Next-generation Computertomographen

Einfluss von next-generation Computertomographen auf Bildqualität und Dosis in der ambulanten Herz-CT-Diagnostik

Die Herz-CT ist eine mittlerweile etablierte Methode zur Darstellung der Koronargefäße. Die diagnostische Genauigkeit wird in Metaanalysen mit einer Sensitivität und Spezifität von 95,2 % / 79,2 % angegeben^{1, 2}. In der aktu-ellen nationalen Versorgungsrichtlinie zur chronischen Koronarerkrankung wird die Herz-CT als Mittel der Wahl für Pati-enten mit einer niedrigen bis mittleren Prätest-Wahrscheinlichkeit empfohlen ³. Sie weist dabei eine identische Genauigkeit verglichen mit der invasiven Koro-narangiographie auf, hat jedoch deutlich weniger Nebenwirkungen und führt lang-fristig zu einer verminderten Mortalität ^4, 5.

In Deutschland regelt die Bundesärztekammer über Leitlinien zur Qualitätssicherung in der Computertomographie die Mindestanforderungen für die Gerätetechnik für unterschiedliche Indikationen, auch für die Herz-CT ⁶. Maßgebliche Parameter sind dabei die Abdeckung in z-Richtung mit einem Detektor mit mindestens 64 Zeilen sowie die zeitliche Auflösung mit einer Rotationszeit von kleiner oder gleich 0,35 s. Damit qualifizieren sich nur mindestens mittel- oder höherpreisige CT-Scanner für die Anwendung bei der Herz-CT.

Für viele Praxen stellt sich daher die Frage, ob der Mehrpreis für ein kardiofähiges CT wirtschaftlich sinnvoll ist und welche technische Ausstattung das CT haben sollte. Die erste Frage lässt sich nur in Kenntnis der lokalen Umstände, der noch zu defi nierenden EBM-Ziffern, Qualitätssicherungsvereinbarungen und jeweiligen KV-Regeln definieren. Zur Beantwortung der zweiten Frage soll diese Veröffentlichung beitragen.

 Bereits seit mehr als zehn Jahren werden an unserer Institution Herz-CTs auf einem 128-Zeilen Single-Source CT (SSCT) mit einer Rotationszeit von 0,3 s durchgeführt. Jährlich wurden dabei mehr als 300 Fälle untersucht, wobei die Patienten meist durch fachärztliche Kardiologen zugewiesen wurden. Im Rahmen einer Praxiserweiterung wurde im Sommer dieses Jahres ein neues 128-Zeilen Dual Source CT (DSCT) mit einer Rotationszeit von 0,33 s installiert. Ab dem Zeitpunkt der Installation wurden alle Herz-CT-Patienten dann nur noch an dem neuen DSCT-Scanner untersucht.

Zuweiser und damit die Qualität der zu untersuchenden Patienten, Personal und Kontrastmittelprotokolle blieben dabei unverändert. Damit bot sich die Möglichkeit, über eine retrospektive Analyse der Bild- und Metadaten eine belastbare Aussage zum Einfluss der verwendeten CT-Scanner Technologie auf die Bildqualität und Strahlendosis in einem ambulanten Setting zu unter-suchen. Diese Daten können anderen Erbringern von CT-Leistungen als mögliche Richtlinie bei der Auswahl der einzu-setzenden Scannertechnologie dienen.

Material und Methoden

◾CT-TECHNIK

Vor der Umstellung wurde ein 128-Zeilen Single-Source CT (SOMATOM Definition AS+, Siemens Healthineers, Forchheim, Deutschland) mit einer zeitlichen Auflösung von 150 ms (Rotationszeit 0,3 s) und einer Detektorbreite von 38,4 mm ver-wendet. Nach der Umstellung wurde ein 128-Zeilen Dual Source CT (SOMATOM Pro.Pulse, Siemens Healthineers) mit einer zeitlichen Auflösung von 86 ms (Rotationszeit 0,33 s) und einer Detektorbreite von 38,4 mm verwendet. Weitere technische Details beider CT-Scanner finden sich in Tabelle 1.

Tabelle 1

Für beide CT-Scanner wurde die jeweils eingebaute Dosismodulation (CARE kV) des Herstellers für die CT-Angiographie verwendet. Das Kontrastmittel-Timing wurde für beide CT-Scanner durch ein Bolus-Trigger in der Aorta ascendens durchgeführt, der Scanstart erfolgte bei Erreichen des Schwellenwerts von 140 HU automatisch.

