医学影像技术体系 · 第 5 卷 / 共 44 卷
能量分辨、肌骨与腹部应用
本卷导读
解释光子计数探测器的能量分辨、计数率与小像素效应，汇总其在肌骨、腹部、心血管与肿瘤中的早期临床证据，并讨论多能量成像的物理目的。
知识结构
- 光子计数探测器与成像原理
- PCCT能谱曲线在胰腺囊性病变鉴别诊断中的应用
- 光子计数CT在腹部疾病评估中的价值
- 颈动脉光子计数CT血管造影
- PCCT在骨肌系统成像中的应用价值
- 光子计数CT在心脏成像中的价值
- DECT成像的未来
- 心血管与胸部应用
光子计数探测器与成像原理
1. PCCT能谱曲线在胰腺囊性病变鉴别诊断中的应用
胰腺囊性病变（PCL）作为腹部CT检查中的常见偶然发现，其临床管理高度依赖于黏液性与非黏液性的精准鉴别--前者（如导管内乳头状黏液瘤、黏液性囊腺瘤）具有潜在恶性风险，而后者（如假性囊肿、浆液性囊腺瘤）多为良性。然而，传统影像学评估受限于形态学特征的重叠性，内镜超声引导下细针穿刺（EUS-FNA）又存在操作风险与结果不确定性。近年来，光子计数探测器CT（PCD-CT）的光谱成像技术为这一困境提供了新的解决方案。Dudás等在《BMC Medical Imaging》（2025）发表的研究，首次系统探讨了利用PCD-CT光谱衰减曲线区分黏液性与非黏液性PCL囊液的可行性，为无创诊断提供了重要依据。
随着医学影像技术的进步，PCL的检出率显著提升，但因其病理类型复杂（涵盖良性、癌前病变及恶性病变），精准鉴别对治疗决策至关重要。传统多层螺旋CT难以区分囊液成分（水与不同囊液常表现为相似的"液体密度"），而EUS-FNA的诊断成功率仅约25%，且存在较高的观察者间差异。
PCD-CT作为新一代成像技术，可通过虚拟单能图像（VMI）在不同能量水平下量化组织衰减特征。黏液性囊液因富含黏蛋白，其成分与非黏液性囊液（如浆液性、假性囊肿液）存在显著差异，理论上可通过光谱分析识别。本研究旨在验证以下假设：PCD-CT的光谱衰减曲线参数（40keV与70keV虚拟单色图像的CT值及差值）可有效区分黏液性与非黏液性PCL，并评估其作为传统影像诊断补充工具的价值。
本研究回顾性纳入2022年2月至2023年12月间接受PCD-CT随访的74例PCL患者，共92次CT扫描。病例经严格筛选，排除图像质量差、诊断不确定及特殊类型病变（如囊性神经内分泌肿瘤、壶腹腺癌）后，最终分为黏液性组（53例，63次扫描）与非黏液性组（21例，29次扫描），并进一步随机划分为训练集（53黏液性vs19非黏液性）与测试集（10黏液性vs10非黏液性）。
采用光子计数探测器CT（NAEOTOM Alpha）行胰腺期扫描，对比剂注射后45秒采集图像，重建40keV与70keV虚拟单色图像（VMI）。由1名具有15年腹部影像经验的放射科医师在囊液内放置3个圆形感兴趣区（ROI），避开分隔、壁结节及钙化，测量并计算以下参数：40keV CT值（HU₄₀ₖₑᵥ）、70keV CT值（HU₇₀ₖₑᵥ）及两者差值（HUΔ40-70keV）。
为评估重现性，该医师在4个月后重复测量（观察者内分析），另1名具有4年经验的受训者同步独立测量（观察者间分析），通过组内相关系数（ICC）量化一致性。同时记录病变形态学特征（如轮廓、大小、与胰管沟通情况等），采用ROC曲线分析诊断效能，逻辑回归构建联合诊断模型。
黏液性和非黏液性胰腺病变的光谱衰减曲线。70 keV虚拟单色图像上的导管内乳头状黏液瘤（A）、黏液性囊腺瘤（B）、假性囊肿（C）和囊性为主的实性假乳头状瘤（D），以及相应的囊液光谱衰减曲线。
在70keV VMI中，黏液性与非黏液性PCL的CT值无显著差异（p>0.05）；但在40keV VMI及HUΔ40-70keV中，两组差异显著（p<0.0001）。其中，HUΔ40-70keV表现最优：在训练集与测试集中的曲线下面积（AUC）均达0.92，准确率分别为86.1%和80.0%，灵敏度为94.3%和90.0%，特异性为63.2%和70.0%。
观察者内重现性优异（ICC=0.94，95%CI：0.89-0.97），观察者间重现性良好（ICC=0.82，95%CI：0.73-0.88），Bland-Altman图显示测量值集中在均值差异附近，证实方法稳定性。
黏液性胰腺病变、非黏液性胰腺病变和水的CT值差异箱线图。在70 keV虚拟单色重建图像上，两种病变之间未发现显著差异（A）。在40 keV时，黏液性胰腺病变与非黏液性胰腺病变显示出显著差异（B）。而在计算40 keV与70 keV CT值的差值时，两种病变之间的差异最为显著（C）。
传统临床-放射模型（基于轮廓、胰管沟通等形态学特征）的AUC为0.85（训练集）和0.86（测试集）；加入HUΔ40-70keV后，联合模型AUC显著提升至0.98（训练集）和0.94（测试集），特异性从31.6%和10.0%分别提高至84.2%和70.0%。
鉴别黏液性和非黏液性胰腺囊性病变的受试者工作特征曲线分析。40 keV与70 keV的CT值差值在训练集和测试集上均达到了同样优异的鉴别能力（A）。传统放射学模型的性能稍低（B）。将光谱特征添加到传统特征中进一步提高了其准确性（C）。
黏液性PCL更易与主胰管或分支胰管沟通（p<0.0001），且多为<30mm的小结节；非黏液性PCL直径更大（均值51.00±42.93mm），轮廓更不规则（p=0.0476）。
观察者内和观察者间可靠性分析。观察者内重复性分析显示结果优异（B），而观察者间可靠性显示重复性良好（D）。Bland-Altman图证实了这些结果（A、C）。
本研究首次证实，PCD-CT的光谱衰减曲线分析可通过HUΔ40-70keV参数无创区分黏液性与非黏液性PCL。这一发现弥补了传统CT的局限--常规图像中难以识别的囊液成分差异，可通过低 keV 水平的衰减特性放大：黏液性囊液因富含黏蛋白，在40keV下衰减更高，与70keV的差值更显著。
与既往双能CT研究相比，本研究的创新点在于：采用光子计数探测器提升了光谱分辨率，且HUΔ40-70keV的诊断效能优于单一能量水平；联合模型的高AUC值证实其可作为形态学评估的有效补充，尤其适用于EUS-FNA禁忌或结果不确定的病例。
综上，PCD-CT光谱衰减曲线评估为胰腺囊性病变的精准诊断提供了新工具，其优异的重现性与增效价值有望优化临床决策，减少不必要的侵入性操作。未来需多中心研究验证其在更大样本中的应用，推动技术向临床转化。
文献原文：Dudás I, Lovász B, Benke M, Kiss M, Juergens M, Szücs Á, Kaposi PN, Szijártó A, Maurovich-Horvat P, Budai BK. Spectral attenuation curves of photon-counting detector CT scans for the differentiation between mucinous and non-mucinous cyst fluids of pancreatic lesions - a proof-of-concept study. BMC Med Imaging. 2025 Jul 1;
2024年12 月 31 日，国家医保局价采中心印发《关于开展医疗服务价格规范治理（第四批）的通知》，引导各地落实部分放射检查类医疗服务项目的价格规范治理，其中就包括能谱检查相关项目。能谱检查纳入医保，为其在临床广泛应用带来了新机遇，也对医疗机构及相关人员提出了新要求。要充分利用这一政策优势，将能谱检查高效融入日常诊疗，需从多维度做好准备工作。
