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First evaluation of color K-edge image quality using spectral photon-counting CT combined with two contrast agents: A phantom study - 05/12/25

Doi : 10.1016/j.diii.2025.11.005 
Ramata Coulibaly a, Antoine Robert a, Angèle Houmeau a, Christian A. Hernandez a, Agnieszka Gutwinska a, Maria Nicole Antonuccio b, Simon Rit a, Joël Greffier c, 1, Salim A. Si-Mohamed a, d, 1,
a Université de Lyon, INSA-Lyon, Université Claude Bernard Lyon 1, UJM-Saint Etienne, CNRS, INSERM, CREATIS UMR 5220, U1206, 69100 Villeurbanne, France 
b CT Clinical Science, Philips, 92150 Suresnes, France 
c Department of Medical Imaging, CHU Nîmes, Univ Montpellier, Nîmes Medical Imaging Group, EA 2992, 30029 Nîmes, France 
d Department of Radiology, Hôpital Louis Pradel, Hospices Civils de Lyon, 69677 Bron, France 

Corresponding author.
Sous presse. Épreuves corrigées par l'auteur. Disponible en ligne depuis le Friday 05 December 2025

Highlights

Color K-edge imaging demonstrates feasibility for differentiating two clinically approved contrast agents at low (0.5 mg/mL) and moderate (2 mg/mL) concentrations.
Color K-edge imaging shows lower noise magnitude and greater noise texture than conventional imaging and high spatial resolution, depending on the concentration of contrast agents.
The image quality of color K-edge imaging paves the way for emergent biomedical applications such as quantitative molecular, functional and theranostic applications.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Abstract

Purpose

The purpose of this study was to assess the image quality of color K-edge imaging obtained with a spectral photon-counting CT (SPCCT) scanner using a spectral phantom with a mixture of iodine-based and gadolinium-based contrast agents.

Materials and methods

A clinical SPCCT scanner prototype was used to scan a spectral phantom. Three dedicated cavities were filled with three contrast agents including iodine alone, gadolinium alone and a mixture of both. Two concentrations of 0.5 and 2 mg/mL were evaluated using nine helical PCCT scans at 120 kVp and 150 mAs. Conventional, color iodine and color K-edge gadolinium images were obtained through a material decomposition algorithm using three basis materials (water, iodine, gadolinium). Attenuation (in Hounsfield unit [HU]), iodine and gadolinium concentrations and task-based transfer function (TTF) were measured on each cavity and image. The noise power spectrum (NPS) was calculated on the phantom's background.

Results

Color K-edge imaging differentiated iodine and gadolinium but underestimated their concentrations. Gadolinium concentrations were underestimated by 9.4 ± 2.2 (standard deviation [SD]) % and 9.2 ± 1.0 (SD) % for gadolinium alone, 14.9 ± 2.3 (SD) % and 11.4 ± 1.2 (SD) % for the mixture, at 0.5 and 2 mg/mL, respectively. Similar TTF values at 50 % were found for color iodine (0.43 ± 0.01 [SD] mm −1 ) and color K-edge gadolinium (0.45 ± 0.03 (SD) mm −1 ) images for respective cavities at 2 mg/mL but the lowest values were found for color K-edge gadolinium images (0.43 ± 0.01 [SD] mm −1 vs . 0.29 ± 0.01 [SD] mm −1 ) at 0.5 mg/mL. The value of noise magnitude was 24.75 HU, 0.06 mg/mL and 0.03 mg/mL for conventional, color iodine and color K-edge gadolinium images, respectively.

Conclusion

Color K-edge imaging helps distinguish between contrast agents while being associated with lownoise magnitude, high-frequency spatial noise and high spatial resolution.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Keywords : Color K-edge, Contrast agents, Image quality, Phantom study, Spectral photon counting CT

Abbreviations : CNR, f 50 , f peak , HRB, HU, NPS, ROI, SD, SNR, SPCCT, TTF, WL, WW


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