Dual-source CT coronary angiography: prospective versus retrospective acquisition technique

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1 Radiol med (2011) 116: DOI /s CARDIAC RADIOLOGY CARDIORADIOLOGIA Dual-source CT coronary angiography: prospective versus retrospective acquisition technique Angiografia coronarica mediante TC dual source: tecnica di acquisizione prospettica versus retrospettiva C.N. De Cecco 1,2 V. Buffa 1 S. Fedeli 1 A. Vallone 1 R. Ruopoli 1 M. Luzietti 1 V. Miele 4 M. Maurizi Enrici 4 F. Musumeci 3 V. David 4 1 Dipartimento di Radiologia Cardiovascolare, 3 Dipartimento di Cardiochirurgia, 4 Dipartimento di Radiologia d Emergenza, Ospedale San Camillo-Forlanini, Circonvallazione Gianicolense 87, Rome, Italy 2 Dipartimento di Scienze Radiologiche, Università di Roma Sapienza, Ospedale Sant Andrea, Via di Grottarossa 1035, Rome, Italy Correspondence to: C.N. De Cecco, Tel.: , Fax: , carlodececco@gmail.com Received: 6 September 2009 / Accepted: 25 November 2009 / Published online: 27 October 2010 Springer-Verlag 2010 Abstract Purpose. The aim of our work was to compare image quality and radiation dose in a group of patients who underwent cardiac dual-source computed tomography (DSCT) with prospective electrocardiographic (ECG) gating with those of a control group studied with retrospective gating. Materials and methods. Sixty patients were randomly assigned to two groups of 30 individuals each. Patients with heart rates >70 bpm and body mass index (BMI) >30 kg/m 2 were excluded. Group A was examined with prospective ECG gating and group B with retrospective gating. The dose-length product (DLP) was recorded to calculate the radiation dose, whereas the effective dose was normalised to a standard 12-cm scan of the heart. Results. Applying the best reconstruction interval, 98.6% of segments in the prospective group and 99.3% in the retrospective group were diagnostic. No significant difference (p>0.05) in image quality was observed between groups. Mean normalised radiation dose was 4.91±0.4 msv in the prospective-gating group and msv±4.36 in the retrospective-gating group (p<0.01). Conclusions. Coronary CT with prospective ECG gating, a standard feature on new scanners, allows for a significant reduction in radiation dose without causing any significant decrease in image quality or in the number of segments assessed. The prospective technique is thus recommended for patients with heart rates 70 bpm and BMI 30 kg/m 2. Riassunto Obiettivo. Lo scopo del nostro lavoro è di comparare la qualità d immagine e la dose di radiazioni degli esami di un gruppo di pazienti sottoposto ad angiografia coronarica con tomografia computerizzata (TC) dual source (TCDS) con tecnica di sincronizzazione prospettica dell elettrocardiogramma rispetto ad un gruppo di controllo studiato con tecnica di sincronizzazione retrospettiva. Materiali e metodi. Sono stati studiati 60 pazienti randomizzati in due gruppi di 30 pazienti ciascuno. Sono stati esclusi dallo studio pazienti con frequenza cardiaca >70 battiti per minuto (bpm) e body mass index (BMI)>30 kg/m 2. Il gruppo A è stato studiato con una tecnica di sincronizzazione prospettica, mentre nel gruppo B è stata applicata una tecnica retrospettiva. Per il calcolo della dose di radiazioni è stato registrato il dose lenght product (DLP) e la dose effettiva è stata normalizzata per la lunghezza di una scansione standard del cuore di 12 cm. Risultati. Applicando il miglior intervallo di ricostruzione sono risultati diagnostici il 98,6% dei segmenti nel gruppo prospettico ed il 99,3% in quello retrospettivo. Non è stata osservata nessuna differenza significativa nella qualità delle immagini dei due gruppi (p>0,05). La dose normalizzata di radiazioni è stata di 4,91±0,4 msv per il gruppo prospettico, e di 14,62 msv±4,36 per il gruppo retrospettivo (p<0,01). Conclusioni. La TC coronarica con tecnica di

