Bedeutung des Volume Rendering in der Diagnostik der Koronargefäße mittels Mehrschichtspiral-CT

Dedden, Katrin Margarete; Schmitz-Rode, Thomas

doi:26385

Bedeutung des Volume Rendering in der Diagnostik der Koronargefäße mittels Mehrschichtspiral-CT

Dedden, Katrin Margarete (Author)

2005

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Katrin Margarete Dedden

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2005

UmfangVI, 116 S. : Ill., graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2005

Genehmigende Fakultät
Fak10

Hauptberichter/Gutachter
Schmitz-Rode, Thomas (Thesis advisor)^RWTH*

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2005-01-25

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-10134
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/51948/files/51948.pdf

Einrichtungen

Medizinische Fakultät (510000-1)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Medizin (frei) ; Volume Rendering (frei) ; MSCT (frei) ; retrospektives EKG-Gating (frei) ; Koronarangiographie (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 610

Kurzfassung
Seit Ende der 90er Jahre ist es mittels retrospektiv EKG-gegatetemMehrzeilenspiral-CT (MSCT) möglich, nicht-invasiv CT-Koronarangiographien durchzuführen. Ziel dieser Studie ist es, zum einen die Messpräzision bei der Durchmesser- und Stenosebestimmung mit Hilfe der dreidimensionalen Volume Rendering Technik (3D-VRT) mit der Quantitativen Koronarangiographie (QCA) zuvergleichen und zum anderen die diagnostische Wertigkeit der 3D-VRT kritisch zu beleuchten. Von insgesamt 53 Patienten (42m, 11w) wurden sowohl retrospektiv EKG-gegatete MSCT-Datensätze des Herzens als auch eine quantitative Koronarangiographie erstellt. Für die MSCT-Untersuchung wurde ein standardisiertes Untersuchungs-protokoll mit einer Röhrenspannung von 120kV, einem effektiven Röhrenstrom von 400mAs und einer Rotationszeit der Gantry von 500ms benutzt; die Kollimation betrug 4x1mm, die effektive Schichtdicke 1,25mm und das Rekonstruktionsinkre-ment 0,6mm. Allen Patienten wurden während der Untersuchung 120ml eines nicht-ionischen Kontrastmittels mit einem Flow von 2,5ml/s in eine Cubitalvene injiziert. Für jeden Patienten wurden mit Hilfe des Adaptive-Cardio-Volume-Algorithmus (ACV) 6 Bildserien zu unterschiedlichen Zeitpunkten des RR-Inter-valls (30%-80%)rekonstruiert. Zur weiteren Verarbeitung der Daten wurden diese auf eine externe Workstation transferiert. Im 3D-VRT-Modus (512x512 Matrix) wurden mit Hilfe eines vierstufigen Bewertungsschemas in allen Rekonstruktionen insgesamt 4770 Segmente (AHA-Klassifikation) auf ihre diagnostische Qualität hinuntersucht. Bei 50 Patienten mit MSCT- und konventioneller Koronarangiographie-Untersuchung wurden zum individuell am meisten geeigneten Rekonstruktionszeit-punkt die Koronariendurchmesser am Abgang, 1cm, 3cm und 5cm distal gemessen. Der minimale, maximale und mittlere Gefäßdurchmesser wurden bestimmt und mittelsBland-Altman-Methode mit der QCA verglichen. Zusätzlich wurden 46 Stenosen vermessen und quantifiziert, indem der minimale und maximale Durchmesser des Gefäßes in der Stenose sowie 1cm proximal und distal der Stenose bestimmt wurden. Von den insgesamt 4770 Segmenten wurden 1851 (38,8%) als bewertbar, d.h. mit einem Score von 2-3 eingestuft; 1566 Segmente (32,84%) erhielten den Scorewert 1 (d.h. nicht bewertbar) und 1353 Segmente (28,36%) waren nicht darstellbar (Score 0). Bei 70% des RR-Intervalls liegt für 13 Segmente der beste Rekonstruktionszeitpunkt mit einem mittleren Prozentsatz bewertbarer Segmente von 51,95% (Min: 15,09%, Max: 92,45%). Für proximal gelegene Segmente wird eine deutlich bessere Qualität erreicht als für distale Segmente bzw. die Seitenast-segmente. Die Berechnung der Spearman-Korrelationskoeffizienten der Scores mit der mittleren Herzfrequenz bzw. Herzfrequenzrange der Patienten liefert keinenHinweis auf eine Beziehung zwischen beiden Parametern (Min: -0,3661, Max: 0,5536 bzw. Min: 0,0156, Max: 01320). Mit der Bland-Altman-Methode wurden an 581 Messpunkten (davon 97 zur Stenosequantifizierung) die Differenz zwischen QCA- und MSCT-Ergebnissen berechnet. Die geringsten Differenzen treten beimVergleich der QCA mit den maximalen Durchmessern in der MSCT auf (Min:-0,007mm, Max: -0,447mm); die durchschnittliche Abweichung beträgt 0,2552mm (Min: -0,007mm, Max: 2,184mm). Eine relevante Korrelation zwischen der Herzfrequenz und der Durchmesserdifferenz konnte mit dem Pearsonschen Korrelationskoeffi-zienten nicht festgestellt werden (Min: 0,0022, Max: 0,2495). Die Detektion der Stenosen mit der MSCT ist mit einer Sensitivität von 85,0% und einer Spezifitätvon 98,26% gegenüber der QCA erfolgt.Zum momentanen Zeitpunkt ist die Volume Rendering Technik im Vergleich mit der quantitativen Koronarangiographie nicht zur sicheren Durchmesserbestimmung und Detektion von Stenosen an Koronararterien im klinischen Alltag geeignet. Die guten Ergebnisse für proximale Gefäßabschnitte mit einer deutlich höheren Darstellungsqualität als die distalen Segmente geben aber Anlass zur Hoffnung, dass mit der Weiterentwicklung der Technik die bestehenden Probleme minimiert werden können.

