ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΕΠΙΣΤΗΜΟΝΙΚΩΝ ΜΕΛΕΤΩΝ 2013

ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΕΠΙΣΤΗΜΟΝΙΚΩΝ ΜΕΛΕΤΩΝ 2013 Μέτρηση και σημασία χαρακτηριστικών υφής και ελαστικότητας σε εικόνες υπερήχων υποκλινικών αθηρωματικών αλλοιώσεων των καρωτίδων σε αναζήτηση νέων παραγόντων καρδιαγγειακού κινδύνου Σπυρέττα Γολεμάτη, Λέκτορας Βιοϊατρικής Τεχνολογίας, Ιατρική Σχολή, Εθνικό Καποδιστριακό Πανεπιστήμιο Αθηνών Αιμιλία Γαστουνιώτη, Υποψήφια Διδάκτωρ, Σχολή Ηλεκτρολόγων- Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών, Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο Αμαλία Γιάννη, Μέλος Ειδικού Τεχνικού Εργαστηριακού Προσωπικού, Τμήμα Επιστήμης Διαιτολογίας-Διατροφής, Χαροκόπειο Πανεπιστήμιο Συμεών Λεχαρέας, Ιατρός - Ειδικευόμενος Ακτινολόγος, Γενικό Νοσοκομείο Αθηνών "Γ.Γεννηματάς" Νικόλαος Τσιαπάρας, Υποψήφιος Διδάκτωρ, Ιατρική Σχολή, Πανεπιστήμιο Πατρών Δεκέμβριος 2013

Εισαγωγή Οι υποκλινικές (ασυμπτωματικές) αθηρωματικές πλάκες των καρωτίδων αποτελούν τοπική εκδήλωση της συστηματικής αθηροσκληρυντικής νόσου και οι στενωτικές αλλοιώσεις που προκαλούν αυξάνουν τον κίνδυνο εκδήλωσης αγγειακών εγκεφαλικών επεισοδίων (ΑΕΕ) [1]. Τις τελευταίες δεκαετίες το βασικό κριτήριο επιλογής των ασθενών που θα οδηγηθούν στο χειρουργείο για αποκατάσταση της βατότητας των καρωτίδων αποτελεί το υπερηχογραφικά υπολογιζόμενο ποσοστό στένωσης του αυλού τους [2]. Ωστόσο, πρόσφατες αναδρομικές μελέτες έχουν δείξει πως ένα μεγάλο πλήθος επεμβάσεων κρίνεται εκ των υστέρων ως μη απαραίτητο για τους ασθενείς [3], γεγονός που εκτινάσσει το υγειονομικό κόστος και καθιστά επιτακτική την ανάγκη για σχεδιασμό νέων διαγνωστικών εργαλείων που θα συμβάλουν στην αποτελεσματική αναγνώριση των ασθενών μέσου και υψηλού κινδύνου. Μία προσέγγιση προς αυτή την κατεύθυνση αποτελούν οι σύγχρονες υπολογιστικές μέθοδοι ανάλυσης και επεξεργασίας υπερηχογραφικών εικόνων, οι οποίες έχουν επιτρέψει την ανάδειξη νέων ποσοτικών παραμέτρων για την αναλυτική περιγραφή της κινητικότητας και της υφής του αρτηριακού τοιχώματος. Η εκτίμηση της κινητικότητας έχει δείξει ότι (α) εκτός από την ακτινική συνιστώσα, υπάρχει σημαντική συνιστώσα της κίνησης κατά τη διαμήκη κατεύθυνση ([4], [5]) και (β) σε παρουσία αθηρωματικών αλλοιώσεων, το εύρος της κίνησης αυτής σχετίζεται άμεσα με την εμφάνιση ΑΕΕ ([6], [7]). Επίσης, η υφή των αθηρωματικών πλακών, η οποία χαρακτηρίζει την κατανομή διαφορετικών συστατικών της πλάκας, έχει εκτιμηθεί με πλήθος μεθόδων, κυρίως στατιστικών [8], μεταξύ των οποίων, η μεσαία τιμή των φωτεινοτήτων (gray-scale median) έχει αναδειχθεί ως ένα ισχυρό εργαλείο εκτίμησης της επικινδυνότητας της πλάκας [9]. Πρόσφατα δείχθηκε ότι πιο προηγμένες μέθοδοι, που βασίζονται στην ανάλυση της υφής σε διαφορετικές συχνότητες, μπορούν επίσης να χαρακτηρίσουν διαφορετικούς τύπους πλακών [10], [11]. Σκοπός Με τη βοήθεια σύγχρονων και δοκιμασμένων μεθόδων ανάλυσης της υφής και της κινητικότητας του αρτηριακού τοιχώματος, προτείνουμε τη σε βάθος διερεύνηση διαφορετικών περιοχών του τοιχώματος, συμπεριλαμβανομένων τόσο της ίδιας της αλλοίωσης, όσο και του τοιχώματος παραπλεύρως αυτής, καθώς και του αυχένα της, δηλαδή της περιοχής στο όριο μεταξύ αλλοίωσης και γειτονικού τοιχώματος (Εικόνα 1α, β, γ). Η εστίαση σε περιοχές του παράπλευρου τοιχώματος αιτιολογείται από πρόσφατα ευρήματα, σύμφωνα με τα οποία (α) η μορφολογία [12] και η κινητικότητα [13] του τοιχώματος παραπλεύρως της αλλοίωσης έχουν θετική συσχέτιση με το βαθμό στένωσης και την εμφάνιση καρδιαγγειακών Τελική αναφορά - Δεκέμβριος 2013 2

