Einfluss iterativer Rekonstruktion auf die diagnostische Qualität der Perfusions-Computertomographie bei akuter zerebraler Ischämie

Abstract

Der akute Schlaganfall stellt als neurologischer Notfall die weltweit zweithäufigste Todesursache dar. Neben dem Ausschluss einer Blutung ist die Detektion von ischämischem oder noch zu rettendem Gehirngewebe, der sogenannten Penumbra, von entscheidender Bedeutung und kann mithilfe der Perfusions-CT erfolgen. Die iterative Rekonstruktion ist ein neues rechenintensives Verfahren zur CT-Bildrekonstruktion und stellt eine Alternative zur herkömmlichen gefilterten Rückprojektion dar. Dabei werden Bildrauschen und -artefakte durch eine verbesserte Modellierung des CT-Systems in einer Korrekturschleife reduziert. Mit dieser Studie wurde untersucht, ob die iterative Rekonstruktion im Vergleich zur gefilterten Rückprojektion die diagnostische Qualität der Perfusions- CT verbessert. Dazu wurden retrospektiv die Bilddaten von 23 Patienten mit Perfusionsdefizit in der PCT ausgewertet. Die PCT-Daten wurden mit gefilterter Rückprojektion und mit der iterativen Rekonstruktionstechnik iDose4 rekonstruiert. Die Infarkt-Vorhersagegenauigkeit wurde anhand der AUC der ROC-Kurve bestimmt. Neben den quantitativen Perfusionsparametern wurde die objektive Bildqualität anhand des Bildrauschens, des Signal-Rausch-Verhältnisses, des Kontrast-Rausch-Verhältnisses und der für die MTT-Karte spezifischen Fehler- Voxel bestimmt. Die subjektive Bildqualität, einschließlich relevanter Diagnosekriterien, wurde mit einer Bewertung der PCT-Aufnahmen durch drei Radiologen untersucht. Die Ergebnisse zeigten, dass die Infarkt-Vorhersagegenauigkeit geringfügig verbessert wurde (um weniger als 4 %). Die Perfusionsparameterwerte blieben größtenteils konstant. Die objektive Bildqualität verbesserte sich hingegen deutlich. Hierbei verbesserte sich das Signal-Rausch-Verhältnis um bis zu + 21,1 %, die Fehler-Voxel reduzierten sich um fast ein Viertel (- 24,8 %). Die subjektive Bewertung zeigte ebenso eine eindeutig verbesserte Bildqualität. Im klinischen Rating zeigte sich unter Verwendung der iterativen Rekonstruktion in 4 Fällen ein zusätzlich detektiertes klinisch relevantes Perfusionsmissverhältnis, ohne statistische Signifikanz zu erreichen. Die subjektive und objektive Bildqualität der PCT beim akuten Schlaganfall wurde im vorliegenden Kollektiv durch die iterative Rekonstruktion verbessert. Dies könnte klinisch zu einer verbesserten diagnostischen Sicherheit führen.

The acute ischemic stroke is a neurological emergency and the second leading cause of death worldwide. Apart from the exclusion of a haemorrhage, it is of vital importance to detect ischemic tissue or tissue at risk, the so called penumbra. This can be performed by using computed tomography perfusion (CTP). Iterative reconstruction (IR) is a new computing-intensive method for CT image reconstruction and represents an alternative to conventional filtered backprojection (FBP) method. Image noise and artefacts are reduced by improved modeling of the CT system in a correction loop. This study investigated whether IR, compared to FBP, improves diagnostic quality in CTP of acute stroke patients. For this, the image data of 23 patients with perfusion deficit in CTP were evaluated retrospectively. CTP data of those patients were reconstructed with FBP and iDose4 iterative reconstruction technique. The predictive power for tissue outcome was determined by the area under the ROC curve (AUC). Objective image quality was assessed by quantitative perfusion values, image noise, signal-to-noise ratio (SNR), contrast-to-noise ratio (CNR) and error voxels (EV) in MTT maps. Subjective image quality was assessed with an evaluation of the PCT images by three radiologists, including relevant diagnosis criteria. The results showed that predictive power for infarct increased slightly (by less than 4 %). Perfusion parameter values remained mostly unchanged. However, objective image quality improved significantly. SNR was improved by up to + 21.1%, EV were eliminated by almost a quarter (- 24.8 %). Subjective image quality also clearly improved. In clinical rating, a relevant perfusion mismatch was detected in 4 additional cases by using IR. However, this observation was not statistically significant. IR improved both subjective and objective image quality in CTP for acute stroke patients. In clinical routine, this could lead to an improved diagnostic confidence.