The intention of this study is on the one hand to compare the measurement precision in determining vessel diameters of the 3D-volume rendering techique (3D-VRT) to quantitative coronary angiography (QCA) and on the other hand to challenge the diagnostic value of 3D-VRT. For 53 patients (42m, 11f), retrospectively ECG-gated MSCT of the heart was performed as well as quantitative X-ray coronary angiography. The standardized examination protocol included a collimation of 4x1mm,a tube voltage of 120kV with an effective tube current of 400 mAs and a tube rotation time of 500ms. An effective slice thickness of 1.25mm and a reconstruction increment of 0.6mm were chosen for image reconstruction. During examination 120ml of a non-ionic contrast material were administered by injection in a cubital vein with a flow-rate of 2.5ml/s. Using the Adaptive-Cardio-Volume algorithm, 3D-VR image series were calculated every 10% (30-80%) of the RR interval. For further analysis the images were transferred to an external workstation. Using a 3D-VR technique (512x512 matrix), 4770 coronary artery segments (AHA-classification) were evaluated for their visibility to classify them in a 4-point grading scale. In a second step, the diameter of each coronary artery of 50 patients in the individually best reconstruction was measured at the origin as well as 1cm, 3cm and 5cm distally. For each measurement from the 3D-VRT image the minimum, maximum and mean diameters were determined and compared with QCA- diameters using the Bland-Altman method. Finally, coronary artery stenosis were detected using both techniques. Further more, the diameter of 34 stenoses, detected on QCA, was measured as well as the vessel diameter 1cm proximal and distal of the stenosis. The measurement results of the 3D-VRT were compared to QCA results. 1851 (38.8%) of 4770 coronary artery segments were assessable (score 2-3), 1566 (32.84%) were scored with 1 point, meaning visible but not assessable and 1353 (28.36%) were not visible. Image reconstruction at 70% RR-interval shows for 13 coronary artery segments the best visibility with 51.95% assessable segments (min: 15.09%, max: 92.45%). The proximal segments were more often assessable when compared to the distal segments. Spearman-rank- order-correlation between visibility score and average heart rate or range of heart rate of each patient does not reveal any dependency (min: -0.3661, max: -0.5536 or min: 0.0156, max: 0.1320). Using the Bland-Altman method the difference between vessel diameter measured in 3D-VRT and QCA was evaluated in 581 measuring points (97 for quantification of coronary artery stenoses). The comparison of the maximum diameter of 3D-VRT and QCA shows the lowest differences (min: -0.007mm, max: -0.447mm) with a mean variance of 0.2552mm (min: -0.007, max: 2.184mm). Pearson correlation between diameter difference and average heart rate does not reveal any correlation (min: 0.0022, max: 0.2495). Coronary artery stenoses were detected with a sensitivity of 85% and a specificity of 98.26%. When compared to QCA, the ability of 3D-VRT to quantitatively assess coronary artery diameters and coronary artery stenoses is insufficient for clinical purposes. The good visibility and assessment of proximal vessel segments give reason to expect that current problems can be overcome in the near future.

OpenAccess:
PDF
(additional files)