επεισοδίων, αντίστοιχα, και (β) το πάχος διαφορετικών στρωμάτων έχει διαφορετική απόκριση στην έκθεση σε κλινικούς παράγοντες κινδύνου [14]. (α) (δ) (β) (ε) (γ) (στ) Εικόνα 1. Παραδείγματα υπερηχογραφικών εικόνων (α) της αθηρωματικής αλλοίωσης της καρωτίδας, (β) του αυχένα και (γ) του υγιούς τοιχώματος παραπλεύρως αυτής. Οι εικόνες (δ)-(στ) απεικονίζουν τα αντίστοιχα σημεία που επιλέχθησαν για την ανάλυση της κίνησης. Oι παράμετροι υφής και κινητικότητας συσχετίσθηκαν με εργαστηριακούς βιοχημικούς δείκτες, που περιλαμβάνουν κλασσικούς δείκτες (χοληστερόλη, τριγλυκερίδια, απολιποπρωτεΐνες, τρανσαμινάσες, κλπ.), φλεγμονώδεις παράγοντες (πχ. C-αντιδρώσα πρωτεΐνη και ιντερλευκίνη-6), οι οποίοι εμπλέκονται στην αποσταθεροποίηση της πλάκας [15], και δείκτες οξειδωτικού στρες, όπως η μυελοϋπεροξειδάση, που εμπλέκεται στη ρήξη της πλάκας και τα θρομβοεμβολικά ΑΕΕ [16]. Με τον τρόπο αυτό, θα ελεγχθεί η υπόθεση ότι (α) διαφορετικές περιοχές του τοιχώματος έχουν διαφορετικά χαρακτηριστικά υφής και ελαστικότητας και (β) τα χαρακτηριστικά αυτά έχουν διαφορετικό ρόλο στην έκθεση σε παράγοντες καρδιαγγειακού κινδύνου και στην εξέλιξη και παθοφυσιολογία της αθηροσκλήρυνσης. Μεθοδολογία 1. Συλλογή δεδομένων ασθενών Τελική αναφορά - Δεκέμβριος 2013 3

Η πληθυσμιακή ομάδα μελέτης περιλαμβάνει 20 άνδρες (25 αγγεία) με στένωση καρωτίδων μεγαλύτερη από 50%, χωρίς ιστορικό αγγειακών εγκεφαλικών επεισοδίων (AEE). Η εξέταση των ασθενών πραγματοποιήθηκε πρωινές ώρες κατόπιν 8ωρης νηστείας. Για την προτεινόμενη μελέτη εξασφαλίστηκε άδεια εκπόνησης από την επιτροπή βιοηθικής του Γ.Ν.Α. «Γ.Γεννηματάς». Όλοι οι ασθενείς συγκατατέθηκαν εγγράφως για τη συμμετοχή τους στη μελέτη, κατόπιν επεξήγησης του επιστημονικού σκοπού της και της διατήρησης της ανωνυμίας τους. Συλλογή κλινικών δεδομένων Τα δημογραφικά στοιχεία και το ιατρικό ιστορικό των ασθενών καταγράφηκαν σε ειδικά δομημένο ερωτηματολόγιο, που αποτυπώνει τους κλινικούς προδιαθεσικούς παράγοντες καρδιαγγειακής νόσου. Η συλλογή των κλινικών δεδομένων ολοκληρώνεται με μία σύντομη κλινική εξέταση και καταγραφή της αρτηριακής πίεσης. Συλλογή απεικονιστικών δεδομένων Στη συνέχεια, οι ασθενείς υποβλήθηκαν σε υπερηχοτομογραφία β-σάρωσης και έγχρωμη Doppler των καρωτίδων. Τα απεικονιστικά δεδομένα περιλαμβάνουν ακολουθίες εικόνων διάρκειας τουλάχιστον τριών καρδιακών κύκλων, με επικέντρωση στην καταγραφή της κίνησης των αθηρωματικών πλακών, του γειτονικού τοιχώματος των αγγείων καθώς και του αυχένα. Στους 15 ασθενείς που δε χειρουργήθηκαν, προγραμματίστηκε επανάληψη (follow up) της υπερηχογραφικής εξέτασης μετά από 6 μήνες, ώστε να ελεγχθεί η ύπαρξη μεταβολών στα χαρακτηριστικά υφής και κινητικότητας. Συνολικά επανελέγχθηκαν 12 ασθενείς (15 αγγεία), δεδομένου ότι 3 δεν προσήλθαν. Συλλογή βιολογικού υλικού Τέλος, οι ασθενείς υποβλήθηκαν σε αιμοληψία. Ελήφθησαν 8 ml φλεβικού αίματος από κάθε ασθενή και στη συνέχεια το δείγμα φυγοκεντρήθηκε. Ο ορός αποθηκεύτηκε σε ειδικά σωληνάρια τα οποία μεταφέρονταν στο Εργαστήριο Πειραματικής Χειρουργικής και Χειρουργικής Ερεύνης για βιοχημικές αναλύσεις. Η μεταφορά των δειγμάτων πληρούσε όλους τους κανόνες που αφορούν την ασφαλή αποθήκευση και διακίνηση βιολογικών υλικών και παραγώγων αίματος. 2. Ανάλυση δεδομένων ασθενών Ανάλυση απεικονιστικών δεδομένων Η ανάλυση των απεικονιστικών δεδομένων περιλαμβάνει ανάλυση της υφής και της κίνησης των τριών διαφορετικών περιοχών του τοιχώματος που μελετήθηκαν, δηλαδή του τοιχώματος, της πλάκας και του αυχένα. Τελική αναφορά - Δεκέμβριος 2013 4