医保政策的调整往往涉及诸多细则，医院应组织管理团队、临床科室及影像科人员共同学习能谱检查相关医保政策。明确能谱检查的医保报销范围；了解医保审核流程与规范，以及医保部门对检查合理性的评估要求。以此为依据，规划医院能谱检查的重点发展方向与资源投入策略，避免因政策理解偏差导致医保违规风险或资源浪费。
根据医院实际业务量、临床科室需求及经济实力，综合考量设备性能参数。优先选择能谱解析能力强、时间与空间分辨率高、低剂量成像效果好的设备。并且，确保设备图像后处理功能完善，可快速生成虚拟单色图像、碘图等多种参数图像，满足不同疾病诊断需求。针对不同检查部位与临床目的，组织专家团队制定详细的能谱扫描协议。明确扫描参数和对比剂使用方案。设定需要重建的序列及自动传输到PACS系统的序列。
注重设备与医院现有信息系统的兼容性，实现与 PACS 系统、电子病历系统无缝对接，保障检查数据高效传输与存储。如有可能，应升级PACS系统，保证大量数据同时传输和调阅时的传输速度和存储能力。
开展能谱CT检查专题培训，帮助临床医生掌握能谱成像原理、临床应用价值、适应症与禁忌症。让临床医生熟悉能谱检查在不同疾病领域的优势，学会根据患者病情合理开具检查申请单。并且，加强临床与影像科沟通培训，使临床医生在申请检查时能详细提供患者症状、病史等信息，便于影像科制定检查方案；在获取报告后，能准确理解能谱检查结果，用于临床决策。
对影像科技术人员进行能谱 CT 设备操作、扫描技术培训，应涵盖设备操作流程、参数设置技巧和图像后处理方法。使其熟练掌握扫描技术，能根据患者个体差异灵活调整参数，获取高质量图像。培养技术人员图像质量评估能力，及时发现并纠正运动伪影、金属伪影等问题，同时鼓励其关注技术前沿，参与学术交流，提升专业技能。
开展能谱成像图像解读与诊断思维培训，深入讲解各参数图像临床意义，如虚拟单色图像对微小病灶检出的作用、碘图在肿瘤鉴别诊断中的价值等。通过病例分析讨论，培养诊断医生多参数综合诊断思维，提高诊断准确性。组织诊断医生参加病例讨论会、学术研讨会，了解最新诊断标准与方法，加强与临床科室沟通协作，根据患者治疗进展回顾分析诊断结果，持续提升诊断水平。
建立全面的图像质量评估体系，采用主观评价（诊断医生视觉评价）与客观评价（量化指标评估）相结合方式，定期评估图像分辨率、对比度、噪声、伪影等指标。对不符合标准的图像，分析原因并采取调整参数、优化设备等改进措施。定期召开图像质量评估会议，学习先进经验，持续提升图像质量。
成立诊断质量控制小组，定期审核能谱CT检查诊断报告，检查诊断结论准确性、完整性、规范性及依据充分性。加强与临床科室沟通反馈，了解诊断结果满意度，建立诊断质量考核制度，纳入绩效考核，开展培训活动，提高诊断能力。
制定能谱CT检查适应症规范，组织临床与影像科医生学习。通过信息化系统或人工审核检查申请单，确保符合适应症要求，对不合理申请及时沟通调整。定期统计分析适应症执行情况，优化管理规范与审核流程，加强临床医生教育，避免过度检查或漏诊。
建立临床科室与影像科常态化沟通机制，定期开展病例讨论会、学术交流活动。临床医生及时反馈患者症状、治疗效果，帮助影像科了解病情；影像科分享能谱CT检查进展与案例，为临床提供影像学支持。利用信息化平台实现信息实时共享，组织联合查房，促进学科融合，提高诊疗水平。
影像科内部技术人员与诊断医生保持密切沟通，技术人员发现图像问题及时与诊断医生探讨解决方案，诊断医生对图像质量或参数有疑问及时反馈。建立内部沟通例会、病例讨论小组制度，分享经验技巧，发挥专业优势，提高工作效率与诊断准确性。
建立合作研究机制，探索合理医保支付方式，提高医保基金使用效率，为能谱检查开展创造有利政策环境。
能谱CT检查纳入医保是提升医疗服务水平的重要契机。医院及相关人员通过做好上述多方面准备工作，可充分发挥能谱检查技术优势，为患者提供更精准、高效的医疗服务，推动医院影像诊断与临床治疗的协同发展。
光子计数探测器CT（PCD-CT）的引入标志着CT成像领域的重大创新飞跃。新的探测器技术允许X射线直接转换为电信号，无需经过闪烁层的中间步骤，并能够测量单个光子的能量。初步数据显示其具有高空间分辨率、完全消除电子噪声以及稳定获取光谱图像数据集的能力。这项新技术在骨结构成像方面显示出良好的应用前景。
20世纪70年代，第一台计算机断层扫描（CT）扫描仪开始应用于临床（参见XI区：回望：CT五十年（1968-2018））。在过去几十年中，许多创新不断改进了CT成像技术。传统临床应用的多层探测器CT（MDCT）通常配备能量积分探测器（EID），其成像原理是通过将X射线光子间接转换为可见光，然后再转换为电信号。由于在短时间内对吸收的能量进行积分，每个X射线光子的能量信息会丢失。
新型CT扫描仪采用光子计数探测器（PCD），与EID不同，PCD能够使用半导体直接将X射线光子转换为电信号。基于这一突破性技术，PCD-CT可以克服EID-CT的诸多限制。PCD-CT的主要优势包括消除电子噪声、提高空间分辨率、具备固有光谱成像能力以及潜在的辐射剂量降低。
使用Medline进行文献检索，共纳入90篇文章和综述，涵盖了该新技术的最新实验和临床经验。文章纳入标准为涉及肌肉骨骼放射学领域的实验（包括体模研究和尸体研究）和初步临床结果。
PCD能够直接转换X射线光子为电信号且使用更小的探测器像素，展现出超高分辨能力，在骨骼成像中对骨折、骨愈合、恶性肿瘤及微小骨结构可视化尤为重要。多项研究表明，PCD-CT在空间分辨率上优于EID-CT，且在更低辐射剂量下仍能保持较高分辨率。例如在小鼠模型中，PCD-CT在较低辐射剂量下就能清晰显示颈椎椎间空间和颅底内耳结构，而EID-CT则需要更高剂量且显示不清。临床研究也证实，PCD-CT在肌肉骨骼成像中的空间分辨率高于EID-CT，如颞骨、骨盆、肩部、脊柱、腕关节成像等，并且在检测恶性骨病变（如骨髓瘤）方面也表现出色，能以更低辐射剂量获得相似或更好的检测效果。新的图像重建技术（如迭代重建）可进一步提升PCD-CT重建图像的空间分辨率。利用PCD-CT提高空间分辨率和降低图像噪声的能力，有望降低患者辐射剂量，且在肌肉骨骼成像的低剂量CT方案中具有重要意义。
PCD技术直接转换X射线光子为电信号，消除了电子噪声，使图像信噪比（SNR）和对比噪声比（CNR）得以改善，这在腹部成像等研究中已得到证实。在初步实验研究中，PCD-CT在不同CTDIvol值像噪声显著低于EID-CT，SNR显著提高，CNR也显著高于EID-CT，从而改善了骨结构的描绘和可视化。
一位患有乳腺癌骨转移的患者示例及短期随访，EID-CT图像（A）和PCD-CT图像（B），可直接比较两种扫描仪在描绘诸如转移等关键发现方面的情况。
PCD的多能量采集能力使其所有图像均以光谱（spectral）模式采集，无需增加辐射剂量，可进行光谱图像后处理。在骨骼成像中，材料分类（如检测尿酸盐晶体或焦磷酸钙晶体）是临床常规中的重要问题。PCD-CT可将超高分辨率（UHR）模式与光谱成像相结合，例如在疑似痛风病例中可用于检测尿酸盐晶体，还可用于关节腔造影后关节间隙成像和小软骨缺损描绘，以及急性创伤和骨折检测。初步数据显示，PCD-CT通过光谱后处理（如虚拟去钙成像）在检测脊柱和骨盆骨折患者的骨髓水肿方面具有良好应用前景，这可能为未来部分病例避免使用MRI提供了可能，但仍需进一步前瞻性研究评估其诊断准确性。
疑似痛风诊断检查中的光谱成像。图像A显示在掌指关节旁边有微小的尿酸盐晶体（绿色）。图像B指出了PCD-CT可视化和定位非常微小的尿酸盐晶体的可能性。
创伤手术常使用金属植入物，术后及随访时CT成像常受金属伪影影响，如脊柱、四肢金属植入物及牙科植入物产生的伪影。现代CT扫描仪采用迭代金属伪影减少技术减少伪影，光谱成像在减少金属伪影方面也具有很大潜力。PCD-CT每次扫描的多能量采集可进行光谱后处理，生成虚拟单色图像（VMI）。多项研究评估了PCD-CT减少金属伪影的技术，初步临床研究表明，VMI在脊柱和全髋关节置换术后金属伪影减少方面效果显著，iMAR在减少牙科金属伪影方面表现出良好效果，且高keV VMI可进一步增强该效果，临床研究还建议将iMAR和VMI结合用于减少髋关节和牙科植入物的金属伪影。
