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Einleitung: Die schnelle Detektion und genaue Beurteilbarkeit (Charakterisierung) von rupturierten, zerebralen Aneurysmen ist entscheidend für die Wahl der adäquaten endovaskulären oder neurochirurgischen Intervention (Therapie), um Patienten mit akuter Subarachnoidalblutung (SAB) eine möglichst gute Prognose zu verschaffen. Es war das Ziel der Studie zu untersuchen, ob und wie weit die Knochensubtraktions-CT-Angiografie (CT-DSA), bereits mit einem relativ alten 16-Kanal-MSCT in der Lage ist die invasive Digitale Subtraktionsangiografie (DSA; Goldstandard) hinsichtlich der Detektion, morphologischer Charakterisierung und letztendlich Therapieentscheidung zu ersetzen und damit den klinischen Pfad dieser Patienten zu beeinflussen. Methodik: Zu diesem Zweck untersuchten wir 116 Patienten mit akuter SAB vor der intrakraniellen Aneurysmatherapie. Die SAB Patienten wurden jeweils erst mit 16-Kanal-MSCT Angiografie und verbesserter, automatisierter Knochensubtraktion untersucht. Der verbesserte CT-DSA Algorithmus beinhaltet eine block- oder scheibenweise Patienten Bewegungskorrektur und eine lokal adaptierbare 3D dilatierte Knochenmaske. Die lokale Adaption der Maske wurde für eine präzisere Knochensubtraktion an der Grenze von Gefäß zu Knochen entwickelt. Danach wurde die konventionelle DSA angewandt. Zwei erfahrene Neuroradiologen beurteilten die CT-DSA und die DSA Daten unabhängig voneinander. Es wurde die Genauigkeit der verbesserten CT-DSA Methode für die Detektion, morphologische Charakterisierung sowie die Vermessung der Aneurysmadimensionen bestimmt. Im Fall von Uneinigkeit wurde ein Ergebnis im Konsens ermittelt. Zudem wurde die Röntgendosis beider Methoden für die Diagnostik von Aneurysmen verglichen. Ergebnisse: Mit der DSA wurden in 71 Patienten 74 Aneurysmen entdeckt. Achtundsechzig Patienten hatten 1 und 3 Patienten zwei Aneurysmen. Mit den CT-DSA Daten konnten 73 der 74 in der DSA delektierten Aneurysmen gefunden werden. Hier hatten 66 Patienten 1 und 4 Patienten 2 Aneurysmen. Mit der CT-DSA wurde noch ein weiteres kleines Aneurysma detektiert. Die Auswertung per Aneurysma, für die Sensitivität, Spezifität, den negativen und positiven Vorhersagewert, zeigte für die CT-DSA jeweils 99% und 100%, sowie 100% und 98%. Für kleine Aneurysmen, ≤3,0 mm betrug die Sensitivität 94%, mit einem 95%-Konfidenzintervall zwischen 73%–99%. Längenmessungen mit der CT-DSA waren ebenso genau wie bei der DSA und stimmten bei kleineren Messungen sogar noch besser überein als bei größeren. Die CT-DSA Fundus/Hals-Verhältnisse lagen mit 0,03 (ca. 2%) unter denen der DSA. Das Dosis-Längen-Produkt für die CT-DSA lag bei 565 mGy × cm ±201 [SD] und für die DSA bei 1.609 mGy × cm ±1.300 [SD]. Diskussion: Die CT-Angiografie mit 16-Kanal-MSCT und modernen Knochen-subraktionsalgorithmen ist für die Detektion von zerebralen Aneurysmen bei Patienten mit akuter SAB ebenso genau wie die DSA. Sie erzielt ähnliche Ergebnisse für die Aneurysmamorphologie und -abmessungen. Diese gilt selbst für schädelbasisnahe und kleine Aneurysmen oder bei Patientenbewegung. In Fällen, in denen die erste CT-DSA die Ursache der SAB nicht zeigt, ist es nicht mehr zwingend notwendig eine DSA durchzuführen. Eine zweite CT-DSA ist ausreichend. Weiterhin benötigt die CT-DSA bis zu 65% weniger Röntgendosis für die Diagnose als die DSA. Zudem ist die Diagnose mit der CT-DSA in kürzerer Zeit und für den Patienten