2 Radiol med (2011) 116: Keywords Dual-energy computed tomography Coronary angiography Prospective gating Retrospective gating sincronizzazione prospettica, utilizzabile negli scanners di ultima generazione, permette una significativa riduzione della dose di radiazioni somministrata al paziente senza determinare alcuna riduzione rilevante nella qualità delle immagini e nel numero di segmenti valutabili. Per tale ragione, è attualmente consigliabile l utilizzo di tale tecnica nei soggetti che presentano una frequenza cardiaca inferiore ai 70 bpm ed un BMI inferiore ai 30 kg/m 2. Parole chiave Tomografia computerizzata dual-energy Angiografia coronarica Gating prospettico Gating retrospettivo Introduction Multidetector computed tomography (MDCT) has proved to be an accurate method for evaluating coronary atherosclerosis [1 5]. The main limitation of the technique is the high radiation dose to the patient [6, 7]. Owing to the technological limits of older CT scanners, cardiac CT studies have been carried out until recently with retrospective electrocardiographic (ECG) gating, in which the whole heart cycle is acquired to obtain a large number of cardiac phases to assess the coronary arteries [8]. In this context, different dose-reduction strategies have been developed that rely either on dose-modulation algorithms during the cardiac cycle (ECG pulsing) [9] or on tube current reduction [10]. Although such strategies have allowed for a significant reduction in radiation exposure, the dose nonetheless remains high, even higher than that delivered by conventional coronary angiography. The most effective dose-reduction technique developed to date is prospective ECG gating, in which only a portion of the cardiac cycle is acquired in a sequential, step-andshoot mode. This results in a significant dose reduction, but it offers only a small range of phases for coronary assessment. A number of technical limitations, such as gantry rotation speed, have prevented the widespread use of this acquisition method, restricting it to research applications. However, these limitations have now been overcome by the latest-generation CT equipment in which different engineering solutions including increased number of X-ray tubes [11] or detectors [12] have allowed reliable prospective gating techniques to be developed [13]. The purpose of this study was to compare image quality and radiation dose in a group of patients studied with dualsource CT (DSCT) coronary angiography with prospective ECG gating compared with a control group studied with retrospective gating. Introduzione La tomografia computerizzata (TC) multidetettore (TCMD) ha dimostrato di essere una metodica che permette un accurata valutazione dell aterosclerosi coronarica [1 5]. Il principale limite della metodica è attualmente rappresentato dall elevata dose di radiazioni somministrata al paziente [6, 7]. A causa di limitazioni tecnologiche presenti nelle TC di vecchia generazione è stata utilizzata sinora una tecnica di sincronizzazione dell elettrocardiogramma (ECG) di tipo retrospettivo in cui viene acquisito l intero ciclo cardiaco, in modo da poter disporre di un elevato numero di fasi in cui valutare le coronarie [8]. Per tale motivo sono state sviluppate diverse strategie per la riduzione delle radiazioni basate su algoritmi di modulazione della dose durante il ciclo cardiaco (ECG pulsing) [9] o sulla riduzione dell intensità della corrente del tubo radiogeno [10]. In tal modo è stata ottenuta una significativa riduzione delle radiazioni somministrate al paziente, che però rimangono ancora a livelli elevati, superiori a quelli di un angiografia coronarica tradizionale. Attualmente la tecnica più efficace nella riduzione della dose risulta essere la sincronizzazione prospettica dell ECG, in cui viene acquisita solo in una parte del ciclo cardiaco effettuando così un acquisizione in modalità sequenziale. In tal modo si ottiene una significativa riduzione della dose somministrata, ma si hanno a disposizione solo un ristretto intervallo di fasi per la valutazione delle coronarie. Alcuni limitazioni tecniche, quali la velocità di rotazione del gantry, non avevano permesso sinora un ampio utilizzo di questa seconda modalità di acquisizione se non per finalità di ricerca. Tali limitazioni risultano attualmente superate nelle TC di ultima generazione in cui soluzioni ingegneristiche differenti, come l aumento dei tubi radiogeni [11] o l incremento del numero di detettori [12], hanno permesso lo sviluppo di tecniche di sincronizzazione prospettica affidabili [13].

