Evaluation of the potential of phase-contrast computed tomography for improved visualization of cancerous human liver tissue

PurposePhase-contrast X-ray computed tomography (PCCT) is currently investigated and developed as a potentially very interesting extension of conventional CT, and can offer several advantages for specific indications in diagnostic imaging. Current absorption-based computed tomography (CT) without the application of contrast material is limited in the detection of minor density differences in soft-tissue. The purpose of this study is to test whether PCCT can improve soft tissue contrast in healthy and tumorous human liver specimens.Materials and MethodsTwo specimens of human liver (one healthy and one metastasized liver sample) were imaged with brilliant X-ray beam at the synchrotron radiation source ESRF in Grenoble, France. For correlation the same specimens were imaged with a magnetic resonance imaging system at 1.5 T. The histopathology confirmed our findings in the corresponding sections of the specimens.ResultsIn the phase-contrast CT images we observed a significantly enhanced soft-tissue contrast when compared to simultaneously recorded standard absorption CT measurements. Further, we found that the pathological and morphological information in the PCCT reconstructions show significant improvement when compared to those performed on MRI. Based on matching of prominent features, a good correlation between PCCT and the histological section is demonstrated; especially the tumor capsule and the surrounding vascular structures are visible in PCCT. In addition, our study revealed the ability of PCCT to visualize the blood vessels structure in the tumorous liver without the need of any contrast agents.ConclusionGrating-based PCCT significantly improves the soft-tissue contrast in ex-vivo liver specimens and holds the potential to overcome the need of contrast materials for visualization of the tumor vascularization.

ZusammenfassungZielPhasenkontrast-Computertomographie (PCCT) wird derzeit als potentielle Erweiterung der konventionellen CT entwickelt und auf dessen Vorteile für bestimmte Indikationen in der diagnostischen Bildgebung untersucht. Klinische Computertomographie (CT) ohne die Anwendung von Kontrastmittel ist bei der Detektion von Dichteunterschieden im Weichgewebe begrenzt. In dieser Studie berichten wir über Gitterbasierte Phasen-Kontrast-CT-Scans von gesunden und tumorösen Leberproben.Materialien und MethodenZwei menschliche Leberproben wurden mit brillantem Röntgenstrahl an der Synchrotron-Strahlungsquelle ESRF in Grenoble, Frankreich tomographiert. Zur Korrelation wurden die gleichen Proben mit der Magnetresonanztomographie bei 1,5 T untersucht. Als Referenz diente der Vergleich mit der Histologie.ErgebnisseIn den Phasen-Kontrast-CT-Bildern zeigt sich eine deutliche Verbesserung des Weichteil-Kontrastes im Vergleich zu den Absorptions-CT Messungen. Außerdem wird die Abbildung pathologischer und morphologischer Informationen mit PCCT gegenüber MR signifikant verbessert. Die hohe Korrelation zwischen PCCT und Histologie zeigt, dass vor allem die Tumorkapsel und die umliegenden Gefäßstrukturen im PCCT sichtbar werden.FazitIm Vergleich zu aktuellen klinischen Bildgebungsverfahren hat PCCT das Potenzial deutlich verbesserte diagnostische Informationen über den Weichteil-Kontrast in der Leber zu liefern.