Dual energy CT in practice: Basic principles and applications

Grajo, Joseph R.; Patiño, Manuel; Prochowski, Andrea; Sahani, Dushyant V.

doi:10.37549/ar2291

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“…Dual-energy computed tomography (DECT) is an emerging imaging technique that allows for collection of simultaneous absorption measurements at 2 energy levels, an approach that facilitates the separation of 2 materials within each imaged voxel, such as iodine and lung parenchyma. [19][20][21] Although at present primarily a research tool, the use of DECT to characterize the pulmonary vasculature has multiple potential clinical applications, particularly in the identification of perfusion deficits, and has been cross validated with other imaging strategies. 20,[22][23][24] Here, we performed DECT to quantify PBV in a multiethnic, multicenter, community-based sample of older adults.…”

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confidence: 99%

Pulmonary Blood Volume Among Older Adults in the Community: The MESA Lung Study

Hermann

Motahari

Hoffman

et al. 2022

Circ: Cardiovascular Imaging

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Background: The pulmonary vasculature is essential for gas exchange and impacts both pulmonary and cardiac function. However, it is difficult to assess and its characteristics in the general population are unknown. We measured pulmonary blood volume (PBV) noninvasively using contrast enhanced, dual-energy computed tomography to evaluate its relationship to age and symptoms among older adults in the community. Methods: The MESA (Multi-Ethnic Study of Atherosclerosis) is an ongoing community-based, multicenter cohort. All participants attending the most recent MESA exam were selected for contrast enhanced dual-energy computed tomography except those with estimated glomerular filtration rate <60 mL/min per 1.73 m 2 . PBV was calculated by material decomposition of dual-energy computed tomography images. Multivariable models included age, sex, race/ethnicity, education, height, weight, smoking status, pack-years, and scanner model. Results: The mean age of the 727 participants was 71 (range 59–94) years, and 55% were male. The race/ethnicity distribution was 41% White, 29% Black, 17% Hispanic, and 13% Asian. The mean±SD PBV in the youngest age quintile was 547±180 versus 433±194 mL in the oldest quintile ( P <0.001), with an approximately linear decrement of 50 mL per 10 years of age ([95% CI, 32–67]; P <0.001). Findings were similar with multivariable adjustment. Lower PBV was associated independently with a greater dyspnea after a 6-minute walk ( P =0.04) and greater composite dyspnea symptom scores ( P =0.02). Greater PBV was also associated with greater height, weight, lung volume, Hispanic race/ethnicity, and nonsmoking history. Conclusions: Pulmonary blood volume was substantially lower with advanced age and was associated independently with greater symptoms scores in the elderly.

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confidence: 99%

Pulmonary Blood Volume Among Older Adults in the Community: The MESA Lung Study

Hermann

Motahari

Hoffman

et al. 2022

Circ: Cardiovascular Imaging

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“…5 Mit der technischen Weiterentwicklung sowie einigen weiteren Optimierungen konnten die ersten DSCT-Geräte Mitte der 2000er-Jahre in Betrieb genommen werden. 6,7 Im Zuge dieses technischen Fortschritts können seither mittels DSCT-Technologie unterschiedliche Materialkompositionen analysiert werden. 7,8 Hierbei wird unter anderem die quantitative Darstellung der Jodaufnahme verschiedener Strukturen in farbkodierten Bildern ermöglicht.…”

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“…6,7 Im Zuge dieses technischen Fortschritts können seither mittels DSCT-Technologie unterschiedliche Materialkompositionen analysiert werden. 7,8 Hierbei wird unter anderem die quantitative Darstellung der Jodaufnahme verschiedener Strukturen in farbkodierten Bildern ermöglicht. 8 Substanzen mit einer niedrigen Anzahl an Atomen, beispielsweise Wasser, haben im Gegensatz zu Substanzen mit einer hohen Dichte an Atomen (Jod) nur geringe Unterschiede in der Abschwächung von hoch und niedrig dosierten Röntgenstrahlen.…”

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“…8 Substanzen mit einer niedrigen Anzahl an Atomen, beispielsweise Wasser, haben im Gegensatz zu Substanzen mit einer hohen Dichte an Atomen (Jod) nur geringe Unterschiede in der Abschwächung von hoch und niedrig dosierten Röntgenstrahlen. 7,9 Aufgrund dieser Fähigkeit ist es möglich materialspezifische Bilder zu kreieren.…”

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“…Hiermit wird die Unterscheidung zwischen Pathologien und morphologisch unauffälligen Strukturen bildlich dargestellt und erleichtert. 7 Abbildung 1: Jodkarte einer axialen Schicht im Mittelbauch. Dichte ein graustufiges Schnittbild erzeugt werden.…”

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Referenzwerte der Jodaufnahme abdomineller Organe

