Koroner bilgisayarlı tomografi anjiografi (BTA)'de derin öğrenme rekonstrüksiyonun, diğer rekonstrüksiyon yöntemleri ile karşılaştırılması
Comparison of deep learning reconstruction method in coronary CT angiography with other reconstructi̇on methods
Yazar: ZEYNEP NUR AKYOL SARI
Danışman: PROF. DR. MENDUH DURSUN
İstanbul Üniversitesi / Tıp Fakültesi / Radyoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Tıpta Uzmanlık, 2022
Konu: Radyoloji ve Nükleer Tıp = Radiology and Nuclear Medicine
Dizin: Derin öğrenme = Deep learning ; Kalp hastalıkları = Heart diseases ; Koroner anjiyografi = Coronary angiography ; Koroner damarlar = Coronary vessels ; Rekonstrüksiyon = Reconstruction ; Tomografi = Tomography

Özet:
GİRİŞ VE AMAÇ: Koroner BTA'da gelişen teknoloji ile düşük radyasyon dozu ile daha yüksek görüntü kalitesi elde edilmesi amaçlanmakta ve bu konuda çalışmalar yapılmaktadır. Ancak radyasyon dozunun daha da azaltılması, elde edilen CTA görüntülerinde gürültünün artmasına ve dolayısıyla görüntü kalitesinin düşmesine neden olur. Bu nedenle BT görüntülerinin tanısal kabiliyetini tehlikeye atabilir. Derin öğrenme rekonstrüksiyonunu diğer rekonstrüksiyon yöntemleri ile görüntü kalitesi ve keskinliği ve koroner arterleri değerlendirme kolaylığı açısından karşılaştırmayı amaçladık.
MATERYAL VE METOD: 640 kesitli BT'de koroner BTA yapılan 75 hastanın (38 erkek, 37 kadın) ham görüntülerini kaydettik. Görüntüler model tabanlı IR, hibrit IR, FBP ve DLR ile rekonstrüksiyon yapıldı. Tüm görüntülerde çıkan aort ve interventriküler septumdaki görüntü gürültüsü, sinyal-gürültü oranı (SNR) ve kontrast-gürültü oranı (CNR) ölçüldü. Ana koroner arterlerin  lümenlerindeki CNR ve SNR'ye ek olarak RCA, LMCA, LAD ve LCX'in proksimal kesimlerinde duvar keskinliğini ve geçiş zonunu değerlendirmek için BT atenüasyon profilleri oluşturuldu ve kenar yükselme mesafesini (ERD) ile kenar yükselme eğiminin (ERS) genişliği ölçüldü. Ayrıca, iki gözlemci, koroner arterlerin değerlendirmeye uygunluğu açısından 4 puanlık bir skala (1 = zayıf, 4 = mükemmel) kullanarak subjektif görüntü kalitesini puanladı.

BULGULAR: MBIR,  DLR, FBP ve hibrit IR ile karşılaştırıldığında yağ ve kasta benzer atenüasyon gösterirken, aort ve koroner arterlerde daha yüksek sinyal(HU) değerleri sağlamaktadır.
Tüm dokulardaki görüntü gürültüsü, DLR'de  MBIR, hibrit IR ve FBP'den önemli ölçüde daha düşüktür. Ek olarak, SNR ve CNR, tüm DLR gruplarında MBIR, FBP ve hibrit IR gruplarına göre önemli ölçüde daha yüksektir (p < 0.01).

Her bir koroner arterdeki ortalama ERD,  DLR'de MBIR, hibrit IR ve FBP görüntülerinden önemli ölçüde daha kısayken, ortalama ERS, DLR'de MBIR, hibrit IR ve FBP görüntülerinden daha dikti.

Subjektif görsel skorlar, DLR'de MBIR, FBP ve hibrit IR ile rekonstrüksiyon görüntülerinden daha yüksekti. Ancak bununla birlikte, teşhis doğruluğu ile ilgili olarak, DLR ve MBIR arasında önemli bir fark gözlenmedi.

SONUÇ: DLR uygulaması, diğer yöntemlere göre daha fazla olarak görüntüdeki uzaysal çözünürlüğü arttırır iken gürültüden arındırır ve KBTA görüntülerinde koroner arter duvarlarının keskinliğini artırarak, plakların değerlendirilmesinde önemli bir gelişme sağlamaktadır.

Abstract:
AIM: With the developing technology in coronary CTA, it is aimed to obtain higher image quality with low radiation dose and studies are being carried out on this. However, further reduction in radiation dose causes an increase in noise in the obtained CTA images and therefore a decrease in image quality. Therefore, it may compromise the diagnostic ability of CT images.We aimed to compare deep learning reconstruction with other reconstruction methods in terms of image quality and sharpness and ease of coronary artery evaluation.
MATERIALS AND METHODS: We enrolled 75 patients (38 men, 37 women) who underwent coronary CTA on a 640-slice CT scanner. The images were reconstructed with model-based IR, hybrid IR, FBP, and DLR. The image noise, the signal-to-noise ratio (SNR)  and the contrast-to-noise ratio (CNR) in the ascending aorta and interventricular septum was measured on all images . We also generated CT attenuation profiles across the proximal coronary arteries (RCA, LMCA, LAD and LCX) and measured the width of the edge rise distance (ERD) and the edge rise slope (ERS) in addition to CNR and SNR. Two observers visually scored the subjective image quality of coronary arteries using a 4-point scale (1 = poor, 4 = excellent) in terms of eligibility for assessment.

RESULTS: MBIR provided higher Hounsfield unit (HU) values in the aorta and coronary arteries (p < 0.01) and similar attenuation in the fat and muscle compared with DLR, FBP and hybrid IR. The image noise in all tissues was significantly lower in DLR than in MBIR, hybrid IR and FBP (p < 0.01). Additionally, The SNR and CNR were significantly higher in the all DLR groups than in the MBIR, FBP and hybrid IR groups (p < 0.01). 
The mean ERD on each coronary artery was significantly shorter on DLR than MBIR, hybrid IR and FBP images (p < 0.01). whereas the mean ERS was steeper on DLR than MBIR, hybrid IR and FBP images (p < 0.01). 

The subjective visual scores were higher in the DLR than in the images reconstructed with MBIR, FBP, and hybrid IR. However, in terms of diagnostic sufficiency, no significant differences were observed between DLR and MBIR.

CONCLUSION: Application of DLR increases the spatial resolution and noise reduction performance and show significant improvement in sharpness of the coronary artery walls and the evaluation of the lumen on CCTA images.