Multi-slice CT for Visualization of Acute Pulmonary Embolism: Single Breath-hold Subtraction Technique

Zusammenfassung

Einleitung: Ziel unseres Tierexperiments war die Erprobung einer neuen Subtraktionstechnik zur Darstellung von Perfusionsdefiziten im Lungenparenchym bei segmentaler und subsegmentaler Lungenembolie (LE) in der Mehrschicht-Spiral-CT (MSCT). Material und Methode: Bei drei gesunden Hausschweinen wurden frische Embolien artefiziell induziert. Innerhalb einer Atemanhaltephase wurden eine native sowie eine kontrastangehobene Serie (80 ml Kontrastmittel i. v., nachgeschalteter Kochsalzbolus) an einem 16-Schicht-MSCT akquiriert (SOMATOM Sensation 16; Siemens, Forchheim). Die Untersuchungsparameter waren 120 kV und 100 mAs_eff, (Kollimation: 16 × 1,5 mm, Tischvorschub/Rot.: 36 mm [Pitch: 1,5], Röhrenrotationszeit: 0,5 s). Anhand überlappender axialer Primärschichten (Eff. Schichtdicke: 2 mm, Rekonstruktionsinkrement: 1 mm) wurde eine neue Subtraktionstechnik angewandt. Zunächst erfolgte eine automatisierte 3D-Segmentierung der Lungen in beiden Datensätzen, gefolgt von einer nichtrigiden Registrierung bzw. einer nicht-linearen Filterung. Nach Subtraktion wurden diese Bilder mit dem kontrastangehobenen CTA-Datensatz wieder zusammengeführt und farbkodiert. Die Auswertung erfolgte interaktiv in allen drei Raumebenen (axial, sagittal, koronar). Ergebnisse: Die Subtraktionstechnik erwies sich bei allen drei Datensätzen als technisch machbar. Die durchschnittliche Scandauer für die einzelnen Serien betrug 4,7 s. Die Zeitdauer für das zwischengeschaltete Zeitintervall lag etwa bei 14,7 s, so dass für die gesamte Datenakquisition eine Atemanhaltephase von ca. 24 s resultiert. Im nachgeschalteten Lungengewebe hinter verschlossenen Segment- bzw. Subsegmentarterien ließen sich Perfusionsdefekte anhand von fehlender oder nur geringer KM-Anreicherung nachweisen. Zusätzlich fanden sich bei allen Schweinen jeweils dreieckig konfigurierte Dichteminderungen in der Lungenperipherie, die ebenfalls als LE-typische Perfusionsdefekte gewertet wurden. Schlussfolgerungen: Unsere ersten Erfahrungen im Tierexperiment zeigen, dass eine Subtraktionstechnik in der MSCT zur LE-Detektion, auch innerhalb einer Atemanhaltephase, technisch durchführbar ist. Der direkte Embolusnachweis in Kombination mit einer indirekten visuellen Quantifizierung der Perfusionsdefizite in den nachgeschalteten Lungenabschnitten erlaubt einen Gesamtüberblick über das Ausmaß der LE.

Abstract

Purpose: The purpose of our preliminary animal study was to evaluate the feasibility of a new subtraction technique for visualization of perfusion defects within the lung parenchyma in segmental and subsegmental pulmonary embolism (PE). Materials and Methods: In three healthy pigs, PE were artificially induced by fresh human clot material. Within a single breath-hold, CT angiography (CTA) was performed on a 16-slice multi-slice CT scanner (SOMATOM Sensation 16; Siemens, Forchheim, Germany) before and after intravenous application of 80 mL of contrast-medium, followed by a saline chaser. Scan parameters were 120 kV and 100 mAs_eff., using a collimation of 16 × 1.5 mm and a table speed/rot. of 36 mm (pitch: 1.5; rotation time: 0.5 s). A new 3D subtraction technique was developed, which is based on automated segmentation, non-linear spatial filtering and non-rigid registration. Data were analysed using a color-encoded “compound view” of parenchymal enhancement and CTA information displayed in axial, coronal and sagittal orientation. Results: Subtraction was technically feasible in all three data sets. The mean scan time for each series was 4.7 s, interscan delay was 14.7 s, respectively. Therefore, an average breath-hold of approximately 24 s was required for the overall scanning procedure. Downstream of occluded segmental and subsegmental arteries, perfusion defects were clearly assessable, showing lower or missing enhancement compared to normally perfused lung parenchyma. In all pigs, additional peripheral areas with triangular shaped perfusion defects were delineated, considered typical for PE. Conclusions: Our initial results from the animal model studied show that perfusion imaging of PE is feasible within a single breath-hold. It allows a comprehensive assessment of perfusion deficits as the direct proof of a pulmonary embolus, can be combined with an indirect visual quantification of the density changes in the adjacent lung tissue.

Key words

Computed tomography (CT), spiral - computed tomography (CT), function - embolism, pulmonary - lung, perfusion - computed tomography (CT), multidetector-row

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