forrás:
Adam, S.Z., Rabinowich, A., Kessner, R. et al. 
Spectral CT of the abdomen: Where are we now?. 
Insights Imaging 12, 138 (2021). https://doi.org/10.1186/s13244-021-01082-7

A spektrális komputertomográfia (CT), más néven multi-energiás CT vagy kettős energiájú CT, először az 1970-es években tűnt fel. Évekbe telt azonban, amíg az első multienergiás szkennerek elég robusztusak lettek ahhoz, hogy 2006-ban bevezessék őket a rutin klinikai gyakorlatba, először kettős forrású szkennerként (két különböző feszültségű csövet használva) és gyors kilovoltos (kV) kapcsolású szkennerként, újabban pedig kétrétegű detektoros szkennerként is.

A hagyományos CT a szervek és szövetek anatómiai és morfológiai értékelését biztosítja, a szövetek és a szomszédos szövetek viszonyának többnyire minőségi értékelésével, tekintettel arra, hogy a képek a felvételek készítése során kiválasztott energiaszint függvényei. A spektrális CT új dimenzióval bővíti a felvett képeket, mivel  adatokat szolgáltat a vizsgált szövetekben lévő specifikus anyagok valódi összetételéről, lehetővé teszi a jódkoncentráció pontos értékelését, a jód kivonását a kontrasztanyagos képekből és monoenergetikus rekonstrukciók segítségével jobb minőségű anatómiai képeket is szolgáltat.

A hagyományos CT-képek több szövetet tartalmazó több voxel átlagos csillapítási értékeiből készülnek. Ezek a szövetek bármely adott csőcsúcsfeszültség (kVp) mellett átfedő csillapítással rendelkezhetnek. A csillapítási együtthatók fő tényezői a fotoelektromos hatás, amely az alacsonyabb energiaszinteken dominál, erősen energiafüggő és a magas atomszámokhoz kapcsolódik, valamint a Compton-szórás, amely 50 kilo-elektronvolt (keV) feletti energiáknál jelentkezik, és elsősorban az adott anyag elektronsűrűségével függ össze.
A két-, a magas és az alacsony energiaszintről származó csillapítási szintek összehasonlítása felhasználható a fotoelektromos hatás és a Compton-szórás kiszámításához. Ez lehetővé teszi a hasonló csillapítású szövetek elkülönítését bármelyik energiaszinten, ez az alapja a spektrális CT-képalkotásnak.

A két energiaszint adatkészletei többféle módon is megszerezhetők. A jelenleg forgalomban lévő három fő adatgyűjtési technikák:

1. a kettős forrásgyűjtés - dual source - (amelyben egy alacsony kV-os és egy magas kV-os cső egyidejűleg, szögeltolódással pásztáz, hogy két energiaspektrumot kapjunk),
2. a gyors kV-váltás - rapid kV switching - (amelyben ugyanaz a cső forgása során folyamatosan, gyorsan vált alacsony kV-ról magas kV-ra)
3. a detektoralapú spektrális szétválasztás - detector-based spectral separation - (amelyben a detektor egy kétrétegű detektor, amely szétválasztja az energiaszinteket, miután a sugár áthaladt a betegen, a felső rétegben alacsony energiájú fotonokat, az alsó rétegben pedig magas energiájú fotonokat detektálva), amely a legújabb, 2016 óta kereskedelmi forgalomban kapható technika.
4. Más technikák is léteznek, bár nem annyira elterjedtek:
   1. "rotate-rotate" technika (a cső az energiaszinteket váltogatja a forgások között)
   2. szűrőalapú spektrális sugárfelosztást alkalmazó letapogatás (osztott arany-ón szűrő, amely spektrális szétválasztást eredményez, mielőtt a sugár áthalad a betegen), amely szintén csak nemrég került be a klinikai gyakorlatba.

foto: Adam, S.Z., Rabinowich, A., Kessner, R. et al. Spectral CT of the abdomen: Where are we now?. 
Insights Imaging 12, 138 (2021). https://doi.org/10.1186/s13244-021-01082-7

A különböző technikáknak számos fő előnye és hátránya van.

