala
Abbildung 20 stellt neben der bereits erwähnten IVR Stenosegradkurve aus Abbildung 19 exemplarisch die Ergebnisse einer FK Duplexsonographie-
Untersuchung einer Karotisbifurkation dar. Hierbei erhält man das Messergebnis der IVR von 7,53.
Die ermittelte IVR von 7,5 (senkrechte grüne Linie in der IVR Stenosegrad Kurve) entspricht somit einer Flächenreduktion von 91 %, was sich im Weiteren durch die sonographische Messung der lokalen Flächenreduktion bestätigen lässt (91,5%).
Abbildung 20: Nutzung der IVR Skala zur Stenosegradbestimmung
