Kardiale Hybrid-Bildgebung in der Diagnostik der koronaren Herzerkrankung

Abstract

CT coronary angiography and myocardial perfusion scintigraphy are both established non-invasive techniques for the diagnosis of coronary artery disease (CAD). Cardiac hybrid imaging consists of the combination (or “fusion”) of both modalities and allows obtaining complementary morphological (coronary anatomy, stenoses) and functional (myocardial perfusion) information in a single image. The appropriate clinical use of hybrid imaging requires its integration into joint clinical diagnostic services where experts in all fields (cardiology, radiology, nuclear medicine) collaborate and colleagues with clinical and technical expertise together can exploit the potential of the new technique. The feasibility and clinical value of hybrid imaging has been documented in small cohort studies and selected series of patients. The incremental value of the hybrid technique arises from the spatial coregistration of perfusion defects with coronary stenoses. This allows to assess the haemodynamic relevance of coronary stenoses and determine the need for revascularisation procedures in each individual artery. The combination of the (native) coronary artery calcium score scan with MP-SPECT can also be helpful in different clinical scenarios. Thus, it can be anticipated, that the ongoing efforts to reduce radiation exposure and the increasing clinical interest will further pave the way for an ever increasing use of cardiac hybrid imaging in clinical practice.

Einleitung

Die invasive Koronarangiographie ist derzeit der Referenzstandard für die Darstellung der Koronararterien und spielt eine zentrale Rolle in der Diagnostik und Behandlung der koronaren Herzerkrankung (KHK). Die Nachteile der Koronarangiographie sind eine Komplikationsrate von 1–2% (Tod, Myokard-infarkt, Hirnschlag, Blutung) [1] sowie die Tatsache, dass die Angiographie nur morphologische Information über allfällige Lumeneinengungen liefert, aber keine Aussage über deren hämodynamische Relevanz zulässt.

Diese Limitationen haben dazu geführt, dass nichtinvasive bildgebende Verfahren (als sogenannte «Gatekeeper») der invasiven Diagnostik vorgeschaltet werden, um diejenigen Patienten zu identifizieren, die von einer invasiven Untersuchung profitieren können. Die rasanten technologischen Entwicklungen im Bereich der Myokardperfusionsszintigraphie und insbesondere der Mehrschicht-CT-Koronarangiographie haben diese beiden Modalitäten zu erprobten nicht-invasiven Tests in der Vorfelddiagnostik der KHK gemacht. Ihre komplementäre Natur erlaubt zudem die Kombination beider Technologien als sogenannte kardiale Hybriddiagnostik, einem innovativen Zweig der kardialen Bildgebung, welcher die Integration von morphologischer und funktioneller Information in einem «Fusionsbild» ermöglicht.

Die vorliegende Übersichtsarbeit beschäftigt sich mit dem klinischen Nutzen der kardialen Hybridbildgebung in der Diagnostik der (stabilen) koronaren Herzerkrankung und fasst die derzeit vorliegende Literatur zu diesem Thema zusammen. Ziel dieser Übersichtsarbeit ist es, dem Leser mögliche Anwendungen der kardialen Hybriddiagnostik im klinischen Alltag näherzubringen und auf Vorund Nachteile dieser diagnostischen Untersuchung in unterschiedlichen klinischen Szenarien hinzuweisen. Die kardiale Hybriddiagnostik ist eine verhältnismässig junge Technologie, obwohl die einzelnen Modalitäten (Mehrschicht-CT-Koronarangiographie, Myokardperfusionsszintigraphie, usw.) bereits etablierte Methoden in der KHK-Diagnostik darstellen. Die klinische Erfahrung mit HybridDiagnostik ist allerdings noch beschränkt. Die hier formulierten Empfehlungen beruhen daher hauptsächlich auf Expertenmeinungen und Erfahrungen von einzelnen oder mehreren spezialisierten kardialen Zentren sowie auf kürzlich publizierten Richtlinien der European Association of Nuclear Medicine (EANM), der European Society of Cardiac Radiology (ESCR) und dem European Council of Nuclear Cardiology (ECNR) [2].

Dualität von Morphologie und Funktion—die zwei Seiten der Medaille

Die Koronarangiographie ist naturgemäss ein rein morphologisches bildgebendes Verfahren. Das angiographisch ermittelte «Lumenogramm» ermöglicht die Darstellung der Umrisse des Gefässlumens, aber erlaubt keine eindeutigen Rückschlüsse auf die hämodynamische Relevanz einer allfälligen Stenose. Untersuchungen am Menschen haben gezeigt, dass die koronare Flussreserve ab einem Stenosegrad von 50% abzunehmen beginnt, allerdings mit einer auffallend hohen interindividuellen Variabilität, die nicht allein der Messtechnik zugeschrieben werden kann [3], und dass der angiographische Stenosegrad nur schlecht mit der koronaren Flussreserve korreliert [4,5].

