Sydänlihaksen perfuusion gammakuvauksen uusia mahdollisuuksia: viitearvot ja EKG-tahdistettu yksifotoniemissiotomografia

Sydänlihaksen perfuusion gammakuvausta on käytetty 1970-luvun lopulta lähtien sepelvaltimotaudin diagnostiikassa ja ennusteen arvioinnissa (1,2,3). Aluksi käytettiin tasokuvaustekniikkaa (useita yksittäisiä kuvia AP-, LAO- ja LL-suunnista), jossa sydämen ja rintakehän rakenteet projisoituvat päällekkäin. Yksifotoniemissiotomografia (single photon emission tomography, SPET) paransi selvästi tutkimuksen sensitiivisyyttä ja tämä tekniikka on ollut käytössä Kuopion yliopistollisessa sairaalassa vuodesta 1984 lähtien (4). SPET on leikekuvaustekniikka, jonka avulla sydämestä voidaan tulostaa halutun paksuisia ja suuntaisia leikekuvia. Leikekuvissa sydämen eri osat eivät projisoidu päällekkäin. Kvantitatiivisen SPET-tulostuksen on osoitettu parantavan tutkimuksen luotettavuutta ja tulkinnan toistettavuutta (1,2,3), mutta toistaiseksi ei ole ollut käytössä suomalaisia kvantitatiivisia viitearvoja.

Viime vuosina käyttöön tulleiden Tc-leimattujen perfuusiomerkkiaineiden (sestamibi, tetrofosmiini, furifosmiini) ja useammalla kuvauspäällä varustettujen SPET-kameroiden avulla sydänlihaksen perfuusiokuvaus voidaan nyt tehdä myös EKG-tahdistettuna (EKG-SPET). Tällöin sydämen syklin jokaisesta eri vaiheesta (esim. loppudiastole) saadaan oma leikekuvansa, mikä poistaa sydämen liikkeestä johtuvaa epätarkkuutta. Tässä tekniikassa sydämen sykli jaetaan 8-16 osaan, jolloin leikekuvien avulla voidaan tarkastella myös sydämen seinämäliikettä liikkuvana elokuvana ja laskea esim. ejektiofraktio (5,6,7). Tämä informaatio vastaa sydämen ultraäänitutkimuksesta ja magneettikuvauksesta saatavaa tietoa seinämän liikkeestä (8,9). EKG-SPET helpottaa joiltakin osin perfuusiohäiriöiden etiologian arviointia (10). Alustavien raporttien mukaan EKG-SPET osoittaa erittäin herkästi sepelvaltimotaudista johtuvia perfuusiohäiriöitä (11).

Tämän tutkimuksen tarkoituksena oli luoda kvantitatiivinen, suomalainen viitearvoaineisto sydänlihaksen perfuusion yksifotoniemissiotomografiakuvauksia varten. Samalla vertasimme EKG-SPET-kuvausta magneettikuvaukseen ja ensikiertotekniikalla tehtyyn sydämen pumpputoiminnan gammakuvaukseen vasemman kammion tilavuuksien ja ejektiofraktion mittaamisessa.

KOEHENKILÖT JA MENETELMÄT

Koehenkilöt

Terveet koehenkilöt valittiin suostumuksensa mukaisesti Kuopion liikuntalääketieteellisen tutkimuslaitoksen väestöpohjaisisista tutkimusprojekteista sillä perusteella, että heillä sepelvaltimotaudin todennäköisyys oli alle 5 % (12). Miesten (n = 13) keski-ikä oli 56 +- 3 vuotta (keskiarvo +- keskihajonta) ja naisten (n = 15) 54 +- 6 vuotta. Miesten kehon painoindeksi oli 26,7 +- 2,6 kg/m2 ja naisten 24,5 +- 2,7 kg/m2.

Isotooppitutkimukset

Koehenkilöille tehtiin samana päivänä kaksi SPET-kuvausta: ensin sydänlihaksen perfuusio tutkittiin kuormituksen aikana ja sitten neljä tuntia myöhemmin levossa. Lepotutkimuksen yhteydessä mitattiin vasemman kammion kokonaisejektiofraktio ns. ensikiertotekniikalla (13) kuvaamalla potilasta oikeasta etuviistosta suunnasta (RAO).

