B. Ohnesorge

Detection of coronary artery stenoses with multislice helical CT angiography

Objectives The authors compared multislice CT angiography and selective angiography for the assessment of coronary artery disease. Methods In 28 patients, the presence and degree of coronary artery stenoses were determined in coronary segments prepared with &bgr;-blocker for good image quality with multislice CT. Results In 187 coronary artery segments, sensitivity, specificity, and negative predictive value for the detection of stenoses >50% with multislice CT angiography were 81%, 90%, and 97%, respectively. The agreement for determining the degree of stenoses with multislice CT angiography and selective coronary angiography was only moderate (&kgr; = 0.58). Conclusions Because of the limited spatial resolution, it is not possible with multislice CT angiography to determine the degree the coronary artery stenoses precisely. However, the high negative predictive value indicates that multislice CT may be a suitable tool to reliably rule out coronary artery disease.

Efficient object scatter correction algorithm for third and fourth generation CT scanners.

Abstract. X-ray photons which are scattered inside the object slice and reach the detector array increase the detected signal and produce image artifacts as “cupping” effects in large objects and dark bands between regions of high attenuation. The artifact amplitudes increase with scanned volume or slice width. Object scatter can be reduced in third generation computed tomography (CT) geometry by collimating the detector elements. However, a correction can still improve image quality. For fourth generation CT geometry, only poor anti-scatter collimation is possible and a numeric correction is necessary. This paper presents a correction algorithm which can be parameterized for third and fourth generation CT geometry. The method requires low computational effort and allows flexible application to different body regions by simple parameter adjustments. The object scatter intensity which is subtracted from the measured signal is calculated with convolution of the weighted and windowed projection data with a spatially invariant “scatter convolution function“. The scatter convolution function is approximated for the desired scanner geometry from pencil beam simulations and measurements using coherent and incoherent differential scatter cross section data. Several examples of phantom and medical objects scanned with third and fourth generation CT systems are discussed. In third generation scanners, scatter artifacts are effectively corrected. For fourth generation geometry with poor anti-scatter collimation, object scatter artifacts are strongly reduced.

[CT angiography of the coronary arteries with a 16-row spiral tomograph. Effect of spatial resolution on image quality].

ZusammenfassungFragestellung. Evaluation der Bildqualität der koronaren CT-Angiographie (CTA) mit einem 16-Mehrzeilen-Spiral-CT (MSCT), bei einer Rekonstruktion von 0,75-mm-Schichten für optimale räumliche Auflösung und Vergleich mit 1,3-mm-Schichten, die die räumliche Auflösung eines 4-MSCT simulieren. Methodik. Bei 10 Patienten wurde die CTA der Herzkranzgefäße mit einem 16-MSCT und 0,75 mm Kollimation durchgeführt. Die Rohdaten wurden retrospektiv unter Verwendung zweier unterschiedlicher Einstellungen rekonstruiert. A: B20f smooth Kernel, 1,3 mm Schichtdicke axialer MPR mit 0,7 mm Inkrement. B: B35f “HeartView”-medium-smooth Kernel, 0,75 mm Schichtdicke, 0,5 mm Inkrement. Zwei Regions of interest (ROI) wurden in den akquirierten axialen Schichten im Bereich der Aortenwurzel (AR) und im Bereich des linken Ventrikels (LV) platziert. Das Bildpunktrauschen wurde über die Standardabweichung der CT-Dichtewerte ermittelt.Zwei Untersucher evaluierten die Darstellung der Koronararterien in standardisierten MIP-Projektionen in Left-anterior-, right-anterior- und left-anterior-cranial-Ansicht von Einstellung A und B. Jede MIP-Projektion wurde anhand einer Fünfpunkteskala bzgl. der Gefäß- und Plaqueabgrenzung bewertet. Die ermittelten Punkte jedes Datensatzes wurden addiert und verglichen. Ergebnisse. Es wurde kein signifikanter Unterschied zwischen den gemessenen CT-Dichtewerte für die Einstellungen A und B ermittelt (A: 283,0 in AR/295,9 im LV und B: 282,9 in AR/297,2 im LV; p >0,2). Zwischen A und B wurde aber ein signifikanter Unterschied bzgl. des Bildpunktrauschens deutlich (A: 4,46 in AR/1,67 im LV und B: 8,16 in AR/7,38 im LV; p <0,01). Die aus den Daten von B berechneten Maximum-Intensitäts-Projektionen (MIP) erlaubten eine deutlich bessere Abgrenzung der Herzkranzgefäße und evtl. vorhandener atherosklerotischer Läsionen. Schlussfolgerung. Aus dünnschichtiger Rekonstruktion resultiert ein höheres Bildpunktrauschen im Vergleich zu simulierten Bilddaten einer 4-MSCT-Angiographie der Koronargefäße. Die MIP-Rekonstruktionen profitieren jedoch von der verbesserten räumlichen Auflösung.AbstractPurpose. To evaluate image quality of coronary CT angiography with retrospectively ECG-gated 16 multi-slice spiral CT (MSCT), reconstructed with 0.75 mm slice thickness for optimal spatial resolution and with 1.3 mm slice thickness, to produce spatial resolution comparable to a 4-MSCT. Materials and methods. Ten patients underwent coronary CT angiography with a 16-MSCT (Siemens Sensation 16, Forchheim, Germany) with 0.75 mm detector collimation. Raw helical CT data were retrospectively reconstructed using two different settings. Setting A: B20f smooth kernel, axial MPR with 1.3 mm slice thickness and 0.7 mm increment. Setting B: B35f “HeartView” medium-smooth kernel, 0.75 mm slice thickness, 0.5 mm increment. In the axial slices two regions of interest (ROIs) were placed in the area of the aortic root (AR) and more caudal in the area of the left ventricle (LV). Image noise was determined by the standard deviation of the CT numbers.Two readers determined visibility of coronary arteries by standardized maximum intensity projections (MIP) post-processing in left, right anterior and left anterior oblique projection plane from setting A and B. Each projection was rated on a five point rating scale concerning plaque delineation. Points determined for each data set were summed up and used for comparison. Results. No significant difference between the CT-numbers was found for setting A and B (A: 283.0 in AR/295.9 in LV and B: 282,9 in AR/297.2 in LV; p >0.2). However, the image noise was significantly different for setting A and B (A: 4.46 in AR/1.67 in LV and B: 8.16 in AR/7.38 in LV; p <0.01). Better delineation of the coronary arteries and atherosclerotic lesions could be achieved from MIP projections in setting B compared to setting A. Conclusion. Higher image noise is present in coronary 16-MSCT with thin-slice reconstruction compared to simulated 4-MSCT. However the MIP-reconstructions benefit most from the higher spatial resolution.