risikoärmer, weil nichtinvasiv. Schlussfolgerung: Die CT-DSA mit einem verbesserten Algorithmus, der Bewegungsartefakte und artifizielle Stenosen an der Grenze von Gefäß zu Knochen minimierte, zeigt in Verbindung mit einem 16-Kanal-MSCT eine diagnostische Äquivalenz zur DSA. Diese Tatsache und die zusätzlich deutlich geringere Röntgenstrahlenbelastung sprechen dafür, die DSA Diagnostik bei Patienten mit spontaner SAB durch die schnellere und schonendere CT-DSA zu ersetzten. Damit kann die CT-DSA Therapieentscheidungen schneller, schonender, kostengünstiger und zielgerichteter herbeiführen. Bei der Einführung dieses Verfahrens ist weniger auf die eingesetzte CT-Technologie (16-, 64-, 320-Zeilen oder Zwei-Röhren MSCT) als auf den Einsatz der aktuellsten Knochensubtraktions-Technologie sowie ein angemessenes Training (Erfahrung) des Befunders zu achten.:1 Einleitung 1 1.1 Ätiologie der Subarachnoidalblutung (SAB) 1 1.2 SAB Pathogenese 2 1.3 SAB Epidemiologie 4 1.4 SAB Risikofaktoren 4 1.5 SAB Grading 5 1.6 SAB Letalität 5 1.7 SAB Diagnostik 6 1.7.1 Invasive Digitale Subtraktionsangiografie (DSA) 6 1.7.2 Nichtinvasive Mehrschicht-Computertomografie (CT) 10 1.8 Aneurysma Therapie 15 1.9 Zielsetzung 17 2 Patienten und Methoden 20 2.1 Patienten 20 2.2 Ein – und Ausschlusskriterien 20 2.3 Nativ-CT und CT-DSA 22 2.3.1 Nativ-CT Technik 22 2.3.2 CT-DSA Technik 22 2.3.3 Prototypische, automatisierte CT-DSA Auswertung 24 2.4 Digitale Subtraktionsangiografie (DSA) 27 2.5 Vermessung der Aneurysmen 27 2.6 Vergleich der Messmethoden 29 2.7 Befundungsqualität der Untersucher 29 2.8 Beurteilung der Ergebnisse 29 2.9 Beurteilung der Strahlenbelastung 30 2.10 Statistische Methoden 31 2.10.1 Fallzahlplanung 32 2.10.2 Diagnostische Genauigkeit 33 2.10.3 Methodenvergleich 34 2.10.4 Inter- und Intraobserver-Variabilität 35 3 Ergebnisse 36 3.1 Patienten 36 3.2 Nativ-CT 36 3.3 CT-DSA 36 3.4 DSA - Referenz für die Aneurysmadetektion 42 3.5 Vergleich CT-DSA mit DSA 45 3.5.1 CT-DSA Genauigkeit 45 3.5.1.1 Basierend auf prospektiver DSA 45 3.5.1.2 Basierend auf retrospektiver DSA 47 3.5.2 Aneurysma-Messergebnisse 49 3.5.3 Untersucher und Aneurysma-Konfiguration 59 3.5.4 Röntgendosis 59 3.5.5 Bildinterpretationszeiten 60 4 Diskussion 61 4.1 CT-DSA Genauigkeit für den Aneurysmanachweis 61 4.1.1 Besonderheiten der CT-DSA Anwendung 63 4.1.2 Besonderheit der CT-DSA Prototypen Software 63 4.2. CT-DSA Informationen als alleinige Planungsbasis für neurochirurgische oder endovaskuläre Eingriffe 64 4.3 Robustheit und Reproduzierbarkeit 67 / Background and purpose: Detection and evaluation of ruptured aneurysms is critical for choosing an appropriate endovascular or neurosurgical intervention (therapy) in patients with acute subarachnoid hemorrhage (SAH). Our aim was to assess whether 16-detector row multislice CT (MSCT) bone-subtraction CTA is capable of guiding treatment for cerebral aneurysms in patients with acute SAH and could replace DSA – the current reference standard. Materials and methods: In a prospective study, 116 consecutive patients with SAH were examined with 16–detector row MSCT with an advanced bone-subtraction CTA prototype and DSA before intracranial aneurysm treatment. The advancements of the prototype CT-DSA algorithm were a slab-based patient motion correction and a locally optimized 3D dilated bonemask. The local adaption of the bone mask was designed for more precise bone subtraction at bone-to-vessel interfaces. Two independent