Iteratív képrekonstrukció és alacsony dózisú dinamikus perfúzió CT kombinált alkalmazhatóságának vizsgálata
Title in English
Utility of low dose dynamic perfusion CT using novel iterative image reconstruction algorithm
Keywords in Hungarian
iteratív rekonstrukció, CT, dinamikus perfúzió
Keywords in English
iterative reconstruction, CT, Dynamic perfusion
Discipline
Medical engineering and technology (Council of Medical and Biological Sciences)
70 %
Radiology, nuclear medicine and imaging, radiation therapy (Council of Medical and Biological Sciences)
30 %
Ortelius classification: Tomography
Panel
Clinical Medicine
Department or equivalent
Városmajori Szív- és Érgyógyászati Klinika (Semmelweis University)
Participants
Kolossváry, Márton Szilveszter, Bálint
Starting date
2017-12-01
Closing date
2021-06-30
Funding (in million HUF)
18.912
FTE (full time equivalent)
3.58
state
closed project
Summary in Hungarian
A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára. A szív- és érrendszeri betegségek vezetik a morbiditási és mortalitási statisztikákat hazánkban és a világban egyaránt. A korszerű képalkotó diagnosztikai eljárásoknak központi szerepe van a kórfolyamat felismerésében és a progresszió monitorozásában. A koronária CT angiográfia (CTA) non-invazív képalkotó modalitás, mely nagy diagnosztikus pontossággal képes felismerni a koszorúerekben kialakult atheroszklerotikus plakkokat. A plakkok által okozott szűkületek hemodinamikai jelentőségét azonban korlátozott mértékben képes megítélni. Több nemzetközi tanulmány is rámutatott, hogy a szűkületek hemodinamikai jelentősége fontosabb marker a betegek túlélésére vonatkozólag, mint az szűkületek anatómiai értékelése. Az elmúlt években rendkívüli fejlődésen ment át a koronária CTA, melynek köszönhetően lehetővé vált a szűkületek hemodinamikai kiértékelése úgynevezett dinamikus perfúziós CT (DPCT) segítségével. A vizsgálat során A2A adenozin receptor agonistával (regadenozon) történik az iszkémia provokáció, amelyet követően az injektált kontraszt anyag perfúziós mintázatát analizáljuk CT segítségével. Vizsgálatunk célja új képi rekonstrukciós algoritmusok használatával végzett alacsony dózisú DPCT képalkotás diagnosztikus pontosságának meghatározása. Interatív model alapú képi rekonstrukciós algoritmusok segítségével rendkívül alacsony dózis ellenére diagnosztikus képminőség érhető el. Így ezen eljárásokkal csökkenthető lehet a beteget érő sugárterhelés mértéke perfúziós vizsgálatok során. Azonban az irodalomban nem áll rendelkezésre adat a regadenozonnal végzett alacsony dózisú DPCT vizsgálatok diagnosztikus pontosságáról.
Mi a kutatás alapkérdése? Ebben a részben írja le röviden, hogy mi a kutatás segítségével megválaszolni kívánt probléma, mi a kutatás kiinduló hipotézise, milyen kérdéseket válaszolnak meg a kísérletek. Vizsgálatunk célja a DPCT vizsgálatok diagnosztikus pontosságának meghatározása invazív frakcionált áramlási rezervvel (FFR) szemben, amely a hemodinamikai súlyosság megítélésének arany standardja. Továbbá vizsgálni kívánjuk az új képi renkonstrukciós algoritmusok hatását a diagnosztikus pontosságra, illetve hogy a vizsgálatok dózisának csökkentése miként lehetséges az új képi rekonstrukciós algoritmusok segítségével. Emellett összefüggést keresünk az hemodinamikia súlyossága és a különböző koronária plakk összetevők között.
Mi a kutatás jelentősége? Röviden írja le, milyen új perspektívát nyitnak az alapkutatásban az elért eredmények, milyen társadalmi hasznosíthatóságnak teremtik meg a tudományos alapját. Mutassa be, hogy a megpályázott kutatási területen lévő hazai és a nemzetközi versenytársaihoz képest melyek az egyediségei és erősségei a pályázatának! Kutatásunk segítéségével választ kaphatunk arra a kérdésre, hogy megfelelő biztonsággal azonosíthatóak-e azok a betegek non-invazív módon, akik hemodinamikailag szignifikáns koronária eltéréssel rendelkeznek. Az elmúlt néhény év során több vizgsálat is igazolta a CT-vel végzett dinamikus prfúziós vizsgálat pontosságát a hemodinamikailag jelentős szűkületek azonosítását illetően, azonban ezen vizsgálatok még nem alkalmazták a legújabb iteratív rekonstrukciós algoritmusokat és mind Adenozin terhelléssel történtek. Az elmúlt évek technikai fejlődésének köszönhetően lehetőség nyílik nagyon alacsony dózisú vizsgálatok végrehajtásának. Azonban jelenleg nincs adat arra, hogy a nagyon-alacsony dózisú vizsgálatok milyen mértékben befolyásolják a vizsgálatok diagnosztikus pontosságát. Emiatt kutatási projektünk célja a modell alapú iteratív rekonstrukció alkalmazhatóságának vizsgálata, valamint a betegek mind pedig a klinikai személyzet számára egyszerűbb és kevésbé megterhelő Regadenozon alkalmazhatóságának vizsgálata konvencionálisan alkalmazott adenozinnal szemben.