腰椎和骨盆有螺钉的患者。左列（A、C）显示常规70keV重建图像。110keV重建图像显示脊柱和骨盆的金属伪影显著减少（B、D）。
一名有牙科植入物患者的颈部增强CT图像。A图展示了采用Qr60 Q3卷积核的常规70keV重建图像。使用迭代金属伪影减少技术（iMAR）后，金属伪影显著减少，进而使得周围结构的显示更为清晰（B图）。
尽管PCD-CT具有诸多优势，但目前在临床常规和肌肉骨骼成像中可能仍存在一些局限性。由于技术快速发展，不同中心间重建算法的差异可能导致混淆，因此肌肉骨骼成像及特定问题的协议标准化至关重要。光谱数据重建产生的大数据集需要大量计算资源，也要求放射科医生检查更多图像并撰写报告，这在资源紧张时期是一项挑战。由于PCD技术新颖，目前缺乏大型研究和多中心试验，许多应用（如骨髓水肿检测）仍在临床测试中，其诊断准确性有待临床试验验证。
本综述总结了近期临床和实验研究以及使用新型PCD-CT扫描仪在肌肉骨骼成像方面的经验。然而，仍需进一步研究评估其在肌肉骨骼成像中的多种可能性，检验新的重建和后处理方法，提高诊断准确性。
光子计数CT在腹部疾病评估中的价值
光子计数计算机断层扫描（PCCT）在医学影像领域已经临床应用几年，其在诊断能力方面取得了有希望的进展，特别是在腹部成像方面。本章探讨了PCCT在腹部成像中的潜在应用，分析了该技术如何在临床环境中提高诊断准确性、优化辐射剂量管理和改善患者护理。
PCCT是一种先进的影像技术，与传统CT不同，它使用的光子计数探测器可以测量单个光子的能量，使每次扫描时能够获取光谱信息。能够直接将光子转化为电信号，而无需转换为可见光及其相关的物理栅格，并且能够区分不同光子能量，这使得PCCT具有很多优势，包括提高空间和对比度分辨率、降低图像噪声以及减少辐射剂量。更多内容参见XI区：光子计数CT的基本原理与临床价值初探；光子计数CT成像：技术特点、临床价值与未来展望。
增强的空间分辨率是PCCT的一大特征，提供了前所未有的腹部成像细节。这种增强的分辨率使得可以可视化微小的解剖结构和可能在传统CT扫描中被忽视的微妙病理变化。细微的细节可能提高小病变的检测和特征化，例如早期肿瘤、血管异常或轻微的炎症变化。例如，在评估胰腺囊肿时，PCCT可以显示通常微小的胰管内乳头状粘液瘤（IPMN）与主胰管的连接，可能免去后续成像确认IPMN诊断的需要。
采用高空间分辨率协议的新用户需要注意，适当的视野和重建核的选择是充分利用更高空间分辨率的必要条件。整体体素大小由重建视野和卷积核选择决定，影响重建矩阵的大小。
然而，增强的空间分辨率也会生成每次扫描大量的图像。尽管这种全面的数据可以提高诊断准确性，但它引发了在PACS中“图像超载”的争议。放射科医师面临着从单次PCCT扫描中筛选数千张图像的挑战，这可能非常耗时，并可能导致诊断疲劳。数据量的庞大要求周到的协议设置，以最小化发送到PACS的序列数量，同时为每种成像协议提供最佳的诊断选项。人们担心，如果没有这样的限制，增加的工作负担可能导致阅读时间延长、压力增加以及忽视的可能性，从而抵消更高分辨率带来的好处。平衡改善空间分辨率的优势与临床工作流程的实际问题仍然是一个关键问题。将PCCT流畅整合到现有系统中，以及为放射科医师提供强有力的培训和支持，将是缓解这些挑战并充分发挥PCCT潜力的关键。
除了提高空间分辨率外，PCCT还改善了对比度分辨率，这在腹部成像中尤其具有优势，尤其是在体型较大的患者中，特别是当与适当选择的迭代重建强度结合使用时。每次扫描更好地利用低能光子的信息，提高了不同类型软组织和其他材料之间的区分能力，这些材料的特定能量衰减特征不同。例如，在评估肾脏肿块时，PCCT具有高准确性，可以区分简单囊肿、复杂囊性病变和实体肿瘤。在一项针对24名von Hippel-Lindau突变患者的小规模研究中，PCCT与MRI在肾脏肿块特征化方面表现相当。
在一名19岁、BMI为80 kg/m²并有胃痛的患者中，A)展示了在PCCT（西门子NAEOTOM Alpha）中，门静脉（红箭头）的图像对比度有所改善，B)则为4个月前的EID CT。PCCT在140 kVp（显示为67 keV）下获取，CTDIvol为21 mGy。EID CT在120 kVp下获取，CTDIvol为38.2 mGy。两次获取均在注射100 mL碘造影剂后的门静脉相位进行，且显示在相同的窗中心：36 HU，宽度：360 HU。
PCCT的另一个显著优势是其降低对静脉对比剂需求的潜力，这得益于其提供的更高内在图像对比度。尽管被认为风险较低，使用对比剂仍可能带来并发症，包括对比剂诱发的肾病和过敏样反应。
PCCT的增强灵敏度使得可以用较少量的对比剂获得高质量图像。在腹部成像的背景下，减少对对比剂的依赖对于评估慢性肾病患者或需要多次随访扫描的患者尤其有价值。通过最小化与使用对比剂相关的风险，PCCT提高了患者安全性，并扩展了可以进行高质量腹部成像的患者范围。
PCCT提供的详细光谱信息在组织特征化方面具有重要优势。在腹部，许多成像协议仍然要求多期增强采集，这在此情况下尤其有价值。虚拟平扫图像已被证明与真实平扫图像相比，在腹部成像中是可靠的。
在评估肝脏疾病（如脂肪肝）时，PCCT可以提供关于组织成分的定量数据。这使得能够非侵入性地评估肝脏状况，可能减少侵入性程序（如肝活检）的需求。对肝脂肪变的定量评估在管理慢性肝病患者时非常重要，因为它使得能够监测疾病进展和对治疗的反应。
在评估肾上腺肿块时，PCCT可以用于区分腺瘤和恶性肿瘤，尤其是在偶然发现病变的情况下。PCCT的光谱数据可以增强组织特征化，包括提供脂肪分数测量，有助于更准确的诊断和适当的管理。
辐射剂量管理是腹部成像中的一个关键考虑因素，特别是对于需要频繁随访扫描的患者，例如慢性肝病或炎症性肠病患者。PCCT在这方面提供了显著优势，因为它可以在优化扫描设置的情况下，以较低的辐射剂量获得高质量图像。
光子计数探测器的精确能量区分能力使得更有效地利用X射线成为可能，从而减少了获得诊断质量图像所需的辐射量。尽管大多数研究显示，PCD CT的辐射剂量低于EID CT，但最近的一项单中心腹部CT辐射剂量暴露研究发现，与进行EID CT扫描的类似人群相比，在进行PCCT的腹部CT中获得了更高的图像质量，代价是增加了辐射剂量暴露。这一发现需要进一步探讨如何优化扫描设置中的图像质量设置，以提高辐射剂量的效率，因为不当的协议设置可能会对辐射剂量指标产生意想不到的影响。为了正确比较不同扫描系统之间的图像质量，影响辐射剂量的设置需要标准化，并在试点人群中显示出良好的结果。
PCCT在腹部成像中的一个潜在好处是其增强诊断准确性的能力。光子计数探测器获取的光谱信息允许更好地进行组织特征化和区分。这在腹部尤其有价值，因为在传统CT扫描中，器官和组织的衰减特性往往相似。
例如，在评估肝脏病变时，PCCT可以提供详细的光谱数据，有助于区分良性和恶性病变。肝血管瘤、局灶性结节性增生和肝细胞癌在传统CT上常常呈现重叠的影像特征。然而，PCCT的光谱能力可能通过虚拟单色重建、碘图和脂肪分数测量来改善病变的检测和特征化，从而有助于更准确和更有信心的诊断。
PCCT提供的详细光谱信息可以简化腹部成像中的诊断工作流程。在一次扫描中获取的综合数据，无需事先指定光谱获取，可以减少额外成像研究的需求，从而节省时间和资源。
