članki Strokovni članek PROSPEKTIVNA IN RETROSPEKTIVNA RAČUNALNIŠKO TOMOGRAFSKA ANGIOGRAFIJA KORONARNIH ARTERIJ Professional Article PROSPECTIVE AND RETROSPECTIVE COMPUTER TOMOGRAPHIC CORONARY ANGIOGRAPHY Sabina Steržaj, dipl. inž. rad., sabina.sterzaj@gmail.com, Adrijana Ravšelj, dipl. inž.rad., adrijana.ravselj@gmail.com, Univerzitetni Klinični center Ljubljana, Klinični inštitut za radiologijo, Zaloška cesta 7, 1000 Ljubljana POVZETEK Uvod in namen: Računalniško tomografska angiografija koronarnih arterij je neinvazivna preiskava za odkrivanje bolezni koronarnih arterij. Zajemanje slike poteka s pomočjo EKG-ja. Na ta način lahko posnamemo srce v fazi njegovega mirovanja. Izognemo se artefaktom zaradi gibanja srca, kar predstavlja velik problem pri klasični spiralni tehniki zajemanja podatkov. Razvoj dual source računalniškega tomografa in zvečanje števila detektorskih vrstic je pripomogel k slikam z boljšo prostorsko in časovno resolucijo. Vse večji pa je problem prejete doze sevanja pri pacientu. Namen članka je predstaviti izboljšave v tehnologiji multidetektorskih računalniških tomografov, ki omogočajo boljše diagnosticiranje bolezni koronarnih arterij ter poiskati odgovor na vprašanje, kdaj uporabiti retrospektivno in kdaj prospektivno zajemanje podatkov. Metode: Predmet raziskave je bil pregled strokovne literature s področja tehničnih izboljšav, ki jih imajo današnji multidetektorski računalniški tomografi, kot so izboljšanje časovne in prostorske ločljivosti. Pri uporabi EKG - ja sva opisali prospektivno in retrospektivno zajemanje podatkov. Predstavili sva dva protokola za slikanje srca in koronarnih arterij. Rezultati in razprava: Prospektivno zajemanje podatkov s pomočjo EKG krivulje pokaže podatke v času srčne diastole. Pomembno je, da ima pacient enakomeren srčni utrip. Pri retrospektivnem EKG proženju v času enega vdiha zajamemo podatke celotnega preiskovanega območja. Katero tehniko slikanja bomo uporabili, je predvsem odvisno od pacientovega srčnega utripa in od napotne diagnoze. Avtorji navajajo, da je doza sevanja na pacienta pri računalniško tomografskai angiografiji koronarnih arterij s prospektivno tehniko do 85% manjša, kot pri retrospektivni tehniki. Tudi v naši inštituciji je doza pri retrospektivni tehniki manjša za enak odstotek. Zaključek: S prospektivnim EKG proženjem dozo v primerjavi z retrospektivnim bistveno zmanjšamo. Kakovost slik pri prospektivnem CT - ju koronarnih arterij bistveno ne odstopa od kakovosti slik pri retrospektivnem. Ključne besede: koronarna srčna bolezen, prostorska in kontrastna resolucija, časovna ločljivost, prospektivno in retrospektivno EKG proženje ABSTRACT Computed tomography angiography (CTA) is a minimal invasive medical examination used to detect possible coronary artery diseases. CT imaging is taken alongside ECG recording. This way a heart can be scanned during its resting phase avoiding the artefact due to heart movement, which is a major problem in the classical spiral data acquisition. The development of the dual-source Computer Tomography (DSCT) and the increased number of detectors improved spatial and temporal image resolution, however increasing the problem of radiation doses received by the patient. UVOD Posledica koronarne srčne bolezni je motena oskrba srčne mišice s krvjo. Ta bolezen v zahodnem svetu povzroča visoko obolevnost in smrtnost prebivalstva. V večini primerov je vzrok zanjo ateroskleroza srčnih žil, redko pa je zmanjšana prekrvitev srčne mišice posledica nenadnega krča koronarnih arterij. Srčna mišica mora biti stalno oskrbljena s primerno količino kisika zato ji pri zmanjšani oskrbi s kisikom grozi neke vrste zadušitev, ishemična okvara. K diagnosticiranju koronarne bolezni so pripomogle nove tehnološke izboljšave multi detektorskih računalniških tomografov (MDCT - multiple row detector coputed tomograph), ki omogočajo neinvazivno slikanje srca in oceno koronarne srčne bolezni. Z raziskovanjem slikanja srca in koronarnih