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利用钽k边缘成像技术进行光谱x射线光子计数计算机断层扫描中的液体栓塞剂
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介绍 利用特征k边显影技术区分液体栓塞剂和碘造影剂。用临床前SPCCT系统扫描浓度系列钽的管和不同浓度碘的插入物。钽密度图（TDM）和碘密度图（IDM）由SPCCT采集生成。此外，在常规CT、TDM和IDM的试管内进行了区域限制（ROI）分析。TDM和IDM使两种物质之间明显分化。不同钽浓度的定量测量与实际稀释的混合物的定量测量非常吻合。SPCCT允许钽和碘之间的分化，并可能改善血管闭塞治疗后患者的随访诊断。 动静脉畸形(AVM)是一种血管异常，动脉和静脉之间有连接，缺乏中间毛细血管床。随着<1%的流行，动静脉畸形可发生在中枢神经系统。根据多种因素，如定位，大小，供血动脉和引流静脉，动静脉畸形可以治疗通过血管内栓塞、外科手术、放射外科手术或它们的组合。已经引入了多种栓塞剂可分为固体制剂和液体制剂，后者更常用。对这些胶的基本要求之一是不透射线性，以控制介入过程、血管闭塞的成功或数字减影血管造影术中的潜在并发症。 目前的液体栓塞剂是Onyx10–12和 由溶解在二甲基亚砜(DMSO)中的乙烯-乙烯醇共聚物组成。添加微粉化钽粉以实现不透射线的可视化。栓塞后的脑部CT血管造影可能是必要的，以评估可能的剩余供血者以及病灶，以便计划进一步的程序。然而，添加到液体栓塞剂中用于射线不透性的微粉化钽粉末会在这些CT图像中引起严重的射束硬化伪影。有时很难恰当地评估液体栓塞剂凝块周围的脑组织和血管(图1)。在这些情况下，减少伪像的技术对于提高图像质量是理想的。 图1。使用Onyx栓塞动静脉畸形(AVMs)后，在左侧枕叶(A)、左侧顶骨区(B)和左侧顶颞区(C)的脑部未增强CT扫描。值得注意的是降低诊断图像质量的伪影。 结果 图2A显示了含有3.125%到100%的钽稀释管和含有DMSO的对照管含量的示意图。图2b中包含了幻影的常规CT图像，可以观察到在低范围内区分不同稀释度是模糊的。然而，在获得的钽密度图（TDM）（图2C）中，已经可以从含有纯DMSO的对照管（100%）中直观地区分出最小的稀释度。图2D包含了一个传统的HU图像和TDM的叠加。 图3显示了钽材料的校准曲线。在它的帮助下，我们分析了额外的扫描结果，并计算了钽稀释浓度。不同钽浓度的试管的定量测量与实际已知混合物（测量：92.92± 0.004%，预期：100%；测量：58.85 ± 0.01%，预期：50%；测量：27.03 ± 0.01%，预期：25%；测量：11.84±0.01%，预期12.5%；测量：0.73±0.002%，预期：0%；RMSE=0.05)。图4显示了相应的Bland-Altman图，突出显示了测量钽浓度和预期钽浓度与测量钽浓度和预期钽浓度的平均值之间的差异。所有测量值均位于确认限制范围（1.96）内。 我们观察到，由SPCCT提供的tdm和idm可以使钽和碘之间的清晰分化。其值如图5所示，其中图5A为常规HU值，图5B为TDM，图5C为IDM。在传统的HU-CT中，含有低浓度钽、DMSO或高浓度碘的试管的值是相似的，因此，不能被分化。在TDM中，试管的值对应于制备的稀释系列；含有DMSO和碘的试管的值低于0。在IDM中，可以重现碘的稀释系列，而钽具有负值。DMSO具有类似于高浓度碘的高值，这显然是由于相似的物理背景。 图2。包含具有在DMSO中稀释的钽浓度系列的管的仿真模型的CT扫描。(a)模型内容的示意图，(B) HU图像，(c)钽密度图，以及(d)使用OsiriX。 图3。显示钽密度值和制备的钽稀释系列之间相关性的钽校准曲线。100%钽相当于1/3 Squid18和2/3 DMSO的混合物。 图4。Bland-Altman图显示实测和预期钽浓度与真实和预期钽浓度平均值之间的差异。黑线代表偏差，虚线代表平均值的上限和下限(置信限1.96)。 图5。柱状图显示了以Hounsfield单位(HU)表示的管内感兴趣区域(ROI)分析值、钽密度图和碘密度图。 讨论 钽和碘之间。最近，我们已经可以证明，使用不同技术的光谱图像允许进行材料定量，即使浓度为0.5mg/ml，也可以可靠地测量碘浓度30,31。