A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára Ebben a fejezetben írja le a kutatás fő célkitűzéseit alapműveltséggel rendelkező laikusok számára. Ez az összefoglaló a döntéshozók, a média, illetve az érdeklődők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI Hivatal számára. A koronária-betegség vezeti a halálozási statisztikákat Magyarországon. A koszorúér-betegséget non-invazív módon lehetséges diagnosztizálni CT segítségével. Az vizsgálat során rendkívül részletes adatokat kapunk a szűkületek típusáról és mértékéről, azonban arról, hogy miként befolyásolja a vér áramlását az adott szűkület a hagyományos szív-CT vizsgálat nem nyújt információt. Több nemzetközi tanulmány is rámutatott, hogy nem a szűkület mértéke, hanem annak vérkeringésre gyakorolt hatása lényeges a betegek túlélése szempontjából. Egy új fajta dinamikus perfúziós CT vizsgálat segítségével lehetőség nyílik a szűkületek véráramlásra gyakorolt hatásának megítélésére. Az ezidáig alkalmazott módszerek jelentős többlet sugárterhelést jelentenek a betegek számára, ezért célul tűztük ki egy alacsony sugárdózisú CT felvételezési technika alkalmazhatóságának és pontosságának vizsgálatát. A vizsgálat során gyógyszer segítségével érik el a szív terhelését, amelyet követően történik a képalkotás. Kutatásunk másik célkitűzése, hogy egy olyan gyógyszer alkalmazhatóságát vizsgáljuk, amelynek segítségével a vizsgálat biztonságosabban, a betegek számára kevésbé megterhelően és gyorsabban történik. A kutatási projektünk sikere esetén egy új dinamikus perfúziós protokoll kidolgozása valósul meg, amely a betegek számára gyorsabb ellátást biztosítana alacsony sugárterhelés mellett. Emellett a vizsgálatunk eredményei alapján reményeink szerint csökken az invazív szív katéteres vizsgálatok száma és növekszik a betegbiztonság.
Summary
Summary of the research and its aims for experts Describe the major aims of the research for experts. Cardiovascular diseases are the leading cause of morbidity and mortality world-wide. Cardiovascular imaging has an emerging role in the diagnosis and monitoring of these diseases. Coronary CT angiography (CTA) is a non-invasive imaging modality with excellent diagnostic capabilities to identify atherosclerotic plaques. However, the hemodynamic significance of the stenosis cannot be determined using conventional CTA images. Several studies have shown that lesion specific ischemia is more important than anatomical severity with respect to later major adverse cardiac outcomes. Over the past decades coronary CTA has undergone tremendous advances. Using the latest scanners it is possible to assess the hemodynamic significance of coronary lesions using dynamic perfusion CT (DPCT). During the procedure pharmacological stressors are used to achieve ischemia. After administration of the contrast material, CT images are taken of the heart to quantify the perfusion defect. Our objective is to assess the feasibility of performing DPCT examinations using ultra-low dose CT utilizing new novel image reconstruction algorithms and Regadenozon as stressor agent. Using new novel image reconstruction algorithms, the dose of the examinations can be decreased significantly. However, there is little information on the diagnostic accuracy of ultra-low dose DPCT examinations utilizing novel image reconstruction algorithms and Regadenozon.
What is the major research question? Describe here briefly the problem to be solved by the research, the starting hypothesis, and the questions addressed by the experiments. Our main objective is to assess the diagnostic performance of ultra-low dose DPCT using Regadenozon. Furthermore, we wish to assess how novel image reconstruction algorithms effect image quality and promote lower radiation exposure in this patient population. In addition we will analyze how coronary plaque composition correlates with the hemodynamic significance of atherosclerotic lesions.