1. A detektoralapú spektrális képalkotás előnye, hogy a spektrális adatokra való igény előzetes meghatározása nélkül ("mindig be van kapcsolva") minden vizsgálathoz spektrális adatokat szerezhet, a spektrális adatok visszamenőlegesen, a vizsgálati protokollok megváltoztatása nélkül szerezhetők be és többfázisú vizsgálatokban minden vizsgálati fázishoz rendelkezésre állnak. Ezek a szkennerek valódi hagyományos CT-képeket is szolgáltatnak, ellentétben az összes többi technikával, amelyek csak a hagyományosnak megfelelő képet szolgáltatnak, amely a két energiaszint vegyes képe. A detektoralapú képalkotás rendelkezik a legjobb időbeli koherenciával is, mivel a különböző energiákat egyszerre észleli, és a beteg mozgása a legkevésbé befolyásolja.
2. A kettős forrású spektrális képalkotás előnye, hogy két csővel rendelkezik, amely még nagyméretű betegek esetében is jó képminőséget képes előállítani, a második cső pedig nem spektrális üzemmódban is használható rendkívül gyors vizsgálatok elvégzésére, ugyanakkor az egyetlen olyan technika, amelyet a spektrális adatok esetében a gantryn belüli helykorlátozás miatt a kis látómező korlátoz (körülbelül 35 cm, szemben a többi technika 50 cm-ével).

A főbb spektrális felvételi technikák a technikától függetlenül képesek az egyenergiás CT-hez hasonló sugárdózisú felvételeket készíteni.

VNC képek (virtual non-contrast)
A VNC-képek úgy jönnek létre, hogy a kontraszthalmozó struktúrákat kivonják a felvett képből. A robusztus VNC-kép lehetővé teszi a teljes sugárterhelés csökkentését, a protokollonkénti vizsgálatok számának csökkentésével. Ez a csökkenés jelentős lehet, a régióspecifikus protokolloktól függően 25-35% közötti. A VNC-képeket nem befolyásolja a beadott kontrasztanyag koncentrációja vagy sebessége, illetve az, hogy milyen fázisból (artériás vagy vénás fázisból) készültek.
A valódi, kontraszt nélküli (true non-contrast, TNC) képek VNC-képekkel való helyettesítése azonban csak akkor lehetséges, ha azokat hasonló módon tudjuk használni. Kimutatták, hogy a VNC-képek összehasonlítható és megfelelő képminőséggel rendelkeznek. Azt is kimutatták, hogy a TNC-képeken és a VNC-képeken látható csillapítás között jó korreláció van. Ha azonban megnézzük az attenuációs számok közötti különbségeket, amelyek a mérések 92,6-98,6%-ában 15 HU alatt vannak, a folyadék és a zsír esetében pedig nagyobb attenuációs különbségek tapasztalhatók, felmerül a kérdés a klinikai alkalmazhatósággal kapcsolatban. A TNC-felvételeket többfázisú vizsgálatokban elsősorban minőségi elemzésre használják, mint például a kontrasztanyag beadása előtti meszesedés és más hiperdenz anyagok jelenlétének megállapítására, a kontraszt előtti attenuáció értékelésére mellékvese-elváltozásokban vagy májparenchymában, valamint kvantitatív elemzésre a halmozás mérésének részeként egy feltételezett elváltozásban. 

Mellékvesekéreg CT, gócot mutat a jobb mellékvesében. A góc 4,6 HU a TNC-felvételeken (a), 77,2 HU a portovenosus fázisú felvételeken (b) és 27 HU a 15 perc késleltetett felvételeken (nem látható), ami a 69%-os abszolút kimosódás és a natív felvétel alapján is bizonyítja, hogy adenomáról van szó. A VNC-felvételek azonban 21,8 HU-s értéket mutatnak (c), így ez egy meghatározhatatlan góc, a portovenózus fázisú spektrális képalkotásán.
foto: Adam, S.Z., Rabinowich, A., Kessner, R. et al. Spectral CT of the abdomen: Where are we now?. 
Insights Imaging 12, 138 (2021). https://doi.org/10.1186/s13244-021-01082-7

Ezért úgy tűnik, hogy a VNC-felvételek még mindig nem elég megbízhatóak ahhoz, hogy a legtöbb klinikai helyzetben helyettesítsék a TNC-felvételeket. A VNC-képek azonban értékes eszközt jelentenek a monofázisos posztkontraszt protokollokban, amelyekben korábban sok incidentalomás kép további képalkotáshoz vezetett, ami most egyes esetekben elkerülhető.