Beim SSCT erfolgte die CT-Angiographie Akquisition mittels prospektiv getriggerter Sequenz (bis Herzfrequenz 65), darüber mittels retrospektiv getriggerter Spirale. Beim DSCT erfolgte die Programmwahl (Sequenz vs. Spirale) durch eine eingebaute KI (myExamCompanion, Siemens Healthineers), die basierend auf Herzrate und Rhythmus das mutmaßlich optimale Programm wählte.

Die Kontrastmittelgabe erfolgte maschinell mit einer MedRad Stellant Pumpe (Bayer, Leverkusen, Deutschland). Als Kontrastmittel wurde jeweils 50 ml Imeron 400 (Bracco, Mailand, Italien), gefolgt von einem Imeron/NaCl-Mischbolus (50 ml/50 ml) und 50 ml NaCl mit 5ml/s über eine periphere 18 G Venenverweilkanüle verabreicht.

◾PATIENTEN

Es wurden retrospektiv die Daten aller Herz-CT Patienten, die 80 Tage vor und nach der Inbetriebnahme des neuen CT untersucht wurden, eingeschlossen. Die Abfrage der Bilddaten erfolgte über das PACS (Phönix-PACS, Freiburg, Deutsch-land), das eine anonymisierte Abfrage und Datenanzeige erlaubt. Ausschluss-kriterien waren: ausschließliche Durch-führung einer Koronarkalk-Messung ohne CT-Angiographie und Patienten mit Bypässen. In der Summe wurden die Daten von 245 Patienten eingeschlossen.

◾AUSWERTUNG

Aus den im PACS gespeicherten Patientenprotokollen der CT-Angiographie (CTA) wurde das Dosis-Längen-Produkt (DLP) für die CTA und die für die CTA verwendete kV extrahiert. Die Herzrate zum Zeitpunkt der Akquisition und der Akquisitionsmodus wurden ebenfalls extrahiert. Die Bildqualität der Herzkranzgefäße wurde von zwei erfahrenen Befundern (Q2-und Q3-HerzCT der Deutschen Röntgengesellschaft) auf Gefäß-Basis für die Gefäße RCA, LM, LAD, LCX mittels einer ordinalen 3-Punkt Skala unabhängig bewertet: 

◾3: exzellent

◾2: Artefakte, aber diagnostisch

◾1: Artefakte, Gefäß nicht komplett beurteilbar

STATISTISCHE ANALYSE

Daten wurden anonymisiert in Excel (Microsoft , Redmond, WA) gespeichert, die statistische Auswertung erfolgte in JASP (University Amsterdam, Nieder-lande) und ChatGPT 4o (OpenAI, San Francisco, USA). Für die Auswertung wurden Mittelwerte, Standardabweichungen und t-Tests für stetige Daten sowie Median und Wilcoxon-Tests für ordinale Daten verwendet. Die Über-einstimmung der Reader wurde mittels Cohen’s Kappa Koeffizient berechnet.

ERGEBNISSE

113 Patienten (32 Frauen/80 Männer, durchschnittliches Alter 66,1 a) wurden auf dem SSCT untersucht, 132 Patienten (43 F /89 M, 64,7a) wurden auf dem DSCT untersucht. Durchschnittsalter der Patienten sowie das Verhältnis der Frauen zu den Männern war dabei auf beiden CT-Scannern nicht signifikant unterschiedlich. Die mittlere Herzrate war bei beiden CT-Scannern ebenfalls nicht signifikant unterschiedlich mit circa 61 bis 62 Schlägen pro Minute. Die Variabilität der Herzrate, die auf beiden Systemen durch Extrassystolen während der Akquisition teilweise auch sehr hoch war, war dabei auf beiden CT-Scannern identisch.

Eine genaue Übersicht zu den demographischen Daten liegt in Tabelle 2 vor.

Tabelle 2

Das mittlere DLP beim DSCT lag bei 87,7 mGycm, beim SSCT 52 % darüber bei 133,6 mGycm (p = 0,013). Das DLP schwankte auf beiden CT-Scannern dabei je nach Patientenkonstitution und Untersuchungsmethode zwischen 17 und 923 mGycm. Unter Berücksichtigung eines Umrechnungsfaktors von 0,014 ergibt sich für das DSCT eine mittlere effektive Strahlendosis von 1,23 mSv für das SSCT von 1,87 mSv. Ein Beispiel für die Bildqualität ist in Abbildung 2 aufgeführt. 

