使用专用的基于钆的造影剂进行彩色K边血管造影，以便用于光谱光子计数计算机断层扫描（Spectral Photon-Counting Computed Tomography, SPCT）

《Diagnostic and Interventional Imaging》：Color K-edge angiography with a dedicated gadolinium-based contrast agent for spectral photon-counting computed tomography

彩色K边成像技术中Gd基超小刚性平台（USRP）作为对比剂的可行性研究，采用兔模型通过光谱光子计数CT（SPCCT）评估。实验显示USRP与商用Gd对比剂在动脉期血管成像质量相当，但后续时间点USRP的血液信号略高，肾排泄特征相似。研究证实USRP可满足SPCCT系统的成像需求，为动脉硬化症诊断提供新方案。

　　
本研究旨在评估超小刚性平台（USRPs）作为钆基对比剂在颜色K边成像技术中的应用潜力，重点关注其在动脉瘤成像和生物分布特性方面的表现。研究采用兔子模型，通过对比USRPs与商用钆剂（Gadoterate）的成像效果及生物代谢差异，验证了USRPs在光谱光子计数CT（SPCCT）中的可行性。

### 研究背景与目的
颜色K边成像技术依赖光谱CT检测特定元素吸收边界的信号差异，理论上可精准区分钆、碘等元素。然而，传统碘基对比剂在钆的K边能量（约50keV）处 photon count（光子计数）极低，导致信号微弱且检测困难。本研究提出两种解决方案：开发专用纳米颗粒对比剂或改造现有钆基对比剂。USRPs作为新型纳米载体，具有以下特性：
1. **尺寸优势**：粒径小于8纳米，可高效通过肾小球滤过膜，实现快速排泄；
2. **化学稳定性**：由二氧化硅基质包裹钆螯合物，降低肾毒性风险；
3. **多元素兼容性**：除钆外还含有硅等元素，可验证成像算法对复合信号的处理能力。

### 实验设计与实施
研究分为体外 phantom 测试和体内兔子实验两阶段：
**1. 体外 phantom 验证**
- 构建含不同浓度USRPs和Gadoterate的仿生 phantom（聚丙烯材料模拟人体组织）
- 采用120kVp、100mAs参数扫描，对比常规CT和颜色K边成像的衰减特性
- 关键发现：USRPs因含12.5%硅元素，常规CT信号增强5.84%（理论预测2.93%），验证算法对多元素复合信号的有效分解

**2. 体内兔子实验**
- 纳入10只动脉硬化兔（平均体重3.1kg），建立急性动脉瘤模型
- 对比组（6只）额外使用Gadoterate进行剂量匹配（总钆原子量相同）
- 成像参数：120kVp，100mAs，1.17 pitch，0.5s旋转时间
- 关键时间点：首过成像（6秒）、门静脉期（30秒）、排泄期（1-10分钟）

### 核心研究结果
**1. 动脉瘤成像效果**
- 两种成像方式动脉瘤评分无显著差异（常规CT 45% ±17%，颜色K边44% ±15%）
- 颜色K边成像优势：
- 有效去除骨伪影（图3B显示脊椎遮挡区清晰可见）
- 精准量化血管壁钆浓度（首过期达7.8mg/mL）
- 皮质-髓质差异增强（肾皮质0.6mg/mL vs 髓质1.3mg/mL）

**2. 血管生物分布特性**
- 首过期（6秒）血管浓度：
- USRP组：腹主动脉7.8±0.3mg/mL，肾动脉5.3±0.4mg/mL
- Gadoterate组：腹主动脉7.6±0.3mg/mL，肾动脉5.0±0.3mg/mL
- 30秒门静脉期：
- USRP组在腔静脉浓度保持率（Δmg/mL）达0.3±0，显著高于Gadoterate的0.2±0（P<0.05）
- 肝脏首过浓度达1.0mg/mL，但1分钟内降至0.2mg/mL以下

**3. 肾排泄特性**
- 10分钟时：
- USRP组肾 pelvis浓度4.9±1.2mg/mL（颜色K边）
- Gadoterate组同部位浓度仅2.0±0.5mg/mL（P=0.059）
- 美国药典建议安全限值：成人每日钆摄入量≤0.5mmol/kg
- 研究中兔子单次剂量达1.3mmol/kg，但排泄速率快（30秒时肾 pelvis浓度已达峰值）

### 技术创新与临床意义
**1. USRP特性优势**
- **低粘度**（3.9mPa·s）对比传统钆剂（2.74mPa·s），更易形成稳定乳糜微粒（chylomicron）
- **低渗透压**（382mOsm/L vs Gadoterate的1574mOsm/L），符合FDA对比剂安全标准
- **双模式兼容性**：常规CT与颜色K边成像同步获取（图4C显示叠加效果）

**2. 颜色K边成像突破**
- **亚毫米级血管显示**：在0.5mm层厚下清晰分辨3-5mm直径的冠状动脉级血管（图3B）
- **动态量化监测**：肾 pelvis浓度从首过期3.7mg/mL增至10分钟4.9mg/mL（Gadoterate组仅2.0mg/mL）
- **组织特异性增强**：颜色K边成像在首过期即实现动脉壁/管腔的像素级解耦（图4A/B对比）

**3. 临床转化路径**
- **剂量优化方向**：当前剂量（4.8mL/kg）为常规临床剂量的12倍，但生物利用度达98.5%（10分钟时肾 pelvis浓度/首过期浓度=0.6/0.6=100%）
- **技术适配性**：SPCCT系统单次扫描即可完成常规CT（120kVp/100mAs）与颜色K边（50keV窗宽）同步采集
- **多模态潜力**：USRPs可结合磁共振成像（已证实其在MRI中的靶向显示能力[10,11,12]）

### 局限性分析
1. **剂量超常规范围**：研究采用临床常规剂量的6-8倍（1.3mmol/kg vs 0.15mmol/kg），需通过动物实验优化剂量
2. **算法局限性**： phantom测试显示浓度误差率（RSE）达9.8%，需改进材料分解算法
3. **样本量限制**：仅10只兔子完成实验，建议后续扩大样本量至30只以上

### 结论与展望
本研究证实：
- USRPs作为钆基载体在颜色K边成像中可达到与传统对比剂相当的血管显示效果
-其在肾排泄动力学方面表现更优（10分钟肾 pelvis浓度达4.9mg/mL vs Gadoterate的2.0mg/mL）
-成像系统需优化算法噪声控制（当前在0mg/mL以下区域出现-0.05mg/mL伪影）

未来研究方向：
1. 开发靶向修饰USRPs（如肝素-肽偶联剂）
2. 建立标准化生物分布评估体系（需结合单光子发射计算机断层显像验证）
3. 优化临床剂量方案（建议从当前剂量的25%逐步调整）

该研究为光谱CT临床转化提供了重要技术参数，特别是证明了纳米级载体在复杂生物体内的可控释放特性，为心血管疾病的多模态诊疗提供了新工具。