3 180 Radiol med (2011) 116: Materials and methods Patient population Between January and March 2009, noninvasive DSCT coronary angiography was used to study 60 patients who were randomly assigned to two groups of 30. Group A was studied using a prospective ECG-gating technique and group B with a retrospective technique. The DSCT studies were performed on the basis of validated clinical indications for evaluating the heart and coronary arteries [14]. Exclusion criteria were allergy to iodinated contrast material, nephropathy (creatinine >120 mmol/l), nonsinus rhythm, haemodynamic instability, heart rate >70 bpm and body mass index (BMI) >30 kg/m 2. Approval by the local ethics committee was not required, as routine study protocols were adopted. Written informed consent was obtained from all patients enrolled in the study. Study protocol Examinations were conducted on a dual-source scanner (Somatom Definition, Siemens Medical Solutions, Forchheim, Germany). All patients received 0.4 mg nitroglycerin (Vernies, Pfzier) sublingually 2 min prior to the examination. Scans were acquired in the craniocaudal direction. The studies were conducted with a biphasic intravenous injection of iodinated contrast material (Iomeron 400, 400 mgi/ml, Bracco, Milan, Italy) delivered at high flow rates (5 6 ml/s) through a dual-head injector. Contrast doses were 70 ml for the retrospective scan and ml for the prospective scan, followed by a 50-ml saline flush. Bolus tracking was used to monitor passage of contrast medium, and a region of interest (ROI) was placed at the level of the aortic root. The scan was started 6 s after an attenuation threshold of 100 HU was reached. Group A was studied with the following parameters: detector collimation mm; acquisition slices mm with moving focal spot; voltage 120 kv; current 506 mas. The centre of the acquisition window was set at 75% of the R-R cycle. In the prospective acquisition with DSCT, the scan angle was extended from 260 to 460, resulting in ±8% of R-R cycle phases to be reconstructed compared with the selected phase. In Group B patients, scans were performed using the following parameters: detector collimation mm; acquisition slices mm acquired with a moving focal spot and adaptive pitch ( ); gantry rotation time 330 ms; tube voltage 120 kv; current 350 mas. To reduce the dose in group B patients, automatic current modulation (ECG pulsing) was used, with maximum tube intensity applied between 30% and 80% of the cardiac cycle. This prevented unnecessary exposure during cardiac phases in which the image quality of the coronary arteries is classified as nondiagnostic (Table 1). Lo scopo di tale lavoro è di comparare la qualità d immagine e la dose di radiazioni di un gruppo di pazienti sottoposto ad angiografia coronarica con TC dual source (TCDS) con tecnica di sincronizzazione prospettica dell ECG rispetto ad un gruppo di controllo studiato con tecnica di sincronizzazione retrospettiva. Materiali e metodi Popolazione di pazienti Nel periodo compreso tra gennaio e marzo 2009, sono stati studiati mediante angiografia coronarica non invasiva con TCDS 60 pazienti randomizzati in due gruppi di 30 pazienti ciascuno. Il gruppo A è stato studiato con una tecnica di sincronizzazione prospettica, mentre nel gruppo B è stata applicata una tecnica retrospettiva. L esecuzione della TCDS è stata basata su indicazioni cliniche validate per la valutazione del cuore e delle arterie coronarie [14]. I criteri di esclusione sono stati i seguenti: allergia al mezzo di contrasto iodinato, nefropatia (creatinina>120 mmol/l), ritmo non sinusale, instabilità emodinamica, frequenza cardiaca >70 battiti per minuto (bpm), body mass index (BMI)>30 kg/m 2. Non è stato richiesto il permesso della Commissione Etica locale dato che sono stati utilizzati protocolli di studio routinari. Tutti i soggetti esaminati hanno fornito il consenso informato scritto. Protocollo di studio L esame è stato eseguito utilizzando uno scanner dual source (Somatom Definition, Siemens Medical Solutions, Forchheim, Germania). Due minuti prima della prova, tutti i soggetti hanno ricevuto una dose sublinguale di 0,4 mm di nitroglicerina (Vernies, Pfzier). Lo studio è stato effettuato in direzione cranio-caudale. La scansione è stata eseguita con una iniezione intravenosa bifasica con un iniettore a doppia testata di mezzo di contrasto iodato (Iomeron 400, 400 mgi/ml, Bracco, Milano, Italia) a flussi elevati (5 6 ml/s) ad una dose di 70 ml per la scansione retrospettiva e di ml per la scansione prospettica, il tutto seguito da 50 ml di soluzione salina. Per monitorare il passaggio del MdC è stata utilizzata la tecnica del bolus tracking con la regione di interesse posizionata a livello della radice aortica. La scansione è iniziata 6 secondi dopo che è stata raggiunto un valore limite di attenuazione di 100 HU. Nel gruppo A sono stati utilizzati i seguenti parametri: collimazione dei detettori 32 0,6 mm; strati di acquisizione 64 0,6 mm acquisiti mediante macchia focale mobile; è stato applicato un voltaggio di 120 kv ed una intensità di corrente di 506 mas. Il centro della finestra di acquisizione è stato settato al 75% del ciclo R-R; nell acquisizione prospettica

