3D Cross Sectional View to Investigate the Morphology of Internal Carotid Artery Plaques. Is 3D Ultrasound Superior to 2D Ultrasound?

Zusammenfassung

Ziel: Die Kenntnis der Plaquemorphologie der Arteria carotis interna spielt zunehmend eine wesentliche Rolle zur Evaluation der Patienten vor Interventionen, da in früheren Studien gezeigt werden konnte, dass Plaques mit einem niedrigen Grauwert eine höhere Komplikationsrate mit sich bringen. Eine immer wieder angegebene Limitation der Ultraschalldiagnostik ist eine lediglich zweidimensionale Darstellung in einer Schallebene, welche zur Berechnung des medianen Grauwertes herangezogen wird. Material und Methoden: An 24 Thrombendarteriektomie-Präparaten von 19 Patienten wurden anhand von 3D-Datensätzen insgesamt 71 Schnitte untersucht. Die Ultraschalldatensätze wurden mit einem 10-MHz-Schallkopf im 3D-Modus unter Zuhilfenahme einer speziellen Messkammer gewonnen und von zwei Untersuchern ausgewertet. Zusätzlich wurde von den Präparaten im B-Bild-Modus ein Longitudinal-Schnitt nach einem standardisierten Protokoll angefertigt. Ergebnisse: Es zeigte sich eine hochsignifikante Korrelation der medianen Grauwertverteilung zwischen zwei Untersuchern (p < 0,001, Intraclass Correlation [ICC] > 0,895) und zwischen Untersuchungen zu unterschiedlichen Zeitpunkten bei der Auswertung der 2D- und 3D-Datensätze (p < 0,001, ICC > 0,935). Im Vergleich der Auswertung der Querschnitte aus dem 3D-Datensatz und dem B-Bild der Längsschnitte zeigte sich ebenfalls eine hochsignifikante Assoziation zwischen den zwei Methoden (p < 0,001, R = 0,800). 92,7 % der Messungen lagen innerhalb den „Limits of agreement” als Zeichen einer hohen Übereinstimmung zwischen den Methoden. Schlussfolgerung: Durch diese standardisierte „In-vitro”-Untersuchung konnte bei der Evaluation der Echogenität keine Überlegenheit der dreidimensionalen gegenüber der zweidimensionalen Sonografie von Plaques der extrakraniellen Arteria carotis interna nachgewiesen werden.

Abstract

Purpose: Previous studies have demonstrated that plaques from the internal carotid artery with lower median grayscale values are associated with higher complication rates in the perinterventional course. A repeatedly cited limitation of ultrasound is that the single plane used to calculate the median grayscale value is only two dimensional. The goal of this study was to compare the median grayscale value as determined using two dimensional cuts versus three dimensional data sets. Materials and Methods: Seventy-one cuts of 24 thromboendarterectomy samples from 19 patients were analyzed using 3D data sets. The ultrasound data sets were obtained using a 10 MHz probe in 3D mode in a special chamber and were evaluated by two investigators. Additionally, a longitudinal view of the samples was made using B mode according to a standardized protocol. Results: There was a significant correlation between the 2D and 3D data as assessed by two observers (p < 0.001, intraclass correlation [ICC] > 0.895) and at different times (p < 0,001, ICC > 0.935). Comparison of the 3D transverse cuts with the longitudinal B mode cuts also showed a highly significant association between the two methods (p < 0.001, R = 0.800). 97.2 % of the measured values were within the limits of agreement, reflecting the concordance of the both methods. Conclusion: The superiority of three dimensional ultrasound with respect to two dimensional ultrasound was not able to be demonstrated using this standardized in vitro procedure to examine the echolucency in extracranial internal carotid artery plaques.

