Optimierung der Zeitauflösung in der CT mittels retrospektivem EKG-Gating

Zusammenfassung

Zielsetzung: Die Spiral-CT des Herzens ist mit bisherigen Verfahren zur EKG-Synchronisation nur eingeschränkt möglich. Die Aufnahmezeit von ca. 250 bis 500 ms ermöglicht nur diastolische Aufnahmen bei Patienten mit moderater Herzfrequenz. In dieser Arbeit wurden Algorithmen zum zeitoptimierten retrospektiven EKG-Gating entwickelt und untersucht, wie höhere Zeitauflösungen erreicht werden können.

Material und Methode: Das Prinzip der Algorithmen ist es, Daten von mehreren Gantry-Umläufen für die Bildrekonstruktion heranzuziehen. Dies ist sowohl in einzelnen Schichten als auch bei Spiralscans mit überlappenden Aufnahmeschichten möglich. Die Zeitauflösung wurde durch Computersimulationen für verschiedene Aufnahmeparameter bestimmt und mit Experimenten an Schweinen verglichen.

Ergebnisse: Es zeigt sich, dass mit einem Standard-Subsekunden-CT-Scanner mit überlappenden Spiralen deutlich höhere Zeitauflösungen möglich sind, bereits 170 ms ermöglichen eine Darstellung der Systole mit nur minimalen Bewegungsartefakten. An einzelnen Schichten wurden Zeitauflösungen von bis zu 70 ms demonstriert, womit die Herzwandbewegung über den kompletten Herzzyklus dargestellt werden kann.

Diskussion: Die Methode des zeitoptimierten retrospektiven EKG-Gating erweitert die Einsatzmöglichkeiten herkömmlicher Spiral-CTs für die Bildgebung des Herzens. Sie lässt sich direkt auf Multizeilen-CTs übertragen, wo sie wegen der Reduktion der Untersuchungszeit klinisch eingesetzt werden kann. Mögliche Anwendungen sind die Bestimmung von funktionellen Herzparametern wie Ejektionsfraktion und die Detektion von Wandbewegungsstörungen.

Summary

Purpose: Spiral CT of the heart using the established ways of ECG synchronization is hampered by the relatively long acquisition times of 250 to 500 ms. This only allows to acquire diastolic images in patients with moderate heart rates. In this work, algorithms for time-optimized retrospective cardiac gating are presented, and their potential to improve temporal resolution is investigated.

Material and methods: These algorithms use data from multiple gantry rotations for image reconstruction, which is possible for multi-scans at fixed slice positions as well as for overlapping spiral scans. Temporal resolution was quantified using computer simulations and compared to experimental data from pigs.

Results: Using a conventional sub-second CT scanner, considerably higher temporal resolutions are possible with spiral scanning. A temporal resolution of 170 ms already provides systolic images with little motion artifacts. Higher temporal resolutions of up to 70 ms are demonstrated for multi-scans, which allows to depict ventricle wall movement over the complete cardiac cycle.

Discussion: The method of time-optimized retrospective cardiac gating broadens the spectrum of conventional spiral-CT for cardiac imaging. It can be directly transferred to multi-slice scanners. Here it can be used clinically because of reduced scan time. Potential applications are the determination of functional cardiac parameters like ejection fraction and the detection of disorders of ventricle wall movement.