Oirerajoitteisen maksimaalisen kliinisen kuormituskokeen lopussa annettiin injektiona kyynärlaskimoon 304 +- 17 MBq 99mTc-MIBI:ä (Cardiolite, Du Pont Pharmaceuticals). Tämän jälkeen koehenkilö jatkoi polkemista jaksamisensa mukaan noin minuutin. Saavutettu maksimisyke oli miehillä 162 +- 15/min (91 % iänmukaisesta odotusarvosta) ja naisilla 172 +- 8/min (96 %). Neljän viimeisen minuutin keskikuorma oli miehillä 211 +- 42 W (122 %) ja naisilla 130 +- 31 W (115 %). Kuvaus alkoi 15-30 minuutin kuluttua merkkiaineinjektiosta. Lepoannos oli 780 +- 73 MBq ja lepovaiheen kuvaus alkoi 30-45 min kuluttua injektiosta.

Kuvauksiin käytettiin Siemens MultiSpect2 -kameraa, jossa oli erityiset sydänkuvauksiin tarkoitetut Cardiofocal-kollimaattorit. Kummallakin kuvauspäällä kerättiin 50 kuvauskulmaa (yhteensä 360:een kierto), joista kukin kesti kuormituskuvauksessa noin 20 sekuntia (kokonaiskesto noin 17 minuuttia) ja lepokuvauksessa noin 16 sekuntia (13 minuuttia). Kustakin kuvauskulmasta kerättiin vallitsevan syketaajuuden mukaan sama määrä sydämen kahdeksaan osaan jaettuja toimintasyklejä. Kuormituksessa tuikahduksia kertyi kaikkiaan keskimäärin 6,4 +- 1,4 miljoonaa ja levossa 14,4 +- 3,5 miljoonaa.

Kerätyt tiedot suodatettiin ja rekonstruoitiin tavanomaista takaisinprojisointia käyttäen 5,5 mm:n paksuisiksi leikkeiksi, joiden avulla laskettiin geometrisellä kahden tason menetelmällä vasemman kammion loppudiastolinen ja -systolinen tilavuus sekä ejektiofraktio (5). Kuvassa 1 on kuvasarja loppudiastolisista ja -systolisista leikkeistä (a) sekä esimerkki tilavuuksien ja ejektiofraktion laskennasta (b).

Ei-tahdistettua viitearvoaineistoa varten kaikki 8 sykliä laskettiin yhteen summakuvaksi. Quantitative Heart Application ohjelmalla (Siemens) tulostettiin kustakin yksittäisen potilaan tutkimuksesta perfuusion alueellinen jakauma. Kvantitatiivinen analyysi perustuu Stirnerin ym. kuvaamaan menetelmään, jossa sydämen eri alueet normitetaan parhaiten perfusoitavan alueen (100 %) mukaan erikseen levossa ja maksimaalisessa kuormituksessa (14). Kullekin alueelle laskettiin keskiarvo ja keskihajonta.

Magneettikuvaus

Magneettikuvaus tehtiin 6 miehelle ja 7 naiselle 1,5 T:n kuvauslaitteella (Siemens Magnetom SP4000). Kuvauksissa käytettiin EKG-tahdistettua nopeaa kenttäkaikusekvenssiä (Turbo-Flash, TR 10 ms, TE 6 ms, kääntökulma 30), missä sydämen sykli oli jaettu 8 vaiheeseen (kuva 2). Kuvausaika oli syketaajuudesta riippuen noin 20 sekuntia, jolloin kuvaukset voitiin tehdä hengityksen pidätyksen aikana liike-epätarkkuuden vähentämiseksi. Leikepaksuus oli 6 mm, jolloin tarvittiin 6-12 kuvausta, jotta koko sydän läppätasosta kärkeen saatiin katetuksi. Kokonaiskuvausaika potilaan asetteluineen oli noin 30 minuuttia. Kuvausmatriisi oli 128 x 256 ja kenttäkoko 350 mm. Käytetty leiketaso oli sydämen lyhyen akselin suuntainen (transversaalitaso). Vasemman kammion tilavuudet ja ejektiofraktio määritettiin piirtämällä erikseen loppudiastolessa ja -systolessa vasemman kammion pinta-ala (endokardium) kuhunkin kuvaan (kuva 2). Vasemman kammion tilavuudet laskettiin sitten kaavasta V = Âleikkeet leikepaksuus x Aendokardium.