Das Vorhandensein und Ausmass einer myokardialen Ischämie ist ein wichtiges prognostisches Kriterium [6] und beeinflusst massgeblich die Behandlung von KHK Patienten [7,8,9]. Der Stellenwert von koronaren Revaskularisationsmassnahmen (perkutane koronare Intervention (PCI) oder aortokoronare BypassChirurgie) wird zurzeit bei Patienten mit stabiler KHK kontrovers diskutiert [10]. Die beiden grössten prospektiv randomisierten Studien mit je über 2000 Patienten, die COURAGEund die BARI-2D-Studien [11,12] haben keinen Vorteil einer Revaskularisation gegenüber einer modernen medikamentösen Therapie zeigen können. Eine retrospektive Studie an über 10 000 Patienten hingegen ergab, dass stabile Patienten dann von einer Revaskularisation profitieren, wenn mehr als 10% des linksventrikulären Myokards ischämisch sind (Abb. 1A) [13]. Die prospektive Myokardperfusions-Substudie der COURAGE-Studie hat an über 300 Patienten gezeigt, dass die PCI das Ausmass einer Ischämie wirkungsvoller zu reduzieren vermag als eine medikamentöse Therapie allein (−2,7% vs.−0,5%), v.a. wenn die Ischämie vor Behandlungsbeginn mittelschwer bis schwer war [14] (Abb. 1B). In der FAME-Studie führte die Bestimmung der fraktionellen Flussreserve (FFR) (einer invasiven Messung der hämodynamischen Relevanz von Stenosen) zu insgesamt weniger Stent-Implantationen pro Patient (1,9 ± 1,3 vs. 2,7 ± 1,2) sowie einer signifikanten Senkung des primären Endpunkts (Tod, Myokardinfarkt, oder Revaskularisation nach einem Jahr) um 28% [15].

Abbildung 1. A Relatives Mortalitätsrisiko (Hazard ratio) für revaskularisierte (Revasc) versus konservativ behandelte (Medical) Patienten als Funktion des Ischämieausmasses (mittels SPECT ermittelt) (adaptiert nach [13]). B Kaplan-Meier-Überlebenskurve bei Patienten mit mittelschwerer bis schwerer Ischämie vor Randomisierung. Patienten mit ≥5% Ischämiereduktion nach Behandlung zeigten eine höhere Überlebensrate (adaptiert nach [14]).

Abbildung 1. A Relatives Mortalitätsrisiko (Hazard ratio) für revaskularisierte (Revasc) versus konservativ behandelte (Medical) Patienten als Funktion des Ischämieausmasses (mittels SPECT ermittelt) (adaptiert nach [13]). B Kaplan-Meier-Überlebenskurve bei Patienten mit mittelschwerer bis schwerer Ischämie vor Randomisierung. Patienten mit ≥5% Ischämiereduktion nach Behandlung zeigten eine höhere Überlebensrate (adaptiert nach [14]).

Diese Daten belegen, dass nebst angiographischer Untersuchungen zur Darstellung der Koronararterien, ein funktioneller Ischämietest eine wichtige Rolle in der Diagnostik und Behandlung von stabilen KHK-Patienten spielt. Dieses Konzept hat schon lange Einzug in die Richtlinien der europäischen und amerikanischen kardiologischen Fachgesellschaften gehalten [7,8,9,16]. Die Empfehlungen lauten, dass bei stabilen KHK-Patienten ein funktioneller Ischämietest vor einer allfälligen Revaskularisation durchgeführt werden sollte, und dass in der Regel eine mittelgrosse bis grosse Ischämie unabhängig vom symptomatischen Status des Patienten als Klasse Ioder IIa-Indikation für eine Revaskularisation betrachtet wird. Nebst den nicht-invasiven bildgebenden Verfahren sind auch invasive Methoden zur Evaluation der koronaren Perfusion verfügbar, u.a. auch wie oben erwähnt die FFR [5]. Eine detaillierte Diskussion dieser Technik ist in diesem Übersichtsartikel aus Platzgründen nicht möglich. Wir beschränken uns daher in der Folge auf die nichtinvasiven bildgebenden Verfahren.

Myokardperfusionsszintigraphie und CT-Koronarangiographie—ideale Partnermodalitäten der Hybrid-Bildgebung

Die Myokardperfusionsszintigraphie hat sich seit nun über drei Jahrzehnten als ausgezeichnetes nicht-invasives bildgebendes Verfahren in der Diagnose und Prognose von Patienten mit stabiler KHK bewährt. Die Single-photon-emission-computed-tomography (SPECT)-Technik erlaubt es, im Schnittbildverfahren einen volumetrischen Datensatz des Herzens zu erhalten, und deren hohe diagnostische Treffsicherheit ist in zahlreichen Studien belegt worden [17,18]. Dessen ungeachtet hat auch die Myokardperfusions-SPECT (MP-SPECT) ihre Limitationen, da nicht-stenosierende Koronarplaques unentdeckt bleiben und dadurch das volle Ausmass des koronaren arteriosklerotischen Befalls häufig unterschätzt wird [19]. Grosse Longitudinalstudien von MP-SPECT-Patienten haben ergeben, dass 43% der Patienten, die im Verlauf einen Herzinfarkt erlitten [20], und 31% der kardialen Todesfälle [21] eine normale oder fast-normale Perfusionsstudie im Vorfeld aufwiesen (Abb. 2). Vergleichsstudien haben gezeigt, dass ca. die Hälfte der Patienten mit normalen Perfusionsstudien eine subklinische Koronarsklerose in der CT-Koronarangiographie (CTCA) aufweisen [22,23]. Von histopathologischen Korrelationsstudien wissen wir, dass fast 70% der Plaques, die rupturieren und zu einem thrombotischen Verschluss des Gefässes führen, vor dem Ereignis zu weniger als 50% stenosierend und damit selten hämodynamisch relevant sind [24]. Diese Beobachtungen zeigen, dass auch bei unauffälliger myokardialer Perfusion die Erfassung und Quantifizierung einer allfälligen Koronarsklerose dabei helfen kann, das koronare Risiko des Patienten besser einschätzen zu können [25].

Abbildung 2. Prozentuale Verteilung von MP-SPECT-Resultaten bei Patienten, die einen Myokardinfarkt im weiteren Verlauf erleiden oder versterben (adaptiert nach [20,21]).

