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利用鉭k邊緣成像技術進行光譜x射線光子計數(shù)計算機斷層掃描中的液體栓塞劑
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介紹 利用特征k邊顯影技術區(qū)分液體栓塞劑和碘造影劑。用臨床前SPCCT系統(tǒng)掃描濃度系列鉭的管和不同濃度碘的插入物。鉭密度圖（TDM）和碘密度圖（IDM）由SPCCT采集生成。此外，在常規(guī)CT、TDM和IDM的試管內(nèi)進行了區(qū)域限制（ROI）分析。TDM和IDM使兩種物質(zhì)之間明顯分化。不同鉭濃度的定量測量與實際稀釋的混合物的定量測量非常吻合。SPCCT允許鉭和碘之間的分化，并可能改善血管閉塞治療后患者的隨訪診斷。 動靜脈畸形(AVM)是一種血管異常，動脈和靜脈之間有連接，缺乏中間毛細血管床。隨著<1%的流行，動靜脈畸形可發(fā)生在中樞神經(jīng)系統(tǒng)。根據(jù)多種因素，如定位，大小，供血動脈和引流靜脈，動靜脈畸形可以治療通過血管內(nèi)栓塞、外科手術、放射外科手術或它們的組合。已經(jīng)引入了多種栓塞劑可分為固體制劑和液體制劑，后者更常用。對這些膠的基本要求之一是不透射線性，以控制介入過程、血管閉塞的成功或數(shù)字減影血管造影術中的潛在并發(fā)癥。 目前的液體栓塞劑是Onyx10–12和 由溶解在二甲基亞砜(DMSO)中的乙烯-乙烯醇共聚物組成。添加微粉化鉭粉以實現(xiàn)不透射線的可視化。栓塞后的腦部CT血管造影可能是必要的，以評估可能的剩余供血者以及病灶，以便計劃進一步的程序。然而，添加到液體栓塞劑中用于射線不透性的微粉化鉭粉末會在這些CT圖像中引起嚴重的射束硬化偽影。有時很難恰當?shù)卦u估液體栓塞劑凝塊周圍的腦組織和血管(圖1)。在這些情況下，減少偽像的技術對于提高圖像質(zhì)量是理想的。 圖1。使用Onyx栓塞動靜脈畸形(AVMs)后，在左側(cè)枕葉(A)、左側(cè)頂骨區(qū)(B)和左側(cè)頂顳區(qū)(C)的腦部未增強CT掃描。值得注意的是降低診斷圖像質(zhì)量的偽影。 結(jié)果 圖2A顯示了含有3.125%到100%的鉭稀釋管和含有DMSO的對照管含量的示意圖。圖2b中包含了幻影的常規(guī)CT圖像，可以觀察到在低范圍內(nèi)區(qū)分不同稀釋度是模糊的。然而，在獲得的鉭密度圖（TDM）（圖2C）中，已經(jīng)可以從含有純DMSO的對照管（100%）中直觀地區(qū)分出最小的稀釋度。圖2D包含了一個傳統(tǒng)的HU圖像和TDM的疊加。 圖3顯示了鉭材料的校準曲線。在它的幫助下，我們分析了額外的掃描結(jié)果，并計算了鉭稀釋濃度。不同鉭濃度的試管的定量測量與實際已知混合物（測量：92.92± 0.004%，預期：100%；測量：58.85 ± 0.01%，預期：50%；測量：27.03 ± 0.01%，預期：25%；測量：11.84±0.01%，預期12.5%；測量：0.73±0.002%，預期：0%；RMSE=0.05)。圖4顯示了相應的Bland-Altman圖，突出顯示了測量鉭濃度和預期鉭濃度與測量鉭濃度和預期鉭濃度的平均值之間的差異。所有測量值均位于確認限制范圍（1.96）內(nèi)。 我們觀察到，由SPCCT提供的tdm和idm可以使鉭和碘之間的清晰分化。其值如圖5所示，其中圖5A為常規(guī)HU值，圖5B為TDM，圖5C為IDM。在傳統(tǒng)的HU-CT中，含有低濃度鉭、DMSO或高濃度碘的試管的值是相似的，因此，不能被分化。在TDM中，試管的值對應于制備的稀釋系列；含有DMSO和碘的試管的值低于0。在IDM中，可以重現(xiàn)碘的稀釋系列，而鉭具有負值。DMSO具有類似于高濃度碘的高值，這顯然是由于相似的物理背景。 圖2。包含具有在DMSO中稀釋的鉭濃度系列的管的仿真模型的CT掃描。(a)模型內(nèi)容的示意圖，(B) HU圖像，(c)鉭密度圖，以及(d)使用OsiriX。 圖3。顯示鉭密度值和制備的鉭稀釋系列之間相關性的鉭校準曲線。100%鉭相當于1/3 Squid18和2/3 DMSO的混合物。 圖4。Bland-Altman圖顯示實測和預期鉭濃度與真實和預期鉭濃度平均值之間的差異。黑線代表偏差，虛線代表平均值的上限和下限(置信限1.96)。 圖5。柱狀圖顯示了以Hounsfield單位(HU)表示的管內(nèi)感興趣區(qū)域(ROI)分析值、鉭密度圖和碘密度圖。 討論 鉭和碘之間。最近，我們已經(jīng)可以證明，使用不同技術的光譜圖像允許進行材料定量，即使?jié)舛葹?.5mg/ml，也可以可靠地測量碘濃度30,31。