Iterative Model Reconstruction (IMR) in MDCT Below 2 mSv for the Detection of Urinary Calculi: Diagnostic Accuracy and Image Quality in Comparison to Filtered Back-Projection and 4th Generation Iterative Reconstruction (iDose4)

Abstract

Purpose The purpose of the study was to assess the impact of iterative model reconstruction (IMR) on reader confidence with respect to stone detection and image quality in comparison to filtered back-projection (FBP) and iDose level 4 (iDose4) in abdominal MDCT with radiation doses below 2 mSv.

Materials and Methods For 32 consecutive patients with suspected ureteral stone disease, the raw data of unenhanced 256 slice MDCT (120 kV, 40 reference mAs, mean CTDIvol: 2.7 ± 0.8 mGy, mean DLP: 126 ± 38 mGy × cm) were reconstructed using a prototype version of IMR (levels 1 – 3), iDose4 (level 4) and FBP at a 3 mm slice thickness. Image analysis was independently performed by two radiologists in a blinded fashion. The reader confidence level with respect to stone detection was recorded based on a 5-point scale (1 – certain exclusion; 5 – concrement definitely present) as well as for the evaluation of image quality regarding the depiction of anatomical details (1 – poor; 5 – excellent). A clinical reference standard for stone detection was not established. Statistical evaluation included weighted kappa analysis and Wilcoxon test.

Results 17 pelvic and ureteral stones were found. 11 further concrements were located within the ostium of the urinary bladder or the bladder itself. Applying IMR, a distinct improvement in image quality was observed at every level (mean value for FBP, 2.0; iDose4, 2.9; IMR L1, 4.2; IMR L2, 4.0; IMR L3, 3.9; all p < 0.001). Applying the higher IMR levels L2 and L3, a certain level of so-called “blotchiness” of anatomical contours was observed. Reader confidence was significantly improved and was independent of IMR level (certain stone detection FBP, 69 %; iDose4, 81 %; IMR L1 to L3, 95 %; all p > 0.001). With increasing IMR levels, the reduction in streak artifacts was quantified by a decrease in image noise. A loss of anatomical information was not observed. The sensitivity rates for stone detection were equivalent for all MDCTs reconstructed with FBP, iDose4 and IMR. A mean effective dose of 1.9 ± 0.6 mSv was calculated.

Conclusion In comparison to FBP and iDose4, a significant increase in mean image quality, reduction in image noise and improvement in subjective reader confidence can be achieved by applying IMR even at significantly reduced dose settings below 2 mSv. Results indicate that a further dose reduction might be possible with IMR.

Key Points 

• Urinary tract

• urolithiasis

• iterative reconstruction

Citation Format

• Schmidt-Holtz J, Laqmani A, Butscheidt S et al. Iterative Model Reconstruction (IMR) in MDCT Below 2mSv for the Detection of Urinary Calculi: Diagnostic Accuracy and Image Quality in Comparison to Filtered Back-Projection and 4th Generation Iterative Reconstruction (iDose4). Fortschr Röntgenstr 2018; 190: 630 – 636

Zusammenfassung

Ziel Das Ziel dieser Studie war es, die Auswirkungen der iterativen Modellrekonstruktion (IMR) auf die Sicherheit des Radiologen bei der Steindetektion und auf die Bildqualität im Vergleich zu gefilterten Rückprojektionen (FBP) und iDose Level 4 (iDose4) im Stein-MDCT mit Strahlendosen unter 2 mSv zu beurteilen.

Materialien und Methoden Für 32 aufeinanderfolgende Patienten mit Verdacht auf ein Harnleiterkonkrement wurden die Rohdaten der nativen Scans (256 Slice MDCT, 120 kV, 40 Referenz mAs, mittleres CTDIvol: 2,7 ± 0,8 mGy, mittleres DLP: 126 ± 38 mGy × cm) unter Verwendung einer Prototypversion von IMR (Level 1 – 3), iDose4 (Level 4) und FBP mit einer Schichtdicke von 3 mm rekonstruiert. Die Bildanalyse wurde jeweils unabhängig von zwei geblindeten Radiologen durchgeführt. Die diagnostische Sicherheit des Radiologen bei der Steindetektion erfolgte auf der Grundlage einer 5-Punkte-Skala (1 – sicherer Ausschluss, 5 – Konkrement definitiv vorhanden) wie auch für die Auswertung der Bildqualität in Bezug auf die Darstellung von anatomischen Details (1 – mangelhaft; 5 – Ausgezeichnet). Ein klinischer Referenzstandard für die Steindetektion wurde nicht erhoben. Die statistische Auswertung beinhaltet die weighted kappa-analysis und den Wilcoxon-Test.

Ergebnisse 17 Nierenbecken- und Uretersteine wurden gefunden. 11 weitere Konkremente wurden im Harnblasenostium oder der Harnblase selber lokalisiert. Bei der Anwendung von IMR wurde mit jeder Iterationsstufe eine deutliche Verbesserung der Bildqualität beobachtet (Mittelwert für FBP, 2,0, iDose4, 2,9, IMR L1, 4,2, IMR L2, 4,0, IMR L3, 3,9, alle p < 0,001). Mit den höheren IMR-Stufen L2 und L3 wurde ein gewisses Maß an sogenannter „blotchiness“ (Unschärfe) anatomischer Konturen beobachtet. Die Sicherheit des Radiologen wurde so unabhängig vom IMR-Level signifikant verbessert (sichere Steindetektion FBP, 69 %; iDose4, 81 %; IMR L1 bis L3, 95 %, alle p > 0,001). Mit zunehmenden IMR-Werten wurde die Reduktion von Streifenartefakten durch eine Abnahme des Bildrauschens quantifiziert. Ein Verlust anatomischen Informationen wurde nicht beobachtet. Die Sensitivität der Steindetektion waren äquivalent für alle MDCTs, die mit FBP, iDose4 oder IMR rekonstruiert wurden. Es wurde eine mittlere effektive Dosis von 1,9 ± 0,6 mSv berechnet.

Schlussfolgerung Eine Urolithiasis kann zuverlässig durch MDCT bei deutlich reduzierten Dosiseinstellungen unter 2 mSv detektiert werden. Im Vergleich zu FBP und iDose4 kann eine signifikante Erhöhung der durchschnittlichen Bildqualität, eine Verringerung des Bildrauschens und eine Verbesserung der subjektiven diagnostischen Sicherheit des Radiologen bei der Konkrementdetektion mit Hilfe von IMR erreicht werden. Dies deutet darauf hin, dass mit IMR weiterreichende Dosisreduktionen möglich sein könnten.

Kernaussagen 

• Urogenitaltrakt

• Urolithiasis

• Iterative Reconstruction

Key words

abdomen - image manipulation/reconstruction - CT - ureter - urinary tract - urolithiasis

• References

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