Soluzione tecnologica
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Fino a non molto tempo fa, non era realizzabile la tecnica step-and-shoot, principalmente a causa della copertura limitata dei rivelatori, che richiedeva ripetute scansioni assiali per coprire l'intero cuore, e dell'attesa tra scansioni, che prolungava eccessivamente la scansione totale per l'imaging ottimizzato con mezzo di contrasto in apnea. Tali tecniche richiedono inoltre:
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attivazione/disattivazione precisa e veloce del fascio radiogeno, sincronizzato con il movimento e la posizione del tavolo;
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sincronizzazione precisa dei raggi X con il segnale ECG, per la massima riduzione di dose e una continuità di acquisizione dei dati fra le fasi;
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algoritmi avanzati per ricostruire immagini assiali a strati sottili di alta qualità.
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La piattaforma LightSpeed VCT XT associa tutti questi elementi per consentire un'efficace scansione angio-TC con immagini assiali e gating prospettivo. Per pazienti di dimensioni medie, le radiazioni sono ridotte a meno di 5 mSv (con una riduzione fino al 70% rispetto alla scansione elicoidale), senza alcuna perdita nella qualità dell'immagine.
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Acquisizione dei dati
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Il requisito principale della tecnica SnapShot Pulse consiste nell'acquisizione dei dati nella fase adeguata del cuore, garantendo un'alta qualità di imaging delle arterie. Il sistema decide quando attivare i raggi X in un dato battito cardiaco, prima che appaia il segnale ECG dell'onda R successiva. È quindi essenziale prevedere accuratamente la temporizzazione dell'onda R e possedere dati aggiuntivi per definire le variazioni nella frequenza cardiaca.
Tutto ciò è possibile grazie a SnapShot Pulse, che consente il monitoraggio del segnale ECG in tempo reale, analizza le variazioni della frequenza cardiaca e adatta di conseguenza i tempi delle scansioni. Questa tecnica utilizza un modello statistico basato sulla lunghezza e la variabilità dei precedenti cicli cardiaci, per definire in senso temporale la successiva scansione assiale.
Il tempo di scansione totale deve essere il più breve possibile: il bolo del mezzo di contrasto deve essere rilevato al momento della massima e stabile ottimizzazione, per garantire un'alta visibilità dei piccoli vasi e ridurre le modifiche di densità da una scansione assiale a quella successiva. Scansioni brevi, inoltre, aiutano a ridurre le variazioni della frequenza cardiaca nel corso di uno studio.4
Lo scanner LightSpeed VCT XT è ideale per la modalità SnapShot Pulse, in quanto il suo rivelatore copre un pacchetto di 40 mm in una sola rotazione. Ciò significa che tre o quattro pacchetti di queste dimensioni sono sufficienti a coprire la lunghezza tipica di un cuore (vedere la Figura 1). Generalmente viene completato un pacchetto per ogni battito cardiaco e ciò è possibile con frequenze cardiache basse. A frequenze più alte, è necessario saltare un battito tra le acquisizioni e l'esame totale dura da cinque a sette battiti cardiaci.
La scansione con SnapShot Pulse è attivata da movimenti rapidi e precisi del tavolo. Lo scanner utilizza un sistema avanzato di controllo contemporaneo del fascio radiogeno e del tavolo. Appena i raggi X vengono disattivati in una scansione assiale, il tavolo si sposta rapidamente e uniformemente alla posizione successiva. Il paziente è quindi in posizione per una nuova attivazione di raggi X al momento opportuno del segnale ECG.
L'alta qualità della ricostruzione dell'immagine è essenziale per la scansione di SnapShot Pulse. Per risultati diagnostici ottimali, l'angio-TC coronarica richiede sezioni molto sottili e energia relativamente elevata. Per lo scanner LightSpeed VCT XT, le singole immagini da 0,625 mm si devono ricostruire dalle 64 file di rivelatori nella matrice di rivelatore di 40 mm. Gli esclusivi algoritmi GE consentono accurate ricostruzioni volumetriche tridimensionali e assicurano prestazioni uniformi attraverso la matrice di rivelatori.
Il metodo è stato convalidato e documentato mediante ricerca scientifica e pubblicazioni.5
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Negli ultimi anni si è osservato un sostanziale progresso nella TC cardiaca. Scansioni più veloci, maggiore risoluzione, incremento della potenza dei raggi X ed evoluzione nella ricostruzione e negli algoritmi di filtraggio si aggiungono a un aumento della qualità immagine e della sicurezza diagnostica. Di conseguenza, la TC cardiaca è ampiamente considerata uno strumento altamente sensibile, che rappresenta un ottimo ausilio per i medici nella rilevazione della patologia cardiaca e nella quantificazione accurata dell'ostruzione delle arterie coronarie.
