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Simultaneous pulmonary ventilation and perfusion imaging using spectral photon counting CT with xenon and gadolinium-based agents in combination with color K-edge imaging - 27/10/26

Doi : 10.1016/j.diii.2026.06.003 
Antoine Robert a, Sofia Poletto b, Klaus Erhard c, Maria Nicole Antonuccio d, Christian A. Hernandez a, Agnieszka Gutwinska a, Ramata Seydou Coulibaly a, Florian Davaux a, Jean-Baptiste Langlois e, Loic Boussel a, f, Philippe Douek a, f, Vincent Cottin g, Simon Rit a, Raffaele L. Dellacà b, Sam Bayat h, i, Salim A. Si-Mohamed a, f, g, ⁎
a INSA-Lyon, Université Lyon 1, CNRS, Inserm, CREATIS UMR 5220, U1294, 69500 Lyon, France 
b Dipartimento di Elettronica, Informazione e Bioingegneria, Politecnico di Milano, 20133 Milan, Italy 
c Philips GmbH Innovative Technologies, 22335 Hamburg, Germany 
d Philips Healthcare, 92150 Suresnes, France 
e Centre d'Etude et de Recherche Multimodal et Pluridisciplinaire en imagerie du vivant (CERMEP), 69500 Bron, France 
f Department of Cardiovascular and Thoracic Radiology, Louis Pradel Hospital, Hospices Civils de Lyon, 69500 Bron, France 
g National Reference Centre for Rare Pulmonary Diseases, Louis Pradel Hospital, Hospices Civils de Lyon, ERN-LUNG, UMR 754, INRAE, Claude Bernard University Lyon 1, 69000 Lyon, France 
h Univ. Grenoble Alpes, Synchrotron Radiation for Biomedicine Laboratory (STROBE), INSERM UA07, 38000 Grenoble, France 
i Department of Pulmonology and Physiology, Grenoble University Hospital, 38000 Grenoble, France 

⁎ Corresponding author.

Highlights

•
Color K-edge imaging is a new method implemented in spectral photon-counting CT systems for differentiating two contrast agents based on their attenuation profile.
•
Color K-edge imaging enables the specific and quantitative analysis of xenon and gadolinium-based contrast agents in the lung.
•
Color K-edge imaging allows for the simultaneous quantitative evaluation of lung ventilation and perfusion maps.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Abstract

Purpose

The purpose of this study was to assess the feasibility of color K-edge imaging enabled by spectral photon-counting CT (SPCCT) for simultaneous ventilation-perfusion evaluation using xenon and a gadolinium–based agent within healthy rabbit lungs.

Materials and methods

In this animal study, a clinical SPCCT prototype was used to perform lung imaging in five New Zealand white rabbits. A phantom study was performed to assess gadolinium quantification accuracy and cross-contamination. Animals underwent controlled mechanical ventilation with xenon gas wash-in and received an intravenous injection of a gadolinium-based ultrasmall rigid platform (USRP) (dose, 2.3 mL·kg −1 ; injection rate, 3 mL·s −1 ; concentration, 0.29 mmol Gd.mL -1 ). Material decomposition yielded specific xenon and gadolinium K-edge images. Xenon maps were validated against dynamic specific ventilation maps using Pearson correlation test and linear regression analysis. Regional lung distribution was analyzed using Kruskal-Wallis test.

Results

Five rabbits (mean weight, 2.9 ± 0.06 [standard deviation] kg) were evaluated. In phantoms, measured gadolinium concentrations showed a perfect linear correlation with prepared concentrations ( R 2 = 1). In vivo, normalized steady-state xenon maps demonstrated a strong correlation with specific ventilation maps, with a pooled Pearson correlation coefficient of 0.88 and a pooled R 2 of 0.78. Simultaneous imaging revealed a homogeneous xenon distribution with a median value across rabbits of 60.2% (first quartile [Q1], 59.3%; third quartile [Q3], 67.9%), with no significant regional differences. The median gadolinium perfusion across rabbits was 6.1% (Q1, 3.0%; Q3, 7.1%), with a significant dorsal-ventral gradient ( P < 0.05) where the median value increased from 0.2% (Q1, -0.2%; Q3, 1.3%) in ventral regions to 6.9% (Q1, 3.8%; Q3, 10.6%) in dorsal regions.

Conclusion

Color K-edge xenon/gadolinium-enhanced lung imaging using SPCCT is feasible in healthy animals, enabling the simultaneous specific and quantitative imaging of lung gas and blood volume.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Keywords : Color k-edge imaging, Gadolinium-based contrast agent, Lung, Perfusion, Spectral photon-counting computed tomography, Ventilation, Xenon

Abbreviations : CT, MRI, PEEP, Q1, Q3, RMSE, ROI, SD, SPCCT, SPECT, USRP, V/Q


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Vol 107 - N° 11

P. 387-395 - novembre 2026 Retour au numéro
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