Assessment of the dynamism of the left atrial appendage dimensions: a computer tomographic analysis

Abstract

Zusammenfassung Hintergrund und Ziele Hintergrund dieser Arbeit ist die zunehmende Prävalenz von Schlaganfällen in der heutigen Gesellschaft, bedingt durch Thrombenbildung im linken Vorhofohr bei Vorhofflimmern [1-3]. Abhängig vom Patientenrisiko, ermittelt anhand eines etablierten Scores ist die Therapie der Wahl die orale Antikoagulation, die für manche Patienten jedoch kontraindiziert ist [1]. In solchen Fällen steht der interventionelle Vorhofohrverschluss anhand eines Schirmes zur Verfügung [4]. Aufgrund der volumetrischen Information ermittelt durch computertomographische Bildgebung wird in der Kardiologie dazu übergegangen auch die präinterventionelle Planung, wie die Messung der Vorhofohren zur Bestimmung der Schirmgröße mittels Herz- Computertomographie durchzuführen, anstelle des Goldstandards - des transösophagealen Ultraschalls oder der invasiven Angiographie [5, 6]. Ziel dieser Arbeit war es, festzustellen, ob es einen Unterschied gibt in der Größe und Beweglichkeit der linken Vorhofohren zwischen Patienten mit Sinusrhythmus und solchen mit Vorhofflimmern. Die Fragestellung basiert auf der Annahme, bei Patienten mit Vorhofflimmern bestünde eine veränderte Hämostase, die die Bildung der Thromben im linken Vorhofohr fördert. Darüber hinaus wurde in dieser Arbeit zwecks interventioneller Planung der Zeitpunkt im Herzzyklus untersucht, in dem das Ostium der Vorhofohren am größten ist. Methoden In die retrospektive Studie wurden insgesamt 101 Patienten aufgenommen, 53 mit Vorhofflimmern, 48 mit Sinusrhythmus. Die Patienten bekamen die computertomographische Untersuchung prä- oder postinterventionell im Rahmen einer kathetergestützten Aortenklappenimplantation. Die Untersuchung wurde mittels des zur dritten Generation gehörenden Dual-Source-CT Somatom Force (Siemens Healthineers Forchheim, Germany) mit einer Röhrenspannung von 100 kV, einem Röhrenstrom-Zeit-Produkt von 500 mAs, einer Kollimation von 0,6 mm und einer Gantry-Rotationszeit von 250 ms durchgeführt. Durch -4- Multiphase Rekonstruktion wurden die Datensätze mittels des Faltungskern Siemens Bv40 rekonstruiert. Die Schichtdicke betrug 0,6 mm und das Inkrement 0,3 mm. Die Bildakquisition wurde mittels retrospektiver EKG-Triggerung bei 10-70 % des RR- Abstands mit voller Strahlung generiert. Außerhalb dieses Bereichs wurde die Strahlung um 20 % reduziert. Alle Datensätze wurden in die zur Verfügung stehenden kommerziellen Workstation Ziostation (Ziosoft Inc., Tokyo, Japan) importiert und prozessiert, wodurch ein Bild pro Herzschlag in zehn Abschnitte gegliedert wurde. Mittels multiplanarer Rekonstruktion wurde nun das Ostium des Vorhofohres eingestellt und der Umfang durch mindestens 18 Markierungen dargestellt. Das Programm errechnete daraus die Fläche, den Umfang sowie den minimalen und maximalen Durchmesser. Außerdem wurde die Länge des Vorhofohres durch Setzen eines Lotes von der Vorhofspitze auf die Fläche des Ostiums gemessen. Die Messungen wurden in einem Abstand von 10 % des Herzzyklus durchgeführt. Die Ergebnisse wurden nun zwischen den beiden Kohorten Sinusrhythmus und Vorhofflimmern verglichen, ebenso die Beweglichkeit der Vorhofohren durch Berechnung des prozentualen Unterschieds des jeweiligen Minimal- und Maximalwertes eines jeweiligen Parameters. Ergebnisse In der Kohorte der Patienten mit Vorhofflimmern lag der Mittelwert für die Fläche des Vorhofostiums bei 464,4 ± 153 mm2, bei Patienten mit Sinusrhythmus bei 359,1 ± 130,7 mm2 (p = 0,001). Der prozentuale Unterschied zwischen Minimal- und Maximalwert, welcher ein Maß für die