Aquisição de imagens de animais de pequeno porte em tomografia computadorizada com detectores contadores de fótons

Abstract

A Tomografia Computadorizada (TC) com detector de contagem de fótons (PCD) é uma tecnologia emergente que têm tido cada vez mais destaque dentre as modalidades diagnósticas. Após a recente aprovação pela Food and Drug Administration dos EUA para uso clínico em setembro de 2021, têm surgido cada vez mais desenvolvedores explorando esta tecnologia. TC com detector de integração de energia convencional (EID) mede a energia total dos raios X convertendo fótons em luz visível e, posteriormente, usando fotodiodos para converter luz visível em sinais digitais. Em comparação, o PCD registra diretamente fótons de raios X como sinais elétricos, sem conversão intermediária em luz visível. Os benefícios dos sistemas PCD incluem resolução espacial aprimorada devido a pixels menores, maior contraste entre tecidos, maior eficiência de dose geométrica para permitir imagens de alta resolução, possível redução de doses de radiação e capacidades de produção de imagem multienergética. Para reconhecer esses benefícios, as aplicações diagnósticas da PCD em imagens musculoesqueléticas, torácicas, neurorradiológicas, cardiovasculares e abdominais devem ser otimizadas e adaptadas para tarefas diagnósticas específicas. Neste trabalho, exploramos a utilização de animais de pequeno porte, como ratos Wistar, para aquisição de imagens num protótipo de tomografia computadorizada com tecnologia PCD. As imagens reconstruídas demonstraram a grande capacidade de resolução dos PCDs, assim como um contraste entre tecidos bastante aprimorado. Os benefícios diagnósticos e as aplicações clínicas resultantes da PCD em estudos iniciais irão permitir uma melhor visualização das principais estruturas anatômicas e a confiança do radiologista para algumas tarefas diagnósticas, o que continuará à medida que o PCD evolui e o uso clínico e as aplicações crescem.

Photon counting detector (PCD) computed tomography (CT) is an emerging technology that has become increasingly prominent among diagnostic modalities. Following the recent approval by the U.S. Food and Drug Administration for clinical use in September 2021, more and more developers are exploring this technology. Conventional energy integrating detector (EID) CT measures the total energy of X-rays by converting photons into visible light and then using photodiodes to convert visible light into digital signals. In comparison, PCD directly records X-ray photons as electrical signals, with no intermediate conversion to visible light. Benefits of PCD systems include improved spatial resolution due to smaller pixels, greater contrast between tissues, higher geometric dose efficiency to enable high-resolution imaging, potential radiation dose reduction, and multi-energy imaging capabilities. To realize these benefits, diagnostic applications of PCD in musculoskeletal, thoracic, neuroradiological, cardiovascular, and abdominal imaging must be optimized and tailored to specific diagnostic tasks. In this work, we explored the use of small animals, such as Wistar rats, for imaging in a prototype computed tomography scanner with PCD technology. The reconstructed images demonstrated the high-resolution capacity of PCDs, as well as greatly improved contrast between tissues. The diagnostic benefits and clinical applications resulting from PCD in early studies will allow for improved visualization of key anatomical structures and increase radiologist confidence for some diagnostic tasks, which will continue as PCD evolves and clinical use and applications grow.