Die automatische kV-Modulation erlaubte beim DSCT eine signifikant niedrigere durchschnittliche Röhrenspannung DSCT von 74,2 kV verglichen mit 101,4 kV beim SSCT (p < 0,001). Die Distribution der kV über die einzelnen Untersuchungen ist in Abbildung 3 dargestellt.

Die kompletten technischen Ergebnisse sind ebenfalls in Tabelle 2 aufgeführt.

Bei der subjektiven Bewertung der Beurteilbarkeit der Gefäße durch die zwei Befunder zeigte sich eine diagnostische Bildqualität der rechten Herzkranzarterie (RCA) für das SSCT in 37 von 113 Fällen beziehungsweise 42 von 113 Fällen (Befunder 1/2), beispielhaft in Abbildung 4 gezeigt. Auf Prozentniveau berechnet waren somit 33 % beziehungsweise 37 % der Untersuchungen der rechten Herzkranzarterie beim SSCT nicht diagnostisch. Für das DSCT war die Anzahl der nicht-diagnostischen rechten Herzkranzarterien acht beziehungsweise fünf von 132 Fällen (Befunder 1/2).

Auf Prozentniveau herabgebrochen waren somit 6 % bzw. 4 % der Untersuchungen der rechten Herzkranzarterie beim DSCT nicht diagnostisch. Beim Ramus circumflexus (LCX) war der prozentuale Anteil der nicht diagnostischen Untersuchungen beim SSCT 6 % bzw. 7 % (Befunder 1/2) beim DSCT 2 % bzw. 0 % (Befunder 1/2). Die prozentuelle Anzahl nicht diagnostischer Befunde der Ramus interventricularis anterior (LAD) war 4 % beim SSCT (Befunder 1/2) bzw. 0 % beim DSCT (Befunder 1/2).

Diese Unterschiede waren statistisch signifikant: RCA p < 0,0001, LCX p < 0,0001, LAD p = 0,0004). Für den Hauptstamm ergaben sich keine relevanten Unterschiede. Die Beurteiler hatten dabei eine gute Übereinstimmung mit einem Cohen’s Kappa von 0,71 (0,61 – 0,8: gute Übereinstimmung). Die Übersicht über die Ergebnisse der subjektiven Beurteilung sind in Tabelle 3 aufgeführt.

Tabelle 3

DISKUSSION

Diese Studie hat zwei Kernaussagen: zum einen führt die verbesserte Technik auf Seiten der Röntgenröhren bei neueren CT-Geräten wie in unserem Fall zu einer deutlich häufigeren Verwendung der „low-kV“ Bildgebung, die besonders dosissparend ist. Da in diesem Fall die Strahlung näher an der k-Kante des Jods ist, wird dennoch ein hoher arterieller Gefäßkontrast im Durchschnitt erreicht 7.

Die Messung des Kontrasts war jedoch außerhalb des Fokus dieser Studie. Zum anderen ist anhand der Daten klar sichtbar, dass eine erhöhte zeitliche Auflösung, wie sie zum Beispiel mit einem DSCT erreicht werden kann, zu einer deutlich robusteren Durchführung der Herz-CT in der Praxisroutine führt. Auch mit dem neuen DSCT sind nicht diagnostische Fälle nachweisbar gewesen, die Anzahl der nicht diagnostischen Fälle war dabei jedoch deutlich und signifikant geringer als bei einem SSCT.

Insbesondere die beim SSCT relativ häufig vorkommenden Pulsationen der RCA im Sulcus atrioventricularis waren, wenngleich mit dem DSCT nicht komplett verschwunden, jedoch deutlich weniger häufig und stark ausgeprägt, so dass die Gesamtbeurteilbarkeit der Untersuchungen statistisch signifikant höher war und somit in Alltag in der Praxis die Untersuchung deutlich robuster ist.

In einen Befund übersetzt, hieße das zum Beispiel, dass von den 113 Herz-CT Untersuchungen auf einem SSCT je nach Befunde 37 – 42 % als CADRADS N hätten gewertet werden müssen, da nicht alle Segmente sicher beurteilbar sind. Beim DSCT verringert sich dieser Prozentsatz auf 4 – 6 %. In Routine wird häufig der Behelfsumweg um eine zusammenfassende Beurteilung der sichtbaren Segmente gewählt.

