BACKGROUND: Internal carotid artery stenosis is a major etiological factor causing cerebrovascular events. Carotid endarterectomy (CEA) has been shown to reduce the risk of future cerebrovascular events. It is increasingly recognized that in addition to stenosis, plaque morphology plays an important role in determining plaque stability. The evolution of imaging modalities such as ultrasound and of computer-assisted image analysis has led to the development of objective, reproducible methods to assess plaque morphology. Previous studies have identified differences in plaque morphology between asymptomatic plaques and those causing different cerebrovascular events and between men and women. Moreover, similarities in morphology between plaques in the carotid arteries have been reported. However, methods used in these studies were mostly subjective, and no study has evaluated these findings using digital image analysis in individuals referred for CEA. METHODS: Eighty-four neurologically symptomatic and asymptomatic men and women referred for CEA underwent duplex ultrasound examinations and completed a questionnaire regarding their current medications, family history of cardiovascular disease and past medical history, including their most recent cerebrovascular event. We normalized image brightness, outlined atherosclerotic plaques and used computer software to extract 12 histogram/textural features from the outlined plaques. Three substudies were performed.1) First, we compared ipsilateral plaques features between asymptomatic patients and those with different cerebrovascular symptoms (amaurosis fugax, transient ischemic attack (TIAs) and stroke). 2) Second, we evaluated the degree of correlation of these plaque features between ipsilateral and contralateral carotids in the various symptom subgroups and in the overall population. 3) Thirdly, we compared these plaque features between men and women, on both ipsilateral and contralateral sides. RESULTS: 1) Ipsilateral plaques from asymptomatic patients were more echogenic, as described by plaque type, grayscale median (GSM), percentage of pixels below grayscale values of 10, 30 and 50 (PPCS1, bel_30, bel_50), compared with all symptom groups except TIA. Asymptomatic plaques trended toward greater homogeneity, as described by runlength short-run-emphasis (runl SRE) and skewness than symptomatic plaques as a group and amaurosis fugax plaques. Amaurosis fugax plaques were characterized by significantly greater echolucency than all other groups and also trended toward a significantly more homogeneous appearance than TIA plaques, as described by spatial gray level dependence angular second moment (SGLD ASM) and SLGD homogeneity. 2) The strongest correlations between the carotids were observed in spatial gray level dependence matrices information measure of correlation-1 (SGLDM IMC-1; heterogeneity), SGLDM correlation and skewness (heterogeneity), bel_50 and GSM (echolucency).3) Ipsilateral plaque echolucency was significantly greater in men (lower GSM, higher percentage of pixels between grayscale values of 10 and 20 (PPCS2) and bel_30). Ipsilateral plaques from men were significantly more heterogeneous (higher SGLDM IMC-1 and skewness), and yet significantly more homogeneous (lower SGLDM correlation). Contralateral plaques demonstrated similar trends. CONCLUSION: Using digital image analysis of ultrasonic plaque images, we determined significant differences in histogram/textural features between asymptomatic plaques and those causing different symptoms, in a high-risk cohort of CEA referrals and including some novel texture features. Next, we demonstrated that certain imaging features previously associated with plaque instability correlate well between the carotid sides. Finally, men had more unstable plaques than women in both carotid sides. Large prospective studies are required to evaluate the prognostic value of digital image analysis. / INTRODUCTION: La sténose de l'artère carotide est une cause majeure d'évènements vasculaires cérébraux (EVC). L'endartérectomie carotidienne (EAC) réduit le risque de futur EVC. Il est de plus en plus reconnu que, en plus de la sténose, la morphologie de la plaque est un déterminant important de la stabilité de la plaque. L'évolution des modalités d'imagerie incluant l'échographie et de