arterij z računalniško tomografijo se ukvarjajo že od začetka njenega razvoja, več kot tri desetletja. Zaradi nezadostne hitrosti, slabe prostorske in časovne ločljivosti prejšnjih generacij računalniških tomografov, je bilo natančnejše ocenjevanje koronarnih arterij in funkcije srca do neke meje onemogočeno. Nedavne izboljšave v tehnologiji MDCT, kot so povečanje prostorske ločljivosti, ki je manjša od milimetra (manj kot 0,75 mm), izboljšana časovna ločljivost (80 - 200 ms) in zajemanje podatkov s pomočjo EKG - ja so doprinesle k boljšemu prikazu funkcije srca in njegovih arterij. V tem prispevku bova predstavili izboljšave v tehnologiji MDCT. Glavni izziv slikanja hitro utripajočega srca je članki zagotoviti zadostno časovno ločljivost. Srce najbolj miruje v času diastole, koronarne arterije pa so v tej fazi optimalno polnjene s krvjo, zato je najprimernejše slikanje v tej fazi. Pri prospektivni tehniki slikanja snemamo srčni cikel v fazi diastole, pri retrospektivni tehniki pa srce snemamo v celotnem ciklusu. Avtorji študij navajajo, da je pri CTA koronarnih arterij povprečni odmerek efektivne doze pri retrospektivni tehniki med 18 in 26 mSv. Z uporabo prospektivne tehnike pa lahko zmanjšamo dozo sevanja tudi od 67% do 83 % (Earls et al., Shuman et al., Hirai et al. in Arnoldi et al.). EKG beleženje se med slikanjem izvaja zato, da sta zajemanje in rekonstrukcija sinhronizirana z bitjem srca. Najino vprašanje je, kdaj uporabiti prospektivno in kdaj retrospektivno zajemanje podatkov? METODE Predstavili bova protokol za slikanje srca in koronarnih arterij. Osredotočili se bova na opis tehničnih izboljšav, ki jih imajo današnji MDCT-ji, kot so izboljšanje časovne in prostorske ločljivosti. Pri uporabi EKG-ja bova opisali prospektivno in retrospektivno zajemanje podatkov. Časovna ločljivost Da bi bolje demonstrirali in razumeli potrebo po visoki časovni ločljivosti, slika 1. prikazuje, kako se dolžina (v času) diastolične faze v času spreminja glede na frekvenco srčnih utripov. Z naraščanjem srčne frekvence se diastolična faza skrajša do takšne stopnje, da mora biti časovna ločljivost manjša od 100 ms, da objekt slikanja ustrezno prikažemo. Zelena časovna ločljivost za frekvenco, višjo od 70 utripov na minuto je 250 ms in 150 ms za frekvence, višje od 100. Idealno slikanje brez premikanja za vse faze zahteva časovno ločljivost okrog 50 ms. Zlati standard za primerjavo časovne ločljivosti, dobljene z MDCT je klasična radiologija, kjer pri ekspozicijah, dolgih od 1 do 10 ms gibanje srca ne vpliva na prostorsko ločljivost slike. Zato želje po visoki časovni ločljivosti zahtevajo kratke slikovne čase, da dobimo ustrezne podatke za rekonstrukcijo slike. Slika 1: Shematični prikaz dolžine diastol glede na frekvenco srca (Mahesh and Cody, 2007) Na časovno ločljivost pri MDCT vplivajo številni dejavniki. Med njimi so ključni čas vrtenja cevi, način zajemanja podatkov, vrsta rekonstrukcije in pitch (Euclid, 2009): Čas vrtenja cevi: Čas vrtenja cevi je definiran kot čas, ki je potreben za eno rotacijo (360°) cevi okrog objekta. Običajni čas vrtenja cevi je 750 ms, napredek v tehnologiji ga je močno skrajšal, na 330 - 370 ms. Najugodnejša časovna ločljivost pri slikanju srca je omejena s časom vrtenja cevi. Hitreje kot se cev vrti, boljša je. Z naraščanjem hitrosti obratov se veča tudi obremenitev aparata, ker hitro vrtenje težkih komponent mehanizma, ki sestavljajo tomograf, predstavlja večje sile gravitacije, ki otežujejo kasnejše upočasnjevanje časa rotacije. Tudi majhna izboljšava inkrementa (korak prekrivanja) predstavlja velik konstruktorski zalogaj za čas vrtenja cevi. V preteklosti je bil najmanjši čas rotacije večji od 2 s, v zadnjih nekaj letih pa se je počasi zmanjševala na manj kot 400 ms. Ker s trenutnim časom rotacije ne dobimo zadostne časovne ločljivosti, so se razvile različne metode za rešitev tega problema, na primer različne vrste pridobivanja podatkov ali rekonstrukcije slik za nadaljnjo izboljšavo časovne