Wünschenswert wäre jedoch eine sichere und vollumfängliche Beurteilung der Herzkranzgefäße. Gerade mit der bevorstehenden Einführung und dem langsamen Roll-out der Herz-CT als Leistung der gesetzlichen Krankenkassen ist von einer zunehmenden Anzahl von Untersuchungen auszugehen. Um der Methode, die bislang vorwiegend wissenschaftlich und universitär eingesetzt wurde, auch zu einer breiten Akzeptanz im niedergelassenen, kardiologischen Sektor zu verhelfen, ist eine hohe radiologische Abb. 3: Darstellung der kV-Verteilung über die verschiedenen Patienten.

Beim SSCT wurden die meisten Patienten mit 100 kV, einige wenige mit 120 kV oder 80 kV untersucht. Beim DSCT konnte aufgrund der stärkeren Röntgenröhre mit vorwiegend 70 kV und 80 kV untersucht werden.Prozessqualität, somit eine durchge-hende, gute Beurteilbarkeit der Herzkranzgefäße eine Grundvoraussetzung.

Die vom gemeinsamen Bundesaus-schuss (GBA) dabei vorgelegten, techni-schen Grundvoraussetzungen, die sich auch in den Leitlinien der Bundesärztekammer wiederfinden 6, wären mit der Verwendung eines SSCT wie in unserem Fall komplett abgedeckt.

Der von uns verwendete CT-Scanner hatte dabei noch eine etwas bessere Rotationszeit (0,3 s), als die gesetzlich vorgegebene Mindestanforderung (0,35 s). In Anbetracht der von uns vorgelegten Ergebnisse ist die vom Gesetzgeber vorgegebene technische Mindestausstattung der CTs zumindest als kritisch zu hinterfragen. Natürlich gehört zu einer erfolgreichen Durchführung der Herz-CT auch eine gute Prämedikation des Patienten, wenn nötig auch mit Betablocker. Dies wurde und wird bei uns durchgeführt, sofern keine medizinischen Kontrain-dikationen vorliegen. Dennoch lassen sich nicht alle Patienten auf eine wünschenswerte Herzfrequenz von unter 60 Schlägen pro Minuten einstellen beziehungsweise zeigen gerade unter dem Stress der Herz-CT eine höhere Herzrate oder teilweise auch Extrasystolen während der Akquisition.

Diese Patienten mit Extrasystolen während der Akquisition oder arrhythmische Patienten, waren auch diejenigen, die bei der Dosis-Betrachtung auf beiden Systemen neben dem Patienten mit einem hohen Körpergewicht und gedrungenen Körperbau, als teilweise deutliche Ausreißer nachweisbar waren. Der Unterschied zwischen der niedrigsten und höchsten Dosis auf dem DSCT lag fast bei einem Faktor (!) von 33: DLP von 17 mGcym vs. 558 mGym (0,24 mSv versus 7,8 mSv). Ähnliche Unterschiede waren auch auf dem SSCT zu finden.

Im Durchschnitt war doch die effektive Strahlendosis auf beiden Systemen mit durchschnittlich 1,23 mSv bzw. 1,87 mSv deutlich unter den in der Literatur publizierten Daten. Eine kürzlich im Deutschen Ärzteblatt publizierte Übersichtsarbeit gibt die Dosis der prospektiv gertrigger-ten koronar CTA mit 5,7 mSv an 8. 

Damit liegen die hier präsentierten Werte Circa 70 – 80 % niedriger als das, was publiziert wurde. Dies ist insbesondere daher wichtig, da das Deutsche Ärzteblatt eine Zeitschrift mit starker Reichweite und hohem gesundheitspolitischen Impact in Deutschland ist. Der Vollständigkeit halber muss hier allerdings auch erwähnt werden, dass die von uns angegebenen Dosiswerte nicht das Topogramm und die Dosis für das Bolus-Tracking beinhalten. Wenn man dieses zusätzlich addiert, dürfte sich die Dosis bei beiden Geräten um circa 0,2 – 0,5 mSv erhöhen.

Für eine konventionelle Herzkatheteruntersuchung wird der Referenzwert bei einer rein diagnostischen Koronarangiographie im aktuellen Manual der Arbeitsgruppe Interventionelle Kardiologie bei 2800 cGycm² oder umgerechnet 4,48 mSv angeben 9– somit ca. zwei- bis dreimal höher als die hier vorgestellten effektiven Dosen der Herz-CT. Diese positiven Daten müssen von uns Radiologen auch proaktiv an die zuweisenden Kollegen transportiert werden, damit die Akzeptanz der Herz-CT auch weiterhin steigt und ein Mehrwert gegenüber der diagnostischen Koronarangiographie sichtbar wird.