4 Radiol med (2011) 116: Table 1 Study protocols Image reconstruction and analysis Prospective Retrospective Collimation Pitch kv mas Reconstruction interval 75%±8% 30% 80% Tabella 1 Protocolli di studio Prospettico Retrospettivo Collimazione 32 0,6 32 0,6 Pitch 1 0,2 0,35 kv mas Intervallo di ricostruzione 75%±8% 30% 80% In Group A patients, images were reconstructed in 2% steps of the R-R interval within the prospective acquisition window (67% 83%). In group B patients, images were reconstructed in 5% steps within the time interval of maximum tube current (30% 80%). In both cases, images were reconstructed with a 0.75-mm slice thickness, a 0.4- mm reconstruction increment, and a B26f kernel. In neither group was the ECG corrected manually. To evaluate calcified segments, reconstructions were obtained with a sharp kernel (B46f) [15]. Image reconstructions were transferred to an external workstation (Leonardo, Siemens Medical Solutions) equipped with dedicated software for cardiac postprocessing (Syngo Circulation II, Siemens Medical Solutions). Images were evaluated using axial scans, multiplanar reformations (MPR), maximum intensity projections (MIP), volume rendering (VR) and curved multiplanar reconstructions. Two blinded radiologists independently evaluated image quality of the coronary arteries according to the 16-segment classification of the American Heart Association [16]. The right coronary artery includes segments 1 4, the left main and left anterior descending arteries include segments 5 10 and the circumflex artery includes segments If present, the intermediate artery is designated segment 16. All coronary segments with a luminal diameter of at least 1 mm were analysed. Image quality was evaluated using a four-point scale (Fig. 1): score 1, not assessable due to motion artefacts; score 2, sufficient diagnostic quality to exclude any significant coronary diseases; score 3, minor artefacts and good diagnostic quality allowing exclusion of coronary diseases and evaluation of the degree of stenosis; score 4, no artefacts, excellent diagnostic quality. con la TCDS viene utilizzato un angolo di scansione di 460 invece dei tradizionali 260, il che si traduce nella possibilità di avere ±8% di fasi del ciclo R-R da ricostruire rispetto a quella selezionata. La scansione è stata eseguita nel gruppo B utilizzando i seguenti parametri: collimazione dei detettori 32 0,6 mm; strati di acquisizione 64 0,6 mm acquisiti mediante macchia focale mobile e pitch adattativo (0,2 0,35); tempo di rotazione del gantry 330 ms. È stato applicato un voltaggio di 120 kv ed una intensità di corrente di 350 mas. Nel grupppo B, al fine di ridurre la dose somministrata è stata utilizzata una modulazione automatica della corrente del tubo (ECG pulsing), con la massima intensità applicata tra il 30% e 80% del ciclo cardiaco, evitando l esposizione del paziente a dosi di radiazioni non necessarie durante le fasi del ciclo cardiaco nelle quali la qualità delle immagini delle arterie coronarie può risultare non diagnostica (Tabella 1). Ricostruzione ed analisi delle immagini Per il gruppo A, le immagini sono state ricostruite in fasi del 2% dell intervallo R-R all interno della finestra di acquisizione prospettica (67% 83%). Per il gruppo B, le immagini sono state ricostruite in fasi del 5% all interno della finestra di massima intensità della corrente dei tubi (30% 80%). In entrambi i casi le immagini sono state ricostruite utilizzando uno spessore di strato di 0,75 mm un incremento di ricostruzione di 0,4 mm ed un filtro B26f. In nessuno dei due gruppi è stata effettuata una correzione manuale dell elettrocardiogramma. Per la valutazione dei segmenti calcifici sono state effettuate ricostruzioni con l utilizzo di un filtro sharp (B46f) [15]. Le immagini ricostruite sono state trasferite ad una workstation esterna (Leonardo, Siemens