ločljivosti (Euclid, 2009). Način in protokol pridobivanja podatkov: Slikanje srca zahteva da so prikazani podatki dobljeni v najkrajšem času, da gibanje srca ne vpliva na prostorsko ločljivost. To lahko dosežemo s MDCT s prospektivnim ali retrospektivnim EKG zajemanjem. Protokol opisan v tabelah 1 in 2 uporabljamo na Kliničnem inštitutu za radiologijo Univerzitetnega kliničnega centra v Ljubljani. Preiskava poteka na 64-reznem računalniškem tomografu, proizvajalca Siemens (Dual Source CT Somatom Definition). članki Tabela 1: Protokol pri retrospektivni tehniki slikanja 2 TOPOGRAMA AP (512 mm) in str (512 mm) napetost (kV) 120 tok (mAs) 35 SCAN rtg cev A rtg cev B napetost (kV) 120 120 tok (mAs) 380 - 430 430 debelina reza (mm) 0,6 kolimacija (mm) 64 x 0,6 čas rotacije (s) 0,33 čas zakasnitve (s) glede na čas, ki ga izračuna test bolus čas skeniranja (s) odvisno od pacientove frekvence srca CTDI (mGy) 35,95 pitch odvisno od pacientove frekvence srca REKONSTRUKCIJA rekonstrukcijski algoritmi B26f, B30f, B70f debeline rekonstruiranih rezov (mm) 0,6; 1,00; 3,00 rek. inkrement (mm) 0,3 - 0,7 širina okna 700 center okna 80 območje skeniranja od arkusa aorte do nekaj cm pod trebušno prepono smer skeniranja kranio - kavdalno AEC (CARE Dose) vklopljen Tabela 2: Protokol pri prospektivni tehniki slikanja 2 TOPOGRAMA AP (512 mm) in str (512 mm) napetost (kV) 120 tok (mAs) 35 SCAN rtg cev A rtg cev B napetost (kV) 120 120 tok (mAs) 430 430 debelina reza (mm) 0,6 kolimacija (mm) 64 x 0,6 čas rotacije (s) 0,38 čas zakasnitve (s) glede na čas, ki ga izračuna test bolus čas skeniranja (s) odvisno od pacientove frekvence srca CTDI (mGy) 4,26 pitch / REKONSTRUKCIJA rekonstrukcijski algoritmi B26f, B30f, B70f debeline rekonstruiranih rezov (mm) 0,6; 1,00; 3,00 rek. inkrement (mm) 0,3 - 0,7 območje skeniranja od arkusa aorte do nekaj cm pod trebušno prepono smer skeniranja kranio - kavdano AEC (CARE Dose) vklopljen Prospektivno EKG zajemanje: Prospektivno zajemanje je podobno sekvenčni CT metodi, imenovani tudi »step and shoot«. Med slikanjem EKG beleži funkcije pacientovega srca (slika 2). Protokol slikanja je odvisen od EKG krivulje. Sestavljen je tako, da začetek slikanja nastavimo na želeni dolžini med dvema R zobcema, npr.: na 60% ali 70% R - R intervala, običajno v diastoli. Računalniški tomograf je usklajen s pacientovim pulzom, zajemanje podatkov se začne na prej nastavljenem mestu R - R intervala. Prikazani podatki so pridobljeni samo iz dela celotne rotacije cevi, kar imenujemo delni volumen. Za rekonstrukcijo celotne CT slike je potrebno pridobiti podatke iz 180° in pahljačast kot detektorjev v transverzalni ravnini. Zato je čas, ki ga potrebujemo za pridobitev podatkov odvisen od časa vrtenja cevi. Najboljša časovna ločljivost, ki jo lahko dobimo z metodo delnega slikanja je nekoliko višja od polovičnega časa vrtenja cevi. Ko pridobimo želene podatke se miza premakne na naslednje mesto in ko srce preide v ustrezno članki fazo mirovanja zajamemo naslednje slike. Ta cikel se ponavlja, dokler ni zajeto celotno preiskovalno področje (Euclid, 2009). Pri večrezinskih računalniških tomografih večje število detektorjev v z smeri omogoča, da v eni rotaciji zajamemo večji volumen srca. To je velika prednost pri zmanjševanju časa, ko mora pacient zadržati dih, tako zmanjšamo artefakte zaradi dihanja. Ena izmed prednosti prospektivnega zajemanja je zmanjšana doza, ker dobimo podatke iz kratkih časovnih intervalov in ne iz celotnega srčnega cikla. Časovna ločljivost v tem primeru znaša od 200 do 250 ms. Ta tehnika je tudi uporabna za ti. ocenjevanje stopnje kalcinacije koronarnih arterij. V tem primeru lahko tok rentgenske cevi precej zmanjšamo, saj je kalcij sam po sebi precej kontrasten in je zaradi visokega CT števila dobro viden. Vsi podatki so običajno dobljeni v fazi diastole (Euclid, 2009). Širina okna, v katerem zajemamo podatke je 10%, s tem dobimo ustrezen prikaz leve in desne polovice srca (Steigner et al 2009). Neprcl