Visualization of the wrist with photon-counting computed tomography
2026 (English)Doctoral thesis, comprehensive summary (Other academic)
Abstract [en]
Diagnostic imaging plays an important role in clinical practice identifying fractures or postoperative complications in the hand and wrist, as well as for verifying adequate bone healing. Radiographic images are usually used in the clinical routine. However, the sensitivity for fracture detection is moderate, and the possibility to assess bone healing is limited. Computed tomography (CT) is increasingly used in clinical practice due to its ability to visualize skeletal structures with high spatial resolution and to provide multiplanar reconstructions.
The latest CT technology employs photon-counting detectors, which enable images with even higher spatial resolution, improved contrast-to-noise ratio, elimination of electronic noise, and access to spectral information.
The overall objective of this thesis was to evaluate image quality of the novel photon-counting CT (PCCT) compared with conventional energy-integrating detector CT (EID-CT) for wrist bone imaging, and to explore the ability to visualize bone healing and postoperative bone changes.
Studies I and II were performed using wrist specimens, Study III included patients with scaphoid fractures, and Studies IV and V included patients with wrist prostheses. In Studies I–IV, comparisons were made between PCCT and EID-CT, whereas in Study V only PCCT data were used.
In Study I, we found that PCCT yielded higher image quality, and that the observers preferred PCCT in wrist bone imaging compared with EID-CT. We also showed added value of sharper reconstruction kernels and thinner slice thickness to visualize bone details and structures.
In Study II, PCCT was found to provide superior image quality even at half the radiation dose, both in quantitative measurements and in observer evaluations, compared with EID-CT.
In Study III, focusing on scaphoid fractures, fracture visibility at baseline was rated higher with PCCT than with EID-CT. Confidence in the assessment of fracture healing at follow-up, however, was rated similarly for both systems.
Results from Study IV on metal artifacts demonstrated that no single reconstruction was optimal for bone imaging in the presence of metal wrist prostheses. However, a combination of PCCT polyenergetic images, offering high spatial resolution, and VMI reconstructions, producing less metal artifacts, may be beneficial.
In Study V, PCCT was used to evaluate bone changes after total wrist arthroplasty (TWA) during the first year postoperatively. Bone quality mostly decreased during the follow-up period. However, clear signs of continuous osseointegration were found, even in the presence of periprosthetic osteolysis.
In summary, compared with EID-CT, PCCT offers improved image quality in wrist imaging, increased radiation dose efficiency, and reduced metal artifacts in VMI reconstructions. These improvements allow visualization of bone microstructures, such as subtle fractures and periprosthetic osteolysis, as well as assessment of postoperative changes and osseointegration.
Abstract [sv]
Röntgenundersökningar är viktiga i sjukvården för att upptäcka frakturer och komplikationer som kan uppstå efter handledsoperationer, men också för att säkerställa att läkning sker som förväntat. Oftast tas vanliga röntgenbilder, men metoden i sig gör att frakturer lätt missas och att det är svårt att bedöma frakturläkning. Datortomografi (DT/CT) används alltmer eftersom man då kan se skelettstrukturerna med hög upplösning, dvs. detaljrikedom, och från olika vinklar. Den senaste DT-tekniken är fotonräknande detektor som gör det möjligt att få fram bilder med ännu högre upplösning, med bättre kontrast i bilden och med mindre brus. Dessutom finns spektral information i den data som bilderna baseras på. Det innebär att olika typer av bilder kan tas fram beroende på vilket material eller vävnad man vill se bättre.
Det övergripande målet med denna avhandling var att utvärdera bildkvalitet från den nya fotonräknande DT (PCCT) och jämföra med konventionell DT (EID-CT). Ett ytterligare mål var att undersöka om man kan se frakturläkning och skelettförändringar som kan uppstå efter handledsoperationer.
Studierna I och II utfördes på handledspreparat från avlidna donatorer. I Studie III gjordes undersökningarna på patienter med båtbensfrakturer och Studierna IV och V på patienter som fått en handledsprotes inopererad. I Studierna I–IV jämfördes PCCT med EID-CT, men i Studie V användes bara data från PCCT.
I Studie I visades att PCCT ger en bättre bildkvalitet än EID-CT, och att röntgenläkare föredrog PCCT för att bedöma detaljer i skelettet. Man fann också att bilderna ansågs ha ännu högre kvalitet när de skapades med hårdare filter och tunn snittjocklek.
I Studie II visade resultaten att man får bättre bildkvalitet av PCCT även om dosen från röntgenstrålningen sänks till hälften jämfört med EID-CT. Det gällde både för mätvärden för brus och skärpa som togs i bilderna och för hur röntgenläkarna värderade bildkvaliteten.
I Studie III visades att färska båtbensfrakturer var lättare att se med PCCT än EID-CT. Däremot var det ingen skillnad i hur säkra röntgenläkarna var att bedöma läkning av frakturerna vid uppföljningsundersökningarna.
Studie IV handlade om störningar i bilderna som uppkommer när patienten har en protes av metall inopererad. Resultaten visade att man kan behöva flera olika typer av bilder beroende på vad som ska bedömas. Dels bilder med hög upplösning där man ser skelettdetaljer bra, och dels bilder där man använder den spektrala informationen för att ta fram så kallade virtuella monoenergetiska bilder (VMI) där störningarna från den inopererade metallen blir mindre framträdande.
I Studie V användes PCCT för att värdera skelettförändringar som kan uppstå efter en handledsprotesoperation. Benkvaliteten blev till största delen försämrad under uppföljningsperioden som varade under ett år. Däremot kunde man se tydliga tecken på inläkning av proteserna även i de fall där det fanns områden med benförlust.
Sammanfattningsvis får man bättre bildkvalitet för bedömning av handledsskelettet med PCCT jämfört med EID-CT. Dessutom kan dosen från röntgenstrålningen användas mer effektivt med PCCT och bilder med mindre störningar från inopererad metall kan tas fram. Dessa förbättringar gör att man lättare kan se små detaljer i skelettet såsom tunna frakturlinjer och områden med benförlust. Man kan även undersöka benkvaliteten efter en operation och se tecken på inläkning av handledsproteser.
Place, publisher, year, edition, pages
Linköping: Linköping University Electronic Press, 2026. , p. 125
Series
Linköping University Medical Dissertations, ISSN 0345-0082 ; 2011
Keywords [en]
Photon-counting computed tomography, Wrist, Image quality, Fracture, Metal artifacts, Total wrist arthroplasty, Osteolysis, Osseointegration
National Category
Radiology and Medical Imaging
Identifiers
URN: urn:nbn:se:liu:diva-223621DOI: 10.3384/9789181183146ISBN: 9789181183139 (print)ISBN: 9789181183146 (electronic)OAI: oai:DiVA.org:liu-223621DiVA, id: diva2:2057914
Public defence
2026-06-04, Belladonna, Building 511, Campus US, Linköping, 13:00
Opponent
Supervisors
2026-05-062026-05-062026-05-06Bibliographically approved
List of papers