Medical Solutions) equipaggiata con un software dedicato al post-processing cardiaco (Syngo Circulation II, Siemens Medical Solutions). Per la valutazione delle immagini sono state applicate scansioni assiali, ricostruzioni multiplanari (MPR), proiezioni di massima intensità (MIP), immagini in volume rendering (VR) e ricostruzioni multiplanari curve. Due radiologi in cieco hanno valutato indipendentemente la qualità delle immagini delle arterie coronarie basandosi sulla classificazione in 16 segmenti dell American Heart Associations [16]: l arteria coronaria destra include i segmenti 1 4, il tronco comune e l arteria discendente anteriore comprendono i segmenti 5 10 e l arteria circonflessa i segmenti Se presente il ramo intermedio viene classificato come segmento 16. Sono stati valutati i segmenti coronarici con un calibro del lume di almeno 1 mm. La qualità delle immagini è stata valutata mediante una una scala graduata in 4 punti (Fig. 1): grado 1, non valutabile a causa di artefatti da movimento; grado 2, immagine di qualità diagnostica sufficiente per escludere patologie coronariche

5 182 Radiol med (2011) 116: a b c d Fig. 1a-d Qualitative scale used in evaluating coronary segments. a Score 4, image of excellent diagnostic quality without artefacts; b score 3, image of good diagnostic quality with minor artefacts; c score 2, image of sufficient diagnostic quality to rule out significant coronary artery disease; d score 1, image not evaluable due to severe artefacts. Fig. 1a-d Scala qualitativa per la valutazione dei segmenti coronarici. a Grado 4, immagine di eccellente qualità diagnostica esente da artefatti; b grado 3, immagine di buona qualità diagnostica con artefatti minori; c grado 2, immagine di qualità diagnostica sufficiente per escludere patologie coronariche significative; d grado 1, immagine non valutabile per la presenza di severi artefatti. Evaluation of radiation dose For both groups, we measured the dose-length product (DLP) and the scan length in centimetres. The effective radiation dose in millisieverts (msv) was derived from the DLP and a conversion coefficient (k). The conversion factor for the chest [k=0.017 msv/(mgy cm)] was calculated using human phantoms in a Monte Carlo simulation [17]. Since the scan length varied according to the clinical indication, the effective dose was normalised for the length of a standard 12-cm heart scan [18]. Statistical analyses Quantitative variables of image quality were expressed as mean±standard deviation (SD) and the categorical variables as frequencies and percentages. Interobserver agreement with regard to image quality and the best reconstruction interval were calculated using Cohen s kappa (κ) (<0.20 poor; fair; good; ; very good; , excellent). The Mann Whitney U test was used to detect any differences between image quality and mean radiation dose in the two groups under examination. The χ 2 test was applied to analyse categorical variables between the two groups of patients. A p value <0.05 indicated a statistically significant difference. All statistical analyses were performed using the SPSS statistical software (Version 14.0, Statistical Package for the Social Sciences - SPSS, Chicago, IL, USA). significative; grado 3, immagine con artefatti minori e di buona qualità diagnostica per escludere patologie coronariche e valutare il grado di stenosi; grado 4, immagine senza artefatti di eccellente qualità diagnostica. Valutazione della dose di radiazioni In entrambi i gruppi è stato registrato il dose-lenght product (DLP) e la lunghezza in cm della scansione. L effettiva dose di radiazioni in millisievert (msv) è stata stimata utilizzando il DLP ed un coefficiente di conversione (k). Il fattore di conversione per il torace (k=0,017 msv/[mgy cm]) è stato calcolato mediante modelli corporei nella simulazione di Monte Carlo [17]. Dato che la lunghezza della scansione è risultata variabile a seconda del tipo di indicazione clinica, la dose effettiva è stata normalizzata per la lunghezza di una scansione standard del cuore di 12 cm [18]. Analisi statistiche Le variabili quantitative della qualità delle immagini sono state espresse come media±la deviazione standard (DS) e le variabili categoriche come frequenze e percentuali. La concordanza inter-osservatore per la qualità delle immagini ed il miglior intervallo di ricostruzione sono stati calcolati mediante la kappa (k) di Cohen (<0,20, scarsa concordanza; 0,21 0,40, discreta; 0,41 0,60, moderata; 0,61 0,80;