Beweglichkeit darstellt, lag bei Patienten mit Vorhofflimmern bei 21 % (13; 42), bei Patienten mit Sinusrhythmus bei 88 % (60; 147) (p < 0,001). Das Maximum wurde bei Patienten mit Vorhofflimmern bei 40 ± 15 %, bei Patienten mit Sinusrhythmus bei 46 ± 13 % des Herzzyklus erreicht (p = 0,16). Für den Umfang lag der Mittelwert bei Patienten mit Vorhofflimmern bei 78,4 ± 2,0 mm, bei Patienten mit Sinusrhythmus bei 69,4±12,5mm (p=0,001). Der prozentuale Unterschied in der Kohorte Vorhofflimmern lag bei 10 % (7; 18), bei Sinusrhythmus bei 34 % (25; 52) (p < 0,001). Das Maximum wurde bei Patienten mit Vorhofflimmern bei 41 ± 19 %, bei Patienten mit Sinusrhythmus bei 47 ± 15 % des Herzzyklus erreicht (p = 0,23). -5- Für die Länge lag der Mittelwert bei Patienten mit Vorhofflimmern bei 19,3 ± 4,5 mm, in der Kohorte Sinusrhythmus bei 17,2 ± 3,5 mm (p = 0,036). Der prozentuale Unterschied lag bei Patienten mit Vorhofflimmern bei 13 % (9; 19), bei Sinusrhythmus bei 32 % (19; 53) (p < 0,001). Das Maximum wurde bei Patienten mit Vorhofflimmern bei 45 ± 27 %, bei Patienten mit Sinusrhythmus bei 53 ± 25 % des Herzzyklus erreicht (p = 0,11). Schlussfolgerung Im Kern zeigten die Ergebnisse, dass das Vorhofohr bei Patienten mit Vorhofflimmern größer und seine Dynamik, welche Folge der Kontraktionsfähigkeit des Vorhofohrs ist, während eines Herzschlags geringer ist als bei Patienten mit Sinusrhythmus. Weiterhin konnte festgestellt werden, dass die Maxima für die Fläche und den Umfang des Ostiums sowie für die Länge des Vorhofohres bei 40-50 % der Zeit zwischen zwei R–Zacken im EKG zu messen waren, welches der Vorhofdiastole entspricht. Diese Information ist entscheidend für die Wahl des Verschlussschirmes im Rahmen der interventionellen Planung.Abstract Background The prevalence of ischemic cerebrovascular events in the ageing population is increasing, due to atrial fibrillation, which accentuates the risk of thrombosis in the left atrial appendage [1-3]. Currently, the therapy of choice for patients with atrial fibrillation according to established clinical scores is an oral anticoagulation [1]. However, in patients with a high risk of bleeding on anticoagulation therapy, percutaneous mechanical occlusion of the left atrial appendage has emerged as an effective approach for stroke prevention [4]. Device sizing prior to left atrial appendage closure is primarily based on transesophageal echocardiography, as well as invasive angiographic measurements, and it can be challenging due to the complex and highly variable anatomy of the left atrial appendage. Computed tomography is a 3-dimensional imaging modality that is increasingly being used to plan structural heart disease interventions. It is also a promising technique for measuring left atrial appendage prior to occlusion [5, 6]. The objective of this study was to determine, if there is a difference in the size and motion of the left atrial appendage dimensions in patients with sinus rhythm and atrial fibrillation throughout the cardiac cycle. This question is based on the hypothesis that altered haemostasis is the cause of the formation of thromboses in the left atrial appendage in patients with atrial fibrillation Methods This single center retrospective study includes 101 patients, 48 with sinus rhythm and 53 with atrial fibrillation, referred for assessment prior to or following transcatheter aortic valve replacement. Computed tomography data sets were acquired with a third- generation dual source CT system (Somatom Force, Siemens Healthineers, Forchheim, Germany) using retrospectively ECG-triggered spiral acquisition. Scan parameters were as follows: tube voltage 100 kV, tube current