What is the significance of the research? Describe the new perspectives opened by the results achieved, including the scientific basics of potential societal applications. Please describe the unique strengths of your proposal in comparison to your domestic and international competitors in the given field. Based on our results, we will be able to assess the diagnostic performance of non-invasive ultra-low dose DPCT examinations using regadenoson as compared to invasive fractional flow reserve measurements. Currently there is only limited information with regards to the diagnostic accuracy of DPCT examinations. Furthermore, these studies have all utilized adenosine as a stress pharmacon and have not investigated the effect of novel image reconstruction algorithms on ultra-low dose examinations. Furthermore, due to the technical developments in the last years, diagnostic image quality can be achieved using ultra-ow dose scans. However, little is known how these image reconstruction algorithms might affect the diagnostic accuracy of ultra-low dose DPCT examinations. Therefore, our research could add valuable information to the literature as we would be the first ones to utilize model based iterative reconstruction to achieve low dose DPCT. In addition, no data is available regarding the use of regadenozon in patinets undergoing DPCT exam.
Summary and aims of the research for the public Describe here the major aims of the research for an audience with average background information. This summary is especially important for NRDI Office in order to inform decision-makers, media, and others. Coronary artery disease is the leading cause of morbidity and mortality in Hungary. Using coronary CT angiography it is possible to diagnose coronary atherosclerosis non-invasively. This anatomical imaging of the coronary vessels gives very detailed information regarding the extent of the disease, however it does not provide any information on how the lesion might affect the blood flow. Several studies have shown that the hemodynamic significance of the coronary plaques is more important than the anatomical severity in case of long-term outcomes. Using dynamic perfusion CT it is possible to assess the hemodynamic significance of coronary lesions non-invasively. During the examination the heart rate is increased using drugs, after which the CT examination is performed. Our main objective is to investigate how the radiation dose may be lowered using novel image reconstruction algorithms. As a result of our research, we will develop a new dynamic perfusion CT protocol, which is significantly quicker than current protocols and uses less radiation. In addition, we will assess the utility of a new pharmacological drug, which is better for the patient. Overall, this will mean quicker, safer and less demanding examinations to the patients. Furthermore, by adding functional information to the anatomical pictures, we will be able to decrease the number of referrals to invasive examinations further increasing the safety of the patients.
Final report
Results in Hungarian
Kutatásunkban az új típusú iteratív képrekonstrukciós algoritmusokat alkalmaztuk Hazánkban elsőként perfúziós CT vizsgálatokban. A perfúziós CT vizsgálat a standard anatómiai vizsgálathoz képest funkcionális információt is nyújt, mely tovább javítja a CT technikai diagnosztikus teljesítményét és gatekeeper szerepét. A projekt során sikeresen készítettünk perfúziós CT vizsgálatokat regadenoson stress alatt stabil anginás betegek vizsgálatára.
A vizsgálatban elvégeztük a betegek bevonását, a képek kiértékelését, posztprocesszálását és az eredmények statisztikai kiértékelését. Célunk a képminőségi paramétereken felül a perfúziós paraméterek és koszorúér-betegség összefüggésének vizsgálata. Editorial folyóiratcikkben számoltunk be a funkcionális CT vizsgálat technikájáról és alkalmazhatóságáról a European Heart Journal Cardiovascular Imaging folyóiratban. A képrekonstrukciós algoritmusok és a dinamikus CT perfúziós paraméterek kapcsolatát vizsgáltuk és a legjelentősebb platformon, az Európiai Radiológiai Kongresszuson mutattuk be e-poszter formájában. Az "Imaging" folyóiratban összefoglaló közleményt publikáltunk a dinamikus CT perfúzió jelenéről és potenciális jövőben alkalmazásáról, kiegészítve saját tapasztalatainkkal a vizsgálati protokoll kapcsán.
Results in English
In our research, we applied a new type of iterative image reconstruction algorithms for the first time in our country to perfusion CT studies. These techniques provide excellent image quality at low radiation doses. Perfusion CT scan also provides functional information compared to standard anatomical information derived from CT, which further improves the technical diagnostic performance and gatekeeper role of CT. During this project, we successfully performed perfusion CT scans for the evaluation of patients with stable angina under regadenoson stress.
We finished the enrollment, and performed image evaluation, post-processing, and statistical evaluation of the results. We aimed to investigate the association between perfusion parameters and coronary artery disease in addition to image quality parameters. We reported on the technique and the applicability of functional CT scanning in an editorial article in the European Heart Journal Cardiovascular Imaging. We investigated the relationship between image reconstruction algorithms and dynamic CT perfusion parameters and presented it as an e-poster at one fo the most prominent congresses in Europe, the European Congress of Radiology. We published a summary of the present and potential future applications of dynamic CT perfusion in the journal "Imaging", complemented by our own experience regarding study protocol.