6 Radiol med (2011) 116: Results DSCT coronary angiography was performed successfully and without complications in all patients. All examinations proved diagnostic. Group A (prospective gating) consisted of 24 men and six women, with a mean age of 64.0±14.5 years, a BMI of 27.3 kg/m 2 ±3.1 (range kg/m 2 ), a mean heart rate of 58.7±9.4 bpm (range bpm) and a mean heart rate variability of 7.4±5.2 bpm (range 2 18 bpm); group B (retrospective gating) was composed of 21 men and nine women, with a mean age of 67.4±17.3 years, a BMI of 25.9 kg/m 2 ±4.4 (range kg/m 2 ), a mean heart rate of 62.4±11.4 bpm (range bpm) and a mean heart rate variability of 8.6±5.7 bpm (range 2 16 bpm) (Table 2). The two groups did not differ significantly in terms of sex, age, BMI, heart rate or heart rate variability (p>0.05). Image quality A total of 439 and 445 coronary segments were evaluated in groups A and B, respectively. Interobserver agreement for image evaluation was good (k = 0.78). Use of the best reconstruction interval for each segment resulted in excellent diagnostic quality (score 4) of images in 40.1% (176/439) of cases in group A and in 42.0% (187/445) of cases in group B. Minor artefacts (good image quality, score 3) were seen in 54.2% (238/439) and in 55.5% (244/445) and moderate artefacts in 4.3% (19/439) and in 2.5% (11/445) of cases in groups A and B, respectively. Severe Table 2 Demographic data Group A (prospective gating) Group B (retrospective gating) Men/women 24/6 21/9 Age (years) 64.0± ±17.3 Body mass index (kg/m 2 ) 27.3± ±4.4 Heart rate (bpm) 58.7± ±11.4 Heart rate variability (bpm) 7.4± ±5.7 Tabella 2 Dati demografici Gruppo A (prospettico) Gruppo B (retrospettivo) Maschi/femmine 24/6 21/9 Età (anni) 64,0±14,5 67,4±17,3 BMI (kg/m 2 ) 27,3±3,1 25,9±4,4 Frequenza cardiaca (bpm) 58,7±9,4 62,4±11,4 Varibilità frequenza (bpm) 7,4±5,2 8,6±5,7 bpm, battiti per minuto; BMI, body mass index buona; 0,81 1,00, eccellente). Il test della U di Mann- Whitney è stato utilizzato al fine di rilevare eventuali differenze tra la qualità delle immagini e la dose media di radiazione dei due gruppi in esame. Per l analisi delle variabili categoriche tra i due gruppi di pazienti è stato utilizzato il test del χ 2. Un valore di p<0,05 indica una differenza statisticamente significativa. Tutte le analisi statistiche sono state effettuate utilizzando il software statistico SPSS (Versione 14.0, Statistical Package for the Social Sciences - SPSS, Chicago, Illinois, USA). Risultati L angiografia coronarica mediante TCDS è stata eseguita con successo in tutti i pazienti, senza complicanze. Tutti gli esami di questa serie sono risultati diagnostici. Nel gruppo A sono stati studiati 24 maschi e 6 femmine, età media 64,0±14,5 anni, BMI 27,3 kg/m 2 ±3,1 (range 24,6 29,8 kg/m 2 ), frequenza cardiaca media 58,7±9,4 bpm (range 56,3 65,4 bpm), variabilità media della frequenza cardiaca 7,4±5,2 bpm (range 2 18 bpm); nel gruppo B sono stati studiati 21 maschi e 9 femmine, età media 67,4±17,3 anni; BMI 25,9 kg/m 2 ±4,4 (range 22,6 29,3 kg/m 2 ), frequenza cardiaca media 62,4±11,4 bpm (range 52,9 68,1 bpm), variabilità media della frequenza cardiaca 8,6±5,7 bpm (range 2 16 bpm) (Tabella 2). Non sono state riscontrate differenze significative nella composizione dei gruppi per quanto riguarda il sesso, l età, il BMI, la frequenza cardiaca e la variabilità della frequenza cardiaca (p>0,05). Qualità delle immagini Sono stati valutati un totale di 439 segmenti coronarici nel gruppo A e 445 nel gruppo B. La concordanza inter-osservatore nella valutazione della qualità delle immagini è risultata buona (k=0,78). Utilizzando per ogni segmento il miglior intervallo di ricostruzione, è stata osservata rispettivamente una eccellente qualità diagnostica dell immagine (grado 4) rispettivamente nel 40,1% (176/439) dei casi del gruppo A e nel 42,0% (187/445) nel gruppo B; si sono riscontrati artefatti minori (buona qualità immagine, grado 3) nel 54,2% (238/439) e nel 55,5% (244/445); artefatti di grado moderato sono stati osservati rispettivamente nel 4,3% (19/439) e nel 2,5% (11/445). La presenza di artefatti di grado severo che non permetteva la valutazione dei segmenti in esame è stata riscontrata nel 1,4% (6/439) e nel 0,7% (3/445) (Tabella 3). Complessivamente, applicando il miglior intervallo di ricostruzione sono risultati diagnostici il 98,6% dei segmenti nel gruppo prospettico ed il 99,3% in quello retrospettico. La qualità media delle immagini nel miglior intervallo di ricostruzione è stata di 3,3±0,6 per il gruppo A (Fig. 2) e di 3,4±0,6 per il gruppo B (Fig. 3) (p>0,05).

