Evaluation of percutaneous transluminal angioplasty outcome in patients with peripheral arterial disease using moden medical imaging techniques (CT and MR perfusion)

Abstract

Peripheral arterial disease (PAD) describes the impairment of blood flow to lower extremities as a result of stenoses or occlusions in lower limb arteries on a basis of atherosclerotic disease. Evaluation of PAD includes medical history, clinical examination, functional tests such as ankle-brachial index (ABI) and segmental limb pressures and anatomic/radiologic tests such as color duplex ultrasound (CDUS), computed tomography angiography (CTA) and magnetic resonance angiography (MRA). These modalities provide significant information about the distribution of macrovascular lesions of the limbs (stenoses, occlusions) but not for the local microvascular perfusion of the extremities. The goals of PhD thesis are 1) to emerge hypoperfusion of lower extremities in patients with critical limb ischemia (CLI) and estimate percutaneous transluminal angioplasty (PTA) results using CT and MR perfusion techniques, 2) to compare the abilities of different MR perfusion techniques and 3) to correlate the lower limb perfusion results with the clinical outcome of patients after PTA to determine the potential prognostic value of CT/MR perfusion techniques. Selected patients underwent CT and MR perfusion examinations with appropriate imaging protocols included sequences with (DCE-MRI) or without contrast administration (DW-MRI) before and after PTA. Moreover, the medical history, the predisposing factors and the clinical laboratory parameters of patients were recorded. The studies showed a significant improvement in MR / CT perfusion parameters after PTA. As far as CT perfusion technique, a correlation between CT perfusion parameters values and the clinical outcome of patients after revascularization was found. Moreover, further analysis of patients' MR examinations was performed and a correlation between perfusion parameters of DCE-MRI and DW-MRI was observed. Finally, an innovative technique of calculating limb perfusion using MRI without paramagnetic contrast (IVIM MRI) was tested and it was found to effectively show the results of PTA in patients with critical ischemia and highlight the differences in perfusion parameters between patients with peripheral arterial disease and healthy volunteers. CT perfusion, DCE-MRI and DW-MRI are reproducible techniques which can be useful tools for evaluation of lower limb hypoperfusion and estimation of PTA outcome in patients with CLI. The information provided by these examinations may aid reliable prediction of poor response to revascularization or an imminent amputation in patients with CLI. Moreover, they could be promising tools for monitoring of endovascular or surgical treatment and planning of revascularization strategy.

Η Περιφερική Αρτηριακή Νόσος (ΠΑΝ) χαρακτηρίζει τη μειωμένη αιματική ροή στο άκρο ως αποτέλεσμα στένωσης ή απόφραξης των αρτηριών του κάτω μέλους στα πλαίσια αθηροσκληρυντικής νόσου. Η αξιολόγηση της ΠΑΝ περιλαμβάνει τη λήψη ιατρικού ιστορικού, κλινική εξέταση, λειτουργικές δοκιμασίες όπως ο σφυροβραχιόνιος δείκτης και ακτινολογικές εξετάσεις, όπως το έγχρωμο υπερηχογράφημα Doppler (CDUS), η υπολογιστική αγγειογραφία (CTA) και η μαγνητική αγγειογραφία (MRA). Οι παραπάνω μέθοδοι παρέχουν σημαντικές πληροφορίες σχετικά με την κατανομή των μακροαγγειακών αλλοιώσεων των άκρων (στενώσεις, αποφράξεις) αλλά όχι για την μικροαγγειακή αιματική διήθηση (perfusion) των άκρων. Οι στόχοι της παρούσας διδακτορικής διατριβής είναι η ανάδειξη της υποαίματωσης των κάτω άκρων σε ασθενείς με κρίσιμη ισχαιμία άκρου (ΚΙΑ) και η εκτίμηση των αποτελεσμάτων της διαδερμικής αγγειοπλαστικής (PTA), με χρήση σύγχρονων τεχνικών ποσοτικής απεικόνισης όπως η τεχνική Αιματικής Διήθησης με Μαγνητικό Συντονισμό (MR Perfusion Imaging) και η τεχνική Αιματικής Διήθησης με Υπολογιστική Τομογραφία (CT Perfusion), η σύγκριση των δυνατοτήτων διαφορετικών τεχνικών MR Perfusion στην μελέτη της αιμάτωσης των άκρων και η συσχέτιση των αποτελεσμάτων αιματικής διήθησης με την κλινική εικόνα και τις απεικονιστικές εξετάσεις των ασθενών μετά την PTA για τον καθορισμό της πιθανής προγνωστικής αξίας του MR/CT Perfusion. Οι επιλεγέντες ασθενείς υποβλήθηκαν σε εξετάσεις αιματικής διήθησης με χρήση υπολογιστικού ή μαγνητικού τομογράφου και κατάλληλα απεικονιστικά πρωτόκολλα που περιλάμβαναν ακολουθίες με ή χωρίς χορήγηση σκιαγραφικής ουσίας πριν και μετά την PTA. Παράλληλα γινόταν καταγραφή του ιστορικού των ασθενών, προδιαθεσικών παραγόντων και κλινικοεργαστηριακών παραμέτρων. Από τα αποτελέσματα της μελέτης, παρατηρήθηκε σημαντική βελτίωση των παραμέτρων MR/CT perfusion μετά τη διαδερμική αγγειοπλαστική. Όσον αφορά την αξιολόγηση των ασθενών με τεχνική CT perfusion αναγνωρίστηκε συσχέτιση μεταξύ των τιμών CT perfusion και της κλινικής εικόνας των ασθενών μετά την επαναγγείωση. Παράλληλα, έγινε περαιτέρω ανάλυση των δεδομένων MR perfusion των ασθενών και παρατηρήθηκε συσχέτιση των παραμέτρων αιματικής διήθησης των ακολουθιών μετά από χορήγηση παραμαγνητικής ουσίας και των ακολουθιών που δεν απαιτούν τη χορήγηση της. Τέλος παρουσιάστηκε η χρήση μιας καινοτόμου τεχνικής υπολογισμού αιματικής διήθησης με χρήση μαγνητικού τομογράφου που δεν απαιτεί χορήγηση παραμαγνητικής ουσίας και μπορεί να αναδείξει με επιτυχία τόσο τα αποτελέσματα της διαδερμικής αγγειοπλαστικής σε ασθενείς με κρίσιμη ισχαιμία όσο και να αναδείξει τις διαφορές ως προς την αιμάτωση του άκρου μεταξύ ασθενών με περιφερική αρτηριακή νόσο και μαρτύρων. Οι τεχνικές αιματικής διήθησης με χρήση υπολογιστικής ή μαγνητικής τομογραφίας είναι αξιόπιστες εφαρμογές που μπορούν να αποτελέσουν χρήσιμα εργαλεία για την αξιολόγηση της υποαιμάτωσης των κάτω άκρων και την εκτίμηση των αποτελεσμάτων της διαδερμικής αγγειοπλαστικής σε ασθενείς με κρίσιμη ισχαιμία. Οι πληροφορίες που παρέχονται από αυτές τις εξετάσεις μπορεί να βοηθήσουν στην αξιόπιστη πρόβλεψη της ανταπόκρισης στη θεραπεία επαναγγείωσης καθώς και ως εργαλεία για την παρακολούθηση των αποτελεσμάτων της ενδαγγειακής ή χειρουργικής θεραπείας και του σχεδιασμού της στρατηγικής επαναγγείωσης.