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Title
Dual-energy CT of kidney stones: influence of size, stone quality and surrounding contrast on dual-energy reconstructions / eingereicht von Anna-Rosa Ehn
AuthorEhn, Anna-Rosa
Thesis advisorTöpker, Michael
Published2018
Description77 Blatt : Illustrationen
Institutional NoteMedizinische Universität Wien, Diplomarb., 2018
Date of SubmissionAugust 2018
LanguageEnglish
Document typeThesis (Diplom)
Keywords (DE)Dual-energy CT / Nierensteine / Phantomniere / Steinzusammensetzung / Umgebender Kontrast / Dual-energy Rekonstruktionen
Keywords (EN)Dual-energy CT / Kidney stones / Kidney phantom / Surrounding contrast / Dual-energy reconstructions / Stone quality
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Abstract (German)

Ziel: Das Ziel der Studie war es, den Einfluss von umgebendem Kontrast, unterschiedlichen Kilovolt (kV) Einstellungen, verschiedenen Zusammensetzungen und Größen von Nierensteinen auf die Detektionsrate eben dieser zu evaluieren. Dafür wurden eine Dual-Energy Computed Tomografie (DECT) Virtual Non-Contrast (VNC) Rekonstruktion, ein 3D-Nierenphantom und menschliche ex-vivo Nierensteine verwendet.

Methodik: Für diese phantombasierte Studie wurde ein 3D-Nieren-Modell basierend auf einem Spätphase-CT einer menschlichen Niere erstellt. Nachdem 16 menschliche Nierensteine mit 4 unterschiedlichen Zusammensetzungen (Zystin, Struvit, Whewellit, Brushit) im Phantom platziert wurden, wurde dieses anschließend mit einer Kochsalz-Kontrastmittel-Lösung unterschiedlicher Dichte befüllt und in einen Wassertank mit Kochsalzlösung gegeben. Die Scans wurden mit einem Dual-Energy Multi-Detector CT Scanner der 3. Generation durchgeführt und nachbearbeitet, um virtuelle Non-Contrast Bilder zu erstellen. Diese Bilder wurden daraufhin von zwei erfahrenen Radiologen im Hinblick auf vorhandene oder fehlende Nierensteine evaluiert.

Ergebnisse: 51.1% aller Nierensteine konnten detektiert werden, wobei größere Steine (>2mm) signifikant öfter entdeckt wurden als kleinere Steine (<2mm). Zusätzlich konnte gezeigt werden, dass Nierensteine am besten bei 70kV und 80kV und einer Kontrastmittel-Dämpfung von 600HU oder weniger detektiert werden, wobei die Detektionsrate signifikant sank, wenn mehr oder genau 900HU verwendet wurden. In dieser Studie wurden 4 verschiedene Steinarten verwendet (der Name verweist auf den Hauptbestandteil), wobei Cystein-Steine am besten mit Dual-Energy detektiert werden konnten, während Struvit, Whewellit und Brushit in geringeren Detektionsraten resultierten.

Fazit: Um sicherzustellen, dass Nierensteine in VNC Rekonstruktionen eines DECT Scans korrekt detektiert werden, wird die Verwendung von geringeren Kontrastmittelmengen für das Split-Bolus Protokoll der Spätphase empfohlen. Wenn die Möglichkeit besteht, ist auch eine Verwendung von niedrigeren kV-Werten bei der Durchführung von Dual-Energy Untersuchungen sinnvoll.

Abstract (English)

Purpose: The focus of this study was investigating the influence of surrounding luminal contrast, different kilovolt (kV) settings, composition and size of different urinary tract stones on their detection rate. A dual-energy virtual non-contrast reconstruction on a renal phantom and stones ex vivo were used.

Materials and methods: For this phantom based study, a 3D plastic kidney phantom was designed based on a human dataset of a late phase CT of a kidney. After introducing 16 human urinary tract stones of 4 varying compositions (cysteine, struvite, whewellite, brushite), the phantom was floated with a saline contrast mixture at different attenuation levels and put into a saline filled water tank. The scans were performed using a third generation, dual-energy multi-detector CT scanner (SOMATOM Definition Force CT) and post-processed in order to reconstruct virtual non-contrast images. The images were then assessed by two experienced readers for presence or absence of stones in a consensus read maintaining inter- and intraobserver security.

Results: The detection rate of urinary tract stones in our setting was 51.1% in which stones measuring more than 2mm were detected significantly more often compared to stones smaller than 2mm (86.1%; 12.2%; p<.001). Urinary tract stones were also best detected at 70kV and 80kV in scans with an attenuation level of 600HU or less (100%; 94.2%) whereas the detection rate decreased significantly with a luminal contrast of more than or equal 900HU. In our study, we used 4 different types of stones (the name refers to the major component of the stone) and thus could show that dual-energy subtraction features best detection rates for cysteine stones, whereas struvite, whewellite and brushite resulted in lower detection rates.

Conclusion: For accurate detection of urinary tract stones in VNC reconstruction of DECT using less contrast for the split bolus excretory phase as well as lower kV for a low tube current is recommended.

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