Abbildung 2. Prozentuale Verteilung von MP-SPECT-Resultaten bei Patienten, die einen Myokardinfarkt im weiteren Verlauf erleiden oder versterben (adaptiert nach [20,21]).

Die Mehrschichten-CT-Technologie hat in den letzten Jahren rasante Entwicklungen erlebt, welche die klinische Einführung der nicht-invasiven CTCA ermöglicht haben. Die hohe diagnostische Treffsicherheit der CTCA ist bereits in einer Vielzahl von Einzelzenterund drei grösseren multizentrischen Studien gegenüber dem Referenzstandard der invasiven Angiographie belegt worden [26,27,28]. Eine grössere Metaanalyse von 27 Studien mit insgesamt 1740 Patienten belegt eine Sensitivität, Spezifität, einen positiven (PPV) und negativen Prädiktivwert (NPV) von 87%, 96%, 83%, und 97% [29].

Auffallend ist besonders der—bei guter CT-Qualität—hohe NPV. Dies hat zur Folge, dass sich die CTCA bestens zum Ausschluss einer signifikanten KHK v.a. bei Patienten mit einer tiefen bis mittleren Vortestwahrscheinlichket eignet. Allerdings emöglicht die CTCA keine Aussage über die hämodynamische Relevanz von Stenosen [30] oder über allfällige Kollateralen. Prospektive Outcome-Studien haben ebenfalls zeigen können, dass die CTCA auch prognostische Information beinhaltet [31,32,33]. Erste prospektive Studien deuten darauf hin, dass auch das Vorhandensein von nicht-stenosierenden Koronarläsionen [33,34,35] sowie die Zusammensetzung der Plaques [34,36] eine unabhängige prognostische Rolle spielen. Und sie belegen die Theorie, dass auch nicht-stenosierende Plaques rupturieren und zu einem thrombotischen Verschluss des Gefässes führen können. Die CTCA hat daher eine komplementäre Funktion zur MP-SPECT und eignet sich gut als Partnermodalität für die kardiale HybridDiagnostik.

Klinische Anwendung der kardialen Hybrid-Bildgebung

Der klinische Mehrwert der kardialen Hybrid-Bildgebung ergibt sich aus der räumlichen Zuordnung von funktioneller Information des Myokards und der morphologischen Information der Koronararterien (Abb. 3) [37]. Obwohl diese Integration auch im Kopf des erfahrenen Untersuchers stattfinden kann, haben doch Studien gezeigt, dass aufgrund der variablen Koronaranatomie (v.a. im Bereich des Ramus circumflexus [RCx] und der rechten Koronararterie [RCA]) die klassischen Versorgungsgebiete nur in 50–60% mit der individuellen Koronaranatomie übereinstimmen [38] und häufig Myokardsegmente damit der falschen Herzkranzarterie zugewiesen werden [39].

Abbildung 3. Klinisches Beispiel für den Nutzen der SPECT/CTCA-Hybrid-Bildgebung. Eine 64-Zeilen-CTCA bei einem symptomatischen 59-jährigen Patienten zeigte eine hochgradige Stenose im Bereich des proximalen Ramus interventricularis anterior (LAD) (weisser Blockpfeil) sowie eine weitere Stenose im Bereich des Ramus interventricularis posterior der rechten Koronararterie (RCA) (gelber Blockpfeil). Die nachfolgende MP-SPECT wies zwei reversible Perfusionsdefekte auf, einen grösseren im Bereich der Vorderwand (blauer Pfeil) und einen kleineren inferoapikalen Defekt (weisser Pfeil). Die dreidimensionale SPECT/CTCA-Fusion zeigte allerdings deutlich, dass der kleine inferoapikale Perfusionsdefekt nicht durch die RCA-Stenose verursacht wird, sondern die Folge des prominent angelegten LAD ist, welcher im Bereich der Herzspitze auf die inferiore Wand umschlägt. Derartige Informationen sind für die Planung einer perkutanen Revaskularisation von Bedeutung, da eine Revaskularisation des kleinen Ramus interventricularis posterior ohne assoziierte Ischämie nicht indiziert ist.

Abbildung 3. Klinisches Beispiel für den Nutzen der SPECT/CTCA-Hybrid-Bildgebung. Eine 64-Zeilen-CTCA bei einem symptomatischen 59-jährigen Patienten zeigte eine hochgradige Stenose im Bereich des proximalen Ramus interventricularis anterior (LAD) (weisser Blockpfeil) sowie eine weitere Stenose im Bereich des Ramus interventricularis posterior der rechten Koronararterie (RCA) (gelber Blockpfeil). Die nachfolgende MP-SPECT wies zwei reversible Perfusionsdefekte auf, einen grösseren im Bereich der Vorderwand (blauer Pfeil) und einen kleineren inferoapikalen Defekt (weisser Pfeil). Die dreidimensionale SPECT/CTCA-Fusion zeigte allerdings deutlich, dass der kleine inferoapikale Perfusionsdefekt nicht durch die RCA-Stenose verursacht wird, sondern die Folge des prominent angelegten LAD ist, welcher im Bereich der Herzspitze auf die inferiore Wand umschlägt. Derartige Informationen sind für die Planung einer perkutanen Revaskularisation von Bedeutung, da eine Revaskularisation des kleinen Ramus interventricularis posterior ohne assoziierte Ischämie nicht indiziert ist.