Auffällig ist auch, dass bei Verwendung automatisierter Software zur Programmauswahl auf dem CT-Scanner wie auf dem DSCT die Verwendung einer Spiral-Akquisition von 16 % der Fälle auf 9 % der Fälle rückläufig war.

Diese Automatisierung kann ebenfalls zu einer höheren Prozessqualität führen und entlastet auch die MTRs am Gerät. Hierbei muss auch erwähnt werden, dass Spirale nicht automatisch auch hohe Dosis bedeutet: Spiralakquisitionen wurden mit DLPs von bis zu 73 mGycm (1,0 mSv) bei einer Herzrate von 82 bpm in dieser Auswertung gefunden.

Eine systematische Analyse dieser Befunde liegt jedoch außerhalb des Fokus dieser Studie, wenn gleich eine pauschale Angst vor hoher Strahlendosis bei Verwendung einer Spiral Akquisition offensichtlich nicht richtig sein muss.

Zusammenfassend lässt sich aus dieser praxisnahen, retrospektiven Analyse von 245 Herz-CT-Daten sagen, dass bei Verwendung der vom GBA und der BAEK vorgeschriebenen Minimalanforderung an die Geräteausstattung von einer signifikant höheren Rate an nicht diagnostischen Befunden auszugehen ist als bei Verwendung neuerer Systeme, die eine höhere zeitliche Auflösung erlauben. Die in der Herz-CT benötigte Strahlendosis liegt dabei jedoch mit beiden Systemen deutlich unter den bisher publizierten Daten, beim DSCT, nochmals fast 50 % niedriger als beim SSCT.

Henrik Jakob Michaely, Melanie Lueck, Miriam van Rickeln

Originalartikel erschienen in der Röfo: Einfluss von next-generation-Computertomografen auf Bildquali-tät und Dosis in der ambulanten Herz-CT-Diagnostik https://www.thiemeconnect.de/products/ejournals/pdf/10.1055/a-2536-3534.pdf

Referenzen

¹ Haase R, Schlattmann P, Gueret P et al. Diagnosis of obstructive coronary artery disease using computed tomography angiography in patients with stable chest pain depending on clinical probability and in clinically important subgroups: meta-analysis of individual patient data. BMJ 2019; 365: l1945. DOI: 10.1136/bmj.l1945

² Jukema RA, Dahdal J, Kooijman EM et al. Diagnostic accuracy of non-invasive cardiac imaging modalities in patients with a history of coronary artery disease: a meta-analysis. Heart 2024. DOI: 10.1136/heartjnl-2024-324248

³ ÄZQ. Nationale VersorgungsLeitlinie (NVL) Chronische KHK, Version 7. In: 2024: 

⁴ Investigators S-H, Newby DE, Adamson PD et al. Coronary CT Angiography and 5-Year Risk of Myocardial Infarction. N Engl J Med 2018; 379: 924-933. DOI: 10.1056/NEJMoa1805971

⁵ Group DT, Maurovich-Horvat P, Bosserdt M et al. CT or Invasive Coronary Angiography in Stable Chest Pain. N Engl J Med 2022; 386: 1591-1602. DOI: 10.1056/NEJMoa2200963

⁶ Bundesärztekammer. Leitlinie der Bundesärztekam-mer zur Qualitätssicherung in der Computertomogra-phie. In: Bundesärztekammer; 2022: 

⁷ Pflederer T, Rudofsky L, Ropers D et al. Image quality in a low radiation exposure protocol for retrospectively ECG-gated coronary CT angiography. AJR Am J Roentge-nol 2009; 192: 1045-1050. DOI: 10.2214/AJR.08.1025

⁸ Bos D, Guberina N, Zensen S et al. Radiation Exposure in Computed Tomography. Dtsch Arztebl Int 2023; 120: 135-141. DOI: 10.3238/arztebl.m2022.0395⁹ Nef HM, Achenbach S, Birkemeyer R et al. Manual der Arbeitsgruppe Interventionelle Kardiologie (AGIK) der Deutschen Gesellschaft für Kardiologie– Herz- und Kreislauff orschung e.V. (DGK). In: Curriculum. 2021: