Objectives. To propose and evaluate a four-dimensional (4D) algorithm for joint motion elimination and spatiotemporal noise reduction in low-dose dynamic myocardial computed tomography perfusion (CTP).
Methods. Thirty patients with suspected or confirmed coronary artery disease were prospectively included und underwent dynamic contrast-enhanced 320-row CTP. The presented deformable image registration method ASTRA4D identifies a low-dimensional linear model of contrast propagation (by principal component analysis, PCA) of the ex-ante temporally smoothed time-intensity curves (by local polynomial regression). Quantitative (standard deviation, signal-to-noise ratio (SNR), temporal variation, volumetric deformation) and qualitative (motion, contrast, contour sharpness; 1, poor; 5, excellent) measures of CTP quality were assessed for the original and motion-compensated volumes (without and with temporal filtering, PCA/ASTRA4D). Following visual myocardial perfusion deficit detection by two readers, diagnostic accuracy was evaluated using 1.5T magnetic resonance (MR) myocardial perfusion imaging as the reference standard in 15 patients.
Results. Registration using ASTRA4D was successful in all 30 patients and resulted in comparison with the benchmark PCA in significantly (p<0.001) reduced noise over time (-83%, 178.5 vs 29.9) and spatially (-34%, 21.4 vs 14.1) as well as improved SNR (+47%, 3.6 vs 5.3) and subjective image quality (motion, contrast, contour sharpness: +1.0, +1.0, +0.5). ASTRA4D resulted in significantly improved per-segment sensitivity of 91% (58/64) and similar specificity of 96% (429/446) compared with PCA (52%, 33/64; 98%, 435/446; p=0.011) and the original sequence (45%, 29/64; 98%, 438/446; p=0.003) in the visual detection of perfusion deficits.
Conclusions. The proposed functional approach to temporal denoising and morphologic alignment was shown to improve quality metrics and sensitivity of 4D CTP in the detection of myocardial ischemia.Zielsetzung. Die Entwicklung und Bewertung einer Methode zur simultanen Rauschreduktion und Bewegungskorrektur für niedrig dosierte dynamische CT Myokardperfusion.
Methoden. Dreißig prospektiv eingeschlossene Patienten mit vermuteter oder bestätigter koronarer Herzkrankheit wurden einer dynamischen CT Myokardperfusionsuntersuchung unterzogen.
Die präsentierte Registrierungsmethode ASTRA4D ermittelt ein niedrigdimensionales Modell des Kontrastmittelflusses (mittels einer Hauptkomponentenanalyse, PCA) der vorab zeitlich geglätteten Intensitätskurven (mittels lokaler polynomialer Regression). Quantitative (Standardabweichung, Signal-Rausch-Verhältnis (SNR), zeitliche Schwankung, räumliche Verformung) und qualitative (Bewegung, Kontrast, Kantenschärfe; 1, schlecht; 5, ausgezeichnet) Kennzahlen der unbearbeiteten und bewegungskorrigierten Perfusionsdatensätze (ohne und mit zeitlicher Glättung PCA/ASTRA4D) wurden ermittelt. Nach visueller Beurteilung von myokardialen Perfusionsdefiziten durch zwei Radiologen wurde die diagnostische Genauigkeit im Verhältnis zu 1.5T Magnetresonanztomographie in 15 Patienten ermittelt.
Resultate. Bewegungskorrektur mit ASTRA4D war in allen 30 Patienten erfolgreich und resultierte im Vergleich mit der PCA Methode in signifikant (p<0.001) verringerter zeitlicher Schwankung (-83%, 178.5 gegenüber 29.9) und räumlichem Rauschen (-34%, 21.4 gegenüber 14.1) sowie verbesserter SNR (+47%, 3.6 gegenüber 5.3) und subjektiven Qualitätskriterien (Bewegung, Kontrast, Kantenschärfe: +1.0, +1.0, +0.5). ASTRA4D resultierte in signifikant verbesserter segmentweiser Sensitivität 91% (58/64) und ähnlicher Spezifizität 96% (429/446) verglichen mit der PCA Methode (52%, 33/64; 98%, 435/446; p=0.011) und dem unbearbeiteten Perfusionsdatensatz (45%, 29/64; 98%, 438/446; p=0.003) in der visuellen Beurteilung von myokardialen Perfusionsdefiziten.
Schlussfolgerungen. Der vorgeschlagene funktionale Ansatz zur simultanen Rauschreduktion und Bewegungskorrektur verbesserte Qualitätskriterien und Sensitivität von dynamischer CT Perfusion in der visuellen Erkennung von Myokardischämie