7 184 Radiol med (2011) 116: Table 3 Mean quality of images Quality Group A Group B (prospective (retrospective gating) gating) Excellent 40.1% 42.0% Good 54.2% 55.5% Sufficient 4.3% 2.5% Not evaluable 1.4% 0.7% Mean±SD 3.3± ±0.6 SD, standard deviation Dose di radiazioni La lunghezza media di scansione è stata per il gruppo prospettico di 14,1±2,0 cm (range 11,2 18,7 cm) e per il retropettivo di 13,7±2,6 cm (range 11,9 17,3 cm). La dose normalizzata di radiazioni per una scansione di 12 cm è stata di 4,91±0,4 msv (range 3,76 5,6 msv) per il gruppo prospettico e di 14,62 msv±4,36 (9,08 18,51 msv) per il gruppo retrospettivo. Complessivamente, è stata ottenuta una riduzione della dose di radiazioni del 62,4%±9,1% (range 51,0% 68,3%) (p<0.01) (Tabella 4). Tabella 3 Qualità media delle immagini Qualità Gruppo A Gruppo B (prospettico) (retrospettivo) Eccellente 40,1% 42,0% Buona 54,2% 55,5% Sufficiente 4,3% 2,5% Non valutabile 1,4% 0,7% Media±DS 3,3±0,6 3,4±0,6 DS, deviazione standard artefacts hindering segment evaluation were present in 1.4% (6/439) and in 0.7% (3/445) (Table 3) of patients, respectively. Overall, use of the best reconstruction interval led to 98.6% of segments in the prospective gating group and 99.3% in the retrospective gating group being regarded as diagnostic. Mean image quality in the best reconstruction interval was 3.3±0.6 for group A (Fig. 2) and 3.4±0.6 for group B (Fig. 3) (p>0.05). Discussione Nel nostro lavoro la qualità d immagine ottenuta nel gruppo prospettico è risultata sovrapponibile a quella del gruppo retrospettivo. Nel gruppo prospettico si è registrato un numero lievemente superiore di segmenti coronarici non valutabili per la presenza di artefatti severi, ma la differenza non è risultata tuttavia significativa. Tale risultato è stato possibile grazie al fatto che nella tecnica prospettica non viene acquisita in realtà una sola fase, ma si ha una finestra di ±8% rispetto al centro di acquisizione selezionato. Tutto ciò si traduce nella possibilità di avere a disposizione un numero ulteriore di fasi che, per quanto limitate, risultano fondamentali nel caso sia presenti artefatti. A fronte di ciò, è stata invece ottenuta una significativa riduzione della dose media di radiazioni somministrata al paziente di circa il 62,4%, con una dose di 4,9 msv per la tecnica prospettica rispetto ai 14,6 msv della retrospettiva. a b c Fig. 2a-c Prospective gating technique. a Right coronary artery; b left anterior descending artery; c circumflex artery. Fig. 2a-c Tecnica di sincronizzazione prospettica. a Coronaria destra; b arteria discendente anteriore; c arteria circonflessa.

8 Radiol med (2011) 116: a b c Fig. 3a-c Retrospective gating technique. a Right coronary artery; b left anterior descending artery; c circumflex artery. Fig. 3a-c Tecnica di sincronizzazione retrospettica. a Coronaria destra; b arteria discendente anteriore; c arteria circonflessa. Radiation dose Mean scan length was 14.1±2.0 cm (range cm) for the prospective gating group and 13.7±2.6 cm (range cm) for the retrospective gating group. The normalised radiation dose for a 12-cm scan was 4.91±0.4 msv (range msv) for the prospective gating group and msv±4.36 ( msv) for the retrospective gating group. Overall, radiation dose was reduced by 62.4%±9.1 (range %) (p<0.01) (Table 4). Discussion Image quality in the prospective gating group was comparable with that of the retrospective gating group. Slightly more nonevaluable coronary segments due to severe artefacts were seen in the prospective gating group, but the difference was not significant. This result was made possible by the fact that with the prospective technique, one acquires not a single phase but a ±8% range relative to the selected scan centre. This implies the possibility of acquiring additional phases, which although limited in number are fundamental in the event of artefacts. On the other hand, the mean radiation dose was reduced by around 62.4 %, with a dose of 4.9 msv for the prospective technique as against 14.6 msv for the retrospective method. This dose is lower than that reported for conventional angiography, which is estimated at around 7 msv on average [19]. These data refute the main argument against Table 4 Mean radiation dose Radiation dose Group A Group B (prospective (retrospective gating) gating) Scan length 14.1±2.0 cm 13.7±2.6 cm Mean dose 4.91±0.4 msv msv±4.36 Dose reduction 62.4%±9.1 Tabella 4 Dose media di radiazioni somministrata Dose di radiazioni Gruppo A Gruppo B (prospettico) (retrospettivo) Lunghezza scansione 14,1±2,0 cm 13,7±2,6 cm Dose media 4,91±0,4 msv 14,62 msv±4,36 Riduzione dose 62,4%±9,1% Tale dose risulta inferiore anche a quella riportata in letteratura negli esami di angiografia tradizionale che viene quantificata in media sui 7 msv [19]. Con tale dato viene meno il principale argomento a sfavore della TC coronarica che era rappresentato dell elevata dose somministrata. Per tale motivo è ragionevole aspettarsi in futuro, grazie alla diffusione degli scanners di ultima generazione, un espansione delle indicazioni della TC coronarica ed un notevole aumento del ricorso alla stessa in diagnostica coronarica rispetto alla coronarografia invasiva che attualmente presenta una morbidità ed una mortalità [20] più elevate ed una dose di radiazioni comparabile se non superiore. I dati del nostro studio confermano e supportano quelli