Η ανάλυση υφής πραγματοποιήθηκε με χρήση στατιστικών μεθόδων [10] καθώς και μεθόδων μετασχηματισμών [11]. Τα χαρακτηριστικά υφής υπολογίστηκαν χωριστά για εικόνες που αντιστοιχούν σε διαστολές και χωριστά για εκείνες που αντιστοιχούν σε συστολές. Συνολικά εκτιμήθηκαν 16 στατιστικά χαρακτηριστικά και 14 χαρακτηριστικά μετασχηματισμού. Οι στατιστικές μέθοδοι ανάλυσης της υφής περιλαμβάνουν ανάλυση 2 ης τάξης, με την οποία μπορεί να ποσοτικοποιηθεί η κατανομή των φωτεινοτήτων στους απεικονιζόμενους ιστούς. Οι παράμετροι που εκτιμήθηκαν περιλαμβάνουν την αντίθεση (contrast), συσχέτιση (correlation), ομοιογένεια (homogeneity) και ενέργεια (energy), σε τέσσερις διαφορετικές κατευθύνσεις της εικόνας, δηλαδή στις 0 0, 45 0, 90 0 και 135 0. Οι μέθοδοι μετασχηματισμού περιλαμβάνουν ανάλυση των ετερογενών περιοχών του τοιχώματος σε συντεταγµένες χώρου και κλίµακας. Έτσι, γίνεται δυνατή εκτός από την ποσοτικοποίηση των γκρι επιπέδων και η συχνότητα αλλαγής τους. Η συχνότητα συνδέεται άμεσα με την κατανομή στοιχείων του ιστού με παρόμοιες ιδιότητες στις περιοχές του τοιχώματος. Στη μελέτη εφαρμόστηκε η μέθοδος wavelet packets (WP), σύμφωνα με την οποία η εικόνα αποσυντίθεται σε διαφορετικά επίπεδα ανάλυσης, 3 σε αυτή την περίπτωση. Στο πρώτο επίπεδο ανάλυσης, προκύπτουν 4 νέες εικόνες, που περιλαμβάνουν την εικόνα προσέγγισης και τρεις εικόνες λεπτομέρειας (οριζόντια, κάθετη και διαγώνια). Σε κάθε ένα από τα επόμενα επίπεδα, κάθε μία από τις νέες εικόνες αποσυντίθεται σε 4 αντίστοιχες καινούργιες. Στη μελέτη χρησιμοποιήσαμε εικόνες που προκύπτουν από την οριζόντια κατεύθυνση αποσύνθεσης, καθώς αυτές έχουν δειχθεί ότι μπορούν να χαρακτηρίσουν καλύτερα το τοίχωμα της καρωτίδας [11]. Η ανάλυση κίνησης πραγματοποιήθηκε σε χρονικές ακολουθίες διαμήκων τομών εικόνων υπερήχων, με χρήση μεθόδου προσαρμοστικής ταύτισης περιοχών (adaptive block matching) [13]. Οι μετρήσεις πραγματοποιήθηκαν σε συγκεκριμένα σημεία των εικόνων, όπως φαίνεται στην Εικόνα 1δ, ε, στ. Από τις κυματομορφές που προέκυψαν από την ανάλυση, υπολογίστηκαν 14 παράμετροι ακτινικών, διαμήκων και διατμητικών παραμορφώσεων, τόσο στην ίδια την αθηρωματική πλάκα και τον αυχένα της, όσο και στο τοίχωμα παραπλεύρως αυτής, σύμφωνα με ό,τι αναφέρεται στις εργασίες [13] και [17]. Βιοχημικές αναλύσεις Για την εκτεταμένη μελέτη των διαταραγμένων ομοιοστατικών μηχανισμών που εμπλέκονται στην αποσταθεροποίηση των αθηρωματικών πλακών και την πρόκληση ΑΕΕ, διενεργήθηκε σειρά προσδιορισμών στον ορό ή στο πλάσμα του αίματος των ασθενών που περιλαμβάνουν: (α) κλασσικές βιοχημικές παραμέτρους, που μετρήθηκαν σε βιοχημικό αναλυτή, καθώς και (β) περοξειδάση και Τελική αναφορά - Δεκέμβριος 2013 5