Strategies for cardiac CT imaging

We review the scanning techniques for cardiac CT imaging with single slice and multislice scanners. Combined with prospective triggering for transaxial scanning and retrospective gating for helical scanning the potential advantages and the basic limitations are discussed. Based on those theoretical considerations, the major conclusion is that high resolution data sets with isotropic spatial resolution can be acquired with quadslice, spiral scanning, only. First clinical results support this conclusion.

Technical Aspects and Applications of Fast Multislice Cardiac CT

Coronary artery disease (CAD) is one of the leading causes of death in Europe and the USA. In 1998, 600,000 deaths caused by CAD were reported in Europe. Almost 50% of these patients died without prior symptoms. The gold-standard modality for diagnosis of CAD is coronary angiography. In 1995 over 1 million diagnostic coronary angiograms were performed in Europe, only about 50% of them with subsequent interventional therapy (Windecker 1999). These facts show the high need for reliable non-invasive imaging tools for early and preventive diagnosis of CAD.

CT-Angiographie der Koronararterien mit einem 16-Mehrzeilen-Spiral-CT Einfluss der räumlichen Auflösung auf die Bildqualität

ZusammenfassungFragestellung. Evaluation der Bildqualität der koronaren CT-Angiographie (CTA) mit einem 16-Mehrzeilen-Spiral-CT (MSCT), bei einer Rekonstruktion von 0,75-mm-Schichten für optimale räumliche Auflösung und Vergleich mit 1,3-mm-Schichten, die die räumliche Auflösung eines 4-MSCT simulieren. Methodik. Bei 10 Patienten wurde die CTA der Herzkranzgefäße mit einem 16-MSCT und 0,75 mm Kollimation durchgeführt. Die Rohdaten wurden retrospektiv unter Verwendung zweier unterschiedlicher Einstellungen rekonstruiert. A: B20f smooth Kernel, 1,3 mm Schichtdicke axialer MPR mit 0,7 mm Inkrement. B: B35f “HeartView”-medium-smooth Kernel, 0,75 mm Schichtdicke, 0,5 mm Inkrement. Zwei Regions of interest (ROI) wurden in den akquirierten axialen Schichten im Bereich der Aortenwurzel (AR) und im Bereich des linken Ventrikels (LV) platziert. Das Bildpunktrauschen wurde über die Standardabweichung der CT-Dichtewerte ermittelt.Zwei Untersucher evaluierten die Darstellung der Koronararterien in standardisierten MIP-Projektionen in Left-anterior-, right-anterior- und left-anterior-cranial-Ansicht von Einstellung A und B. Jede MIP-Projektion wurde anhand einer Fünfpunkteskala bzgl. der Gefäß- und Plaqueabgrenzung bewertet. Die ermittelten Punkte jedes Datensatzes wurden addiert und verglichen. Ergebnisse. Es wurde kein signifikanter Unterschied zwischen den gemessenen CT-Dichtewerte für die Einstellungen A und B ermittelt (A: 283,0 in AR/295,9 im LV und B: 282,9 in AR/297,2 im LV; p >0,2). Zwischen A und B wurde aber ein signifikanter Unterschied bzgl. des Bildpunktrauschens deutlich (A: 4,46 in AR/1,67 im LV und B: 8,16 in AR/7,38 im LV; p <0,01). Die aus den Daten von B berechneten Maximum-Intensitäts-Projektionen (MIP) erlaubten eine deutlich bessere Abgrenzung der Herzkranzgefäße und evtl. vorhandener atherosklerotischer Läsionen. Schlussfolgerung. Aus dünnschichtiger Rekonstruktion resultiert ein höheres Bildpunktrauschen im Vergleich zu simulierten Bilddaten einer 4-MSCT-Angiographie der Koronargefäße. Die MIP-Rekonstruktionen profitieren jedoch von der verbesserten räumlichen Auflösung.AbstractPurpose. To evaluate image quality of coronary CT angiography with retrospectively ECG-gated 16 multi-slice spiral CT (MSCT), reconstructed with 0.75 mm slice thickness for optimal spatial resolution and with 1.3 mm slice thickness, to produce spatial resolution comparable to a 4-MSCT. Materials and methods. Ten patients underwent coronary CT angiography with a 16-MSCT (Siemens Sensation 16, Forchheim, Germany) with 0.75 mm detector collimation. Raw helical CT data were retrospectively reconstructed using two different settings. Setting A: B20f smooth kernel, axial MPR with 1.3 mm slice thickness and 0.7 mm increment. Setting B: B35f “HeartView” medium-smooth kernel, 0.75 mm slice thickness, 0.5 mm increment. In the axial slices two regions of interest (ROIs) were placed in the area of the aortic root (AR) and more caudal in the area of the left ventricle (LV). Image noise was determined by the standard deviation of the CT numbers.Two readers determined visibility of coronary arteries by standardized maximum intensity projections (MIP) post-processing in left, right anterior and left anterior oblique projection plane from setting A and B. Each projection was rated on a five point rating scale concerning plaque delineation. Points determined for each data set were summed up and used for comparison. Results. No significant difference between the CT-numbers was found for setting A and B (A: 283.0 in AR/295.9 in LV and B: 282,9 in AR/297.2 in LV; p >0.2). However, the image noise was significantly different for setting A and B (A: 4.46 in AR/1.67 in LV and B: 8.16 in AR/7.38 in LV; p <0.01). Better delineation of the coronary arteries and atherosclerotic lesions could be achieved from MIP projections in setting B compared to setting A. Conclusion. Higher image noise is present in coronary 16-MSCT with thin-slice reconstruction compared to simulated 4-MSCT. However the MIP-reconstructions benefit most from the higher spatial resolution.

From single slices to volume imaging: (r)evolution in computed tomography

Since its clinical introduction in 1991, volumetric CT scanning using spiral or helical scanners has resulted in a revolution for diagnostic imaging. In addition to new applications for CT, such as CT angiography and the assessment of patients with renal colic, many routine applications such as the detection of lung and liver lesions have substantially improved. Helical CT has improved over the past eight years with faster gantry rotation, more powerful X-ray tubes, and improved interpolation algorithms [7,14]. However, in practice the spiral data sets from monoslice systems suffered from a considerable mismatch between the transverse (in plane) and the longitudinal (axial) spatial resolution. In other words the isotropic 3-dimensional voxel could not be realized apart from some very specialized cases [12]. Similarly, in routine practice a number of limitations still remained which prevented the scanning protocol to be fully adapted to the diagnostic needs [5].

