The objective of this work is to improve the diagnostic quality and reduce the radiation dose of computed tomography coronary angiography (CTCA) imaging by developing gating techniques based on signals derived from cardiac motion, rather than the currently used electrocardiogram (ECG), to more reliably trigger data acquisition during periods of cardiac quiescence. Because the ECG is an indication of electrical activity, it is a surrogate marker of the mechanical state of the heart. Therefore, gating based on a signal derived directly from cardiac motion using either echocardiography or seismocardiography (SCG) should prove better at detecting and predicting periods of cardiac quiescence. Improved gating would permit the use of CTCA in more instances to either replace or determine the necessity of invasive and expensive CCAs. This work presents novel methods for detecting and predicting cardiac quiescence. Quiescence is detected as periods of minimal velocity from echocardiography, computed tomography (CT), and SCG. Identified quiescent periods are used to develop and evaluate techniques for predicting cardiac quiescence using echocardiography and SCG. Both echocardiography and SCG are shown to be more accurate for predicting quiescent periods than ECG. Additionally, the average motion during quiescent periods predicted by echocardiography and SCG is shown to be lower than those predicted using only ECG. Lastly, cardiac CT reconstructions from quiescent phases predicted by a commercial CT scanner were compared to the optimal quiescent phases calculated using the CT quiescence detection methods presented in this work. The diagnostic quality of the reconstructions from the optimal phases was found to be higher than that of the phases predicted by the CT scanner, suggesting that there is the potential for marked improvement in CTCA performance through more accurate cardiac gating.

Die koronare Herzkrankheit (KHK) gehört zu den häufigsten Todesursachen in den westlichen Industrienationen. Die Diagnostik der Erkrankung hat somit großen Stellenwert in der Medizin. Akzeptierter Goldstandard zur Diagnostik einer KHK ist die Herzkatheteruntersuchung (HKU). Als nicht-invasive Alternative zur HKU hat sich in den letzten Jahren die Mehrzeilen-Computertomographie als zuverlässiges Verfahren für den KHK-Ausschluss bei mittlerer Vortestwahrscheinlichkeit etabliert. Ziel dieser Arbeit ist es, die diagnostischen Eigenschaften der prospektiv getriggerten mit der retrospektiv getriggerten CT-Koronarangiographie (CTCA) an einem 64-Zeilen Gerät in einem heterogenen Patientenkollektiv mit unterschiedlichen kardiovaskulären Erkrankungen (Verdacht auf Koronare Herzkrankheit, Aortenaneurysma, präoperativ zum Aortenklappenersatz oder zur Pulmonalvenenablation, zum Ausschluss eines Tumors oder Perikarditiden) in Genauigkeit, Bildqualität und ihrer Anwendbarkeit gegenüberzustellen und sie mit dem Referenzstandard, der HKU, zu vergleichen. In diese Studie wurden retrospektiv 77 Patienten eingeschlossen, die ein EKG-getriggertes kardiales CT erhielten. Wenn es möglich war, d.h. die Herzfrequenz <75/min, BMI <35 und ein Sinusrhythmus vorlag, wurde die prospektive EKG-getriggerte CTCA durchgeführt, alternativ kam die retrospektive EKG-getriggerte Technik zur Anwendung. Alle Segmente der Koronararterien, deren Lumendiameter ≥1.5mm betrug, wurden hinsichtlich Stenosen und Bildqualität analysiert und beurteilt. Die retrospektive EKG-getriggerte CTCA wurde bei 39 Patienten und die prospektive EKG-getriggerte CTCA bei 38 Patienten durchgeführt. Die mittlere Herzfrequenz (HF) betrug jeweils 69.5±9.1/min und 62.8±5.9/min. Bei der Detektion von Stenosen ≥50% zeigt die segment-(patienten-) basierte Betrachtung bei der retrospektiven EKG-getriggerten CTCA eine Sensitivität, Spezifität, positiven (PPV) und negativen prädiktiven Wert (NPV) von 97%, 98%, 71%, 100% (91%, 82%, 67%, 96%) und die prospektiv EKG-getriggerte CTCA 94%, 97%, 75%, 99% (93%, 96%, 93%, 96%). In der prospektiv EKG-getriggerten CTCA-Gruppe steigt die Sensitivität und der NPV bei Patienten mit einer HF ≤65/min. Gefäßspezifische Untersuchungen weisen bei der prospektiven Technik eine geringere diagnostische Aussagekraft bezüglich der rechten Koronararterie (RCA) auf, welche jedoch bei einer HF ≤65/min ansteigt. Die Bildqualität unterscheidet sich nicht signifikant in beiden Gruppen. Die Arbeit hat gezeigt, dass die prospektive EKG-getriggerte CTCA in einer heterogenen Patientenpopulation eine hohe diagnostische Genauigkeit und Bildqualität bei HF ≤65/min aufweist. Eine niedrige HF ist für die Beurteilung der RCA von besonderer Bedeutung.