Mono-energiás képek
A monoenergiás alkalmazás egy monokromatikus röntgensugárral történő vizsgálatot szimulál és lehetővé teszi, hogy a rekonstrukcióhoz kiválasztjuk az energiaszintet keV-ban. A rendelkezésre álló energiaszintek a spektrális felvételi módszer és a gyártó szerint változnak, 40 és 200 keV között mozognak. A 120 kVp-nak megfelelő energiaszint körülbelül 75 keV.
A hagyományosnak megfelelő monoenergiás felvételek jobb jel-zaj arányt (SNR) és kontraszt-zaj arányt (CNR) mutattak ki a kontrasztos felvételeknél, különösen elhízott betegeknél. Figyelembe kell azonban venni azt a tényt, hogy a HU mérések nem használhatók a hagyományos képekhez hasonlóan és a halmozás értékelését jódkoncentrációjú képek segítségével kell elvégezni.
A struktúrák csillapodása a fotonok átlagos energiájának csökkenésével nő, ami igaz mind a nem spektrális, alacsony kVp-s szkennelésre, mind a kettős energiájú, alacsony keV-os, monoenergiás beállításokra. Ez különösen fontos a kontrasztanyagokat használó mintavételezéseknél, mivel az energia csökkenése a jód K-éléhez közelítő tartományban (ami 33 keV) a jódot halmozó struktúrák jelentősen megnövekedett csillapodását okozza.
Így a spektrális képalkotás során az alacsony keV monoenergiás felvételek a jóddal kiemelt struktúrákat hangsúlyozzák anélkül, hogy a képzaj növekedne, és ez lehetővé teszi, hogy csökkentsük a befecskendezett kontrasztanyag mennyiségét, ami döntő fontosságú lehet a veseelégtelenségben szenvedő betegeknél. Vizsgálatok szerint az érrendszeri vizsgálatoknál 70%-os, a nem érrendszeri vizsgálatoknál pedig 50%-os csökkentést lehet elérni, figyelembe véve, hogy a hipervaszkularizált elváltozások optimális értékeléséhez a csökkentésnek valószínűleg mérsékeltebbnek, körülbelül 35%-osnak kell lennie. A kontrasztanyag-dózisok csökkentésére vonatkozó döntés azonban összetettebb és figyelembe kell venni az optimális halmozás eléréséhez szükséges teljes befecskendezett mennyiséget és áramlási sebességet. Továbbá, mivel sok intézmény több szkennert használ, amelyek közül csak néhány spektrális szkenner, ez szkennerenként és patológiánként (nem csak testrészenként) egyedi kontrasztanyag-protokollokat vonhat maga után, ami problémásnak bizonyulhat az optimális munkafolyamat szempontjából, és több hibához vezethet. Azt is figyelembe kell venni, hogy a beadott kontrasztanyag csillapításával a pozitív orális kontrasztanyag csillapítása is megvalósul, ami több leletet okozhat.

A spektrum másik végén a magas energiaszintek csökkentik a sugárkeményedési artefaktumokat, és felhasználhatók a fémartifaktumok csökkentésére. Mind az alacsony keV-os, mind a magas keV-os rekonstrukciók esetében személyes preferencia alapján lehet kiválasztani az optimális energiaszintet, pl. a kétrétegű spektrális képalkotást alkalmazva az 50 keV-os és 140 keV-os felvételeket részesítve előnyben.

