Rotationsangiographie - Methodik und experimentelle Parameterevaluierung für eine optimale 3D-Visualisierung von zerebralen Gefäßen

Abstract

Evaluierung von Parametern für eine optimierte Visualisierung von 3D-Rotationsangiographien mit standardisierten Einstellungen.

Bei einem Phantommodell mit einem künstlichen Gefäßbaum wurden mit unterschiedlichen Parametern (Rotationszeit, Dosis, BV-Größe, Volumen, Matrix) 24 Rotationen durchgeführt (Neurostar Plus, Siemens). Anschließend wurden diese an einer Workstation (3D-Virtuoso, Siemens) rekonstruiert und ausgewertet (36 Rekonstruktionen). Die erhaltenen Rekonstruktionen wurden hinsichtlich Detailerkennbarkeit, Oberflächenbeschaffenheit, Artefakte, Kontrast und Zeitaufwand ausgewertet.

Der Vergleich zeigt eine höhere Qualität der Rekonstruktionen mit langen Rotationszeiten, höherer Dosis und großer Matrix. Der Zeitaufwand für die Volumenrekonstruktionen ist bei kurzen Rotationszeiten mit großem Volumen und kleiner Matrix am kürzesten. Der Zeitaufwand für die Nachbearbeitung ist bei langen Rotationszeiten bei kleinem Volumen und großer Matrix am geringsten.

Schlußfolgernd sind für diagnostische prätherapeutische Untersuchungen eine Rotationszeit von 5s mit hoher Dosis und 70kV praktikabel. Für Darstellungen von größeren Gefäßausschnitten ist eine Matrix von 256x256, für die Darstellung selektierter Abschnitte (z.B. Aneurysmen) eine Matrix von 128x128 ausreichend. Für die Darstellung von vaskulären Strukturen in Nachbarschaft zu Knochen und zur Therapieplanung sollten lange Rotationszeiten (8s, 14s) wegen der höheren räumlichen Aussagekraft und der besseren Diskriminierung zum Knochen eingesetzt werden.

Die Rotationsangiographie stellt einen wichtigen Fortschritt in der Diagnostik und endovaskulären Therapieplanung zerebraler Aneurysmen dar. Die diagnostische Aussagekraft ist höher als bei der konventionellen 2D-Angiographie unter Einsparung von Strahlendosis und Kontrastmittel bei entsprechend bewusstem Einsatz der Akquisitions- und Nachverarbeitungsparameter. Inwieweit eine Ausweitung der Anwendungsgebiete auf periphere, kardiale, pelvine und renale vaskuläre Indikationen, 3D-Cholangiographien und 3D-Dakryozystographien sowie eine Ergänzung oder sogar Ersatz zur 2-Ebenen-Radiographie erfolgen wird, bleibt abzuwarten.

Mit raschem Fortschreiten der Hardware- und Softwareentwicklung ist die konsekutive Fortsetzung der 3D-Rotationsangiographie die 4D-Angiographie mit dynamischer Flussanalyse durch eine additive zeitliche Auflösung zur bestehenden räumlichen Auflösung der 3D-Rotationsangiographie.

PURPOSE: To evaluate parameters that optimize the reconstruction of rotational angiograms for clinical applications.

METHOD/MATERIALS: A phantom model with an artificial vessel system filled with pure contrast agent was used to create rotational angiograms with different parameter settings: rotation times of 5s, 8s or 14s; image intensifier of 33cm or 22cm, high or low radiation dose. The obtained angiograms were then reconstructed on a workstation (3D-Virtuoso Siemens) using another set of different parameters: matrix size 128x128, 256x256, 512x512; voxel size 0,05-1,0mm. Finally, the images were evaluated using the same threshold level with regard to resolution, artifacts, surface quality, contrast and reconstruction time.

RESULTS: The visualized volumes of rotational angiograms with long rotational times (14s), higher dose and a matrix size of 512 x 512 were superior. The highest resolution and the smoothest surface was obtained using a high matrix (512x512), a small voxel size (0,05mm) and the 22cm image intensifier. A short rotational time, voxels larger than 0.5 mm and a small matrix (256 x 256) resulted in short reconstruction times. Long rotational times with small voxel sizes and a matrix of 512 x 512 shortened the postreconstruction rendering time.

CONCLUSION: For pre-therapeutic, diagnostic purposes a rotation time of 5 sec. and a high dose is most useful. In order to demonstrate larger (longer) vessel segments a matrix of 256x256 should be deployed, for smaller sections (e.g. intracranial aneurysm) a matrix of 128x128 is sufficient. In order to demonstrate vessel segments in close vicinity to bony structures an for preoperative planning, long rotation times (8sec, 14sec.) should be used for better spatial understanding and facilitated distinction between bone and vessel.

The rotational angiography is an important advancement for the diagnosis and planning of endovascular treatment of cerebral aneurysms. Its meaningfulness diagnostic value is higher than that of conventional 2D angiography with minimal use of radiation dose and contrast agent if acquisition and reconstruction parameters are set effectively. It remains to be seen, to what extent its application can be expanded to the demonstration of vessels that are in the peripheral, cardiac, pelvine and renal region, and also if it is suitable for 3D cholangiographies, 3D dacryocystographies and as a substitute for 2D radiography.

With the continuous advancement of hardware and software development, the next step following 3D-rotational angiography will be 4D-angiography that has dynamic flow analysis using an additional temporal resolution in combination with the spatial resolution of the 3D-rotational angiography.