Die koronare Herzkrankheit (KHK) gehört zu den häufigsten Todesursachen in den westlichen Industrienationen. Die Diagnostik der Erkrankung hat somit großen Stellenwert in der Medizin. Akzeptierter Goldstandard zur Diagnostik einer KHK ist die Herzkatheteruntersuchung (HKU). Als nicht-invasive Alternative zur HKU hat sich in den letzten Jahren die Mehrzeilen-Computertomographie als zuverlässiges Verfahren für den KHK-Ausschluss bei mittlerer Vortestwahrscheinlichkeit etabliert. Ziel dieser Arbeit ist es, die diagnostischen Eigenschaften der prospektiv getriggerten mit der retrospektiv getriggerten CT-Koronarangiographie (CTCA) an einem 64-Zeilen Gerät in einem heterogenen Patientenkollektiv mit unterschiedlichen kardiovaskulären Erkrankungen (Verdacht auf Koronare Herzkrankheit, Aortenaneurysma, präoperativ zum Aortenklappenersatz oder zur Pulmonalvenenablation, zum Ausschluss eines Tumors oder Perikarditiden) in Genauigkeit, Bildqualität und ihrer Anwendbarkeit gegenüberzustellen und sie mit dem Referenzstandard, der HKU, zu vergleichen. In diese Studie wurden retrospektiv 77 Patienten eingeschlossen, die ein EKG-getriggertes kardiales CT erhielten. Wenn es möglich war, d.h. die Herzfrequenz <75/min, BMI <35 und ein Sinusrhythmus vorlag, wurde die prospektive EKG-getriggerte CTCA durchgeführt, alternativ kam die retrospektive EKG-getriggerte Technik zur Anwendung. Alle Segmente der Koronararterien, deren Lumendiameter ≥1.5mm betrug, wurden hinsichtlich Stenosen und Bildqualität analysiert und beurteilt. Die retrospektive EKG-getriggerte CTCA wurde bei 39 Patienten und die prospektive EKG-getriggerte CTCA bei 38 Patienten durchgeführt. Die mittlere Herzfrequenz (HF) betrug jeweils 69.5±9.1/min und 62.8±5.9/min. Bei der Detektion von Stenosen ≥50% zeigt die segment-(patienten-) basierte Betrachtung bei der retrospektiven EKG-getriggerten CTCA eine Sensitivität, Spezifität, positiven (PPV) und negativen prädiktiven Wert (NPV) von 97%, 98%, 71%, 100% (91%, 82%, 67%, 96%) und die prospektiv EKG-getriggerte CTCA 94%, 97%, 75%, 99% (93%, 96%, 93%, 96%). In der prospektiv EKG-getriggerten CTCA-Gruppe steigt die Sensitivität und der NPV bei Patienten mit einer HF ≤65/min. Gefäßspezifische Untersuchungen weisen bei der prospektiven Technik eine geringere diagnostische Aussagekraft bezüglich der rechten Koronararterie (RCA) auf, welche jedoch bei einer HF ≤65/min ansteigt. Die Bildqualität unterscheidet sich nicht signifikant in beiden Gruppen. Die Arbeit hat gezeigt, dass die prospektive EKG-getriggerte CTCA in einer heterogenen Patientenpopulation eine hohe diagnostische Genauigkeit und Bildqualität bei HF ≤65/min aufweist. Eine niedrige HF ist für die Beurteilung der RCA von besonderer Bedeutung.:1 Bibliographische Beschreibung 2 Einleitung 2.1 Die koronare Herzerkrankung (KHK) 2.1.1 Definition und Epidemiologie 2.1.2 Ätiologie 2.1.3 Anatomie und Pathophysiologie 2.1.4 Symptomatik 2.2 Diagnostik der KHK 2.2.1 Basisdiagnostik 2.2.2 Bildgebende Diagnostik zur direkten Beurteilung der Koronargefäße 2.3 CT-Verfahren 2.3.1 Retrospektives EKG-Gating 2.3.2 Prospektives EKG-Gating 2.3.3 Diagnostische Genauigkeit der CT-Koronarangiographie (CTCA) 2.4 Aspekte zur Strahlendosis 2.5 Indikationen zur HKU und kardialen CT 2.6 Zielsetzung der Studie 3 Publikation 4 Zusammenfassung 5 Literaturverzeichnis 6 Anlagen 6.1 Selbständigkeitserklärung 6.2 Lebenslauf 6.2.1 Persönliche Daten 6.2.2 Beruflicher Werdegang 6.3 Danksagung