在急诊环境中，快速和准确的诊断至关重要，PCCT可以加快诊断过程。例如，在急性主动脉综合征患者中，PCCT可以简单地在对比相位进行扫描，虚拟平扫图像提供对比图像，并能够检测到壁内血肿。在急性出血的情况下也具有类似的即时诊断能力。一次扫描中获取全面数据的能力可以促进快速诊断和治疗，提高患者的预后。
在肿瘤成像中，PCCT有潜力增强腹部恶性肿瘤的分期和监测。详细的光谱信息，可能结合新型对比剂和纳米颗粒，可以帮助评估肿瘤范围、淋巴结受累和对治疗的反应。这可以简化诊断和治疗过程，使患者管理更高效、更有效。
随着PCCT技术的不断发展，其在临床实践中的整合为腹部成像的未来带来了希望。持续的研究与开发可能会带来探测器技术、图像重建算法和临床应用的进一步改善。
在临床实践中采用PCCT将需要放射科医师、技师和医学物理学家之间的协作，以优化成像协议和工作流程。对PCCT的使用及光谱数据的解读进行教育和培训对于最大化这种技术的好处至关重要。
在腹部成像的背景下，未来的研究可能会集中于探索新应用和完善现有应用。例如，研究PCCT在评估炎症性肠病、评估肝脏疾病、特征化复杂腹部肿块，甚至在一次扫描中应用多种不同对比剂的潜力，可能会进一步增强其在临床实践中的实用性。
光子计数CT代表了腹部成像的重大进展，提供了增强的诊断准确性、优化的辐射剂量管理、改善的对比分辨率以及减少对静脉对比剂的需求。每次扫描提供详细的光谱信息的能力，有潜力进一步优化腹部成像，简化诊断工作流程并改善患者护理。
2. 颈动脉光子计数CT血管造影
急性缺血性卒中是全球主要的健康挑战之一，导致高发病率和死亡率，约占全球残疾调整寿命年（DALY）的5%。准确区分卒中类型对于优化治疗和改善患者预后至关重要，当前最常用的分类系统为TOAST，其将卒中病因分为五种类型。颈动脉疾病的详细评估对有效分层风险和管理由颈动脉粥样硬化引起的脑血管缺血尤为重要。若发现颈动脉粥样硬化病变为症状的原因，患者可能适合接受介入治疗以预防卒中的发生。
传统上，颈动脉腔道狭窄程度是评估卒中风险和外科干预决策的关键依据。然而，最近的研究表明，斑块的成分和形态特征，尤其是斑块脆弱性的影像学特征，可能独立影响卒中风险，而不完全依赖于狭窄程度。斑块的脆弱性与多种影像学生物标志物相关，如斑块厚度、斑块内出血（IPH）、斑块溃疡、纤维帽（FC）破裂、脂质核心等。颈动脉斑块风险评分系统（Carotid Plaque-RADS）是一个新开发的跨模态评分系统，专门用于通过非侵入性影像学手段评估颈动脉斑块。
CT作为一种强大的非侵入性工具，在评估粥样硬化过程中起着重要作用，能够提供腔道狭窄、斑块成分和形态的全面评估。然而，传统CT在高钙化斑块和空间分辨率方面存在局限，钙化可能导致狭窄的高估，影响血管狭窄的评估精度。CT在评估斑块脆弱性时也受到空间分辨率限制，伪影和成分重叠（如脂质核心、纤维组织和内出血）可能影响结果的准确性。光子计数CT（PCCT）作为新一代CT技术，凭借其显著的技术优势，有望解决传统CT的局限，成为评估颈动脉疾病的有力工具。
能量积分探测器与光子计数探测器的比较。传统CT扫描仪使用能量积分探测器（EID），其包含闪烁体元素和反射层（称为隔栅）。闪烁体将入射的X射线光子转化为可见光光子，然后这些光子被由半导体材料组成的光电二极管阵列捕捉，生成与吸收的总能量成比例的电信号。之后，这一电信号经过放大并转化为数字格式，用于图像重建过程。由于探测器在指定时间内集成所有入射光子的能量，个别X射线光子的能量信息会丢失。隔栅通道过滤产生的可见光，减少了相邻闪烁体像素之间的串扰，但也导致探测器表面出现死区。由于机械和光学原因，隔栅的大小不能无限减小，因此反射隔栅降低了传统CT的剂量效率。
光子计数探测器（PCD）能够直接将X射线光子转化为电信号。其核心由一个半导体层组成，通常由如碲化镉（CdTe）、碲锌镉（CdZnTe）等材料构成。半导体层位于大面积阴极电极（位于上侧）和像素化阳极电极（位于下侧）之间。当施加800到1000伏的高电压时，在半导体层内产生强电场。入射的X射线光子被半导体层吸收，产生电子-空穴对。在电场的作用下，电子-空穴对分离并向阳极电极迁移。当电子到达阳极时，会引发短电流脉冲。电子脉冲整形电路将这些电流脉冲转换为电压脉冲。电压脉冲的高度与入射X射线光子的能量成正比，从而使PCD能够提供每个检测到的光子的准确能量信息。PCD的输出信号（电压脉冲）经过进一步处理，通过电子比较器和计数器。电压脉冲的高度可以与预定义的电压（对应于特定的光子能量水平）进行比较。当检测到的光子超过阈值时，光子计数器增加一次，从而使PCD能够有效地测量特定能量水平的X射线光子的强度。通过使用多个能量阈值，PCD可以对所有脉冲进行比较分析，将入射光子分类到不同的能量组或能量仓中。这一过程使PCD能够基于光子能量水平对其进行区分，通常能量仓的数量为2到8。为了确保有效消除或抑制噪声，PCD通常会将低阈值设置高于电子噪声水平。其他阈值可以均匀设置，简化探测器系统的实施和校准，或者战略性地配置，以优化能量区分能力，增强成像质量和临床实用性。
PCCT的一个重要优势是其增强的空间分辨率，这在临床应用中尤其重要，特别是在神经影像学领域，需要清晰显示小的解剖结构或微小异常。空间分辨率受多个因素的影响，如X射线焦点大小、探测器元素的尺寸与数量以及重建算法。较小的探测器元素能捕捉更精细的细节，而先进的重建技术则进一步提高图像清晰度。虽然传统的EIDCT技术在空间分辨率上通常限制于0.4-0.6mm的像素尺寸，但PCD技术没有像素间栅格或死区，最大化了X射线的探测效率，减少了串扰效应，并通过提高空间分辨率改善图像质量，从而增强了对小结构的成像和斑块脆弱性评估。
PCCT的另一个重要优点是其改进的定量评估能力。与能量积分CT相比，PCCT可以准确地提供每个探测到的X射线光子的能量信息。这使得PCCT能够更精确地区分不同组织成分，特别是在成像颈动脉斑块时，如脂肪、钙化和脂质核心的成分对比度更高，从而可能改善斑块脆弱性的定量评估。PCD的能量分辨能力使其在面对钙化病变时更加准确，传统CT可能会高估钙化部位对狭窄程度的影响，而PCD可以显著提高钙化区域的影像定量分析，有助于精确评估缺血性卒中的风险并支持治疗选择。
PCD技术的另一个重要优势是其降低辐射剂量的潜力。由于PCD具有更高的探测效率和更少的散射光，它能够以更低的辐射剂量提供相同或更高质量的图像。这不仅有助于减少患者接受的辐射量，也提高了成像效率，在确保图像质量的同时，降低了辐射风险。
PCCT在技术、临床和经济方面面临着一些挑战，这些挑战需要克服才能实现其全部潜力。为此，持续的研究和开发对于推动PCCT领域的发展至关重要，从而释放其在诊断成像中的变革性能力。
PCCT面临的主要技术挑战包括脉冲堆积、电荷共享和K荧光逃逸。脉冲堆积是指多个X射线光子在同一时间窗口内被检测，可能会导致能量不准确的重叠脉冲。电荷共享是由于X射线光子与相邻像素相互作用，产生图像伪影并降低空间分辨率。K荧光逃逸效应则会导致像素内的二次X射线光子传播至相邻像素，增加虚假信号。解决这些问题的关键在于优化像素配置、改进探测器设计以及应用复杂的信号处理技术。
PCCT在临床应用方面也面临一些挑战。关于替代造影剂的使用，尽管它们在提高诊断精度和个性化治疗方面展现了潜力，但整合这些替代造影剂仍然需要解决生物相容性、组织特异性、成像伪影和成本等问题。许多替代造影剂仍在研究阶段，尚未获得监管批准，这可能会影响它们的临床应用。另一方面，PCCT的临床转化和验证也需要大规模的研究来验证其诊断准确性和有效性，尤其是需要标准化的采集协议来确保图像质量和诊断性能的一致性。并且，处理和分析高分辨率和光谱数据集的需求也对计算能力和放射科医生的工作负担提出了挑战。
PCCT的高成本是其广泛应用的主要障碍之一。尽管初期投资较高，但随着越来越多的医疗机构采用这一新兴技术，PCCT与传统CT扫描仪之间的成本差异可能会逐渐缩小，从而推动其更广泛的应用。
