Forskare vid Mayo Clinic har kombinerat fotonräkningsdetektor (PCD) CT med djupinlärningsbaserad brusreducering för att avbilda patienter med multipelt myelom. Den nya avbildningstekniken visade överlägsen detektion av bensjukdom associerad med multipelt myelom jämfört med konventionella lågdoser, CT-skanningar av hela kroppen.
PCD CT fungerar genom att direkt omvandla individuella röntgenfotoner till en elektrisk signal. Detta tillåter användning av mindre detektorpixlar, vilket ökar bildens rumsliga upplösning och förbättrar upptäckten av lytiska lesioner – områden med benförstörelse som finns hos cirka 80 % av patienterna med multipelt myelom. Denna förbättring kan göra skillnad i stadiet av sjukdomen och potentiellt påverka val av terapi och patientresultat.
Multipelt myelom är en cancer i plasmaceller, en typ av vita blodkroppar. Cancerösa myelomceller växer utom kontroll, tränger undan normala plasmaceller och hindrar dem från att göra antikroppar för att bekämpa infektioner. Patienter kan initialt vara asymtomatiska eller utveckla pyrande multipelt myelom, en intermediär sjukdomsfas som kännetecknas av en signifikant ökning av plasmacellsproliferation, men utan några organskador eller symtom. Aktivt multipelt myelom kan orsaka en rad symtom, inklusive skelettsmärta, hyperkalcemi, njurinsufficiens, anemi och/eller lytiska benskador.
"När en enstaka lytisk lesion större än 5 mm kan ses på CT, är detta en myelomdefinierande händelse som kommer att uppgradera en patient till aktiv status och kräver ett samtal om att påbörja behandling", säger forskningschefen. Francis Baffour.
"Patienter som misstänks ha multipelt myelom genomgår ett antal tester, inklusive benmärgsbiopsi. Men slumpmässig biopsiprovtagning från bara en plats kanske inte upptäcker den verkliga bördan av sjukdomen, förklarar Baffour. "På grund av dess höga känslighet och specificitet för lytiska benskador i hela kroppen, Internationell myelomarbetsgrupp rekommenderar lågdos helkropps-CT som avbildningstest för att utvärdera lytiska benskador."
Baffour och kollegor försökte bevisa att PCD CT, i kombination med mjukvaran för djupinlärning som utvecklats av Mayo-teamet, skulle öka den rumsliga upplösningen tillräckligt för att förbättra diagnosen med samma stråldos som en konventionell energiintegrerande detektor (EID) CT-skanning.
Studien, rapporterad i Radiologi, inkluderade 27 vuxna patienter med olika stadier av multipelt myelom. Deltagarna genomgick båda typerna av skanning på samma dag: en EID-CT-skanning i låg dos av hela kroppen; och en PCD CT-skanning vid en matchad stråldos (8 mSv för en genomsnittlig vuxen). Forskarna rekonstruerade EID CT- och PCD CT-bilder vid 2 mm snitttjocklek. De rekonstruerade också tunnare 0.6 mm PCD CT-bildsektioner, som försvagades med hjälp av ett konvolutionellt neuralt nätverk.
För att jämföra motsvarande 2 mm-bilder, gjorde två muskuloskeletala radiologer blinda för patientdemografi, CT-skannertyp och skanningsprotokoll, oberoende av varandra, bedömde bilderna för egenskaper som bestämde myelomaktivitet. Dessa inkluderade: lytiska lesioner i skelettet; hyperdensa nodulära mjukvävnadsskador i märghålan; fettförsvagning i myelomskador; och patologiska frakturer.
Forskarna rapporterar att PCD CT uppvisade överlägsen prestanda över alla visualiseringsbedömningar, med de starkaste skillnaderna observerade för att se lytiska benskador, intramedullära lesioner och fettförsvagning.
Fyra veckor senare jämförde radiologerna de 0.6 mm PCD CT-bilderna med 2.0 mm EID CT-bilder med 21 mm EID. För varje patient registrerade de också förändringen i antalet upptäckta lytiska lesioner från den tidigare uppsättningen bilder. PCD-CT-bilderna med tunn sektion visade återigen förbättrad visning av alla fyra patologiska abnormiteter. Dessutom observerade läsarna ett högre antal lytiska lesioner på PCD CT jämfört med EID CT-bilder hos 27 av de XNUMX deltagarna.
"En ökning av antalet lytiska lesioner tyder starkt på sjukdomsprogression", förklarar Baffour. "När en patient fortskrider kan terapi inledas om patienten tidigare inte behandlades eller ändras om patienten var i terapi. Lytiska lesioner försvagar benet och på vissa platser riskerar patienten att utveckla frakturer."
Baffour påpekar att den förbättrade rumsliga upplösningen av PCD CT tillåter visualisering av små strukturer och mer detaljerade egenskaper som kan tyda på att en lesion läker eller har behandlats. "Om vi till exempel ser att en lesion har utvecklat en sklerotisk kant eller har ny intern fettdensitet när det fanns mjukvävnad tidigare, vet vi att patienten har genomgått behandling", förklarar han.
Fotonräknande CT lovar en ny era av medicinsk bildbehandling
Baffour berättar Fysikvärlden att han och hans kollegor skulle vilja observera en kohort av patienter i olika multipelt myelomprekursortillstånd, för att fastställa frekvensen av nya lytiska lesioner. De vill också undersöka PCD CT i andra fall där lågdosprotokoll är fördelaktiga, till exempel för pediatriska eller gravida patienter eller screeningapplikationer.
"Här på Mayo Clinic pågår studier för att avgöra hur låga vi kan gå med skanningsdoser samtidigt som vi får diagnostiska CT-bilder", säger Baffour. "Det finns mycket i horisonten och så mycket potential för fotonräkningsdetektor CT i klinisk vård."
