Cardiac MRI in Children and Adolescents Who Have Undergone Surgical Repair of Right-Sided Congenital Heart Disease: Automated Left Ventricular Volumes and Function Analysis and Effects of Different Manual Adjustments

Abstract

Purpose: To evaluate automated segmentation and the effects of different manual adjustments regarding left ventricular parameter quantification in cardiac magnetic resonance (MR) data on children and adolescents who have undergone surgical repair of right-sided congenital heart disease (CHD).

Materials and Methods: Dedicated software (syngo.via, Siemens AG) was used to automatically segment and/or manually adjust the end-diastolic volume (EDV), end-systolic volume (ESV), stroke volume (SV), myocardial mass (MM) and ejection fraction (EF) before/after manual apex/base adjustment (ADJ-step 1) and after manual apex/base/myocardial contour adjustment (ADJ-step 2; reference standard). MR data of 40 patients (13.1 ± 3.1y, 4 – 17y) with repaired CHD with decreased pulmonary blood flow (CHD-DPBF) were evaluated. Intra- and inter-rater reliability was determined for 10 randomly selected patients.

Results: The software correctly detected the left ventricle in 38/40 (95 %) patients. EDV after automated segmentation: 119.1 ± 44.0ml; after ADJ-step 1: 115.8 ± 39.5ml; after ADJ-step 2: 116.2 ± 39.4 ml. The corresponding results for ESV were 52.0 ± 18.5/49.6 ± 16.9/49.7 ± 16.4ml; for SV 67.1 ± 28.5/66.2 ± 25.4/66.5 ± 25.5ml; for EF 55.5 ± 7.3/56.7 ± 6.6/56.7 ± 6.3 %; for MM 83.7 ± 35.9/76.2 ± 28.3/74.6 ± 27.2 g. Significant differences were found for ESV/MM/EF comparing the automated segmentation results with these after ADJ-step 1 and ADJ-step 2. No significant differences were found when comparing all results of ADJ-step 1 and ADJ-step 2 or when comparing EDV/SV results. Intra- and inter-rater reliability was excellent. The mean time effort was 63.4 ± 6.9 s for the automated segmentation, 74.2 ± 8.9 s for ADJ-step 1 and 269.5 ± 39.4 s for ADJ-step 2.

Conclusion: Automated left ventricular volumes and function analysis in children and adolescents with surgically treated CHD proved to be feasible with excellent intra- and inter-rater reliability. Automated segmentation with manual apex/base adjustment provided clinically acceptable results.

Key Points:

• Automated left ventricular volume and function analysis in children and adolescents with surgically treated right-sided heart disease is feasible with excellent intra- and inter-rater reliability.

• Automated segmentation with manual apex/base adjustment provides clinically acceptable results.

• Additional manual myocardial contour adjustment does not significantly improve the results.

Citation Format:

• Rompel O, Janka R, May MS et al. Cardiac MRI in Children and Adolescents Who Have Undergone Surgical Repair of Right-Sided Congenital Heart Disease: Automated Left Ventricular Volumes and Function Analysis and Effects of Different Manual Adjustments. Fortschr Röntgenstr 2015; 187: 1099 – 1107

Zusammenfassung

Ziel: Diese Studie untersucht die Genauigkeit der automatisierten Segmentierung und den Einfluss unterschiedlicher manueller Korrekturen bezüglich der linksventrikulären Parameter in Magnetresonanztomografie (MRT)-Untersuchungen von Kindern und Jugendlichen mit operativ korrigierter, angeborener Rechtsherz-Pathologie.

Material und Methoden: Die automatische Segmentierung und die unterschiedlichen manuellen Korrekturen wurden mit einer dedizierten Software durchgeführt (syngo.via, Siemens AG). Das end-diastolische Volumen (EDV), end-systolische Volumen (ESV), Schlagvolumen (SV), die myokardiale Masse (MM) und Ejektionsfraktion (EF) wurden vor/nach manueller Apex-/Basiskorrektur (Korrekturschritt 1) und nach manueller Apex-/Basis-/Myokardkontur-Korrektur (Korrekturschritt 2; Referenzstandard) dokumentiert. MRT-Datensätze von 40 Patienten (13,1 ± 3,1 Jahre, 4 – 17 Jahre) mit operativ korrigierter, angeborener Rechtsherz-Pathologie mit reduziertem pulmonalen Blutfluss wurden evaluiert. Die Intra- und Inter-rater-Reliabilität wurde für 10 zufällig ausgewählte Patienten bestimmt.

Ergebnisse: Der linke Ventrikel wurde bei 38/40 Patienten korrekt von der Software detektiert (95 %). Das automatisch segmentierte EDV betrug 119,1 ± 44,0 ml, nach Korrekturschritt 1: 115,8 ± 39,5 ml, nach Korrekturschritt 2: 116,2 ± 39,4 ml. Die entsprechenden Ergebnisse für das ESV waren 52,0 ± 18,5/49,6 ± 16,9/49,7 ± 16,4 ml, für das SV 67,1 ± 28,5/66,2 ± 25,4/ 66,5 ± 25,5 ml, für die EF 55,5 ± 7,3/56,7 ± 6,6/56,7 ± 6,3 %, für die MM 83,7 ± 35,9/76,2 ± 28,3/74,6 ± 27,2 g. Signifikante Unterschiede traten zwischen dem ESV/der MM/EF nach der automatischen Segmentierung verglichen mit den Ergebnissen nach Korrekturschritt 1 und Korrekturschritt 2 auf. Kein signifikanter Unterschied war zwischen allen Ergebnissen nach Korrekturschritt 1 und Korrekturschritt 2 und zwischen den EDV/SV festzustellen. Die Intra- und Inter-rater-Reliabilität war exzellent. Der durchschnittliche Zeitaufwand betrug 63,4 ± 6,9 s für die automatische Segmentierung, 74,2 ± 8,9 s für Korrekturschritt 1 und 269,5 ± 39,4 s für Korrekturschritt 2.

Schlussfolgerung: Eine automatische Volumen- und Funktionsanalyse des linken Ventrikels bei Kindern und Jugendlichen mit operativ korrigierter angeborener Rechtsherz-Pathologie ist mit einer exzellenten Intra- und Inter-rater-Reliabilität möglich. Die automatische Segmentierung mit manueller Apex-/Basiskorrektur lieferte akzeptable Ergebnisse für den Großteil der Patienten.

Kernaussagen:

• Eine automatische Volumen- und Funktionsanalyse des linken Ventrikels bei Kindern und Jugendlichen mit operativ korrigierter angeborener Rechtsherz-Pathologie ist mit einer exzellenten Intra- und Inter-rater-Reliabilität möglich.

• Die automatische Segmentierung mit manueller Apex-/Basis-Korrektur liefert akzeptable Ergebnisse für den Großteil der Patienten.

• Die zusätzliche manuelle Korrektur der Myokardkontur führt zu keiner signifikanten Verbesserung der Ergebnisse.

Key words

MR imaging - segmentation - heart - left ventricle - manual adjustment - pediatrics

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