neuroradiologists reviewed the bone-subtraction CTA blinded to DSA. The accuracy of the advanced bone-subtraction CTA for aneurysm detection, morphological characterization and the measurement of aneurysm dimensions were determined. In case of disagreement the result was attained in consensus. Additionally the radiation doses of the 2 diagnostic imaging modalities compared. Results: Seventy-one patients (61%) had 74 aneurysms on DSA. Sixty-eight patients had 1 and 3 patients 2 aneurysms. Bone-subtraction CTA detected 73 of these aneurysms. With CT-DSA 66 patients had 1 and 4 patients 2 aneurysms. CT-DSA discovered an additional small aneurysm. On a per-aneurysm basis, sensitivity, specificity, and positive and negative predictive values for bone-subtraction CTA were 99%, 100%, and 100% and 98%, respectively. For aneurysms of ≤3 mm, sensitivity was 94% (95% CI, 73%–99%). Length measurements with bone-subtraction CTA were as exact as the DSA measurements and agreed even better for small measurements than for larger ones. CT-DSA dome-to-neck ratios were on average 0.03 smaller (2%) than with DSA. Dose-length product was 565 mGy × cm ±201 [SD] for bone-subtraction CTA and 1.609 mGy × cm ±1.300 [SD ]for DSA.   Discussion: 16–detector row MSCT with advanced bone-subtraction CTA is as accurate as DSA in detecting cerebral aneurysms after SAH, provides similar information about aneurysm configuration and measures. This is even true for small aneurysms adjacent to bony structures (e.g. the base of the scull) or under patient motion. In SAB patients in whom the initial CT-DSA doesn’t show the root cause of the SAH, a DSA is not imperative any longer. In this case a second CT-DSA is sufficient. Additionally the CT-DSA reduces the average effective radiation dose for vascular diagnostics by 65%. Furthermore the CT-DSA-based diagnosis can be performed in shorter time and at less patient risk due to its non-invasive nature. Conclusion: The advanced CT-DSA algorithm - that minimized patient motion and artificial stenosis at the bone-to-vessel interfaces - in combination with commonly available 16-detector row MSCT demonstrated diagnostic equivalence in comparison to the DSA reference. Diagnostic equivalence in association with dose reduction suggests replacing DSA with the faster and more patient friendly bone-subtraction CTA in the diagnostic work-up of spontaneous SAH. Thus CT-DSA can accelerate targeted therapy decisions more cost effective and at less risk for the patient. Using the latest and appropriate subtraction technology and ensuring adequate training (reader experience) is more relevant than the used CT-technology (16-, 64-, 320-detector row or dual source MSCT) when introducing CT-DSA protocols.:1 Einleitung 1 1.1 Ätiologie der Subarachnoidalblutung (SAB) 1 1.2 SAB Pathogenese 2 1.3 SAB Epidemiologie 4 1.4 SAB Risikofaktoren 4 1.5 SAB Grading 5 1.6 SAB Letalität 5 1.7 SAB Diagnostik 6 1.7.1 Invasive Digitale Subtraktionsangiografie (DSA) 6 1.7.2 Nichtinvasive Mehrschicht-Computertomografie (CT) 10 1.8 Aneurysma Therapie 15 1.9 Zielsetzung 17 2 Patienten und Methoden 20 2.1 Patienten 20 2.2 Ein – und Ausschlusskriterien 20 2.3 Nativ-CT und CT-DSA 22 2.3.1 Nativ-CT Technik 22 2.3.2 CT-DSA Technik 22 2.3.3 Prototypische, automatisierte CT-DSA Auswertung 24 2.4 Digitale Subtraktionsangiografie (DSA) 27 2.5 Vermessung der Aneurysmen 27 2.6 Vergleich der Messmethoden 29 2.7 Befundungsqualität der Untersucher 29 2.8 Beurteilung