由于SPCCT具有提高图像质量和降低图像噪声的潜力，因此需要使用这种有前途的新技术来进行进一步的研究。 光子计数探测器提供了基于脉冲高度分析来测量每个被检测光子的能级的可能性，并通过传递关于组织的基于能量的衰减轮廓的信息，使CT中的材料特殊成像成为可能20。SPCCT系统的一个亮点是，由于x射线衰减特性的边缘，它能够专门检测外源性造影剂。由于钽的k边结合能在x射线光谱的相关能量范围内（67.4 keV），因此钽的k边成像在临床环境中是可行的。最近发表了一项使用K-edge的研究SPCCT系统在体内成像，在两种造影剂（碘和钆）之间分化。在我们的研究中，我们突出了使用SPCCT进行钽成像的优势。钽的材料分解可以使碘造影剂和液体栓塞剂含钽粉。一项研究表明，钽与钨、金和铋相比，具有较高的衰减、产生高对比度，提供更高的信号和更好的元素特殊图像CNR。此外，另一项研究表明，与碘基造影剂相比，由于更高的对比增强和更大的对比噪声比，钽能够减少造影剂的数量和辐射剂量，从而可能改善超重患者的血管成像。最近发表的一项研究结论光子计数CT与常规能量积分探测器CT扫描相比，可以提高CT血管造影的图像质量，综上所述，光子计数CT可以提高AVM栓塞患者CT扫描的图像质量。 与传统的CT相比，在体内大脑的x射线光子计数CT扫描的初步结果可以显示出更大的灰白质对比。在临床常规评估脑损伤时，脑CT扫描或随访对照中很常见。梁硬化伪影，特别是靠近颅底，可能会影响诊断和潜在的模拟颅内出血。此外，光子计数ct可能是一种很有前途的技术来提高图像质量。一项研究使用了一种光子计数探测器的CT扫描仪，它能够成像人类大小的物体。Te的旋转时间分别为1.0秒或0.5秒，与常规CT扫描仪非常接近，扫描时间约为0.4秒。因此，它似乎适用于未来的临床应用。 CT技术的主要问题之一是辐射暴露，可能有患癌症或白内障的风险。一项研究得出结论，光子计数CT成像在临床剂量率下是可能的，而且，相对于最先进的CT，改善了CNR。一篇关于光子计数CT的综述得出结论，光子计数CT可以使图像噪声最小化，提高空间分辨率，从而减少高达30-40%的辐射剂量。在这项幻影研究中，我们使用了100 mA的管电流和120 kVp的管电压，这与另一项使用临床光谱双层CT扫描仪（120 kVp和260 mAs）扫描人体头部的研究相当。 SPCCT系统的潜在优势，特别是材料分解和伪影减少，也可能有助于解释脑动静脉畸形栓塞治疗后患者的CT检查。据报道，Onyx的一个常见缺点是会产生伪影，这通常使得难以判断栓塞材料附近的区域是否有出血，这是最重要的并发症或剩余的馈电线。此外，由液体栓塞剂引起的伪影可能影响后续放射治疗的计划，并且可能导致更高的放射剂量。磁共振成像(MRI)代替CT成像可能是解决这一挑战的一种方法，但在心脏起搏器等禁忌症的情况下，可能并不总是可用或不可能。此外，缟玛瑙还会导致核磁共振成像中的疑似伪影，但程度较轻。 减少由液体栓塞剂引起的伪影的另一种解决方案是使用新的栓塞剂；一项研究表明，在体内模型中，通过使用共价结合的碘代替钽粉用于射线不透性，沉淀的疏水性可注射液体“PHIL”比Onyx产生更少的伪像。然而，这些药物相对较新，需要进一步的研究来评估其疗效。我们的体外研究结果有望减少钽引起的伪影，并改善AVM栓塞术后患者的图像质量。需要进一步的体内研究来评估SPCCT系统的潜在影响。 这项研究的一个局限是所用液体栓塞剂(Squid)中钽的绝对含量未知。我们在实验中使用了浓度系列。此外，DMSO由于其化学结构而具有高信号。在患者中，在注射液体栓塞剂之前将DMSO注射到管中，以最小化其在管中变硬的风险。在患者的大脑中，DMSO被稀释并扩散到组织中，因此患者不会出现这种问题。此外，当测量更高含量的钽时，定量测量的误差更大。一种解释可能是更高浓度的钽导致更高的衰减，从而导致光子匮乏，这导致更多的伪像，从而导致更高的误差。必须进行进一步的研究来评估这一观察结果。 总之，光谱光子计数CT提供了钽密度图，并允许在体外进行钽和碘之间的物质分解和分化。因此，将SPCCT引入临床领域可以改善诊断影像，特别是在动静脉畸形栓塞患者。 |
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