9 186 Radiol med (2011) 116: coronary CT, i.e., its high radiation dose. Therefore, it can be reasonably expected that the wider diffusion of latestgeneration scanners will expand the indications for coronary CT and considerably increase its use in coronary diagnostics compared with invasive coronary angiography, which has higher morbidity and mortality rates [20] and similar, if not higher, radiation doses. Our study findings confirm and corroborate those of other reports [13, 18, 21 25] investigating prospective ECG gating and demonstrate the clinical feasibility of the technique as an effective method to reduce radiation exposure without affecting image quality. It should, however, be emphasised that these results were obtained in selected groups of patients. The prospective gating technique is applied to patients with low heart rates (<70 bpm) and average BMI only to minimise the risk of artefacts that would prove impossible to eliminate given the small number of phases available. In our view, the need to administer beta-blockers once again, a need that dual-source technology had considerably reduced is an acceptable price to pay for a significant reduction in the radiation dose delivered, particularly to young patients [26, 27]. A recent study, however, has shown that prospective gating can also be used with DSCT in patients with heart rates >70 bpm [28]. The technique would thus also allow the study of particular patients, such as heart-transplant patients with a high resting heart rate and reduced response to beta-blockers requiring serial follow-up imaging for possible allograft coronary disease [29]. Finally, the prospective technique can provide diagnostic-quality images even in patients with arrhythmia, thanks to the sequential nature of the examination that makes it possible to avoid acquiring the segment when an ectopic beat is recognised prior to the scan, or to repeat the scan when the extrasystole occurs during acquisition. Conclusions Coronary CT and the prospective ECG gating technique featured by the latest-generation scanners allows for a significant reduction in radiation dose, greater than that in conventional angiography, without deterioration of image quality or reduction in the number of assessable segments. This technique can therefore be recommended for patients with a heart rate <70 bpm and a BMI <30 kg/m 2. ottenuti da altri gruppi di ricerca [13, 18, 21 25] sulla tecnica di sincronizzazione prospettica, e ne dimostrano l applicabilità nella pratica clinica come metodo efficace nella riduzione della dose di radiazioni somministrata al paziente senza inficiare la qualità d immagine dello studio. Tuttavia è necessario sottolineare come tali risultati siano stati ottenuti in gruppi selezionati di pazienti. Infatti, la tecnica di sincronizzazione prospettica viene applicata attualmente in pazienti con frequenze basse (inferiori ai 70 bpm) e con un BMI non elevato, al fine di ridurre al minimo la possibilità di artefatti che, data il basso numero di fasi a disposizione, non sarebbe possibile eliminare. A nostro giudizio la necessità di betabloccare nuovamente i pazienti, che sembrava essersi notevolmente ridotta con l avvento della tecnologia dual source, ci sembra un prezzo accettabile da pagare a fronte di una significativa riduzione della dose somministrata, in particolare nei soggetti giovani [26, 27]. Un recente studio ha dimostrato tuttavia la possibilità di utilizzare il protocollo prospettico anche in pazienti con frequenze cardiache superiori ai 70 bpm con TCDS [28]. In tal modo sarebbe possibile studiare con tale tecnica anche soggetti particolari come i pazienti sottoposti a trapianto cardiaco in cui è presente un elevata frequenza basale ed una scarsa risposta ai farmaci beta-bloccanti e che necessitano di controlli ripetuti nel tempo per l eventuale insorgenza della coronaropatia da rigetto [29]. Infine, è da sottolineare come con l utilizzo della tecnica prospettica è possibile ottenere esami di qualità diagnostica anche in pazienti aritmici, grazie alla possibilità offerta dalla natura sequenziale dell esame, di evitare l acquisizione del segmento quando viene riconosciuto un battito ectopico prima della scansione o di ripetere la scansione quando l extrasistole avviene durante l acquisizione. Conclusioni La TC coronarica con tecnica di sincronizzazione prospettica, utilizzabile negli scanners di ultima generazione, permette una significativa riduzione della dose di radiazioni somministrata al paziente, inferiore anche a quella dell angiografia tradizionale, senza determinare alcuna riduzione rilevante nella qualità delle immagini e nel numero di segmenti valutabili. Per tale ragione, è attualmente consigliabile l utilizzo di tale tecnica nei soggetti che presentano una frequenza cardiaca inferiore ai 70 bpm ed un BMI inferiore ai 30 kg/m 2. Conflict of interest None

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