Tabelle 1 zeigt eine Zusammenfassung der Studien über die diagnostische Wertigkeit der kardialen Hybrid-Diagnostik. Die klinische Durchführbarkeit einer komplett nicht-invasiven kardialen Hybrid-Bildgebung wurde zum ersten Mal von Namdar und Mitarbeitern gezeigt [40]. In dieser Studie wurden 25 Patienten mit KHK mittels Fusion von 13N-NH3-PET und 4-ZeilenCTCA untersucht. Die fusionierten PET/CTCA-Bilder erlaubten die Identifizierung von hämodynamisch relevanten Stenosen (die koronarangiographisch revaskularisiert wurden) mit einer hohen Sensitivität, Spezifität, PPV und NPV von 90%, 98%, 82%, 99%. Diese vielversprechenden Resultate konnten in ähnlichen späteren Studien mit moderneren CT-Geräten und unterschiedlichen Perfusions-Untersuchungen reproduziert werden. [41,42,43].

Tablle 1. Diagnostische Wertigkeit der kardialen Hybrid-Bildgebung (SPECT/CT und PET/CT).

Tablle 1. Diagnostische Wertigkeit der kardialen Hybrid-Bildgebung (SPECT/CT und PET/CT).

Tabelle 2 fasst diejenigen Studien zusammen, die spezifisch den klinischen Mehrwert einer fusionierten Hybriddiagnostik gegenüber einer getrennten Analyse von Perfusionsstudie und CTCA belegen. In einer der ersten Serien bei 38 Patienten mit signifikanten Perfusionsdefekten in der SPECT zeigte die 3D SPECT/ CTCA-Fusion bei 27 Koronarstenosen (22%) von 12 Patienten (29%) zusätzliche Informationen über die hämodynamische Relevanz der Stenosen, welche aus der getrennten Analyse nicht ersichtlich waren (Abb. 4) [44]. Von den 40 Stenosen mit unklarer hämodynamischer Relevanz konnten, nach Analyse der 3D-Fusion, 14 als hämodynamisch relevant und 10 als nicht relevant klassifiziert werden. Santana zeigte eine signifikant höhere diagnostische Treffsicherheit der SPECT/ CTCA-Fusion verglichen mit SPECT allein (p <0,001), aber auch verglichen mit der getrennten Analyse von SPECT und CTCA (p = 0,007) [45]. In einer Subanalyse führten die Autoren dies v.a. auf eine höhere diagnostische Wertigkeit bei Patienten mit Mehrgefässerkrankung zurück. In einer weiteren Studie von Slomka und Mitarbeitern zeigten die Autoren eine verbesserte diagnostische Aussagekraft der SPECT/CTCA-Fusion v.a. im Bereich des RCxund RCA-Versorgungsgebiets, also traditionell denjenigen Versorgungsgebieten mit der grössten Variabilität der Koronaranatomie [46].

Abbildung 4. Hämodynamische Relevanz von Koronarstenosen ermittelt durch separate Analyse von MP-SPECT und CTCA (weisse Balken) oder SPECT/CTCA-Fusion (schwarze Balken). Die fusionierte Analyse führte zu einer deutlichen Reduktion von Stenosen mit unklarer hämodynamischer Relevanz durch die räumliche Zuordnung von Perfusionsdefekt und stenosierter Arterie. * p <0,05 (adaptiert nach [44]).

Abbildung 4. Hämodynamische Relevanz von Koronarstenosen ermittelt durch separate Analyse von MP-SPECT und CTCA (weisse Balken) oder SPECT/CTCA-Fusion (schwarze Balken). Die fusionierte Analyse führte zu einer deutlichen Reduktion von Stenosen mit unklarer hämodynamischer Relevanz durch die räumliche Zuordnung von Perfusionsdefekt und stenosierter Arterie. * p <0,05 (adaptiert nach [44]).

Tablle 2. Klinischer Mehrwert der fusionierten Hybriddiagnostik gegenüber der getrennten Analyse.

Tablle 2. Klinischer Mehrwert der fusionierten Hybriddiagnostik gegenüber der getrennten Analyse.

Diese Daten zeigen, dass die nicht-invasive Hybrid-Diagnostik mit SPECT/CTCA zur Identifizierung von hämodynamisch relevanten Stenosen beitragen kann und somit äusserst nützlich für die Planung einer allfälligen Revaskularisation sein könnte [47]. Insbesondere liesse sich damit bereits im Vorfeld einer invasiven Untersuchung feststellen, welche Stenosen rekanalisiert werden müssten, was mit grosser Wahrscheinlichkeit zu einer Reduktion der Anzahl implantierter Stents und der damit verbundenen Morbidität und Kosten führen könnte [15].

Eine prospektive multizentrische Studie an über 500 Patienten hat zudem gezeigt, dass CTCA und SPECT einen unabhängigen prognostischen Nutzen aufweisen, und unterstreicht die komplementäre Natur beider Untersuchungen (Abb. 5) [25]. Eine andere Studie hat gezeigt, dass bestimmte Plaque-Charakteristika im CT (eine geringe Röntgendichte der Plaque <30 Hounsfield units sowie ein positives Remodelling) unabhängige Prädiktoren für das Auftreten von akuten koronaren Ischämien sind [36]. Diese Beobachtungen legen nahe, dass nebst einer Ischämie-diagnostik die Erkennung und Charakterisierung einer subklinischen Koronaratheromatose von prognostischer Bedeutung sein kann. Es liegen aber bisher noch keine Daten vor, die aufzeigen würden, dass eine Hybrid-Diagnostik das therapeutische Management von Patienten mit KHK beeinflusst, und dass allfällige Therapieänderungen (insb. bei Patienten mit normaler Perfusion, aber koronaren Plaques im CT) zu einem klinischen Benefit führen.