αδιπονεκτίνη, που εμπλέκονται στην αποσταθεροποίηση της πλάκας, και μετρήθηκαν με φωτόμετρο BIORAD και με τη μέθοδο ELISA, αντίστοιχα. Στατιστική ανάλυση Οι αριθμητικές μεταβλητές περιγράφονται ως μέσοι όροι ± 1 τυπική απόκλιση ενώ οι κατηγορικές ως συχνότητες και ποσοστά %. Η κανονικότητα των κατανομών εκτιμήθηκε με τον έλεγχο Kolmogorov Smirnov και γραφικές μεθόδους. Οι συγκρίσεις μεταξύ 2 ανεξαρτήτων ομάδων πραγματοποιήθηκαν με το μη παραμετρικό έλεγχο Student s t-test και το μη παραμετρικό έλεγχο Mann Whitney s U test, ως αρμόζει. Οι συγκρίσεις μεταξύ πολλαπλών ομάδων πραγματοποιήθηκαν με ανάλυση διακύμανσης (ANOVA) και τον εκ των υστέρων έλεγχο False Discovery Rate (FDR) των Benjamini & Hochberg. Σε περιπτώσεις ταυτόχρονης εξέτασης πολλαπλών εξαρτημένων μεταβλητών ή κανονικοποίησης ως προς τρίτες παραμέτρους θα χρησιμοποιηθεί πολλαπλή ανάλυση διακύμανσης (MANOVA) και ανάλυσης συνδιακύμανσης (ANCOVA), αντίστοιχα. Ως μη παραμετρική δοκιμασία για τη διενέργεια συγκρίσεων πολλαπλών ομάδων χρησιμοποιήθηκε ο έλεγχος Kruskal- Wallis, με χρήση της δοκιμασίας Mann-Whitney s U test και του FDR ως εκ των υστέρων ελέγχους. Οι πιθανές συσχετίσεις εκτιμήθηκαν με τον υπολογισμό του συντελεστή συσχέτισης Pearson και με τον υπολογισμό του μη παραμετρικού Spearman s rho, ως αρμόζει. Στατιστικώς σημαντικές θεωρήθηκαν οι περιπτώσεις όπου η μηδενική υπόθεση μπορεί να απορριφθεί με πιθανότητα >95% (α=0.05). Αποτελέσματα Μεταξύ των παραμέτρων υφής, στατιστικά σημαντικές διαφορές εντοπίστηκαν μεταξύ περιπτώσεων χαμηλής (< 70%) και υψηλής (> 70%) στένωσης για την περιοχή του αυχένα της πλάκας. Ο Πίνακας 1 παρουσιάζει τις τιμές αυτών των παραμέτρων. Όπως βλέπουμε, τα χαρακτηριστικά που είναι σημαντικά στη συστολή (16) είναι περισσότερα από εκείνα που αντιστοιχούν στη διαστολή (11). Πλην ενός, όλες οι παράμετροι της διαστολής εμφανίζονται και στη συστολή. Το εύρημα αυτό δείχνει ότι (α) η φάση του καρδιακού κύκλου όπου γίνεται η ανάλυση υφής πρέπει να είναι συγκεκριμένη, ώστε να είναι συγκρίσιμα τα αποτελέσματα διαφορετικών μετρήσεων/μελετών, και (β) η συστολή αναδεικνύει καλύτερα τα χαρακτηριστικα υφής. Τελική αναφορά - Δεκέμβριος 2013 6

Πίνακας 1. Μέσες τιμές ± τυπικές αποκλίσεις χαρακτηριστικών υφής που βρέθηκαν στατιστικά σημαντικά μεταξύ περιπτώσεων χαμηλής(< 70%) και υψηλής (> 70%) στένωσης. Οι μετρήσεις αφορούν στον αυχένα της πλάκας. 1, 2, 3: επίπεδα αποσύνθεσης. Dh: οριζόντια εικόνα λεπτομέρειας, A: εικόνα προσέγγισης. Α. Διαστολή Χαρακτηριστικό υφής Στένωση < 70% Στένωση > 70% n = 11 n = 14 Contrast (0 0 ) 829.7±658.7 384.0±303.3 Contrast (45 0 ) 1975.4±1416.3 986.4±520.9 Contrast (90 0 ) 1659.0±1131.0 930.1±474.2 Contrast (135 0 ) 1980.9±1258.1 1171.3±646.6 Correlation (0 0 ) 0.90±0.05 0.95±0.03 Correlation (45 0 ) 0.77±0.12 0.86±0.07 Dh 3 A 2 A 1 (m) 20.84±14.36 34.45±11.62 Dh 3 A 2 A 1 (s) 39.33±24.04 62.99±21.29 Dh 3 Dh 2 A 1 (m) 11.37±.67 16.92±4.05 Dh 3 Dh 2 A 1 (s) 22.53±14.72 32.34±8.12 Dh 3 Dh 2 Dh 1 (s) 10.19±7.15 14.99±3.69 Β. Συστολή Contrast (0 0 ) 994.6±841.8 399.9±289.6 Contrast (45 0 ) 2309.9±2226.8 1023.7±525.7 Contrast (90 0 ) 1910.0±1587.8 934.7±443.3 Contrast (135 0 ) 2267.3±1708.2 1166.2±581.0 Correlation (0 0 ) 0.88±.05 0.95±0.03 Correlation (45 0 ) 0.74±.12 0.86±0.06 Correlation (90 0 ) 0.78±0.09 0.88±0.05 Correlation (135 0 ) 0.74±0.10 0.85±0.07 Dh 2 A 1 (m) 10.68±7.80 16.40±4.77 Dh 3 A 2 A 1 (m) 17.13±13.44 35.36±10.64 Dh 3 A 2 A 1 (s) 33.42±25.12 64.55±21.06 Dh 3 Dh 2 A 1 (m) 9.48±6.75 17.69±5.68 Dh 3 Dh 2 A 1 (s) 19.92±13.67 32.21±10.26 Dh 3 A 2 Dh 1 (m) 3.49±2.69 5.65±1.50 Dh 3 A 2 Dh 1 (s) 7.04±5.01 11.04±3.13 Dh 3 Dh 2 Dh 1 (m) 4.60±3.58 7.95±3.29 Τελική αναφορά - Δεκέμβριος 2013 7