Tilastolliset menetelmät

Tulokset on esitetty keskiarvoina +- keskihajontoina (SD). Koska kyseessä olivat terveet koehenkilöt, EKG-SPET:n ja magneettikuvauksen tulosten yhtenevyyttä verrattiin laskemalla ns. luokan sisäinen korrelaatiokerroin.

Tulokset

Kuviossa 1 ovat parhaiten perfusoituvaan alueeseen normalisoidut alueelliset perfuusioarvot erikseen miehille ja naisille sekä palautumis- että kuormitusvaiheessa. Pienimmät arvot ovat sydämen kärjessä ja tyvessä. Kärjen pieni arvo johtuu siitä, että se on anatomisesti muita alueita ohuempi, jota käytetyt Cardiofocal-kollimaattorit vielä joillakin potilailla korostavat. Tyvialueen pienet arvot johtuvat pääosin eri yksilöiden sydämen koon vaihtelusta, jota käyttämämme ohjelma ei ota huomioon.

EKG-SPET:n sekä magneettikuvauksen ja ensikiertotekniikalla tehdyn sydämen pumpputoiminnan gammakuvauksen välistä yhtenevyyttä on verrattu kuviossa 2. EKG-SPET:n ja magneettikuvauksen keskimääräinen ero loppudiastolisissa tilavuuksissa oli 10,0 +- 14,9 ml, loppusystolissa tilavuuksissa 5,0 +- 8,7 ml ja ejektiofraktioissa 0 +- 6,7 %. EKG-SPET:n ja ensikiertotekniikan välinen ero ejektiofraktiomittauksissa oli 2,2 +- 6,1 %. Vaikka keskimääräiset erot olivatkin pieniä, esiintyy yksittäisten koehenkilöiden arvoissa kohtalaista vaihtelua varsinkin ejektiofraktioissa.

Pohdinta

Sydänlihaksen perfuusion gammakuvaus on vakiinnuttanut asemansa kuluneen 20 vuoden aikana ei-invasiivisena tutkimuksena sepelvaltimotaudin diagnostiikassa sekä taudin vaikeusasteen ja ennusteen arvioinnissa (1,2,3). Perfuusiokuvien tulkinta perustuu edelleen pääosin visuaaliseen tulkintaan ja vaatii käytännössä huomattavaa kokemusta ollakseen luotettavaa. Kuvaustekniikkaan liittyvien seikkojen lisäksi tulkitsijan pitäisi olla hyvin perehtynyt muutoksiin, jotka johtuvat mm. gammasäteilyn vaimenemisesta kudoksissa (attenuaatiosta) ja erilaisten kuormitusmuotojen (polkupyöräergometria, dipyridamoli- ja dobutamiinikuormitukset) vaikutuksiin sydänlihaksen verenkiertoon (1,2,3). Tulosten kliinisen tulkinnan kannalta on ensiarvoisen tärkeää tietää potilaan tilanne mm. sepelvaltimotaudin kliinisen todennäköisyyden osalta (12,15).

Kvantitatiivisten viitearvojen on osoitettu parantavan tutkimustulosten tulkintaa (16,17,18,19). Saman viitearvoaineiston on osoitettu toimivan myös eri kamera/tietokone -yhdistelmillä, kunhan viitearvoaineisto vain analysoidaan kussakin yksikössä samalla lailla kuin muukin potilasaineisto (20). Sen sijaan on ilmeistä, että viitearvot ovat selvästi riippuvaisia valitusta terveitä ihmisiä edustavasta väestöotoksesta. Keskeisiä tekijöitä ovat ikä ja sukupuoli (19,20,21). Näistä syistä valitsimme viitearvoaineistoksemme keski-ikäisiä oireettomia, kliinisen kuormituskokeen avulla seulottuja miehiä ja naisia, joilla arvioitu sepelvaltimotaudin todennäköisyys oli alle 5 % (12). Eettisistä syistä johtuen terveille koehenkilöille ei voi tehdä koronaariangiografiaa. Toinen, ehkä ensimmäiseksi mieleen tuleva tapa valita normaaliaineisto olisi ollut poimia koehenkilöt koronaariangiografiassa normaalisuonisiksi todettujen joukosta. Tällöin aineisto olisi kuitenkin vääristynyt, koska tällaiset potilaat ohjautuvat koronaariangiografiaan yleensä aina rintakipuoireen vuoksi eikä toisaalta normaalikaan koronaariangiografia poissulje sydänlihaksen mikroverenkierron poikkeavuuksia.