Abbildung 5. Kaplan-Meier-Überleben frei von MACE (Tod, Myokardinfarkt) je nach Resultat der MP-SPECTund CTCA-Untersuchung (log-rank p value <0,005). Eine Cox-Regressionsanalyse zeigt einen unabhängigen prognostischen Nutzen beider Untersuchungen. (Wiedergabe nach [25]: van Werkhoven JM, et al. Prognostic value of multislice computed tomography and gated single-photon emission computed tomography in patients with suspected coronary artery disease. J Am Coll Cardiol. 2009;53:623–32. Copyright © 2011, mit freundlicher Genehmigung von Elsevier, Oxford, England.)

Abbildung 5. Kaplan-Meier-Überleben frei von MACE (Tod, Myokardinfarkt) je nach Resultat der MP-SPECTund CTCA-Untersuchung (log-rank p value <0,005). Eine Cox-Regressionsanalyse zeigt einen unabhängigen prognostischen Nutzen beider Untersuchungen. (Wiedergabe nach [25]: van Werkhoven JM, et al. Prognostic value of multislice computed tomography and gated single-photon emission computed tomography in patients with suspected coronary artery disease. J Am Coll Cardiol. 2009;53:623–32. Copyright © 2011, mit freundlicher Genehmigung von Elsevier, Oxford, England.)

Rolle des Kalzium-Scores für die kardiale Hybrid-Bildgebung

Im Gegensatz zur kontrastmittel-verstärkten CTCA ist der Koronararterien-Kalzium-Score (CACS)-Scan ein nativ EKG-getriggertes CT des Herzens mit einem tiefen Röhrenstrom (10–145 mAs). Histopathologische Korrelationsstudien haben gezeigt, dass der CACS sehr gut mit dem (post mortem ermittelten) Plaque-Volumen korreliert [48] und damit ein gutes Mass für den arteriosklerotischen Befall der Koronararterien darstellt. Grössere prospektive Studien haben zeigen können, dass ein CACS-Screening bei asymptomatischen Patienten das Risiko von zukünftigen kardiovaskulären Ereignissen vorhersagen kann, und zwar unabhängig von den klinischen Risikoscores wie z.B. dem Framingham-Score oder Serum-Markern wie das hochsensitive C-reaktive Protein (hsCRP) [49,50,51,52].

Der CACS hat aber nicht nur prognostische Bedeutung, sondern kann auch zu diagnostischen Zwecken bei symptomatischen Patienten eingesetzt werden. Bei Patienten mit angiographisch feststellbaren Koronarstenosen lassen sich fast immer Koronarverkalkungen nachweisen, so dass ein CACS von 0 eine angiographisch signifikante KHK mit hoher Wahrscheinlichkeit ausschliesst. Die zwei grössten Vergleichsstudien mit der Koronarangiographie haben bestätigt, dass die Sensitivität (96–99%) und der NPV (97–100%) von unverkalkten Koronararterien (CACS = 0) sehr hoch sind [53,54]. Ein Nachteil des CACS ist allerdings die schlechte Spezifität und PPV (23–40%, bzw. 62–66%). Aus diesem Grund hat sich der CACS alleine in der Diagnostik der KHK nicht durchsetzen können.

Als Alternative dazu kann der CACS in Kombination mit anderen bildgebenden Verfahren wie z.B. der MP-SPECT kombiniert und zu diagnostischen Zwecken eingesetzt werden. Dieses Vorgehen wird durch die zunehmende Verfügbarkeit von Hybrid-Scannern (d.h. SPECT-Scannern mit integrierten CT-Geräten) in der Klinik immer einfacher möglich. Bei 77 symptomatischen Patienten mit intermediärem kardiovaskulärem Risiko (gemäss Framingham-Risiko) wurde eine MP-SPECT, ein CACS-Scan (auf einem separaten CT-Gerät) sowie eine invasive Koronarangiographie durchgeführt [55]. Die Kombination mit dem CACS (cutoff bei 709 Agatston units) ver-mochte die Sensitivität der SPECT signifikant von 76% auf 86% und den NPV von 76% auf 83% zu steigern (Abb. 6). Diese verbesserte diagnostische Performance war die Folge einer korrekten Reklassifizierung von 4 falsch-negativen SPECT-Resultaten. Bei diesen Patienten fand sich meist eine ausgeprägte Dreigefässerkrankung mit ausgedehnten Verkalkungen, d.h. KHK-Patienten, die ein besonders hohes Risiko aufweisen und daher häufig Kandidaten für eine Revaskularisation sind.

Abbildung 6. Receiver operating characteristics (ROC)-Kurve für die diagnostische Wertigkeit von MP-SPECT (blaue Kurve), CACS (grüne Kurve) und der Kombination aus SPECT und CACS (rote Kurve) zur Identifizierung von >50%igen Stenosen in der Koronarangiographie (adaptiert nach [55]).

Abbildung 6. Receiver operating characteristics (ROC)-Kurve für die diagnostische Wertigkeit von MP-SPECT (blaue Kurve), CACS (grüne Kurve) und der Kombination aus SPECT und CACS (rote Kurve) zur Identifizierung von >50%igen Stenosen in der Koronarangiographie (adaptiert nach [55]).