Goth¹

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Ziel Obwohl es eine Fülle an Literatur zur Messung der Jodaufnahme mittels Dual-Energy-CT bei unterschiedlichen Pathologien gibt, wurden bisher noch keine zuverlässigen physiologischen Referenzwerte für diese Messtechnik bestimmt. Aus diesem Grund wurde die Jodaufnahme von morphologisch gesunden abdominellen Organen sowie Organen des Beckens in einer großen Studienkohorte untersucht. Material und Methoden Aufeinanderfolgende portalvenöse abdominelle DECT-Aufnahmen wurden überprüft und morphologisch gesunde Untersuchungsunterlagen wurden eingeschlossen (n=599; weiß/asiatisch=574, durchschnittliches Alter=58 ± 16,6Jahre; 263w/ 336m). ROI-Messungen wurden in den folgenden anatomischen Regionen durchgeführt (Anzahl der ROIs): Leber (9), Pankreas (3), Milz (3), Nebenniere (2), Nieren (6), Prostata (4), Uterus (2), Blasenwand (1) und Lymphknoten (3). Die Jodaufnahme wurde zwischen unterschiedlichen Organen verglichen und eine Subgruppenanalyse fand statt (jung vs alt/ männlich vs weiblich/niedriger BMI vs. hoher BMI). Ergebnisse Die gesamte Jodaufnahme war wie folgt (mg/ml): Leber=1,96 ± 0,59, Pankreas=2,07 ± 0,58, Milz=2,45 ± 0,66, Nebenniere=1,61 ± 0,43, Nieren=6,1 ± 1,32, Prostata=1,1 ± 0,53, Uterus=1,01 ± 0,68, Blasenwand=0,69 ± 0,26 und Lymphknoten=0,71 ± 0,28. Bei Frauen kommt es zu einer höheren Jodaufnahme in der Leber (2,12 ± 0,54 vs 1,84 ± 0,43 mg/ml), Pankreas (2,27 ± 0,54 vs 1,91±0,46 mg/ml), Milz (2,7 ± 0,64 vs 2,3 ± 0,51 mg/ml), Nebenniere (1,72 ± 0,47 vs 1,52 ± 0,39 mg/ml) und Niere (6,6 ± 1,31 vs 5,65 ± 1,1 mg/ml) als bei Männern (P < 0,001). In älteren Patienten nimmt die Jodaufnahme in der Leber (1,80 ± 0,45 vs 2,04 ± 0,52 mg/ml), im Pankreas (1,87 ± 0,46 vs. 2,21 ± 0,52 mg/ml) und der Milz (2,21 ± 0,46 vs 2,64 ± 0,65 mg/ml) verglichen mit jüngeren Studienteilnehmern zu (P ≤ 0.040). Einzig im Uterus präsentierten sich niedrigere Werte in älteren Frauen (01,31 ± 0,72 vs 0,75 ± 0,46 mg/ml, P < 0,001). Bei Patienten mit einem hohen BMI kommt es in der Leber (2,32 ± 0,54 vs. 1,84 ± 0,45 mg/ml), im Pankreas (2,54 ± 0,67 vs. 1,95 ± 0,48 mg/ml), in der Milz (2,85 ± 0,66 vs. 2,32 ± 0,55 mg/ml) und in den Nebennieren (1,79 ± 0,38 vs. 1,56 ±0,44 mg/ml) zu einer signifikanten Abnahme der Jodaufnahme (P < 0,001). Fazit Die physiologische Jodaufnahme zeigt alters-, geschlechts- und BMI-abhängige Unterschiede für Leber, Pankreas und Milz. Pankreas und Nebennieren zeigen einen höheren Jod Durchfluss in Frauen. Während die Perfusion des Prostataparenchyms sich unverändert über die gesamte Altersspanne zeigt, nimmt die Jodaufnahme des Uterus bei Frauen im Laufe des Lebens ab. Lymphknoten als auch die Blase zeigen sich unbeeinflusst von demographischen Faktoren sowie von der Veränderung des BMI. Klinische Relevanz Wir definierten physiologische Referenzwerte für den statischen Durchfluss der abdominellen Organe wie angegeben mittels DECT-Jodaufnahme-Messungen in einer großen Studienkohorte und beschrieben die zusammenhängenden Unterschiede in Bezug auf Alter und Geschlecht. Dies soll die zuverlässige klinische Anwendung erleichtern und zu einer potentiellen Implementierung in zukünftige Richtlinien führen.

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Assessment of quantification accuracy and image quality of a full‐body dual‐layer spectral CT system

Ehn

Sellerer

Muenzel

et al. 2017

J Applied Clin Med Phys

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The performance of a recently introduced spectral computed tomography system based on a dual‐layer detector has been investigated. A semi‐anthropomorphic abdomen phantom for CT performance evaluation was imaged on the dual‐layer spectral CT at different radiation exposure levels (CTDI vol of 10 mGy, 20 mGy and 30 mGy). The phantom was equipped with specific low‐contrast and tissue‐equivalent inserts including water‐, adipose‐, muscle‐, liver‐, bone‐like materials and a variation in iodine concentrations. Additionally, the phantom size was varied using different extension rings to simulate different patient sizes. Contrast‐to‐noise (CNR) ratio over the range of available virtual mono‐energetic images (VMI) and the quantitative accuracy of VMI Hounsfield Units (HU), effective‐Z maps and iodine concentrations have been evaluated. Central and peripheral locations in the field‐of‐view have been examined. For all evaluated imaging tasks the results are within the calculated theoretical range of the tissue‐equivalent inserts. Especially at low energies, the CNR in VMIs could be boosted by up to 330% with respect to conventional images using iDose/spectral reconstructions at level 0. The mean bias found in effective‐Z maps and iodine concentrations averaged over all exposure levels and phantom sizes was 1.9% (eff. Z) and 3.4% (iodine). Only small variations were observed with increasing phantom size (+3%) while the bias was nearly independent of the exposure level (±0.2%). Therefore, dual‐layer detector based CT offers high quantitative accuracy of spectral images over the complete field‐of‐view without any compromise in radiation dose or diagnostic image quality.

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Dual energy CT in practice: Basic principles and applications

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Pulmonary Blood Volume Among Older Adults in the Community: The MESA Lung Study

Pulmonary Blood Volume Among Older Adults in the Community: The MESA Lung Study

Referenzwerte der Jodaufnahme abdomineller Organe

Assessment of quantification accuracy and image quality of a full‐body dual‐layer spectral CT system

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