time product 500 mAs, 0.6 mm collimation, 250 ms rotation time. ECG dose modulation was used with full radiation exposure between 10-70 % of the R-wave to R-wave interval and a dose reduction to 20 % outside -1- this window. All reconstructions were rendered using a medium soft convolution kernel (Siemens Bv40) with a slice thickness of 0.6 mm and slice increment of 0.3 mm. Data sets were displayed on a dedicated workstation to generate 10 reconstructions per cardiac cycle (Ziostation, Ziosoft Inc., Tokyo, Japan). Using multiphase reconstruction, the ostium of the left atrial appendage was adjusted, and the plane was traced with at least 18 points across its contour. The program automatically provided the area, circumference, and minimal and maximal diameter. For each left atrial appendage, the length, defined as the distance from the apex of the left atrial appendage to the plane of the ostium, was measured. The dimensions of the left atrial appendage ostium were compared in patients with sinus rhythm and atrial fibrillation. The percentage change in dimensions between the smallest measurement and the largest measurement of each parameter, which is indicative of the motion of the left atrial appendage, was also compared between both groups. Results The mean area and perimeter of the left atrial appendage ostium were significantly larger in atrial fibrillation patients compared to sinus rhythm patients (464 ± 153 mm2 vs. 359 ± 131 mm2 and 78.4 ± 12.0 mm vs. 69.4 ± 12.5 mm for atrial fibrillation vs. sinus rhythm patients, respectively, p = 0.001 and p < 0.001). The percentage difference between the maximal and minimal left atrial appendage dimensions was significantly higher for sinus rhythm patients compared with atrial fibrillation patients. Specifically, the median percent area change was 88 % (IQR 60; 147) in patients with sinus rhythm and 21 % (IQR 13; 42) in patients with atrial fibrillation, respectively, p < 0.001, while the median percent perimeter change was 34 % (IQR 25; 52) in patients with sinus rhythm and 10 % (IQR 7; 18) in patients with atrial fibrillation, respectively p < 0.001. The maximum area and perimeter were reached at 46 ± 13 % and 47 ± 15 % of the cardiac cycle for the patients with sinus rhythm, and at 40 ± 15 % and 41 ± 19 % in patients with atrial fibrillation. The difference was not significant with p = 0.16 and p = 0.23, respectively. The mean length of the left atrial appendage was significantly greater in atrial fibrillation patients compared with sinus rhythm patients (19,3 ± 4,5 mm vs. 17,2 ± 3,5 mm for atrial fibrillation vs. sinus rhythm patients, p = 0.036), and the median percentage change in length was significantly higher in sinus rhythm vs. atrial fibrillation (32% [IQR 19; 61 %] -2- vs. 13% [IQR 9; 19 %] for sinus rhythm vs. atrial fibrillation patients, respectively, p < 0.001). The longest longitudinal dimension of the left atrial appendage was detected in patients with sinus rhythm at 53 ± 25 % of the cardia cycle and in patients with atrial fibrillation at 45 ± 27 % (p = 0.11). Conclusion In this study, we could show that left atrial appendage dimensions are larger in patients with atrial fibrillation compared to patients with sinus rhythm. Additionally, the motion of the left atrial appendage is less in patients with atrial fibrillation than in those with sinus rhythm. Furthermore, we could show that the maximum measurements for the length of the left atrial appendage and the area and perimeter of its ostium are measured around 40-50 % of the electrocardiographic peak R-wave to R-wave. This information is crucial for adequate device sizing prior to interventional planning