Diese Arbeit zeigt auf, dass der CACS in Kombination mit der MP-SPECT zu einer verbesserten diagnostischen Treffsicherheit in der Vorfelddiagnostik der Koronarangiographie genutzt werden kann und in verschiedenen klinischen Szenarien wichtige zusätzliche Informationen liefert (wenngleich in dieser Studie die Nicht-Perfusions-Variablen wie Lung-to-Heart-Ratio und transiente ischämische Dilatation nicht angewandt wurden). Einerseits kann ein sehr hoher Kalzium-Score trotz normaler Perfusionsuntersuchung eine koronare Dreigefässerkrankung mit möglicher balancierter Ischämie demaskieren (Abb. 7). Andererseits sollte ein CACS von 0 bei einem fraglichen Perfusionsdefekt in der MP-SPECT den Verdacht auf ein Schwächungsartefakt aufkommen lassen (Abb. 8C) [56].

Abbildung 7. Klinisches Beispiel für den diagnostischen Nutzen des CACS in Kombination mit SPECT. A MP-SPECT polar maps bei einem 52-jährigen männlichen Patienten mit atypischen Thoraxschmerzen und ausgeprägtem kardiovaskulären Risikoprofil zeigen keinen erkennbaren Perfusionsdefekt. Die EKG-getriggerte SPECT-Untersuchung zeigte in Ruhe eine normale systolische Ventrikelfunktion sowie keine transiente ischämische Dilatation (TID) (nicht abgebildet). B, C Ein Low-dose-CT zur Schwächungskorrektur (auf 64-Zeilengerät akquiriert) zeigt allerdings ausgedehnte Verkalkungen in RCA (rot), RIVA (pink) und RCX (gelb) sowie einen totalen Agatston-Score von 2176. D, E Trotz unauffälliger SPECT-Untersuchung wurde daher eine diagnostische Koronarangiographie durchgeführt, welche eine ausgeprägte Dreigefässerkrankung mit Stenosen im Hauptstamm (LMA) und allen drei Hauptarterien (Pfeile) zeigt und mit einem besonders hohen kardiovaskulären Risiko vergesellschaftet ist. Die Beschwerden des Patienten könnten in Anbetracht der Befunde auf eine (im SPECT nicht ersichtliche) balancierte Ischämie zurückzuführen sein, obwohl dies mit den vorliegenden Untersuchungen nicht bewiesen werden kann.

Abbildung 7. Klinisches Beispiel für den diagnostischen Nutzen des CACS in Kombination mit SPECT. A MP-SPECT polar maps bei einem 52-jährigen männlichen Patienten mit atypischen Thoraxschmerzen und ausgeprägtem kardiovaskulären Risikoprofil zeigen keinen erkennbaren Perfusionsdefekt. Die EKG-getriggerte SPECT-Untersuchung zeigte in Ruhe eine normale systolische Ventrikelfunktion sowie keine transiente ischämische Dilatation (TID) (nicht abgebildet). B, C Ein Low-dose-CT zur Schwächungskorrektur (auf 64-Zeilengerät akquiriert) zeigt allerdings ausgedehnte Verkalkungen in RCA (rot), RIVA (pink) und RCX (gelb) sowie einen totalen Agatston-Score von 2176. D, E Trotz unauffälliger SPECT-Untersuchung wurde daher eine diagnostische Koronarangiographie durchgeführt, welche eine ausgeprägte Dreigefässerkrankung mit Stenosen im Hauptstamm (LMA) und allen drei Hauptarterien (Pfeile) zeigt und mit einem besonders hohen kardiovaskulären Risiko vergesellschaftet ist. Die Beschwerden des Patienten könnten in Anbetracht der Befunde auf eine (im SPECT nicht ersichtliche) balancierte Ischämie zurückzuführen sein, obwohl dies mit den vorliegenden Untersuchungen nicht bewiesen werden kann.

Abbildung 8. A Die Diagnostik der Koronarangiographie erfordert eine interdisziplinäre Zusammenarbeit von Fachspezialisten verschiedenster Bereiche (Kardiologie, Radiologie, Nuklearmedizin), wobei der Kardiologe eine zentrale Rolle in der Koordination und Auswahl der unterschiedlichen diagnostischen Werkzeuge sowie der Interpretation und Implementierung der therapeutischen Konsequenzen spielt. Die Auswahl der geeigneten diagnostischen Algorithmen richtet sich massgeblich nach der individuellen Vortestwahrscheinlichkeit (Bayes-Theorem), wobei Patienten mit intermediärer Vortestwahrscheinlichkeit am besten für eine nichtinvasive Diagnostik geeignet sind. Eine engere Charakterisierung dieser intermediären Gruppe ermöglicht die Bestimmung des optimalen Tests (CT vs. SPECT/PET). Die Kombination dieser Modalitäten im Sinne einer Hybrid-Diagnostik ist dann nützlich, wenn der initial gewählte Test ein inkonklusives Resultat liefert. B, C Zeigen empirische Algorithmen, ausgehend von entweder der CTCA (B) oder der Myokardperfusions-Untersuchung (MPI) (C) als initiale nicht-invasive Untersuchung. Je nach Resultat kann eine KHK mit hoher Wahrscheinlichkeit ausgeschlossen oder bestätigt werden. Bei unsicheren Resultaten kann die Kombination mit einer zweiten nicht-invasiven Untersuchung als Gatekeeper der Koronarangiographie hilfreich sein.