Una preoccupazione costante nell'imaging TC è stata costituita dall'elevata dose di radiazioni necessaria nell'angio-TC coronarica. Adesso, una nuova tecnica di scansione, sviluppata da GE Healthcare, ha risolto questo problema. La modalità di scansione SnapShot™ Pulse, utilizzata sugli scanner GE LightSpeed® VCT XT, riduce la dose di radiazioni fino al 70%, rispetto alla tecnica elicoidale convenzionale, pur producendo immagini di alta qualità.
In sostanza, la tecnica cattura un'immagine completa del cuore mediante una serie di tre o quattro "istantanee" assiali di raggi X, prese in determinate posizioni del tavolo e temporizzate in maniera tale da corrispondere a una specifica fase del ciclo cardiaco. La tecnica trae vantaggio dai cinque attributi chiave dello scanner LightSpeed VCT XT:
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una matrice di rivelatori di 40 mm con 64 file di elementi da 0,625 mm;
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sistemi avanzati per controllare la generazione di raggi X;
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movimenti precisi del tavolo per il paziente;
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monitoraggio del segnale ECG in tempo reale;
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algoritmi di ricostruzione avanzati.
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Soddisfare una necessità
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Per anni, i medici e i produttori di scanner TC sono stati concordi circa la necessità di nuovi protocolli per ridurre la dose nell'angio-TC coronarica, senza sacrificare la qualità dell'immagine e il valore diagnostico. La ragione principale di una dose elevata nell'angio-TC coronarica, consiste nel fatto che i protocolli di scansione elicoidale convenzionali utilizzano fattori di pitch molto bassi per assicurare una disponibilità di dati continua per la ricostruzione delle immagini in ogni posizione lungo il cuore nella fase cardiaca desiderata.
In questo processo, il fascio radiogeno irradia ogni posizione lungo il percorso della scansione da tre a cinque volte, anche se, nella maggior parte dei casi, una gran parte delle informazioni acquisite durante la scansione non viene utilizzata. In realtà, così come documentato da due studi che hanno utilizzato lo scanner GE LightSpeed VCT, gli esami di angio-TC coronarica che usano la ricostruzione di una singola fase cardiaca forniscono le necessarie immagini diagnostiche.1,2
La soluzione logica è limitare l'esposizione ai raggi X il più possibile a una singola frase cardiaca, in modo tale che vengano acquisiti i dati necessari, riducendo contemporaneamente la durata di emissione totale dei raggi X e l'esposizione totale alle radiazioni.
Sulla base di questo approccio si sono tentate diverse varianti. Una delle più riuscite è una tecnica di acquisizione spirale con gating retrospettivo, definita come modulazione di corrente del fascio radiogeno basata su ECG. Questo metodo, disponibile per la maggior parte degli scanner TC di alto livello, utilizza un'alta corrente del tubo per una piccola gamma di fasi cardiache, per assicurare basso rumore e alta qualità d'immagine durante queste fasi, riducendo nel contempo la corrente di circa il 20% rispetto a quella massima durante le fasi rimanenti. La dose è così ridotta del 30-50%3.
La tecnica SnapShot Pulse di GE è una naturale evoluzione di questo metodo. Essa utilizza scansioni assiali step-and-shoot sincronizzate prospettivamente, in cui i raggi X vengono attivati solo durante la fase cardiaca richiesta e disattivati completamente in tutti di altri momenti (vedere la Figura 2). Figura 2 - Acquisizione elicoidale con gating retrospettivo verso SnapShot Pulse
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Test delle prestazioni
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GE ha condotto vari test di laboratorio utilizzando dei fantocci per misurare i parametri di qualità immagine, quali il profilo di sensibilità delle sezioni, la risoluzione in piano, il rumore, la risoluzione a basso contrasto e l'uniformità d'immagine con frequenze cardiache simulate da 40 a 65 bpm.6 I risultati sono stati quindi confrontati con quelli degli esami della angio-TC coronarica elicoidale. I parametri di qualità con SnapShot Pulse reggevano favorevolmente il confronto, mentre la dose di raggi X con SnapShot Pulse era sensibilmente più bassa (vedere la Figura 3).