Στα πλαίσια μίας προκαταρκτικής μελέτης των χαρακτηριστικών υφής που προκύπτουν από το μετασχηματισμό WP διαπιστώθηκαν διαφορές μεταξύ πλάκας και γειτονικού τοιχώματος, γεγονός που δείχνει την ύπαρξη ασυνεχειών στον ιστό του τοιχώματος με αποτέλεσμα να καθίσταται ευάλωτη η αθηρωματική πλάκα [18]. Οι μέσες τιμές και τυπικές αποκλίσεις των παραμέτρων παραμόρφωσης παρουσιάζονται στον Πίνακα 2. Όπως βλέπουμε, όλα τα μεγέθη παραμόρφωσης που αντιστοιχούν στο γειτονικό της πλάκας τοίχωμα (ΑΠ1-4, ΔΠ1-4 και ΔμΠ1-3) είναι μεγαλύτερα στους ασθενείς με σοβαρή (>70%) στένωση. Από αυτά, δύο μεγέθη, η διαμήκης παραμόρφωση στη θέση 1 (σε απόσταση 0.5 εκ. από την πλάκα) και η διατμητική παραμόρφωση στη θέση 2 (σε απόσταση 1 εκ. από την πλάκα), είναι σημαντικά υψηλότερες στις περιπτώσεις αυτές. Το εύρημα αυτό δείχνει ότι η αθηρωματική πλάκα μεγάλης στένωσης μπορεί να παρασύρει το γειτονικό της τοίχωμα κατά την κίνησή της με τον καρδιακό κύκλο. Πίνακας 2. Μέσες τιμές ± τυπικές αποκλίσεις παραμέτρων παραμόρφωσης για αγγεία με χαμηλές (< 70%) και υψηλές (> 70%) στενώσεις των καρωτίδων. Ο αστερίσκος ( * ) δείχνει στατιστικά σημαντική διαφορά μεταξύ των δύο ομάδων αγγείων. n: πλήθος αγγείων. ΑΠ: ακτινική παραμόρφωση, ΔΠ: διαμήκης παραμόρφωση, ΔμΠ: διατμητική παραμόρφωση. Με σκούρα γραμματοσειρά επισημαίνονται οι παράμετροι για τις οποίες βρέθηκαν στατιστικά σημαντικές διαφορές μεταξύ των δύο ομάδων. Α. Τοίχωμα Στένωση < 70% n = 11 Στένωση > 70% n = 14 ΑΠ1 3.99±1.78 5.28±2.65 ΑΠ2 4.49±1.18 5.53±2.78 ΑΠ3 4.54±1.36 6.55±5.40 ΔΠ1 3.88±1.11 5.53±1.72* ΔΠ2 2.35±1.17 2.73±1.01 ΔΠ3 3.95±1.44 4.89±1.80 ΔΠ4 2.33±0.99 2.33±0.75 ΔμΠ1 0.21±0.05 0.22±0.10 ΔμΠ2 0.19±0.08 0.26±0.09* ΔμΠ3 0.26±0.19 0.24±0.10 Β. Πλάκα ΑΠ 3.18±1.93 3.99±2.70 ΔμΠ 0.09±0.07 0.07±0.05 Τελική αναφορά - Δεκέμβριος 2013 8

Γ. Αυχένας ΑΠ 3.57±1.87 4.57±2.67 ΔμΠ 0.12±0.03 0.11±0.06 Στον Πίνακα 3 παρουσιάζονται οι τιμές των παραμέτρων κίνησης στην αρχική μέτρηση και κατά τον επανέλεγχο. Όπως παρατηρούμε, στις περιπτώσεις χαμηλής στένωσης, η διαμήκης παραμόρφωση στη θέση 1 (σε απόσταση 0.5 cm από το διχασμό) αυξήθηκε κατά τον επανέλεγχο. Στις περιπτώσεις υψηλής στένωσης, το μέγεθος που αυξήθηκε σημαντικά κατά τον επανέλεγχο ήταν η διατμητική παραμόρφωση στην περιοχή του αυχένα. Τα δύο αυτά ευρήματα δείχνουν ότι η εξέλιξη της νόσου επηρεάζει την κινητικότητα τόσο της αθηρωματικής αλλοίωσης όσο και του υγιούς τοιχώματος. Πίνακας 3. Μέσες τιμές ± τυπικές αποκλίσεις παραμέτρων παραμόρφωσης για αγγεία με χαμηλές (< 70%) και υψηλές (> 70%) στενώσεις των καρωτίδων, κατά την αρχική και επαναληπτική μέτρηση. Ο αστερίσκος ( * ) δείχνει στατιστικά σημαντική διαφορά μεταξύ των μετρήσεων. n: πλήθος αγγείων. ΑΠ: ακτινική παραμόρφωση, ΔΠ: διαμήκης παραμόρφωση, ΔμΠ: διατμητική παραμόρφωση, π: πλάκας, α: αυχένα. Με σκούρα γραμματοσειρά επισημαίνονται οι παράμετροι για τις οποίες βρέθηκαν στατιστικά σημαντικές διαφορές μεταξύ των δύο ομάδων. Α. Χαμηλή στένωση (<70%) n = 10 Αρχική μέτρηση Επανέλεγχος ΑΠ1 4.15±1.92 4.70±1.65 ΑΠ2 4.63±1.25 5.12±0.64 ΑΠ3 4.82±1.28 5.18±0.78 ΔΠ1 3.79±1.17 6.89±4.55* ΔΠ2 2.02±0.60 2.90±1.35 ΔΠ3 3.61±1.09 4.31±1.59 ΔΠ4 2.25±1.02 2.20±0.75 ΔμΠ1 0.22±0.05 0.29±0.15 ΔμΠ2 0.16±0.05 0.24±0.10 ΔμΠ3 2.29±0.20 0.30±0.11 ΑΠπ 3.38±2.07 3.45±1.78 ΔμΠπ 0.09±0.08 0.06±.03 ΑΠα 3.64±2.05 3.94±1.85 ΔμΠα 0.11±0.04 0.13±0.10 Τελική αναφορά - Δεκέμβριος 2013 9

Β. Υψηλή στένωση (> 70%) n = 5 ΑΠ1 7.18±2.40 6.06±3.74 ΑΠ2 7.05±2.21 5.94±2.43 ΑΠ3 6.42±1.73 5.13±1.04 ΔΠ1 5.57±1.17 5.16±2.53 ΔΠ2 2.91±0.92 2.62±1.40 ΔΠ3 5.03±1.35 4.09±1.43 ΔΠ4 2.62±1.00 3.27±0.79 ΔμΠ1 0.25±0.09 0.30±0.15 ΔμΠ2 0.29±0.05 0.28±0.03 ΔμΠ3 0.30±0.09 0.29±0.05 ΑΠπ 5.49±2.74 6.06±3.77 ΔμΠπ 0.06±0.04 0.08±0.04 ΑΠα 5.62±1.19 4.44±1.10 ΔμΠα 0.10±0.03 0.21±.02* Τέλος, όσον αφορά στις συσχετίσεις μεταξύ βιοχημικών δεικτών και υπερηχογραφικών παραμέτρων, βρέθηκαν αρνητικές συσχετίσεις μεταξύ διαφορετικών παραμέτρων υφής και βιοχημικών δεικτών. Πιο συγκεκριμένα, στατιστικές παράμετροι υφής του τοιχώματος (contrast, correlation, energy και homogeneity) παρουσίασαν αρνητική συσχέτιση με τη γ-gt τόσο στη διαστολή όσο και στη συστολή, και με τις glucose και ALP στη διαστολή. Η παράμετρος Dh 3 A 2 A 1 (s) στη συστολή παρουσίασε αρνητική συσχέτιση με την LDL-cholesterol. Είκοσι (20) παράμετροι υφής της αθηρωματικής πλάκας σε εικόνες διστολής συσχετίσθηκαν αρνητικά με τους βιοχημικούς δείκτες urea, ALP και περοξειδάση, ενώ σε εικόνες συστολής 21 παράμετροι υφής συσχετίσθηκαν με τις totalcholesterol, LDL-cholesterol, SGPT και περοξειδάση. Στον αυχένα, στατιστικές κυρίως παράμετροι υφής συσχετίσθηκαν με τις ALP (διαστολή), TG (συστολή) και uric acid (διαστολή και συστολή). Για τις ανωτέρω συσχετίσεις, το επίπεδο σημαντικότητας ήταν μικρότερο από 0.05. Οι ισχυρότερες συσχετίσεις (p-value<0.01) εντοπίστηκαν μεταξύ του correlation (0 0 ) στο τοίχωμα κατά τη συστολή και της glucose, καθώς και μεταξύ του contrast (0 0 ) και πέντε παραμέτρων μετασχηματισμού στην αθηρωματική πλάκα κατά τη διαστολή και της περοξειδάσης. Συζήτηση Τελική αναφορά - Δεκέμβριος 2013 10

Στην παρούσα μελέτη διερευνήθηκε ένα πλήθος παραμέτρων υφής και κίνησης του τοιχώματος της καρωτίδας, από εικόνες υπερήχων, σε μία προσπάθεια να αναδειχθεί η σημασία των παραμέτρων αυτών στη διάγνωση της υποκλινικής αθηρωματικής νόσου. Σε ένα σχετικά περιορισμένο, αλλά πολύ προσεκτικά επιλεγμένο δείγμα ασθενών, τα ευρήματα έδειξαν ότι οι υπερηχογραφικές παράμετροι υφής και κίνησης μπορούν να περιγράψουν πολύπλοκα φαινόμενα που λαμβάνουν χώρα κατά μήκος του αρτηριακού τοιχώματος. Είναι σημαντικό να τονιστεί ότι τα υπερηχογραφικά αυτά μεγέθη έχουν τοπικό χαρακτήρα, δηλαδή μπορούν να περιγράψουν μηχανικά φαινόμενα σε διαφορετικές περιοχές του παθολογικού αρτηριακού τοιχώματος. Πιο συγκεκριμένα, η ανάλυση της υφής έδειξε ότι ο αυχένας της πλάκας είναι η περιοχή που διαφέρει σημαντικά μεταξύ ασθενών με μέση (<70%) και σοβαρή (>70%) στένωση. Συνεπώς, είναι σημαντική η περαιτέρω διερεύνηση της μικρής αυτής περιοχής του αθηρωματικού αρτηριακού τοιχώματος, η οποία διευκολύνεται με χρήση της απεικόνισης με υπερήχους. Οι διαφορές της υφής μεταξύ των διαφορετικών περιοχών του τοιχώματος (πλάκα, γειτονικό αυτής, αυχένας) οφείλονται σε ανομοιογενή κατανομή των παραμορφώσεων που ασκούνται κατά μήκος αυτού κατά τη διάρκεια του καρδιακού κύκλου. Οι διαφορές στις μηχανικές παραμορφώσεις μπορούν να επηρεάσουν την κυτταρική σύσταση και τη σταθερότητα των αθηρωματικών πλακών, επιδρώντας κυρίως στην περιοχή του αυχένα [19]. Μελέτες σε παθολογοανατομικά παρασκευάσματα έχουν αναδείξει πως στην περιοχή του αυχένα της αθηρωματικής πλάκας το πάχος της ινώδους κάψας είναι λεπτό, ενώ συνυπάρχει αυξημένη νεοαγγείωση και