CT-Angiographie der Koronararterien mit einem 16-Mehrzeilen-Spiral-CT Einfluss der räumlichen Auflösung auf die Bildqualität: Einfluss der räumlichen Auflösung auf die Bildqualität

ZusammenfassungFragestellung. Evaluation der Bildqualität der koronaren CT-Angiographie (CTA) mit einem 16-Mehrzeilen-Spiral-CT (MSCT), bei einer Rekonstruktion von 0,75-mm-Schichten für optimale räumliche Auflösung und Vergleich mit 1,3-mm-Schichten, die die räumliche Auflösung eines 4-MSCT simulieren. Methodik. Bei 10 Patienten wurde die CTA der Herzkranzgefäße mit einem 16-MSCT und 0,75 mm Kollimation durchgeführt. Die Rohdaten wurden retrospektiv unter Verwendung zweier unterschiedlicher Einstellungen rekonstruiert. A: B20f smooth Kernel, 1,3 mm Schichtdicke axialer MPR mit 0,7 mm Inkrement. B: B35f “HeartView”-medium-smooth Kernel, 0,75 mm Schichtdicke, 0,5 mm Inkrement. Zwei Regions of interest (ROI) wurden in den akquirierten axialen Schichten im Bereich der Aortenwurzel (AR) und im Bereich des linken Ventrikels (LV) platziert. Das Bildpunktrauschen wurde über die Standardabweichung der CT-Dichtewerte ermittelt.Zwei Untersucher evaluierten die Darstellung der Koronararterien in standardisierten MIP-Projektionen in Left-anterior-, right-anterior- und left-anterior-cranial-Ansicht von Einstellung A und B. Jede MIP-Projektion wurde anhand einer Fünfpunkteskala bzgl. der Gefäß- und Plaqueabgrenzung bewertet. Die ermittelten Punkte jedes Datensatzes wurden addiert und verglichen. Ergebnisse. Es wurde kein signifikanter Unterschied zwischen den gemessenen CT-Dichtewerte für die Einstellungen A und B ermittelt (A: 283,0 in AR/295,9 im LV und B: 282,9 in AR/297,2 im LV; p >0,2). Zwischen A und B wurde aber ein signifikanter Unterschied bzgl. des Bildpunktrauschens deutlich (A: 4,46 in AR/1,67 im LV und B: 8,16 in AR/7,38 im LV; p <0,01). Die aus den Daten von B berechneten Maximum-Intensitäts-Projektionen (MIP) erlaubten eine deutlich bessere Abgrenzung der Herzkranzgefäße und evtl. vorhandener atherosklerotischer Läsionen. Schlussfolgerung. Aus dünnschichtiger Rekonstruktion resultiert ein höheres Bildpunktrauschen im Vergleich zu simulierten Bilddaten einer 4-MSCT-Angiographie der Koronargefäße. Die MIP-Rekonstruktionen profitieren jedoch von der verbesserten räumlichen Auflösung.AbstractPurpose. To evaluate image quality of coronary CT angiography with retrospectively ECG-gated 16 multi-slice spiral CT (MSCT), reconstructed with 0.75 mm slice thickness for optimal spatial resolution and with 1.3 mm slice thickness, to produce spatial resolution comparable to a 4-MSCT. Materials and methods. Ten patients underwent coronary CT angiography with a 16-MSCT (Siemens Sensation 16, Forchheim, Germany) with 0.75 mm detector collimation. Raw helical CT data were retrospectively reconstructed using two different settings. Setting A: B20f smooth kernel, axial MPR with 1.3 mm slice thickness and 0.7 mm increment. Setting B: B35f “HeartView” medium-smooth kernel, 0.75 mm slice thickness, 0.5 mm increment. In the axial slices two regions of interest (ROIs) were placed in the area of the aortic root (AR) and more caudal in the area of the left ventricle (LV). Image noise was determined by the standard deviation of the CT numbers.Two readers determined visibility of coronary arteries by standardized maximum intensity projections (MIP) post-processing in left, right anterior and left anterior oblique projection plane from setting A and B. Each projection was rated on a five point rating scale concerning plaque delineation. Points determined for each data set were summed up and used for comparison. Results. No significant difference between the CT-numbers was found for setting A and B (A: 283.0 in AR/295.9 in LV and B: 282,9 in AR/297.2 in LV; p >0.2). However, the image noise was significantly different for setting A and B (A: 4.46 in AR/1.67 in LV and B: 8.16 in AR/7.38 in LV; p <0.01). Better delineation of the coronary arteries and atherosclerotic lesions could be achieved from MIP projections in setting B compared to setting A. Conclusion. Higher image noise is present in coronary 16-MSCT with thin-slice reconstruction compared to simulated 4-MSCT. However the MIP-reconstructions benefit most from the higher spatial resolution.