当前的临床光子计数CT系统有三种主要扫描模式：超高分辨率（UHR）模式、多能量模式和双源模式。UHR模式提供最高的空间分辨率；多能量模式使得在标准扫描速度下可以生成虚拟单色图像；双源模式则设计用于超快速扫描。成像模式的选择应与检查的具体目标相一致。由于其在光谱成像中的多功能性，多能量模式通常用于神经学扫描。
从PCCT系统获得的原始数据与传统CT系统所采集的数据不同。PCCT数据的图像重建过程必须采用不同的方法。临床上采用的重建方法称为量子迭代重建（QIR），由西门子医疗开发。PCCT扫描仪配备了多种重建卷积核，卷积核和QIR算法设置需要一起考虑。
PCCT在颈动脉疾病评估中具有多项优势，显著提高了诊断效果。PCD的提升空间分辨率有助于改善颈动脉血管腔的评估、支架成像及动脉粥样硬化斑块的特征化。改善的对比度和噪声表现，不仅优化了血管腔、支架成像的质量，还能有效减少辐射剂量。PCD增强的光谱能力使得颈动脉血管腔评估和动脉粥样硬化斑块特征化更加精确，同时也有助于降低辐射剂量。PCD能够减少伪影的出现，进一步提升血管腔评估、支架成像及动脉粥样硬化斑块特征化的准确性。
颈动脉CT血管造影；中度双侧颅外动脉粥样硬化病变。该图显示了使用全身PCCT扫描仪进行的颈动脉CT血管造影，但采用了与最先进的非PCCT扫描仪相当的重建参数（具体为：0.6mm层厚，0.4mm增量，中等锐利卷积核）；图像显示右侧分叉处主要为非钙化的轻度动脉粥样硬化，左侧分叉处为钙化较为明显的轻度动脉粥样硬化。
颈动脉PCCT血管造影；轻度双侧颅外动脉粥样硬化病变。图像显示双侧轻度弥漫性，主要为非钙化的动脉粥样硬化（箭头），其中左侧外颈动脉口部有较为明显的非钙化斑块（B中的*号）。扫描使用NAEOTOM Alpha（西门子医疗，德国福希海姆）全身双源光子计数CT扫描仪完成，采用0.2/0.1mm层厚/增量，FOV 120-140mm，1024 × 1024像素分辨率矩阵，卷积核Bv60-72，并采用最大强度量子迭代重建（QIR 4）。显示图像分辨率为100μm。
颅内动脉PCCT血管造影；轻度双侧动脉粥样硬化病变。该图显示了右侧和左侧颅内颈内动脉的CPR图像，图像显示双侧轻度弥漫性、主要为钙化的动脉粥样硬化。扫描使用NAEOTOM Alpha（西门子医疗，德国福希海姆）全身双源光子计数CT扫描仪完成，采用0.2/0.1mm层厚/增量，FOV 120mm，1024 × 1024像素分辨率矩阵，卷积核Bv60-72，并采用最大强度量子迭代重建（QIR 4）。显示图像分辨率为100μm。
颈动脉PCCT血管造影；该图显示了颈动脉PCCT血管造影，特别是近端颈内动脉的CPR图（A）和与纵轴正交的横截面图（B）；扫描使用NAEOTOM Alpha（西门子医疗，德国福希海姆）全身双源光子计数CT扫描仪完成，采用0.2mm层厚，0.1mm重建增量，FOV 140-160mm，1024 × 1024像素分辨率矩阵，卷积核Bv60-72-80，并采用最大强度量子迭代重建（QIR 4）。显示图像分辨率为100μm。
能谱PCCT血管造影。该图显示了三种不同的能谱PCCT血管造影模式，分别显示右侧和左侧颈动脉分叉，血管自动分割并在纵向正交多平面视图中展示。能谱成像模式直接从扫描仪重建或在工作站上切换显示；扫描使用NAEOTOM Alpha（西门子医疗，德国福希海姆）全身双源光子计数CT扫描仪完成，采用0.2/0.4mm层厚，0.1/0.2mm重建增量，FOV 140-160mm，分辨率矩阵512 × 512/1024 × 1024像素，卷积核Bv48-60，并采用最大强度量子迭代重建（QIR 4）。
多项研究已证明，PCCT在改善颈动脉血管腔室评估方面具有显著效果，主要得益于其增强的空间分辨率、软组织对比度和降低的噪声水平。
Li等人提出了一种基于双能和多能CT图像材料分解的新方法，用于测量百分比狭窄面积。通过计算机仿真，作者证明了该方法能够有效解决部分容积效应和晕状伪影等问题。虚拟实验验证了四阈值PCCT方法在减少测量不准确性方面，相比于DECT和二阈值PCCT策略的优势。在四阈值PCCT图像上实现三基材分解，能够获得区分钙、碘和水的空间分布图，为血管结构的组成和形态提供了有价值的见解。
一项体外研究（颈动脉标本）证明了PCCT在描绘颈动脉血管管腔方面的有效性。作者探索了使用一种基于钨的实验性造影剂来增强颈动脉血管的可视化效果，并与传统的碘基造影剂进行了对比，且将结果与组织学标本进行验证。研究表明，与碘基造影剂相比，使用钨作为造影剂显著降低了图像噪声，并提高了血管可视化效果和血管壁描绘的精度。
PCCT在颈动脉血管腔室描绘中的改进诊断准确性也在体内研究中得到了验证。Symons等人前瞻性地招募了16名无症状受试者，比较了PCCT与EID-CT在颈动脉和颅内血管图像质量上的差异。根据两位独立放射科医生的评估，PCCT图像在颅外和颅内血管的图像质量得分显著更高（所有p < 0.05），噪声显著更低（p < 0.01），伪影较少（p < 0.001）。Michael等人在37名患者的研究中展示了PCCT在头颈部CT血管造影中的优异图像质量。特别是，作者报告称多能量重建在信号、对比度、信噪比（SNR）和对比噪声比（CNR）等客观参数和主观图像质量上均优于单能量重建。
颈动脉支架置入术革新了颈动脉狭窄的治疗，提供了一种比传统颈动脉内膜切除术更少侵入的替代方案。该干预方法因其疗效和安全性在高风险患者中得到了广泛认可。尽管已广泛应用，传统CT系统在准确评估颈动脉支架及其周围组织方面仍面临挑战。金属伪影、晕影效应和空间分辨率限制常常阻碍了支架完整性以及术后并发症（如支架内再狭窄、支架内血栓形成、支架断裂或移位）的精确评估。在这种背景下，PCCT有潜力克服EID-CT系统的固有限制，为临床医生提供增强的诊断能力，从而帮助更有效的患者管理策略。
Verelst等人在其嵌入人类切除并置入支架的血管模拟实验中，评估了PCCT在评估颈动脉支架外观方面的诊断准确性。关于定性评估，使用PCCT获得的支架图像比EID-CT表现出更优的外观，两位专家阅读者均作出如此判断。PCCT图像的支架可见度评分明显更高。定量评估方面，PCCT在支架直径测量中更为准确，测量误差趋向真实直径（0.17 mm ± 0.16 mm vs. 0.59 mm ± 0.26 mm，p = 0.001），减少了晕影伪影（18.3% ± 2.6% vs. 32.4% ± 4.6%，p = 0.001），支架区分度更高（80.7% ± 7.6% vs. 49% ± 15.8%，p = 0.001）。
Almqvist等人的概念验证研究中，一名颈动脉支架患者使用创新的基于硅的PCD扫描。通过高分辨率重建核，清晰地显示了支架内单个支架杆的图像。当70 keV的虚拟单色图像（VMI）使用高分辨率和标准分辨率重建卷积核进行重建时，颈动脉管腔内出现了内膜增生的迹象。
影像学为颈动脉介入手术的术前规划提供了宝贵信息，包括主动脉弓及颈动脉的解剖特征和特定构型，以及并发病变的情况，有助于减少操作员依赖性变量、缩短手术时间、减少X射线暴露和提高手术成功率。它还为钙化程度、动脉粥样硬化存在等因素提供了见解，这些因素可能影响术后并发症的风险。与EID-CT系统相比，PCCT凭借其创新技术能够实现快速扫描、降低辐射剂量、减少对比剂使用以及减少伪影，为外科医生在颈动脉介入前提供可视化支架及周围结构的独特机会。
PCCT凭借其改进的空间分辨率、对比噪声比、减少的伪影和增强的材料特征化能力，可能在识别与脑血管事件相关的斑块易损特征方面具有优势。