Key words

carotid arteries - ischemia/infarction - 3D ultrasound

References

• 1 North American Symptomatic Carotid Endarterectomy Trial Collaborators . Beneficial effect of carotid endarterectomy in symptomatic patients with high-grade carotid stenosis.  N Engl J Med. 1991;  325 445-453
• 2 Executive Committee for the Asymptomatic Carotid Atherosclerosis Study . Endarterectomy for asymptomatic carotid artery stenosis.  JAMA. 1995;  273 1421-1428
• 3 European Carotid Surgery Trialists’s Collaborative Group . Randomised trial of endarterectomy for recently symptomatic carotid stenosis: final results of the MRC European Carotid Surgery Trial (ECST).  Lancet. 1998;  351 1379-1387
• 4 Denzel C, Balzer K, Muller K M. et al . Imaging techniques for showing the morphology and surface structure of extracranial internal carotid artery plaques.  Dtsch Med Wochenschr. 2005;  130 1267-1272
• 5 Iannuzzi A, Wilcosky T, Mercuri M. et al . Ultrasonographic correlates of carotid atherosclerosis in transient ischemic attack and stroke.  Stroke. 1995;  26 614-619
• 6 Matsagas M I, Vasdekis S N, Gugulakis A G. et al . Computer-assisted ultrasonographic analysis of carotid plaques in relation to cerebrovascular symptoms, cerebral infarction, and histology.  Ann Vasc Surg. 2000;  14 130-137
• 7 Pedro L M, Pedro M M, Goncalves I. et al . Computer-assisted carotid plaque analysis: characteristics of plaques associated with cerebrovascular symptoms and cerebral infarction.  Eur J Vasc Endovasc Surg. 2000;  19 118-123
• 8 Denzel C, Balzer K, Muller K M. et al . Relative value of normalized sonographic in vitro analysis of arteriosclerotic plaques of internal carotid artery.  Stroke. 2003;  34 1901-1906
• 9 Biasi G M, Sampaolo A, Mingazzini P. et al . Computer analysis of ultrasonic plaque echolucency in identifying high risk carotid bifurcation lesions.  Eur J Vasc Endovasc Surg. 1999;  17 476-479
• 10 Bland J M, Altman D G. Statistical methods for assessing agreement between two methods of clinical measurement.  Lancet. 1986;  307-310
• 11 Reiter M, Bucek R A, Effenberger I. et al . Plaque echolucency is not associated with the risk of stroke in carotid stenting.  Stroke. 2006;  37 2378-2380
• 12 Biasi G M, Froio A, Diethrich E B. et al . Carotid plaque echolucency increases the risk of stroke in carotid stenting: the Imaging in Carotid Angioplasty and Risk of Stroke (ICAROS) study.  Circulation. 2004;  110 756-762
• 13 Sztajzel R, Momjian-Mayor I, Comelli M. et al . Correlation of cerebrovascular symptoms and microembolic signals with the stratified grayscale median analysis and color mapping of the carotid plaque.  Stroke. 2006;  37 824-829
• 14 Kakkos S K, Stevens J M, Nicolaides A N. et al . Texture Analysis of Ultrasonic Images of Symptomatic Carotid Plaques can Identify Those Plaques Associated with Ipsilateral Embolic Brain Infarction.  Eur J Vasc Endovasc Surg. 2007;  33 422-429
• 15 Tegos T J, Sohail M, Sabetai M M. et al . Echomorphologic and histopathologic characteristics of unstable carotid plaques.  AJNR Am J Neuroradiol. 2000;  21 1937-1944
• 16 Schminke U, Motsch L, Hilker L. et al . Three-dimensional ultrasound observation of carotid artery plaque ulceration.  Stroke. 2000;  31 1651-1655
• 17 Denzel C, Fellner F, Wutke R. et al . Ultrasonographic analysis of arteriosclerotic plaques in the internal carotid artery.  Eur J Ultrasound. 2003;  16 161-167
• 18 Stary H C, Chandler A B, Dinsmore R E. et al . A Definition of Advanced Types of Atherosclerotic Lesions and a Histological Classification of Atherosclerosis: A Report From the Committee on Vascular Lesions of the Council on Arteriosclerosis, American Heart Association.  Arterioscler Thromb Vasc Biol. 1995;  15 1512-1531
• 19 Jespersen S K, Wilhjelm J E, Sillesen H. Multi-angle compound imaging.  Ultrason Imaging. 1998;  20 81-102
• 20 Landry A, Spence J D, Fenster A. Measurement of carotid plaque volume by 3-dimensional ultrasound.  Stroke. 2004;  35 864-869
• 21 Ainsworth C D, Blake C C, Tamayo A. et al . 3D ultrasound measurement of change in carotid plaque volume: a tool for rapid evaluation of new therapies.  Stroke. 2005;  36 1904-1909
• 22 Wijeyaratne S M, Jarvis S, Stead L A. et al . A new method for characterizing carotid plaque: multiple cross-sectional view echomorphology.  J Vasc Surg. 2003;  37 778-784
• 23 Fujii K, Carlier S G, Mintz G S. et al . Association of plaque characterization by intravascular ultrasound virtual histology and arterial remodeling.  Am J Cardiol. 2005;  96 1476-1483
• 24 Uemura R, Tanabe J, Yokoyama H. et al . Impact of histological plaque characteristics on intravascular ultrasound parameters at culprit lesions in coronary artery disease.  Int Heart J. 2006;  47 683-693
• 25 Lal B K, Hobson 2nd R W, Pappas P J. et al . Pixel distribution analysis of B-mode ultrasound scan images predicts histologic features of atherosclerotic carotid plaques.  J Vasc Surg. 2002;  35 1210-1217