der Ergebnisse 29 2.9 Beurteilung der Strahlenbelastung 30 2.10 Statistische Methoden 31 2.10.1 Fallzahlplanung 32 2.10.2 Diagnostische Genauigkeit 33 2.10.3 Methodenvergleich 34 2.10.4 Inter- und Intraobserver-Variabilität 35 3 Ergebnisse 36 3.1 Patienten 36 3.2 Nativ-CT 36 3.3 CT-DSA 36 3.4 DSA - Referenz für die Aneurysmadetektion 42 3.5 Vergleich CT-DSA mit DSA 45 3.5.1 CT-DSA Genauigkeit 45 3.5.1.1 Basierend auf prospektiver DSA 45 3.5.1.2 Basierend auf retrospektiver DSA 47 3.5.2 Aneurysma-Messergebnisse 49 3.5.3 Untersucher und Aneurysma-Konfiguration 59 3.5.4 Röntgendosis 59 3.5.5 Bildinterpretationszeiten 60 4 Diskussion 61 4.1 CT-DSA Genauigkeit für den Aneurysmanachweis 61 4.1.1 Besonderheiten der CT-DSA Anwendung 63 4.1.2 Besonderheit der CT-DSA Prototypen Software 63 4.2. CT-DSA Informationen als alleinige Planungsbasis für neurochirurgische oder endovaskuläre Eingriffe 64 4.3 Robustheit und Reproduzierbarkeit 67

Zielsetzung In den Industrieländern stellt der Schlaganfall nach kardiovaskulären und Krebs – erkrankungen die dritthäufigste Krankheitsgruppe dar. Im Hinblick auf die Therapie des akuten Schlaganfalls muss die bildgebende Diagnostik schnell und einfach das Ausmaß der zerebralen Ischämie beschreiben können. Ziel dieser Studie war die Einführung und die Validierung eines CT – Protokolls, welches die Diagnostik des akuten Schlaganfalls verbessern soll. Zu diesem CT – Protokoll gehören ein Nativ – CT des Schädels, eine CT – Perfusionsuntersuchung und eine CT – Angiographie. Zusätzlich wollte diese Arbeit herausfinden, ob es physiologische Unterschiede zwischen der grauen Substanz und der weißen Substanz gibt, deren Kenntnis entscheidend für die Auswertung von computertomographischen Perfusionsuntersuchungen sind. Material und Methoden Insgesamt wurden 101 Patienten (Alter von 14 – 94 Jahre, mittleres Alter 69 Jahre) mit einem 8 – bzw. 16 – Zeilen – MSCT (Light Speed Ultra oder Light Speed pro 16, GE Healthcare), die zur Abklärung einer zerebralen Ischämie zum CT vorgestellt wurden, untersucht. Zuerst wurde eine native CT – Serie akquiriert. In der Untersuchung der zerebralen Perfusion wurde eine 2 cm breite Schicht über 60 sec mit 20 intermittierenden Aufnahmen während einer Injektion von 40 ml Kontrastmittel (Iopromid, Jodgehalt von 370 mg) aufgezeichnet. Daran an schloss sich eine CT – Angiographie Untersuchung. Zur Bestimmung des regionalen zerebralen Blutflusses, des regionalen zerebralen Blutvolumens und der mittleren Verweildauer wurden definierte Messfelder (Regions of Interests, ROIs) bestimmt und mit der kontralateralen Hemisphäre verglichen. Ergebnisse Es konnte gezeigt werden, dass der regionale zerebrale Blutfluss und das Blutvolumen im Bereich der Hirnrinde höher sind als im Hirnmark. Insgesamt wurden 66 Patienten mit einer zerebralen Ischämie wurden gefunden. Bei 22 dieser Patienten konnte ein Infarktgeschehen in der Nativ – CT diagnostiziert werden. Diese Ischämien ließen sich auch in der CT – Perfusion mit reduziertem regionalem zerebralem Blutfluss und verlängerter mittlerer Verweildauer nachweisen. Zusätzlich fanden sich 44 Patienten von 101 Untersuchten, die in der CT – Perfusion ein Perfusionsdefizit aufwiesen. Bei diesen Patienten ließ sich kein entsprechendes Korrelat in der Nativ – CT nachweisen. Für 38 dieser 44 Patienten konnte eine CTA durchgeführt werden, wovon für 35 Patienten ein Korrelat zwischen der CT – Perfusion und der CTA gefunden werden