Einfluss des neuen iterativen Rekonstruktionsverfahrens „Iterative Model Reconstruction“ (IMR) auf die Abgrenzbarkeit normaler und pathologischer Lungenstrukturen in der Niedrigdosis- Thorax-CT im Vergleich zu iDose4TM und der herkömmlichen gefilterten Rückprojektion (FBP)

Abstract

In dieser Arbeit wurde der neuartige iterative Bildrekonstruktionsalgorithmus „Iterative Model Reconstruction“ (IMR) hinsichtlich seines Einflusses auf Bildrauschen, Bildeindruck sowie Abgrenzbarkeit normaler und pathologischer Lungenstrukturen in Niedrigdosis-CTs der Lunge untersucht und mit dem Vorgängermodell iDose4TM und der herkömmlichen gefilterten Rückprojektion (FBP) verglichen. Die Rohdatensätze von 81 computertomographischen Untersuchungen des Thorax wurden mit FBP sowie verschiedenen Iterationsstufen von iDose4TM und IMR rekonstruiert. Die mittlere effektive Dosis der Niedrigdosis CT Untersuchungen betrug 0,86 ± 0,2 mSv. Für die objektive Analyse wurden in allen Rekonstruktionen Messungen der Rausch- und Dichtewerte durchgeführt. Zwei Radiologen, die über 7- und 12-jährige klinische Erfahrung in der Beurteilung von Lungen-CT-Untersuchungen verfügen, bewerteten alle Rekonstruktionen unabhängig voneinander hinsichtlich der subjektiven Bildqualität anhand einer 5-Punkte-Skala. Zusätzlich wurde die Abgrenzbarkeit normaler Strukturen (1. große Bronchien und Gefäße, 2. kleine Bronchien, Bronchiolen und kleine Gefäße, 3. pleurale und subpleurale Strukturen, 4. interlobuläre Septen, 5. intralobuläres Interstitium) und pathologischer Strukturen (1. retikuläre Zeichnung, 2. kleine Rundherde, 3. Areale mit reduzierter Lungendichte 4. Areale mit erhöhter Lungendichte) untersucht. Unsere Ergebnisse konnten zeigen, dass IMR das Bildrauschen um bis zu 88% gegenüber FBP und um bis zu 72% im Vergleich zu iDose4TM reduziert (p<0,001). Hinsichtlich des Einflusses von IMR für die Bildqualität muss zwischen anatomischen und pathologischen Strukturen differenziert werden. Die Abgrenzbarkeit kleiner anatomischer Strukturen ist in den IMR-Rekonstruktionen den iDose4TM-Rekonstruktionen unterlegen. Im Gegensatz dazu war die Abgrenzbarkeit pathologischer Lungengenveränderungen in den IMR-Rekonstruktionen den FBP und iDose4TM -Rekonstruktionen überlegen. Lediglich die retikuläre Zeichnungsvermehrung ist in den iDose-Rekonstruktionen besser als in IMR darzustellen. Ursächlich für die schlechtere Bewertung der IMR-Rekonstruktionen hinsichtlich der kleineren anatomischen Strukturen sind ein weichgezeichneter Bildeindruck, eine zunehmende Unschärfe und die Reduktion des räumlichen Auflösungsvermögens. Diese nehmen mit zunehmender IMR-Iterationsstufe zu und können die diagnostische Sicherheit einschränken. Aufgrund dieser heterogenen Ergebnisse ist IMR in seiner jetzigen Fassung nicht das bevorzugte Bildrekonstruktionsverfahren von Niedrigdosis-CT-Untersuchung des Thorax. Dem gegenüber lieferte iDose4TM mit der Iterationsstufe L6 sowohl ein niedriges Bildrauschen als auch eine befriedigende Bildqualität und ermöglichte so die suffiziente Abgrenzbarkeit von sowohl anatomischen als auch pathologischen Lungenstrukturen. Das iterative Bildrekonstruktionsverfahren iDose4TM stellt eine geeignete Methode zur Rekonstruktion von Niedrigdosis-CT-Untersuchungen des Thorax dar und sollte in dir klinischen Routine etabliert werden.

In this study we analysed the impact of the new iterative reconstruction technique Iterative Model Reconstruction (IMR, Philips Healthcare) on the subjective image quality of low dose chest CTs and compared it with the iDose4TM and Filtered Back Projection (FBP). Therefore we saved the raw data of 81 submillisievert chest CT studies (Brilliance iCT, Philips Healthcare), which are carried out during the clinical assessment and being reconstructed with FBP and multiple iteration levels of iDose4TM and IMR. The effective dose (E) was 0,86 ± 0,2 mSV. For the objective analysis we measured the parameters attenuation and objective image noise (OIN) in all reconstructed images. In addition, we compiled clinical data and dose information of the patients included in this study. For the subjective Analysis we assessed the effect of these diverse techniques on the image quality using a 5-Point-Scale, in order to objectify this subjective impressions. Two radiologists, with 7 and 12 years of clinical experience with chest CT, rated the visualisation of normal structures (1: intralobular interstitium, 2: interlobular septa, 3: small bronchi, bronchioles and vessels, 4: pleural and subpleural structures, 5: large bronchi and vessels) and abnormal structures (1: decreased lung attenuation, 2: increased lung attenuation, 3: reticular pattern, 4: small nodules) in all reconstructed images. They were blinded regarding the reconstruction techniques. Our results show that IMR is capable in reducing image noise up to 88 % compared to FBP. In comparison to iDose4TM the results show a noise reduction up to 72 % (p<0,001). Regarding the results of the subjective image quality and visualisation we have to differentiate between normal and abnormal findings. IMR is inferior compared to iDose4TM when it comes to normal structures. Nevertheless, it shows a superior performance in the graphic representation of abnormal structures apart from the reticular pattern. Its visualisation showed the best results using iDoseL6-reconstructions. The reasons for the poor rating of IMR compared to iDoseL6-reconstructions in visualisation of normal findings are a blotchy appearance and a loss of anatomical details, which result in a compromised diagnostic confidence. These negative effects increased with higher iteration levels of IMR. The iDose4TM-reconstructions showed a range of satisfying up to good results in normal, aswell as in abnormal findings.