Abbildung 8. A Die Diagnostik der Koronarangiographie erfordert eine interdisziplinäre Zusammenarbeit von Fachspezialisten verschiedenster Bereiche (Kardiologie, Radiologie, Nuklearmedizin), wobei der Kardiologe eine zentrale Rolle in der Koordination und Auswahl der unterschiedlichen diagnostischen Werkzeuge sowie der Interpretation und Implementierung der therapeutischen Konsequenzen spielt. Die Auswahl der geeigneten diagnostischen Algorithmen richtet sich massgeblich nach der individuellen Vortestwahrscheinlichkeit (Bayes-Theorem), wobei Patienten mit intermediärer Vortestwahrscheinlichkeit am besten für eine nichtinvasive Diagnostik geeignet sind. Eine engere Charakterisierung dieser intermediären Gruppe ermöglicht die Bestimmung des optimalen Tests (CT vs. SPECT/PET). Die Kombination dieser Modalitäten im Sinne einer Hybrid-Diagnostik ist dann nützlich, wenn der initial gewählte Test ein inkonklusives Resultat liefert. B, C Zeigen empirische Algorithmen, ausgehend von entweder der CTCA (B) oder der Myokardperfusions-Untersuchung (MPI) (C) als initiale nicht-invasive Untersuchung. Je nach Resultat kann eine KHK mit hoher Wahrscheinlichkeit ausgeschlossen oder bestätigt werden. Bei unsicheren Resultaten kann die Kombination mit einer zweiten nicht-invasiven Untersuchung als Gatekeeper der Koronarangiographie hilfreich sein.

Die Kombination von CACS und MP-SPECT oder-PET kann auch zusätzliche prognostische Information liefern, obwohl hier zum Teil widersprüchliche Resultate in der Literatur zu finden sind. Schenker zeigte in einer prospektiven Studie mit ⁸²Rb-PET und CACS an 695 konsekutiven symptomatischen Patienten mit intermediärem klinischem Risiko einen unabhängigen prognostischen Nutzen von CACS und PET [57]. In einer anderen, etwas grösseren Studie aus dem Cedars-Sinai Medical Center in Los Angeles mit MPSPECT und CACS bei 1153 Patienten konnten diese Resultate nicht bestätigt werden [58], wobei in letzterer Studie Patienten mit sehr geringem Risiko eingeschlossen wurden.

Implementierung der kardialen HybridBildgebung in klinischen Algorithmen

Am Universitätsspital Zürich sind anhand dieser und vorher diskutierter Studien [30,47,55] diagnostische Algorithmen erarbeitet worden, welche moderne nichtinvasive Modalitäten in sinnvoller Weise als Gatekeeper der Koronarangiographie kombinieren, um deren komplementäre Natur für die Diagnose der KHK in optimaler Weise zu nutzen (Abb. 8). 90–95% der Untersuchungen erfolgen am Universitätsspital Zürich mittels pharmakologischer Belastung mit Adenosin. Dies hat logistische Vorteile (rasche Durchführung des Belastungsprotokolls in ca. 10 min) gegenüber einer physikalischen Belastung, beschränkt aber die Beurteilung von Nicht-Perfusions-Variablen wie die HeartLung-Uptake-Ratio, EKG-Veränderungen und das Blutdruckverhalten während Belastung.

Aktuell führen wir bei ca. 10% der zugewiesenen Patienten Hybrid-Untersuchungen durch. Dieser ergeben sich zum Teil aus einer sequentiellen Diagnostik, bei der ein erster inkonklusiver Test (z.B. CTCA mit viel Koronarverkalkungen oder Bewegungsartefakten oder SPECT mit fraglichen Schwächungsartefakten) zu einer zweiten nicht-invasiven Diagnostik führt. Die Hybrid-Untersuchung ist dann klinisch von Nutzen, wenn der Mehrgewinn an diagnostischer Information die zusätzliche Strahlenbelastung und Kosten der kombinierten Untersuchung rechtfertigt (Abb. 8). In der Schweiz besteht zurzeit eine volle Kostenübernahme durch die Krankenkassen für alle nicht-invasiven bildgebenden Verfahren der KHK-Diagnostik, mit Ausnahme der CTCA und PET, welche nur zu einem gewissen Prozentsatz abgedeckt sind.

Strahlenbelastung

PET, SPECT und CT sind bildgebende Verfahren, die ionisierende Strahlung zur Darstellung anatomischer Strukturen verwenden. Die in weiten Kreisen akzeptierte «Linear-No-Threshold» (LNT)-Theorie beschreibt einen linearen Zusammenhang zwischen effektiver Strahlendosis und stochastischen strahleninduzierten Schäden (insbesondere Krebs-Risiko) [59]. In der Tat zeigten die ersten Studien mit 64-Zeilen-CTCA eine totale effektive Strahlendosis von bis zu 21,4 mSv [60]. Die Verfeinerung und Weiterentwicklung der Akquisitionsprotokolle, insbesondere die Einführung von EKG-gesteuerter Röhrenstrom-Modulation, BodyMass-Index-adaptierter Röhrenspannung und prospektiven EKG-Triggerungsprotokollen haben die Strahlenbelastung der CTCA um ca. 40–90% senken können (Tab. 3) [60,61,62]. Neueste Entwicklungen im Bereich der CT mit Dual-Source-Geräten und high-pitch Spiral-Akquisitionen beschreiben sogar CT-Koronarangiographien mit einer effektiven Strahlendosis im submilli-Sievert-Bereich (ca. 0,9 mSv).

Tablle 3. Effektive Strahlendosis (in milli-Sievert) in der kardialen Bildgebung [60].

Tablle 3. Effektive Strahlendosis (in milli-Sievert) in der kardialen Bildgebung [60].