konnte. Schlussfolgerung Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass es physiologische Unterschiede zwischen der Hirnrinde und dem Hirnmark gibt, deren Kenntnis für die Bewertung computertomographischer Perfusionsuntersuchungen eine wesentliche Interpretationshilfe darstellt. In Bezug auf die Diagnostik des akuten Schlaganfalls mit der Nativ – CT konnte diese Arbeit zeigen, dass der Nachweis von Infarktfrühzeichen eingeschränkt ist. Mit Hilfe der CT – Perfusion ist es möglich, anhand von zerebralen Perfusionswerten den Schweregrad und die Ausdehnung der zerebralen Ischämie zu bestimmen. Die CT – Angiographie zeigt eine gute Korrelation zur CT – Perfusion, es lassen sich zuverlässig Gefäßverschlüsse darstellen. Im Hinblick auf das weitere Therapievorgehen geben diese Methoden eine wichtige Hilfestellung, etwa zur Überlegung, ob man eine Lysetherapie durchführen sollte oder nicht. / Purpose Stroke is the third – leading cause of death in developed countries, following cardiovascular disease and cancer. There is a need for an easily and rapidly performed technique to detect cerebral ischemia in the first hours after its occurrence. The purpose of this study was the introduction and validation of a Stroke protocol which includes an unenhanced CT scan, a CT Perfusion and a CT Angiography. Furthermore, the purpose of this study was to determine if there is a difference between Perfusion parameters in gray and white matter, which are necessary to know while performing perfusion maps. Data and Methodology A total of 101 patients (age range 14 – 94, average age 69 years) were examined using multiple row CT (8 / 16 row multiple detector, light ultra speed or light speed 16, GE medical systems) for diagnosing cerebral ischemia. First a series of native images was acquired. During the examination of cerebral perfusion a 2 cm wide slab was recorded for 60 sec with 20 intermittent scans following injection of 40 ml of contrast medium with an iodine content of 370 mg / ml. By defining Regions of Interests (ROIs) regional cerebral blood flow (CBF), regional cerebral blood volume (CBV) and mean transit time (MTT) were calculated. Results Physiological regional cerebral blood flow and cerebral blood volume in gray matter were higher than in white matter. In total 66 patients with a cerebral ischemia were found. The unenhanced CT detected 22 patients with cerebral ischemia, which were confirmed by CT Perfusion in all cases. These ischemic areas revealed reduced regional CBF and extended MTT. Furthermore an ischemia correlative was discovered by perfusion analysis for 44 patients (out of 101 investigated) where the extent of the cerebral ischemia had not been visible by unenhanced CT. For 38 out of 44 patients with cerebral ischemia we were able to perform a CTA. For 35 out of these 38 patients, we found a sizable correlation between perfusion maps and CTA. Conclusion There are physiological differences for CT Perfusion parameters between gray and white matter, which are necessary to know for the interpretation of perfusion maps. However, this examination was able to show that unenhanced CT is not always capable of showing early CT signs. With the help of CT perfusion it is possible to detect the extent of acute cerebral ischemia. Furthermore, CT Angiography shows a sizable correlation compared to CT Perfusion. In conjunction, these methods give important Information for the early diagnosis and the therapeutic strategy of ischemic brain injury.