一项体外研究评估了PCCT在量化易损斑块特征（如纤维帽厚度、纤维帽面积和低回声坏死区面积）方面的能力。他们检查了从颈动脉内膜切除术中获得的20个斑块，使用组织学测量作为金标准。研究发现，PCCT所测量的纤维帽厚度、纤维帽面积和低回声坏死区面积与组织学测量之间没有显著差异。Shami等人的回顾性体外研究探讨了哪些斑块特征能够通过PCCT检测，使用了来自颈动脉斑块影像项目的内膜切除术标本。在PCCT图像上，研究量化了不同感兴趣区域（与组织学上识别的不同斑块成分如钙化、血栓、脂质核心、坏死、纤维化、IPH）中的密度。通过混合效应模型分析HU与能量之间的关系，并提取了b1系数。通过比较b1系数，作者证明了钙能够与所有其他分析的斑块特征区分开，特别是在易破裂斑块特征中，IPH与纤维帽（p = 0.017）、脂质（p = 0.003）和坏死（p = 0.004）之间的区分度明显。而血栓与纤维化（p = 0.048）、纤维帽（p = 0.028）、脂质（p = 0.015）和坏死（p = 0.017）之间也有显著的区分度。
一些研究调查了PCCT的固有光谱能力，展示了其识别斑块易损特征的潜力。Healy等人证明，PCCT能够辨别多个易损动脉粥样硬化斑块的关键特征，包括富含脂质的坏死核心、斑块点状钙化和斑块溃疡，这些特征在手术获得的颈动脉标本中能够清晰显示，且无需使用造影剂。Si-Mohamed等人进行了体外实验，以区分金、碘和钙，并随后在动脉粥样硬化兔子模型中进行了体内实验。作者证明，使用多个能量分箱的PCCT成功检测到了金纳米颗粒，并将其与钙化和碘区分开来。组织学分析验证了金纳米颗粒在PCCT图像上的显示。
血管滋养管（Vasa Vasorum）增生。血管滋养管是位于动脉壁中的微血管网络，在动脉粥样硬化的病理生理中起着基础性作用。多个研究已经证明血管滋养管密度增加与动脉粥样硬化斑块的生长以及向炎症性和不稳定斑块表型的进展密切相关，这些斑块易于破裂并引发临床事件。
在传统CT系统中，晕影效应对精确可视化和量化血管滋养管构成了显著障碍，特别是考虑到它们的微小尺寸和与腔道的紧密接近。晕影效应是由于空间分辨率的限制，导致造影剂从血管腔道扩散到周围组织，产生信号增强现象。
Marsh等人开发了一种前向模型，利用PCCT减轻由于增强动脉腔道引起的晕影效应，进而避免对腔道-壁边界处CT值的过度估算。他们最初使用含有增强腔道和动脉壁的血管模型验证了该模型。随后，他们对猪模型进行了体内血管灌注扫描，注射自体血液以诱导动脉壁内血管滋养管增生。前向模型一致地显示，在受影响动脉的血管壁内，晕影效应有所减少（p = 0.0006）。同一研究小组评估了PCCT在量化动脉壁血流改变方面的表现，这些改变是由于血管滋养管局部扩展所致。作者通过评估动脉壁内的总对比度增强，间接测量了颈动脉壁内血管滋养管的空间密度，在一个猪模型中，通过刺激左侧颈动脉的血管滋养管增生，右侧颈动脉作为对照。研究发现，受损动脉的增强比率显著高于对照动脉。
PCCT代表了传统CT影像学的模式转变，得益于新一代X射线探测器，这些探测器能够计数单个光子并测量其能量。PCCT在颈动脉成像中的临床意义是多方面的。卓越的空间分辨率、增强的图像质量和减少的伪影有助于更准确地检测和测量动脉狭窄。凭借其能够精细区分不同组织类型的能力，PCCT使得斑块形态和成分的详细表征成为可能，为临床医生提供了斑块脆弱性和疾病进展的见解。
需要进行大规模的临床研究，以确认PCCT在提高诊断准确性、改善患者预后和整体管理颈动脉疾病方面的潜力，通过革命性地改变风险分层策略和治疗干预措施。
3. PCCT在骨肌系统成像中的应用价值
随着CT技术的发展，骨肌系统成像已成为临床诊断骨折、退行性病变、恶性肿瘤及炎症等病理的重要工具。然而，传统的能量积分探测器(EID)CT在成像中存在辐射剂量、空间分辨率、金属伪影和能谱成像等方面的不足，使得对病理的清晰呈现存在一定挑战。近年来，基于光子计数探测器(Photon-Counting Detector, PCD)的新一代CT系统（PCCT）因其在辐射剂量控制、空间分辨率提升、金属伪影抑制和多能量成像方面的优势，在骨肌系统成像中的应用潜力备受关注。
PCCT在辐射剂量控制上具有显著优势。传统EID-CT在成像时，需要通过一系列优化技术以降低辐射剂量，然而仍难以满足高质量低剂量成像需求。PCCT的探测器结构相较EID-CT更为高效，可通过单步电信号转换减少噪声，并显著提高信噪比和对比噪声比，使其在低剂量成像中依然能获得优质图像。这一优势在年轻和频繁接受检查的运动损伤患者中尤为重要，PCCT能够提供清晰的三维图像，同时降低辐射风险。
采用 EID（A）和光子计数探测器（B）技术的标准分辨率全身低剂量 CT 扫描显示了一位 69 岁男性多发性骨髓瘤患者左侧髂骨的两个溶骨病灶（箭头）。请注意，尽管采集和重建设置相当，但 EID-CT 的图像噪声水平要高得多。
在骨肌系统成像中，高空间分辨率对于清晰显示骨小梁结构、关节微细结构及软组织边界至关重要。传统EID-CT通过设置滤波器来缩小像素孔径以实现高分辨率成像，但该方法存在显著的X射线通量损失，限制了其在大范围成像中的应用。PCCT无需滤波器便可实现超高分辨率成像，较小的像素设计和多能量信息获取显著提升了分辨率。PCCT成像的最小切片厚度可达到0.2 mm，适用于手、足等细小解剖结构的成像，同时在肩、髋等大关节成像中亦具优势。
一位 29 岁的男性在一次摩托车事故中左小腿多片段移位受伤。A、B：与 150 kVp 的标准分辨率 EID-CT 相比（A），140 kVp 的 UHR-PCCT 扫描（B）能更好地分辨骨的微观结构（箭头）和随着时间推移形成的骨痂（箭头）。由于所需的扫描范围过大，初始EID-CT扫描无法使用UHR 模式。
A、B：在 140 kVp 下采集的标准分辨率数据（A）和 UHR-PCCT 数据（B）均使用两种扫描模式可用的最清晰卷积核进行重建。小像素效应有助于大大降低 UHR 图像的噪声，从而降低辐射剂量。
PCCT通过多能量成像与迭代金属伪影去除(MAR)算法的结合，有效减少了金属植入物周围的伪影。与传统EID-CT相比，PCCT能量分辨能力更强，可在不同能级上重建虚拟单色图像(VMI)，进而提升金属伪影去除效果。PCCT的高能过滤技术使其在抑制伪影的同时保持较高的图像对比度，尤其在骨折、螺钉移位等术后复查中具有显著优势。
一位 66 岁女性在桡骨头置换术后在 140 kVp 下进行锡滤过的 UHR-PCCT 肘部扫描。A、B：虽然 110 keV 下的虚拟单色成像与 MAR 后处理相结合，可以很好地减少伪影（A），但有限的重建清晰度妨碍了诊断的可评估性。并且，在多色数据中使用超高分辨力卷积核有助于更好地观察骨组织，但代价是骨金属界面的伪影强度增加（B）。
PCCT在多能量成像方面展现了革命性进步。不同于传统双能量CT需通过两套X射线管实现能谱分离，PCCT在每次扫描中均可获得多能量信息，能直接区分组织间的细微密度差异。对于骨髓水肿等损伤的检测，PCCT可以去除矿化骨后重建虚拟去钙图像(VNCa)，提高了病灶的可视化能力。PCCT在更高管电压下的光谱硬化表现有助于降低肥胖患者成像中的噪声和伪影干扰，从而增强物质分解和定量分析能力。在关节造影方面，PCCT能够提供超高分辨率图像与多能量信息的三维重建，有望成为关节成像的新标准。
一位 58 岁女性左踝关节的 UHR-PCCT 关节造影。A-C：关节注射碘对比剂有助于描绘距骨（箭头）和胫骨远端（箭头）的微小软骨损伤，而虚拟去碘可能有助于生成三维模型进行术前规划。
尽管PCCT在骨肌系统成像中展现出众多优势，当前仍存在一些技术限制，包括UHR模式下的管球功率受限、数据文件体积较大等问题，这些因素可能影响到临床操作的效率与数据管理。并且，PCCT的多能量后处理技术仍在不断发展，未来随着软件的升级与更多材料分解模式的开发，PCCT在骨肌系统影像学中的应用范围将更加广泛。