l'analyse d'image assistée par ordinateur a mené au développement de méthodes objectives et reproductibles pour évaluer la morphologie de la plaque. Des études antérieures ont identifié des différences dans la morphologie de plaque entre les plaques asymptomatiques et symptomatiques et entre les plaques d'homme et de femme. En outre, des similitudes morphologiques entre les plaques des deux carotides ont été rapportés. Cependant, les méthodes utilisées dans ces études étaient pour la plupart subjectives, et aucune étude n'a évalué ces résultats en utilisant l'analyse d'image numérique chez les personnes envoyées pour EAC. MÉTHODES: Quatre-vingt quatre individus neurologiquement symptomatiques et asymptomatiques envoyés pour EAC ont subi des examens échographiques duplex et ont rempli un questionnaire concernant leurs médicaments actuels, antécédents familiaux et les antécédents médicaux, incluant leur EVC le plus récent. Nous avons normalizé la luminosité des images, établit le contour des plaques et nous avons extrait 12 fonctions d'histogramme/texture décrivant les plaques athéroscléreuse. Trois sous-études ont été réalisées.1) En premier, nous avons comparé les caractéristiques des plaques entre les patients asymptomatiques et symptomatiques (amaurose fugace, accident ischémique transitoire (AIT) et accident vasculaire cérébral).2) Ensuite, nous avons évalué le degré de corrélation de ces caractéristiques entre la plaque des carotides ipsilatérales et controlatérales parmi les sous-groupes de symptômes divers et la population entière.3) Finalement, nous avons comparé ces caractéristiques entre les sexes, incluant les deux carotides. RÉSULTATS: 1) Les plaques asymptomatiques étaient plus échogène (plaque type, GSM, PPCS1, bel_30, bel_50) comparées à tous les groupes de symptômes, sauf AIT. Les plaques asymptomatiques ont démontré une tendance vers une homogénéité significativement plus grandes (runl SRE, skewness) que les plaques symptomatiques toutes ensemble et que les plaques amaurose fugace. Les plaques amaurose fugace ont été caractérisées par une échogénicité significativement plus grande (plaque type, GSM, PPCS1, bel_30, bel_50) que tous les autres groupes et aussi ont démontré une tendance vers une homogénéité significativement plus grande (SGLD ASM et homogeneity) que les plaques AIT.2) Les plus fortes corrélations entre les carotides ont été observés dans SGLDM IMC-1 (hétérogénéité), SGLDM corrélation (hétérogénéité), skewness, bel_50 et GSM.3) L'échogénicité de la plaque ipsilatérale était significativement moins élevé chez les hommes (GSM, PPCS2, bel_30). Plaques ipsilatérales des hommes étaient significativement plus hétérogène (SGLDM IMC-1, skewness), et pourtant significativement plus homogène (SGLDM correlation). Plaques contralatérales ont démontré des tendances similaires. CONCLUSION: En utilisant l'analyse d'image numérique d'images ultrasonores de plaques, nous avons déterminé des différences significatives dans les caractéristiques histogrammes/texturales entre plaques asymptomatiques et ceux ayant causé des symptômes différentes, dans une cohorte à haut risque d'individus subissant EAC, et incluant certaines caractéristiques de texture de nouveaux. Ensuite, nous avons démontré que certaines caractéristiques qui étaient précédemment associés avec l'instabilité de la plaque sont bien corrélés entre les carotides. Enfin, les hommes avaient des plaques plus instables que les femmes dans les deux carotides. Les grandes études prospectives sont nécessaires pour évaluer la valeur pronostique de l'analyse d'image numérique.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.114382 |
| Date | January 2013 |
| Creators | Dawson, Andrew |
| Contributors | Styliani Stella Daskalopoulou (Internal/Supervisor) |
| Publisher | McGill University |
| Source Sets | Library and Archives Canada ETDs Repository / Centre d'archives des thèses électroniques de Bibliothèque et Archives Canada |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation |
| Format | application/pdf |
| Coverage | Master of Science (Department of Medicine) |
| Rights | All items in eScholarship@McGill are protected by copyright with all rights reserved unless otherwise indicated. |
| Relation | Electronically-submitted theses. |
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