Die am Universitätsspital Zürich üblichen MPSPECT-Untersuchungen werden mit dem Perfusionstracer 99mTc-Tetrofosmin mit einer durchschnittlichen Strahlenbelastung von 9,3 mSv durchgeführt. Die Entwicklung von neuen solid-state Detektoren aus einer Cadmium-Zink-Tellurid-Legierung kann durch eine höhere Sensitivität und eine verbesserte Energie-Auflösung zu einer weiteren Strahlenreduktion führen [63]. Die im PET verwendeten Perfusionstracer haben alle-samt eine kürzere Halbwertzeit und sind daher auch mit geringeren Strahlendosen assoziiert (Tab. 3). Kardiale PET-Untersuchungen werden allerdings in der Schweiz nur restriktiv von den Krankenkassen bezahlt, deren Anwendung ist daher momentan nur Spezialfällen vorbehalten.

Die Reduktion der Strahlenbelastung ist eines der wichtigsten zukünftigen Forschungsund Entwicklungsbereiche der klinischen Bildgebung. Eine kürzlich publizierte Studie hat die Durchführbarkeit von stress-only SPECT/CTCAHybrid-Studien mit einer kumulativen totalen Strahlendosis von 5,4 mSv belegt [64]. Die in den letzten Jahren erzielten Fortschritte in der Strahlenreduktion bilden eine wichtige Grundlage, um den Eingang der kardialen Hybriddiagnostik in den klinischen Alltag zu ermöglichen.

Schlussfolgerungen und zukünftige Perspektiven

Die kardiale Hybrid-Bildgebung ist eine junge und vielversprechende Entwicklung, die hauptsächlich durch die technologischen Errungenschaften im Bereich von Hardware (CTund SPECT-Geräte) und Software (Fusionssoftware) ermöglicht worden ist. Die Kombination von morphologischer Information über Koronaranatomie und allfällige Stenosen mit funktioneller Information über die myokardiale Perfusion erlaubt eine umfassende Evaluation der wichtigsten Aspekte der koronaren Herzerkrankung (Tab. 4). Die Hybrid-Bildgebung erfordert die Zusammenarbeit von Spezialisten unterschiedlicher Disziplinen (Kardiologen, Radiologen, Nuklearmediziner) sowie ein fachübergreifendes Verständnis der untersuchten Erkrankungen und der involvierten Geräte. Allerdings ist die klinische Erfahrung mit dieser neuen Technologie noch sehr limitiert, so dass bei ihrer Anwendung der potentielle klinische Nutzen der Untersuchung gegenüber den Nachteilen (erhöhte Strahlenbelastung, Kosten) individuell abgewogen werden muss.

Tablle 4. Klinischer Mehrwert der Hybrid-Bildgebung in der KHK-Diagnostik.

Tablle 4. Klinischer Mehrwert der Hybrid-Bildgebung in der KHK-Diagnostik.

Erste Fallserien deuten auf einen zusätzlichen diagnostischen Nutzen der kardialen Hybrid-Bildgebung in bestimmten ausgewählten Patientenpopulationen hin. Insbesondere bei Patienten mit Mehrgefässerkrankungen und mehreren intermediären Stenosen erlaubt die Hybrid-Diagnostik die Identifizierung hämodynamisch relevanter Stenosen und damit die Planung von allfälligen Revaskularisationsmassnahmen (Tab. 4). Dies könnte in der Zukunft hilfreich sein, um einen Übergebrauch von invasiven Untersuchungen und perkutanen Revaskularisationen und die damit verbundenen Risiken und Kosten zu senken. Grösser angelegte prospektive Studien sind allerdings notwendig, um die vorliegen-den Resultate der kardialen Hybrid-Bildgebung zu bestätigen. Zusätzlich fehlen noch weitgehend Daten bezüglich prognostischem Nutzen, Einfluss auf Therapiemassnahmen, sowie Kosten-Nutzen-Analysen dieser Technologie. Gegenwärtig sind grössere multizentrische Studien im Gange (SPARC, EVINCI, PRO-MISE) [65,66], welche einige dieser Fragen möglicherweise beantworten werden.

Nichtsdestotrotz weist die Hybrid-Diagnostik ein grosses klinisches und akademisches Potential auf. Obwohl die Myokardperfusions-Untersuchung bei weitem die am häufigsten verwendete nuklearmedizinische Methode im klinischen kardiologischen Alltag ist, erlaubt die Hybrid-Bildgebung die Kombination von morphologischen Bildern mit allen möglichen funktionellen Modalitäten, sofern die Bildformate von den verwendeten Software-Paketen unterstützt wer-den. Dies weitet den möglichen Nutzen der kardiovas-kulären Hybrid-Bildgebung auf verschiedenste Bereiche, wie z.B. kardiale Innervation, Metabolismus, Genexpressionsund Stammzellbildgebung sowie Plaque-Imaging, und auf verschiedenste Modalitäten, wie CT, nuklearmedizinische Untersuchungen, Ultraschall und Magnetresonanz aus (Abb. 9) [67,68] und wird in der Zukunft möglicherweise zum besseren pathophysiologischen Verständnis unterschiedlichster biologischer Aspekte kardialer Pathologien beitragen.

Abbildung 9. Kardiale Hybrid-Bildgebung. Die kardiale Hybrid-Bildgebung ermöglicht die Kombination unterschiedlicher Modalitäten mit komplementärer Natur (links) sowie die Anwendung in verschiedenen klinischen und experimentellen Bereichen (rechts). BMC = bone marrow cell (Knochenmarkszelle).

Abbildung 9. Kardiale Hybrid-Bildgebung. Die kardiale Hybrid-Bildgebung ermöglicht die Kombination unterschiedlicher Modalitäten mit komplementärer Natur (links) sowie die Anwendung in verschiedenen klinischen und experimentellen Bereichen (rechts). BMC = bone marrow cell (Knochenmarkszelle).