PCCT作为一种颠覆性成像技术，为骨肌系统成像带来了空间分辨率和辐射剂量控制方面的显著改善。凭借其独特的金属伪影抑制、多能量成像等优势，PCCT有望逐步取代传统EID-CT，成为骨肌影像学的新标准。未来，随着新功能的逐步开发和临床应用的深入，PCCT将在功能成像、定量分析及多样化的骨肌系统诊断中扮演重要角色，推动影像学向更高精度、更低剂量方向发展。
文献原文：Grunz JP, Huflage H. Photon-Counting Computed Tomography: Experience in Musculoskeletal Imaging. Korean J Radiol. 2024 Jul;
在光子计数探测器计算机断层成像（PCD-CT）设备中，CT探测器接收到的X射线信号通过软件转换成图像。能量积分探测器将X射线间接转换成电信号，过程分为两个阶段。相对于能量积分探测器的两步成像（首先，X射线通过上层的闪烁体转换成可见光。接着，光被光电二极管层吸收并转换为电荷。每个像素的电荷被探测器底部的读出电路读取，生成数字数据。然后，这些数据被处理，在显示器上生成数字图像），PCD则直接通过半导体二极管将X射线转换为电信号，无需中介介质。本章综述了PCD-CT系统的优缺点。
根据材料的不同，光子计数探测器的厚度可能在1.6至30mm之间变化。高电压作用于半导体，当其吸收X射线光子时，迅速产生正负电荷分离。电子读出电路记录电脉冲。PCD中的半导体探测材料在接收到X射线光子时立即将其转换为电子-空穴对。PCD生成的能量脉冲与击中探测器元件的光子能量成比例。
理想的PCD相比理想的能量积分探测器（EID）可能产生更少的噪声。PCD中不同能量的光子具有不同的权重。然而，即便如此，也无法获得理想的对比噪声比（CNR）。高能量下组织对比度下降是原因之一。为最大化图像的CNR，高权重能量可能被转移到低能量，从而提高CNR。
低能量扫描的一个缺点是伪影增多。在PCD-CT人脑平扫中，灰质-白质的CNR较传统CT技术提高了约30%。头颈部CT血管造影显示，图像噪声比之前的CT扫描减少了9%。
PCD的优势在迄今为止的研究中有所体现。由于低能量下（如钙或碘）的高衰减，理想的能量加权可以实现。在低剂量成像中，PCD相比EID能更好地消除电子噪声。在高X射线强度下，电子噪声对EID影响较小，但在低剂量成像中可能严重影响图像。在PCD-CT中，人类肺部图像噪声降低了约20%。
空间分辨率与探测器元件的尺寸有关。在EID系统中约为1×1 mm²。由于EID技术中探测器元件之间需要隔板，进一步降低空间分辨率较为困难。PCD中没有这样的隔板，探测器元件的尺寸可以缩小。PCD-CT的探测器元件尺寸范围从0.11×0.11 mm²到0.5×0.5 mm²。较小的探测器像素尺寸使细节呈现更清晰，噪声减少。影响探测器质量的因素包括电荷共享和X射线反射，这些因素会由于荧光逃逸而降低效率。
在PCT技术中，可以处理虚拟单色图像（VMI），以创建虚拟平扫或彩色图像。重建所需能量水平的图像需要两个或更多方程。通过更多的能量测量，可以生成更少噪声的图像。通过测量三种不同材料（如水、钙和对比剂），实现了对比剂的区分。通过三个或更多能量水平的测量，可以准确地测量这些成分。EID和PCD单元在许多影响质量的因素上可以进行比较。
传统能量积分探测器（EID）与光子计数探测器（PCD）的比较。碲化镉、碲锌镉、硅、砷化镓、铬补偿的砷化镓。
能量通过包含X射线闪烁体和光电二极管的两步过程进行积分。X射线闪烁体将X射线转化为可见光，光电二极管将可见光转化为电信号。
能量通过包含半导体和直接将X射线转化为电信号的单步过程来解析。
光子被计数并在具有用户定义能量阈值的数字计数器中分类。
X射线转换为可见光子，可见光子再转换为电子信号。在此过程中，光子能量信息丢失。
X射线光子在半导体层中产生电荷云（电子-空穴对），生成与光子能量成正比的信号。
由于探测器像素之间需要有限宽度的隔膜，小的探测器像素降低了剂量效率。
探测器像素之间无需隔膜，因此可以实现更小的探测器像素尺寸。
在低剂量扫描肥胖患者时，常规CT图像上明显可见。
可以通过选择高于电子噪声水平的能量阈值来从测量信号中排除电子噪声。
高能X射线比低能X射线权重更高，从而降低了软组织和碘化对比剂之间的对比度。
所有光子能量级均匀加权，从而提高了软组织和碘化对比剂之间的对比度。
高能区间图像受这些伪影的影响较小。可以使用算法减少任何剩余的伪影。
需要双源、双管电压、两次采集、双层探测器或双光束等以获取必要的双能量数据。
单源、单管电压、单次采集、单探测器层、单光束即可实现同时多能量采集。
由于梳状或栅状卷积核、或额外隔膜需求导致的探测器填充因子下降，辐射剂量效率较低。
由于探测器像素本身较小，实现了辐射剂量效率高的高空间分辨率成像。
能量分箱支持K-edge成像，可针对钆、金、铋、镱及其他高Z对比剂进行定制。
在PCD-CT技术中观察到了显著的优势，例如剂量减少、空间/几何分辨率提高以及伪影/碘剂减少。尽管噪声水平相似，与EID技术相比，使用PCD拍摄的图像剂量减少了32%。研究发现，通过较少的光子即可获得相同的图像，从而减少60%的剂量。在PCD中，通过使用较小的探测器元件可以获得更多的数据点。虽然这会增加每个探测器的噪声，但在重建算法后，噪声水平显著下降。在最近的一项研究中，PCD的0.25mm探测器模式在体模、动物和人类扫描中显示出19%的图像噪声减少。
研究表明，乳腺PCD-CT能提供高质量图像，有潜力用于乳腺癌筛查，并且对患者的痛苦较小。另一项涉及300名女性的单计数器PCD-CT研究得出结论，乳腺PCD-CT提供高质量图像，适合不希望在乳腺X线检查中受到压迫的女性。
PCD-CT显著提高了对小于1cm的肝脏/胰腺病变、肿瘤侵袭或肝脏脂肪变性的检测能力，即使在铁过载的情况下也是如此。利用低keV的虚拟单色成像（VMI），PCD-CT在动脉期肿瘤影像的客观和主观质量上显著优于EID-CT。PCD-CT能够检测到更多的胰腺囊肿，比传统EID-CT更具优势，可能有助于准确评估如强化壁结节等小结构。
相比在前方放置了梳状卷积核的PCD-CT和高空间分辨率EID探测器，PCD-CT能够减少辐射剂量，同时清晰显示中耳骨结构。Leng等在肺部成像中使用PCD-CT系统获得了更好的图像质量。在另一项研究中，研究人员评估了肺结节和肾结石的图像，发现PCD-CT显示出更高的分辨率，但也伴随了更高的噪声。另一项研究得出结论，PCD-CT在肺结节的精确表征方面优于传统CT。
CT血管造影（CTA）已取代数字减影血管造影（DSA）成为常规临床实践中的一线血管成像方法。PCD-CT在血管成像和血栓检测中非常有用，并且剂量最优。由于常规CT扫描的空间分辨率不足，无法对下肢缺血和膝下动脉钙化进行最佳评估。PCD-CT利用其多能量特性，减少条状伪影并提高信号均匀性，克服了这些问题。
PCCT颅内动脉和轻度动脉粥样硬化的颈动脉血管造影示例。扫描使用NAEOTOM Alpha（西门子医疗，德国福希海姆）全身双源光子计数CT扫描仪完成，层厚为0.2mm，重建增量为0.1mm，视野（FOV）为140mm。图像在轴位重建上的显示分辨率为1024×1024像素，使用Bv60卷积核以及最大强度的量子迭代重建（QIR 4）。实际显示的分辨率为0.1mm（100μm）。
PCCT能谱血管造影的颈动脉轻度动脉粥样硬化示例。扫描使用NAEOTOM Alpha（西门子医疗，德国福希海姆）全身双源光子计数CT扫描仪完成，层厚为0.4mm，重建增量为0.2mm，视野为140mm。图像在轴位重建上的显示分辨率为1024×1024像素，使用Bv56卷积核以及最大强度的量子迭代重建（QIR 4）。