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Dopo aver verificato in laboratorio che la scansione di SnapShot Pulse poteva ottenere risparmio di dose senza sacrificare la qualità dell'immagine, il metodo è stato sottoposto a test clinico. In uno studio iniziale, 31 pazienti sono stati sottoposti a scansione con SnapShot Pulse e scansione elicoidale con gating retrospettivo convenzionale.7 La frequenza cardiaca dei pazienti era compresa tra 38 e 67 bpm (media 54 bpm) e le variazioni della frequenza cardiaca tra 0 e 9 bpm (media 3 bpm). Successivamente, in uno studio recente, 600 pazienti sono stati sottoposti a scansione con SnapShot Pulse e scansione elicoidale con gating retrospettivo convenzionale, ottenendo una media di 5 mSv (Figura 4).
Stat. da CCN, Saint Denis, Francia.
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600 pazienti
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5 mSv in media
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Acquisizione a bassa dose su qualunque morfologia di paziente
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Figura 5 - Immagini di scansione elicoidale a sinistra, immagini di SnapShot Pulse a destra
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Circa la metà dei pazienti ha richiesto la scansione su tre posizioni e cinque battiti cardiaci per coprire l'intero cuore e la parte rimanente ha richiesto quattro posizioni e sette battiti cardiaci. La durata totale della scansione era compresa tra 4,5 e 10 secondi (tempo medio 6,7 secondi). L'esposizione totale ai raggi X era compresa tra 1,2 e 2,5 secondi.
Tutti i pazienti acquisiti allo scanner con SnapShot Pulse hanno ricevuto immagini diagnostiche dei 15 segmenti dell'arteria coronaria definiti dall’American Heart Association. Il radiologo esperto che ha esaminato i casi ha valutato la qualità dell'immagine come eccellente e ha osservato patologie identiche in tutti gli studi che hanno utilizzato le due tecniche. Nessuna patologia mostrata nelle scansioni convenzionali era stata omessa nella modalità SnapShot Pulse. L'esposizione ai raggi X con SnapShot Pulse era inferiore fino al 55% rispetto al gating retrospettivo mediante modulazione di corrente del tubo basata su ECG.
La figura 5 mostra immagini rappresentative di questo studio con immagini di scansione elicoidale sulla sinistra e immagini di SnapShot Pulse a destra.
Un altro studio ha coinvolto 33 pazienti, programmati per esami di angio-TC coronarica in base a varie indicazioni cliniche. Tutte le scansioni, tranne una con movimento del paziente, hanno ottenuto immagini clinicamente accettabili, che il radiologo addetto all'interpretazione ha valutato tra buone ed eccellenti.
In 12 pazienti con indice di massa corporea (BMI) inferiore a 25, sottoposti a scansione per valutazione delle arterie coronarie, la dose effettiva media è stata di 4,6 mSv*. In 16 pazienti con BMI tra 25 e 40, sottoposti a scansione per valutazione delle arterie coronarie, la dose effettiva media è stata di 6,4 mSv*.
La dose per tutti gli esami delle coronarie era compresa tra 1,1 e 7,5 mSv* (media 5,5 mSv*). Queste dosi rappresentano una riduzione del 50-65% rispetto alla scansione cardiaca elicoidale convenzionale, con modulazione della corrente del tubo basata su ECG. Cinque pazienti con BMI compresa tra 22,5 e 29,7 sono stati sottoposti a scansione per valutazione di bypass coronarico. La lunghezza media della scansione per questi casi è stata di 270 mm. La dose effettiva media era compresa tra 10 e 13,5 mSv* (media 12,5 mSv*), una riduzione di dose superiore al 50%. La figura 6 mostra immagini rappresentative di questo studio.
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Conclusione
Figura 6 - Immagini rappresentative dello studio
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La scansione cardiaca di SnapShot Pulse ha tratto vantaggio dalle ultime tecnologie e dai più recenti algoritmi sullo scanner GE LightSpeed VCT XT, per ottenere riduzioni di dose significative nell'imaging di angio-TC coronarica, con qualità d'immagine pari o superiore a quella della scansione elicoidale convenzionale. Studi clinici dimostrano che SnapShot Pulse è un'alternativa accettabile alla scansione elicoidale quando è richiesta una sola fase cardiaca, consentendo di ridurre l'esposizione alle radiazioni fino a 1-5 mSv, equivalenti solo a 4-20 mesi di esposizione alle radiazioni naturali di fondo medie.7
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