μικροαιμορραγίες, γεγονότα που καθιστούν τον αυχένα εισόδου ροής, 'Αχίλλειο πτέρνα' της καρωτιδικής πλάκας [20]. Επιπλέον, με την ανάλυση της υφής αναδείχθηκε η σημασία της φάσης του καρδιακού κύκλου στην οποία έχουν γίνει οι μετρήσεις. Δεδομένου ότι ένα πλήθος μελετών στη βιβλιογραφία αναφέρουν τιμές παραμέτρων υφής για τυχαία φάση του καρδιακού κύκλου, είναι σημαντικό σε μελλοντικές μελέτες οι μετρήσεις να γίνονται σε προκαθορισμένη χρονική στιγμή του κύκλου. Το συμπέρασμα αυτό μπορεί να επεκταθεί και στην περίπτωση άλλων υπερηχογραφικών μετρήσεων που πραγματοποιούνται σε στατικές εικόνες, όπως η μέτρηση του πάχους του έσωμέσου χιτώνα. Η παρούσα μελέτη έδειξε ότι στη συστολή, τη φάση κατά την οποία ο ιστός είναι σχετικά συμπιεσμένος λόγω της αυξημένης πίεσης κατά την καρδιακή συστολή, διακρίνονται καλύτερα διαφορές μεταξύ των δύο περιπτώσεων. Οι συσχετίσεις των παραμέτρων υφής με βιοχημικούς δείκτες υποδεικνύουν ότι η πληροφορία που μπορεί να εξαχθεί από τις εικόνες υπερήχων είναι ιδιαίτερα Τελική αναφορά - Δεκέμβριος 2013 11

χρήσιμη για τη μελέτη των πολύπλοκων μηχανισμών της αθηροσκλήρωσης ακόμα και σε κυτταρικό επίπεδο. Η ανάλυση της κίνησης του αθηρωματικού τοιχώματος ανέδειξε τη χρησιμότητα της πληροφορίας της γειτονικής της πλάκας περιοχής, ενισχύοντας παρόμοια συμπεράσματα προηγούμενων μελετών ([12], [13]). Συγκεκριμένα, η διαμήκης και η διατμητική παραμόρφωση στο κάτω (εν τω βάθει) τοίχωμα, σε απόσταση 1 cm από το διχασμό, ήταν σημαντικά υψηλότερες σε ασθενείς με στένωση > 70%. Οι αθηρωματικές πλάκες των ασθενών αυτών προκαλούν μηχανικά φαινόμενα κατά τη διάρκεια του καρδιακού κύκλου πλησίον του διχασμού, δημιουργώντας προϋποθέσεις για περαιτέρω βλάβη του ενδοθηλίου και ενεργοποίηση του βιοχημικού και μοριακού καταρράκτη της αθηροσκλήρωσης. Για την ενίσχυση της σημασίας των ευρημάτων της μελέτης είναι απαραίτητη η διεξαγωγή περαιτέρω εργασιών σε μεγαλύτερο πληθυσμό και σε επαρκές βάθος, ώστε να διερευνηθεί όχι μόνον η διαγνωστική αλλά και η προγνωστική αξία των προτεινόμενων μεγεθών. Συμπέρασμα Συμπεραίνουμε ότι υπερηχογραφικοί δείκτες υφής και κινητικότητας μπορούν να περιγράψουν μηχανικά φαινόμενα που λαμβάνουν χώρα σε διαφορετικές περιοχές του παθολογικού αρτηριακού τοιχώματος, και να συνεισφέρουν στην αξιολόγηση του καρδιαγγειακού κινδύνου, σε ένα πλαίσιο εξατομικευμένης, μη παρεμβατικής και οικονομικής διάγνωσης. Τελική αναφορά - Δεκέμβριος 2013 12

Βιβλιογραφία [1] Α. Ν. Nicolaides, S. Kakkos, E. Kyriacou, et al. Asymptomatic internal carotid artery stenosis and cerebrovascular risk stratification. J Vasc Surg 2010; 52(4): 1486-1496. [2] J. Y. Streifler. Asymptomatic carotid stenosis: intervention or just stick to medical therapy the case for medical therapy. J Neural Transm 2011; 118: 637 640. [3] A. R. Naylor. Time to rethink management strategies in asymptomatic carotid artery disease. Nat Rev Cardiol 2012; 9: 116-124. [4] M. Cinthio, A. R. Ahlgren, J. Bergkvist, T. Jansson, H. W. Persson, and K. Lindström. Longitudinal movements and resulting shear strain of the arterial wall. Am J Physiology Heart and Circulatory Physiology 2006; 291(1): H394-H402. [5] S. Golemati, A. Sassano, M. J. Lever, A. A. Bharath, S. Dhanjil, and A. N. Nicolaides. Carotid artery wall motion estimated from B-mode ultrasound using region tracking and block matching. Ultrasound Med Biol 2003; 