Interobserver Agreement in Two- and Three-Dimensional Power Doppler Sonographic Assessment of Synovial Vascularity during Anti-Inflammatory Treatment in Patients with Rheumatoid Arthritis

Zusammenfassung

Ziel: Vergleich der Übereinstimmung zwischen zwei Untersuchern im Hinblick auf eine qualitative und quantitative Erfassung synovialer Vaskularisierung mittels zwei- (2D-) und dreidimensionaler (3D-) Powerdoppler-Sonografie bei Handgelenksarthritis von Patienten mit rheumatoider Arthritis unter entzündungshemmender Therapie. Material und Methoden: Schmerzhafte und geschwollene Handgelenke von 15 Patienten mit rheumatoider Arthritis wurden von zwei unabhängigen Untersuchern am Tag vor und am Tag 3, 7, 14 und 42 nach Beginn einer entzündungshemmenden Therapie sonografisch untersucht. Neben der Erfassung klinischer und laborchemischer Krankheitsaktivität wurden mittels sonografischer Untersuchung eine Kapselabhebung, welche Gelenkerguss und Synovitis repräsentiert, als auch zwei- und dreidimensionale powerdopplersonografische Bilder und Filme synovialer Vaskularisierung dokumentiert. Die erhobenen qualitativen Befunde wie die subjektive Einschätzung der Synovitis und Durchblutungsstärke und quantitativen Befunde wie die Messung der Kapselabhebung, Bestimmung des Resistance Index (RI), Auszählen erkennbarer Gefäßäste im 3D-Modus als auch eine Pixel- und eine erstmals eingesetzte Voxel-Zählung wurden im Hinblick auf die Übereinstimmung zwischen beiden Untersuchern geprüft. Ergebnisse: Eine hohe Übereinstimmung zwischen beiden Untersuchern wurde bei der Messung der Kapselabhebung (r = 0,86), der computergestützten Voxel-Zählung (r = 0,85) und der Auszählung von Gefäßästen im 3D-Modus (r = 0,83) ermittelt. Im Gegensatz dazu ergab sich eine deutlich niedrigere Übereinstimmung bei der Messung des RI, der computergestützten Pixel-Zählung als auch der semiquantitativen Einschätzung der Stärke des dopplersonografisch darstellbaren Flusses. Mittels 2D- und 3D-Powerdoppler-Sonografie konnte eine deutliche Reduktion synovialer Perfusion in Übereinstimmung mit einer Verbesserung klinischer und laborchemischer Aktivität unter entzündungshemmender Therapie dokumentiert werden. Schlussfolgerung: Die Quantifizierung von 3D-Powerdoppler-Bildern (Voxel-Zählung) zeigte eine höhere Übereinstimmung zwischen zwei Untersuchern im Vergleich zu einer zweidimensionalen Quantifizierung als auch zu semiquantitativen Einschätzungen anhand von 2D- und 3D-Bildern. Dies bescheinigt der Methode eine hohe Zuverlässigkeit bei der Quantifizierung synovialer Perfusion, welche als Zeichen entzündlicher Aktivität bei einer Arthritis anzusehen ist.

Abstract

Purpose: To compare the interobserver agreement in qualitative and quantitative two- (2D) and three-dimensional (3D) power Doppler ultrasonographic assessment of joint vascularity in wrist arthritis of patients with rheumatoid arthritis (RA) during anti-inflammatory therapy. Materials and Methods: Tender and swollen wrists of 15 patients with RA were examined by two independent ultrasound investigators before and at day 3, 7, 14 and 42 after the initiation of an anti-inflammatory therapy. Besides the assessment of clinical and laboratory disease activity parameters, a linear array transducer was used to produce grey-scale images of synovitis and effusion as well as 2D and 3D power Doppler sonographic images and movies of synovial vascularity. Interobserver agreement was evaluated with regard to the obtained qualitative information such as grading of synovitis and Doppler signal intensity and compared with the correlations of quantitative assessments such as measurement of synovial thickening, resistance index (RI), 3D blood vessel count, computerized pixel count and first described computerized voxel count. Results: High interobserver agreement was found for the measurement of synovial thickening (r = 0.86), the computerized voxel count (r = 0.85) and the 3D blood vessel count (r = 0.83) in contrast to significantly lower levels of agreement for RI measurement, the computerized pixel count, the grading of synovitis and the 2D and 3D Doppler grading. A significant decrease of synovial perfusion could be demonstrated by means of 2D and 3D Doppler ultrasound under the anti-inflammatory treatment in accordance with an improvement in clinical and laboratory disease activity. Conclusion: Quantification of 3D power Doppler images (voxel count) showed higher interobserver agreement compared with 2D quantitative analyses as well as with 2D and 3D semiquantitative grading, indicating this method as a reliable approach to measure synovial perfusion as sign of inflammatory activity in arthritis.

Key words

angiogenesis - 3-D ultrasound - extremities - arthritides

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