由于SPCCT具有提高圖像質(zhì)量和降低圖像噪聲的潛力，因此需要使用這種有前途的新技術來進行進一步的研究。 光子計數(shù)探測器提供了基于脈沖高度分析來測量每個被檢測光子的能級的可能性，并通過傳遞關于組織的基于能量的衰減輪廓的信息，使CT中的材料特殊成像成為可能20。SPCCT系統(tǒng)的一個亮點是，由于x射線衰減特性的邊緣，它能夠?qū)ｉT檢測外源性造影劑。由于鉭的k邊結(jié)合能在x射線光譜的相關能量范圍內(nèi)（67.4 keV），因此鉭的k邊成像在臨床環(huán)境中是可行的。最近發(fā)表了一項使用K-edge的研究SPCCT系統(tǒng)在體內(nèi)成像，在兩種造影劑（碘和釓）之間分化。在我們的研究中，我們突出了使用SPCCT進行鉭成像的優(yōu)勢。鉭的材料分解可以使碘造影劑和液體栓塞劑含鉭粉。一項研究表明，鉭與鎢、金和鉍相比，具有較高的衰減、產(chǎn)生高對比度，提供更高的信號和更好的元素特殊圖像CNR。此外，另一項研究表明，與碘基造影劑相比，由于更高的對比增強和更大的對比噪聲比，鉭能夠減少造影劑的數(shù)量和輻射劑量，從而可能改善超重患者的血管成像。最近發(fā)表的一項研究結(jié)論光子計數(shù)CT與常規(guī)能量積分探測器CT掃描相比，可以提高CT血管造影的圖像質(zhì)量，綜上所述，光子計數(shù)CT可以提高AVM栓塞患者CT掃描的圖像質(zhì)量。 與傳統(tǒng)的CT相比，在體內(nèi)大腦的x射線光子計數(shù)CT掃描的初步結(jié)果可以顯示出更大的灰白質(zhì)對比。在臨床常規(guī)評估腦損傷時，腦CT掃描或隨訪對照中很常見。梁硬化偽影，特別是靠近顱底，可能會影響診斷和潛在的模擬顱內(nèi)出血。此外，光子計數(shù)ct可能是一種很有前途的技術來提高圖像質(zhì)量。一項研究使用了一種光子計數(shù)探測器的CT掃描儀，它能夠成像人類大小的物體。Te的旋轉(zhuǎn)時間分別為1.0秒或0.5秒，與常規(guī)CT掃描儀非常接近，掃描時間約為0.4秒。因此，它似乎適用于未來的臨床應用。 CT技術的主要問題之一是輻射暴露，可能有患癌癥或白內(nèi)障的風險。一項研究得出結(jié)論，光子計數(shù)CT成像在臨床劑量率下是可能的，而且，相對于最先進的CT，改善了CNR。一篇關于光子計數(shù)CT的綜述得出結(jié)論，光子計數(shù)CT可以使圖像噪聲最小化，提高空間分辨率，從而減少高達30-40%的輻射劑量。在這項幻影研究中，我們使用了100 mA的管電流和120 kVp的管電壓，這與另一項使用臨床光譜雙層CT掃描儀（120 kVp和260 mAs）掃描人體頭部的研究相當。 SPCCT系統(tǒng)的潛在優(yōu)勢，特別是材料分解和偽影減少，也可能有助于解釋腦動靜脈畸形栓塞治療后患者的CT檢查。據(jù)報道，Onyx的一個常見缺點是會產(chǎn)生偽影，這通常使得難以判斷栓塞材料附近的區(qū)域是否有出血，這是最重要的并發(fā)癥或剩余的饋電線。此外，由液體栓塞劑引起的偽影可能影響后續(xù)放射治療的計劃，并且可能導致更高的放射劑量。磁共振成像(MRI)代替CT成像可能是解決這一挑戰(zhàn)的一種方法，但在心臟起搏器等禁忌癥的情況下，可能并不總是可用或不可能。此外，縞瑪瑙還會導致核磁共振成像中的疑似偽影，但程度較輕。 減少由液體栓塞劑引起的偽影的另一種解決方案是使用新的栓塞劑；一項研究表明，在體內(nèi)模型中，通過使用共價結(jié)合的碘代替鉭粉用于射線不透性，沉淀的疏水性可注射液體“PHIL”比Onyx產(chǎn)生更少的偽像。然而，這些藥物相對較新，需要進一步的研究來評估其療效。我們的體外研究結(jié)果有望減少鉭引起的偽影，并改善AVM栓塞術后患者的圖像質(zhì)量。需要進一步的體內(nèi)研究來評估SPCCT系統(tǒng)的潛在影響。 這項研究的一個局限是所用液體栓塞劑(Squid)中鉭的絕對含量未知。我們在實驗中使用了濃度系列。此外，DMSO由于其化學結(jié)構而具有高信號。在患者中，在注射液體栓塞劑之前將DMSO注射到管中，以最小化其在管中變硬的風險。在患者的大腦中，DMSO被稀釋并擴散到組織中，因此患者不會出現(xiàn)這種問題。此外，當測量更高含量的鉭時，定量測量的誤差更大。一種解釋可能是更高濃度的鉭導致更高的衰減，從而導致光子匱乏，這導致更多的偽像，從而導致更高的誤差。必須進行進一步的研究來評估這一觀察結(jié)果。 總之，光譜光子計數(shù)CT提供了鉭密度圖，并允許在體外進行鉭和碘之間的物質(zhì)分解和分化。因此，將SPCCT引入臨床領域可以改善診斷影像，特別是在動靜脈畸形栓塞患者。 |
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