Experimental 16-Row CT Evaluation of In-Stent Restenosis using New Stationary and Moving Cardiac Stent Phantoms: Experimental Examination

Zusammenfassung

Ziel: Mit neu entwickelten bewegten und nicht-bewegten Stent-Phantomen sollen drei künstlich hergestellte Re-Stenosen mittels einem 16-Zeilen-MDCT evaluiert werden. Material und Methoden: Ein neu entwickeltes koronares Stent-Phantom mit drei künstlichen Stenosen - gering- (20 %), mittel- (50 %) und hochgradig (70 %) - wurde an einem bewegten Herzphantom angebracht, um die Einsehbarkeit der Re-Stenosen mittels einem 16-Zeilen-MDCT zu quantifizieren und zu evaluieren. Für die Identifizierung der Baseline wurde ein High-Resolution-Scan (16 × 0,75 mm, 250 mm FOV) verwendet. Das nicht bewegte Phantom ist zunächst ohne dann mit einer EKG-Triggerung bei unterschiedlichen Herzfrequenzen (HF 40 ˜ 120) und Pitches (0,15 bis 0,3) gescannt worden (16 × 0,75 mm, routine cardiac scan protocol). Das bewegte Phantom wurde bei gleichen Herzfrequenzen, jedoch nur bei einem Pitch von 0,15 gescannt. Die Aufnahmen wurden bei jeweils 10 % des RR-Intervalls mit einem Multi-cycle-real-cone-beam-Rekonstruktionsalgorithmus rekonstruiert. Für die Evaluationen wurden Multi-Planar-Reformationen (MPR) hergestellt. Die Bildqualität wurde anhand einer Drei-Punkteskala bewertet, die Stent-Durchgängigkeit mit einer Vier-Punkteskala. Ergebnisse: Die Bildqualität war für das nicht bewegte Phantom bei 97 % der Messungen als adäquat einzuschätzen. Hier konnten unabhängig von Pitch-Veränderunegn alle Stenosen erkannt werden. Die besten Resultate bei dem bewegten Stent-Phantom konnten bei 0 %, 40 % und 50 % des RR-Intervalls bei einem Pitch von 0,15 erzielt werden. Die geringe Stenose konnte bis zu einer Herzfrequenz von 80/min erkannt werden. Die Durchgängigkeit des Stents konnte sogar bei Frequnzen größer als 80/min evaluiert werden. Schlussfolgerung: Das neu entwickelte Stent-Phantom erlaubte es, die Re-Stenosen der Koronarstents in einem realitätsnahen Zustand zu detektieren. Es konnte gezeigt werden, dass bis zu einer Herzfrequenz von 80/min eine Re-Stenose des Koronarstents mittels eines 16-Zeilen-MDCTs ermittelt werden kann. Dieses Phantom könnte sodann für weitere Studien, z. B. mit 64-Zeilen-MDCT, verwendet werden.

Abstract

Purpose: The aim of this study was to evaluate in-stent restenosiss using a newly developed stationary and moving cardiac stent phantom with three built-in artificial stenoses and a 16-row MDCT. Materials and Methods: A newly developed coronary stent phantom with three artificial stenoses - low (approx. 30 %), medium (approx. 50 %) and high (approx. 70 %) - was attached to a moving heart phantom and used to evaluate the ability of 16-row MDCT to visualize in-stent restenosis. High resolution scans (16 × 0.75 mm, 250 mm FOV) were made to identify the baseline for image quality. The non-moving phantom was scanned (16 × 0.75 mm, routine cardiac scan protocol) first without and then with implementation of an ECG signal at various simulated heart rates (HR 40 to 120 bpm) and pitches (0.15 to 0.3). The moving cardiac phantom was scanned at the same simulated heart rates but at a pitch of 0.15. Images were reconstructed at every 10 % of the RR interval using a multi-cycle real cone-beam reconstruction algorithm. Multi-planar reformations (MPR) were made for the image evaluation. The image quality was assessed using a three-point scale, and stent patency and stenoses detection were evaluated using a four-point scale. To evaluate the image quality and to grade the stent stenoses, the median values were calculated while considering the reconstruction interval. Results: The image quality for the static phantom was adequate in 97 % of the measurements. In this phantom, every stenosis was detected independent of the pitch and heart rate used. The dynamic stent phantom yielded the best results at 0 %, 40 %, and 50 % of the RR interval at a pitch of 0.15. The low stenosis was visible at a simulated heart rate of up to 80 bpm. Patency can be detected at heart rates greater than 80 bpm. Conclusion: The newly developed moving stent phantom allowed a nearly in-vivo condition for detecting re-stenoses within a stent. In this phantom study the use of a 16-row MDCT allowed the detection of re-stenosis within a coronary stent at a heart rate of up to 80 bpm. This phantom can then be used for future studies, e. g. with a 64-row MDCT.

Key words

Computed tomography - multidetector CT - cardiac CT - stent

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