Performance Evaluation of a Multi-Slice CT System with 16-Slice Detector and Increased Gantry Rotation Speed for Isotropic Submillimeter Imaging of the Heart

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Abstract
4-slice CT scanners have shown limitations in clinical application for noninvasive coronary CT angiography (CTA). We evaluate advances in ECG-gated scanning of the heart and the coronary arteries with recently introduced 16-slice CT equipment (SOMATOM Sensation 16, Siemens, Forchheim, Germany). Materials and Methods: The technical principles of ECG-gated cardiac scanning, scan parameters, and detector design of the new scanner are presented. ECG-gated scan and image reconstruction techniques and ECG-controlled dose modulation (“ECG pulsing”) for a reduction of the patient dose are described, key parameters for image quality and simulation results presented, and phantom studies and initial patient experience discussed. The impact of reduced gantry rotation time (0.42 s) on temporal resolution and initial estimations of the patient dose are presented. Results: Extensions of ECG-gated reconstruction algorithms used for 4-slice CT provide adequate image quality for up to 16 slices. For each detector collimation different slice widths are available for retrospective reconstruction with well-defined slice sensitivity profiles (SSPs). For coronary CTA the heart can be covered with 0.75 mm collimation within a 20-s breathhold. The best possible spatial resolution is 0.5 × 0.5 × 0.6 mm. For 0.42 s gantry rotation time, temporal resolution reaches its optimum (105 ms) at a heart rate of 81 bpm. Effective patient dose for coronary CTA is 4–5 mSv using ECG-pulsed acquisition. Conclusion: The clinical performance of coronary CTA by means of spatial resolution, temporal resolution and scan time is substantially improved with the evaluated 16-slice CT scanner. Also, display of smaller coronary segments and instent visualization are substantially improved. Die Einführung der Mehrschicht-CT im Jahr 1998 stellte einen Durchbruch der mechanischen CT in der nichtinvasiven Bildgebung des Herzens dar. Klinische Studien zeigten jedoch Limitationen gängiger 4-Schicht-CT-Geräte, welche die breite klinische Anwendung der Methode einschränken. Material und Methoden: Die neue Generation von Mehrschicht-CT-Geräten bietet gleichzeitige Aufnahme von bis zu 16 Submillimeter-Schichten und verbesserte Zeitauflösung für Herzuntersuchungen durch Verringerung der Gantry-Rotationszeit auf 0,42 s. Diese Arbeit stellt die technischen Grundlagen und mögliche Applikationen dieser neuen Technologie in der Untersuchung des Herzens und der Koronargefäße am Beispiel eines neuartigen 16-Schicht-CT-Gerätes dar (SOMATOM Sensation 16, Siemens AG, Forchheim). Das neue Systemkonzept, Detektordesign und Dosiseffizienz sowie Datenaufnahme- und Bildrekonstruktionstechniken für die EKG-synchronisierte Untersuchung des Herzens werden diskutiert. Ergebnisse: Die Erweiterung gängiger Rekonstruktionstechniken von 4- auf 16-Schicht-Detektoren liefert eine diagnostisch adäquate Bildqualität. Die neuen Verfahren sind in der Lage, für jede kollimierte Schichtdicke Schichten verschiedener Dicke mit gut definierten Schichtempfindlichkeitsprofilen zu rekonstruieren. Basierend auf einer kollimierten Schichtdicke von 0,75 mm kann eine hochaufgelöste CT-Angiographie (CTA) des Herzens und der Koronargefäße in einer 20-sekündigen Atempause durchgeführt werden. Die bestmögliche räumliche Auflösung beträgt 0,5 × 0,5 × 0,6 mm. Mit einer Rotationszeit des Messsystems von 0,42 s wird die bestmögliche zeitliche Auflösung von 105 ms bei einer Herzfrequenz von 81 Schlägen/min erreicht. Unter Verwendung einer EKG-synchronisierten Röhrenstrommodulation ist für eine CTA des Herzens und der Herzkranzgefäße mit einer effektiven Patientendosis von 4–5 mSv zu rechnen. Schlussfolgerung: Mit den neuen 16-Schicht-CT-Systemen lassen sich bei reduzierter Untersuchungszeit sowohl die räumliche als auch zeitliche Auflösung für die CTA des Herzens und der Koronargefäße deutlich verbessern. Auch die Darstellung kleinerer Koronarsegmente und die In-Stent-Visualisierung werden ermöglicht.

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