Egy nő CT-cisztográfiája veseátültetés után, korábbi teljes csípőprotézis beültetéssel. A fém okozta artefaktumok jelentősen rontják a kismedencei struktúrák értékelését (a). A 140 keV-os spektrális monoenergetikus képen a műtéti terület megítélhetőségének javulása látható, a hólyag kontrasztanyagának csökkent csillapítása árán (b).
foto: Adam, S.Z., Rabinowich, A., Kessner, R. et al. Spectral CT of the abdomen: Where are we now?. 
Insights Imaging 12, 138 (2021). https://doi.org/10.1186/s13244-021-01082-7

Jódkoncentrációs képek (jódtérképek)
Ez egy nagyon jelentős alkalmazás az elváltozások jellemzésére. A létrehozott képek egyenértékűek az MRI-szubtrakciós képekkel. A jódtérképek biztonságot adnak a radiológusnak az elváltozás kontrasztanyag-halmozásának értékelésében, bizonyítva, hogy egyes elváltozások nem mutatnak kontrasztanyag-felvételt és jóindulatúak, így elkerülhető a további vizsgálat szükségessége. Ezek a képek az akvizíciós paraméterektől függetlenül nagy pontosságúnak bizonyultak, amennyiben a sugárdózis a klinikai tartományon belül van. Bár a gyártók közötti pontosságbeli különbségekről (valószínűleg az akvizíciós technika különbözőségével összefüggésben) számoltak be fantomok esetében, amelyek mérési hibái megkérdőjelezik, hogy bizonyos patológiák esetében képesek vagyunk-e használni a bejelentett küszöbértékeket, a hiba 10% alatt van, ami elfogadható hiba, amennyiben helyes küszöbértékeket használnak. A helyes küszöbértéket még nem állapították meg megfelelően. Egy nemrégiben végzett vizsgálat szerint a májciszták jódfelvétele 0,23 ± 0,31 mg/ml volt, ami minden szkenner esetében megfelel az elfogadott 0,5 mg/ml küszöbértéknek, de ugyanazon elváltozáson belül különböző időpontokban akár 20%-os eltéréseket is találtak. Egy másik, nemrégiben készült tanulmány magasabb, 1,3 mg/ml-es küszöbértéket talált és a jódkoncentráció mérésének pontosabb megközelítését javasolta az eredményeknek az aorta jódkoncentrációjához való normalizálásával és 0,3 mg/ml-es normalizált küszöbérték alkalmazásával. 

Egy férfi véletlenül azonosított, hiperdenz jobb oldali vesecisztája. Az axialis TNC-képen egy kifejezetten hiperdenz ciszta látható, amely leginkább egy vérzéses cisztának felel meg (a), a portovenosus fázisú képen (b) nem látható halmozás. A jódos átfedési térképek azonban gyaníthatóan enyhe halmozást mutatnak (c). A ciszta jódtartalma 1,3 mg/ml volt, ami az elfogadott küszöbértékek szerint halmozó elváltozásnak minősülne, azonban a normalizált jódtartalom csak 0,27 mg/ml volt, ami összhangban van a hagyományos felvételeken látható halmozás hiányával.
foto: Adam, S.Z., Rabinowich, A., Kessner, R. et al. Spectral CT of the abdomen: Where are we now?. 
Insights Imaging 12, 138 (2021). https://doi.org/10.1186/s13244-021-01082-7

A jódtérképek egyik legfontosabb felhasználási területe a hasi képalkotásban a véletlenül azonosított kis elváltozások, az úgynevezett "túl kicsi a jellemzéshez" elváltozások jellemzése. Bár csábító azt mondani, hogy a jódtérképek felhasználhatók annak megállapítására, hogy ezek a kis léziók valóban nem halmoznak-e, nem szabad elfelejteni, hogy ezeket a képeket még mindig ugyanazok a részleges térfogati artefaktumok befolyásolják, amelyek megakadályozzák, hogy a hagyományos képeken megbízhatóan mérjük az elváltozás sűrűségét (HU). A jódtérképek segítségével az elváltozás jódtartalmának meghatározásához szükséges valódi méretküszöbérték nem ismert.