29(3): 387-399. [6] S. Meairs and M. Hennerici. Four-dimensional ultrasonographic characterization of plaque surface motion in patients with symptomatic and asymptomatic carotid artery stenosis. Stroke 1999; 30(9): 1807-1813. [7] J. Bang, T. Dahl, A. Bruinsma, J. H. Kaspersen, T. A. N. Hernes, and H. O. Myhre. A new method for analysis of motion of carotid plaques from rf ultrasound images. Ultrasound Med Biol 2003; 29(7): 967-976. [8] C. I. Christodoulou, C. S. Pattichis, M. Pantziaris, and A. N. Nicolaides. Texture-based classification of atherosclerotic carotid plaques. IEEE Trans Med Imaging 2003; 22(7): 902-912. [9] I. Mayor, S. Momjian, P. Lalive, and R. Sztajzel. Carotid plaque: comparison between visual and grey-scale median analysis. Ultrasound Med Biol 2003; 29 (7): 961-966. [10] C. I. Christodoulou, C. S. Pattichis, M. Pantziaris, and A. N. Nicolaides. Texture-based classification of atherosclerotic carotid plaques. IEEE Trans Med Imaging 2003; 22(7): 902-912. [11] N.Tsiaparas, S.Golemati, I.Andreadis, J.Stoitsis, I.Valavanis, K.S.Nikita. Comparison of multiresolution features for texture classification of carotid atherosclerosis from B-mode ultrasound. IEEE Trans Inf Technol Biomed 2011; 15(1): 130-137. [12] I. M. Graf, F. H. B. M. Schreuder, J. M. Hameleers, W. H. Mess, R. S. Reneman, and A. P. G. Hoeks. Wall irregularity rather than intima-media thickness is associated with nearby atherosclerosis. Ultrasound Med Biol 2009; 35(6): 955-961. Τελική αναφορά - Δεκέμβριος 2013 13

[13] A. Gastounioti, S. Golemati, J.S. Stoitsis, K.S. Nikita. Carotid artery wall motion analysis from B-mode ultrasound using adaptive block matching: in silico evaluation & in vivo application. Phys Med Biol 2013; 58(24): 8647-8661. [14] J. A. Bae, W. S. Kim, C. S. Rihal, and A. Lerman. Individual measurement and significance of carotid intima, media and intima-media thickness by b-mode ultrasonographic image processing. Arterioscler Thromb Vasc Biol 2006; 26: 2380-2385. [15] S. Ding, M. Zhang, Y. Zhao, et al. The role of carotid plaque vulnerability and inflammation in the pathogenesis of acute ischemic stroke. Am J Med Sci 2008; 336(1): 27-31. [16] S. Baldus, C. Heeschen, T. Meinertz, et al. Myeloperoxidase serum levels predict risk in patients with acute coronary syndromes. Circulation 2003; 108: 1440-1445. [17] S. Golemati, J. S. Stoitsis, A. Gastounioti, A. C. Dimopoulos, V. Koropouli, K. S. Nikita. Comparison of block matching and differential methods for motion analysis of the carotid artery wall from ultrasound images. IEEE Trans Inf Technol Biomed 2012; 16(5): 852-858. [18] S. Golemati, S. Lehareas, N. N. Tsiaparas, A. Chatziioannou, K.S. Nikita, D.N.Perrea. Multiresolution texture features of carotid artery wall and plaque toward identifying vulnerable asymptomatic cases from Bmode ultrasound. IEEE Ultrasonics Symposium, Prague, Czech Republic, 21-25 July 2013. [19] A. J. Bank, A. Versluis, S. M. Dodge, and W. H. Douglas. Atherosclerotic plaque rupture: a fatigue process? Med Hypotheses 2000; 55(6): 480-484. [20] I. Cicha, A. Wörner, K. Urschell, K. Beronov, M. Goppelt-Struebe, E. Verhoeven, W. G. Daniel, and C. D. Garlichs. Carotid plaque vulnerability: a positive feedback between hemodynamic and biochemical mechanisms. Stroke 2011; 42(12): 3502-3510. Τελική αναφορά - Δεκέμβριος 2013 14