Kokemustemme mukaan viitearvot toimivat hyvin ja tukevat silmämääräistä arviointia, minkä avulla lopullinen löydös aina varmistetaan. Erityisen hyödyllinen kvantitaatio on vähemmän kokeneiden arvioijien tukena. Sydämen tyvialueiden löydökset ja luotettavuus riippuvat potilaan sydämen koosta: pienisydämisillä näille alueille ei tule välttämättä sydänlihasta lainkaan eikä nykyinen ohjelmistomme ota tätä huomioon. Myös sydämen kärjen perfuusion arvioinnissa on oltava tarkkana, koska käytetystä kuvausgeometriasta johtuen viitearvomme tällä alueella ovat varsin pieniä.

Viitearvoaineistomme on siirrettävissä muiden sairaaloiden käyttöön myös alkuperäisenä käsittelemättömänä tiedostona. Tällöin kukin yksikkö voi analysoida tiedot omalla rutiinikäytössä olevalla ohjelmistollaan. Normaalin perfuusion alarajan määrittelynä olemme itse käyttäneet keskiarvo -2 SD, mutta kirjallisuudessa on suositeltu muitakin määritelmiä (16,17,18,19,20).

EKG-SPET osoittautui kohtuullisen yhtäpitäväksi magneettikuvauksen kanssa verrattaessa näillä menetelmillä mitattuja vasemman kammion tilavuuksia ja ejektiofraktiota keskenään. On kuitenkin huomattava, että aineistomme on varsin pieni ja se koostuu terveistä koehenkilöistä, joiden ejektiofraktiot jakautuvat kapealle normaalialueelle. Tämä selvästi rajoittaa päätelmien tekoa yksinomaan omien tulostemme perusteella. EKG-SPET:n on kuitenkin osoitettu selvästi suuremmissa aineistoissa toimivan ejektiofraktion mittaamisessa hyvin myös potilailla, joilla vasemman kammion toiminta on heikentynyt (5,6,7). Hankalimpia ovat potilaat, joiden sydänlihaksen perfuusio on jollakin alueella niin huono, ettei seinämä näy kunnolla. Näissä tapauksissa on apua jo kehitetyistä kuvankäsittelymenetelmistä (6,7). Toisaalta, jos vasemman kammion funktio on hyvin huono (ejektiofraktio alle 20 %), on kaikkien geometristen menetelmien käyttö usein epätarkkaa. Tällöin on suositeltavaa käyttää ns. tasapainotilatekniikkaan perustuvaa sydämen pumpputoiminnan gammakuvausta (radiokardiografia eli isotooppiventrikulografia), mikä perustuu vasemman kammion veritilavuuden muutosten mittaamiseen.

Kliinistä työtä ajatellen riittää usein tieto siitä, onko vasemman kammion ejektiofraktio normaali, lievästi alentunut (30-50 %) vai voimakkaasti alentunut (alle 30 %). Tähän EKG-SPET yltää helposti, varsinkin kun vasemman kammion seinän liike voidaan arvioida kaikilta alueilta myös visuaalisesti. Tästä visuaalisesta arviosta on selvää hyötyä myös attenuaatiomuutosten erottamisessa vaurioalueesta takaseinämän alueella (10).

Sekä kvantitatiivinen viitearvoaineisto että EKG-SPET täydentävät merkittävästi nykyisin laajassa käytössä olevaa sydänlihaksen perfuusion SPET-kuvausta. Tehokkaiden tietokoneiden ja useammalla kuvauspäällä varustettujen, Suomessakin yleistyvien gammakameroiden avulla tutkimus on suoritettavissa yhtä nopeasti kuin perinteisempäänkin tekniikkaan pohjautuva yksifotoniemissiotomografia.

KirjallisuuTTA