Abdominal aortic aneurysm (AAA) is defined as a dilatation of the abdominal aorta exceeding the normal diameter by more than 50%. The standard and widely used approach to assess AAA size is by measuring the maximal diameter (Dmax). Currently, the main predictors of rupture risk are the Dmax, sex, and the expansion rate of the aneurysm. Yet, Dmax has some limitations. AAAs of vastly different shapes may have the same maximal diameter. Dmax lacks sensitivity for rupture risk, especially among smaller AAAs. Thus, there is a need to evaluate the susceptibility of a given AAA to rupture on a patient-specific basis. We present the design concept and workflow of the AAA segmentation software developed at our institution. We describe the previous validation steps in which we evaluated the reproducibility of manual Dmax, compared software Dmax against manual Dmax, validated reproducibility of software Dmax and volume in cross-sectional and longitudinal studies for detection of AAA growth, and evaluated the reproducibility of software measurements in unenhanced computed tomographic angiography (CTA) and in the presence of stent-graft. In order to define new geometric features associated with rupture, we performed a case-control study in which we compared 63 cases with ruptured or symptomatic AAA and 94 controls with asymptomatic AAA. Univariate logistic regression analysis revealed 14 geometric indices associated with AAA rupture. In the multivariate logistic regression analysis, adjusting for Dmax and sex, the AAA with a higher bulge location and higher mean averaged surface area were associated with AAA rupture. Our preliminary results suggest that incorporating geometrical indices obtained by segmentation of CT shows a trend toward improvement of the classification accuracy of AAA with high rupture risk at CT over a traditional model based on Dmax and sex alone. Larger longitudinal studies are needed to verify the validity of the proposed model. Addition of flow and biomechanical simulations should be investigated to improve rupture risk prediction based on AAA modeling. / Un anévrysme de l'aorte abdominale (AAA) est défini par une dilatation de plus de 50% par rapport au diamètre normal. La méthode standard et largement répandue pour mesurer la dimension d'un AAA consiste à mesurer le diamètre maximal (Dmax). Présentement, les principaux prédicteurs de risque de rupture sont le Dmax, le sexe et le taux d'expansion d'un anévrysme. Toutefois, le Dmax a certaines limitations. Des AAAs de formes très différentes peuvent avoir le même diamètre maximal. Le Dmax manque de sensibilité pour détecter le risque de rupture, en particulier pour les petits anévrysmes. Par conséquent, il y a un besoin d'évaluer de manière spécifique et individuelle la susceptibilité de rupture d'un AAA. Nous présentons le concept et le flux de travail d'un logiciel de segmentation des AAAs développé à notre institution. Nous décrivons les étapes antérieures de validation: évaluation de la reproductibilité du Dmax manuel, comparaison de Dmax par logiciel avec Dmax manuel, validation de la reproductibilité du Dmax et volume par logiciel dans des études transversale et longitudinale pour la détection de croissance et évaluation de la reproductibilité de mesures sur angiographie par tomodensitométrie et en présence d'endoprothèse. En vue d’identifier de nouveaux paramètres géométrique associés avec le risque de rupture, nous avons réalisé une étude cas-témoin comparant 63 cas avec AAA rompu ou symptomatique et 94 contrôles avec AAA asymptomatique. Une analyse de régression logistique univariée a identifié 14 indices géométriques associés avec une rupture de AAA. Dans l'analyse de régression logistique multivariée, en ajustant pour le Dmax et le sexe, les AAA avec un bombement plus haut situé et une surface moyenne plus élevée étaient associés à une rupture. Nos résultats préliminaires suggèrent que l'inclusion d'indices géométriques obtenus par segmentation de tomodensitométrie tend à améliorer la classification de AAA avec un risque de rupture par rapport à un modèle traditionnel seulement basé sur le Dmax et le sexe. De plus larges études longitudinales sont requises pour vérifier la validité du modèle proposé. Des simulations de flux et biomécaniques devraient être envisagées pour améliorer la prédiction du risque de rupture basée sur la modélisation d'anévrysmes. / This thesis was created in Word and converted to PDF using Mac OS X 10.7.5 Quartz PDFContext.

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