自发性颅内低压（SIH）的主要原因是脑脊液（CSF）泄漏。大多数脑脊液瘘管通常直径为1-2mm。检测小瘘管具有挑战性。PCD-CT可以比标准临床成像更有效地检测CSF瘘管。
然而，在常规CT扫描中，未骨化的喉软骨密度与肿瘤结构相似，因此难以区分。在这种情况下，PCD-CT有助于诊断。PCD-CT可更好地描绘骨和软骨的骨折、水肿、恶性病变和/或退行性变化。
PCCT在神经应用中的示例。C和D中为严重退变的齿状突的矢状和冠状视图。扫描使用NAEOTOM Alpha（西门子医疗，德国福希海姆）全身双源光子计数CT扫描仪完成，层厚为0.2mm，重建增量为0.1mm，视野为140mm。图像在轴位重建上的显示分辨率为1024×1024像素，使用Bv60-80卷积核以及最大强度的量子迭代重建（QIR 4）。实际显示的分辨率为0.1mm（100μm）。
图像质量越高，失真越少。伪影是降低图像质量的因素之一。通过各种情况和系统分析伪影对图像的影响。碘的对比噪声比（CNR）在120 kV的EID和140 kV的PCD扫描中相似。PCD-CT消除了xian线束硬化伪影。通过获得虚拟单色图（VMI），可以获得最佳的CNR和碘浓度图。这些数据用于区分颈动脉中血管内对比剂和钙化斑块。在钙化斑块、金属植入物、夹子和/或线圈患者中，伪影可能会影响CT成像。金属伪影去除算法和虚拟单色图提高了PCD-CT的图像质量。这在评估由高衰减材料制成的小支架时尤为重要。最新研究表明，PCD-CT可以提高冠状病变的可视性和分辨率。与EID-CT相比，PCD-CT获取的图像显示了显著的金属伪影减少和剂量效率提高。PCD设备中观察到的条纹伪影较少。
心脏/冠状动脉PCCT示例：带有冠状动脉支架的冠状动脉病变。电影渲染（A）和近端左前降支（pLAD）和中段左前降支（支架）的CPR（B）。扫描使用NAEOTOM Alpha（西门子医疗，德国福希海姆）全身双源光子计数CT扫描仪完成，层厚为0.2mm，重建增量为0.1mm，视野（FOV）为140mm；使用心电门控的管电流调制进行扫描。在本例中，pLAD显示出严重的非阻塞性病变，存在未钙化和钙化成分至冠状动脉支架近端边缘；支架完全通畅且可见；支架支柱完全清晰易见，可以轻松评估支架外周轮廓的近端钙化，对支架内腔评估没有影响。图像显示在1024×1024像素分辨率矩阵上，轴位重建采用Bv76卷积核，并具有最高强度的量子迭代重建（QIR 4）。实际显示的分辨率为0.1mm（100μm）。
PCD-CT血管造影可以更好地显示超血管性病变、动静脉畸形、血管瘤和肿瘤的微小血管。它还可以提高CNR，减少碘负荷。PCD-CT的优点之一是可以使用非碘和多种对比剂。
双能量CT的低单色图像和常规CT的低管电压是减少碘负荷的两种技术。PCD-CT通过能量分辨检测生成单能重建，比常规CT检测碘基对比剂更有效。碘特异性应用可能会提高冠状动脉成像质量。定量指标显示40-60 keV的VMI最适合检测肺栓塞。60-70 keV的VMI在血管对比度方面提供了更好的图像质量。
轻度冠状动脉病变的心脏/冠状动脉PCCT示例。3D电影渲染（A）、沿近端左前降支（pLAD）的CPR重建（B）、同一血管的MPR轴向/横截面视图（C）和CPR视图。扫描使用NAEOTOM Alpha（西门子医疗，德国福希海姆）全身双源光子计数CT扫描仪完成，层厚为0.2mm，重建增量为0.1mm，矩阵1024×1024，核Bv60，FOV 140mm；扫描通过心电门控的管电流调制进行。在本例中，冠状动脉段显示出近端左前降支（pLAD）上一个大且偏心的钙化，但未影响管腔通畅性（无管腔直径或面积减少），以1024×1024像素分辨率矩阵显示，轴位重建采用Bv60卷积核过滤，并具有最高强度的量子迭代重建（QIR 4）。实际显示的分辨率为0.1mm（100μm）。
尽管双能量CT的光谱分离较差，使其难以使用其他对比剂，但它确实允许多种对比剂的应用。除了碘和钡外，PCD-CT还可以利用钆和高原子序数元素作为对比剂。可用于PCD-CT的材料包括金、铂、氙、铋、镥、钨、银和镱。
考虑专门为PCD-CT设计的新型对比剂的潜力非常令人兴奋。许多研究已经探讨了金标记纳米颗粒。这些金属的含量如此之小，以至于传统CT无法检测到。K-edge成像和PCD-CT可用于识别和测量金纳米颗粒。即使存在其他对比剂（如碘），它们仍然可以区分。
分子CT成像需要解决安全性问题，包括毒性、稳定性和通透性，此外还需考虑颗粒浓度和大小一致性等功能问题。颗粒和对比材料的分布可以帮助早期癌症诊断。该方法还可以增强动脉粥样硬化斑块组成的表征。通过PCD-CT，可以更轻松地区分碘和钙化物等具有显著有效原子数差异的材料。双能量CT在区分纤维组织和脂肪组织方面面临挑战，因为它们的有效原子数差异较小。PCD-CT设备可以用来解决这一问题。PCD-CT的优势包括更好的材料分离、增强的空间和时间分辨率以及靶向对比剂的使用。
由于PCD-CT能够区分不同的对比剂，K-edge成像可以同时显示不同的对比材料。可能同时应用多种对比剂，并显示它们各自的分布。靶向纳米颗粒和对比剂（如碘或钆）可以同时注入。可以同时注入几种靶向不同组织类型的纳米颗粒。可以同时进行成像，并在不同时间点应用多种对比剂。通过去除图像中的对比剂，可以重建无对比材料增强的重组图像。PCD-CT可以在体内同时有效分离多种对比剂。还可以使用虚拟非钙图像检测骨髓病变或水肿。
PCD-CT系统也存在一些局限性。这些局限性包括成本增加、需要更大的计算、操作或维护能力、对新获取/重建算法和分析工具的需求等。虽然存在许多困难和挑战，但PCD-CT具有很大的潜力，可以使CT在医学成像中更加多样化。
与传统CT技术相比，PCD-CT在各个方面都显示出改进，包括成像质量、剂量效率、伪影减少和对比剂的优化。PCD-CT正在变得越来越流行，许多不同领域都开始认可其价值。在临床应用中，它可能成为重要的成像工具。虽然这项技术仍处于相对较早的阶段，但已经显露出在未来医疗领域的巨大潜力。随着技术的不断发展，PCD-CT可能会成为提高成像质量、减少辐射剂量和优化对比剂使用的重要手段。
4. 光子计数CT在心脏成像中的价值
光子计数探测器计算机断层扫描（PCD-CT）是一种新的CT成像技术，可能会重塑心脏成像的格局。PCD-CT的主要创新在于其探测器技术，与传统能量积分探测器（EID-CT）有显著差异。概述了EID和PCD技术的示意图，展示了其优点、潜在的临床应用及PCD-CT的缺点。
能量积分与光子计数探测器的概述。能量积分探测器使用闪烁体（例如氧化硫酸钆）吸收X射线并将其转换为可见光，然后通过光电二极管检测并转换为电信号。光子计数探测器（PCD）使用碲化镉或碲锌镉探测器直接将射入的X射线转换为电子云，由像素化阳极收集。不同颜色的电子信号表明光子的不同能级，突显了PCD的能量分辨能力。
PCD-CT技术的一个关键特性是使用较小的探测器元件，从而增强了空间分辨率。结果是，可以实现层厚低至0.2 mm的高分辨率成像，而EID-CT系统通常提供0.6 mm的层厚。PCD-CT增强了能谱成像，超越了传统CT系统的能力。通过计数每个入射光子并测量其能量，探测器可以将这些光子分类到不同的能量范围内。这种方法相比传统的EID双能CT，可以更好地分离X射线光子能量，改进组织类型和材料的区分。它还能实现包括虚拟无碘（VNI）图像、基于增强扫描的虚拟无钙图像以及虚拟单色图像（VMI）等高级图像重建。
目前，所有主要供应商都在开发PCD-CT系统，并报告了在人类中的应用。然而，目前只有一个商用系统（NAEOTOM Alpha, Siemens Healthineers）。
随着这些进展，PCD-CT在心脏成像中的应用越来越普遍。预计另一款来自佳能公司的原型扫描仪也将推出。一篇文章，详细讨论PCD-CT在心脏疾病中的具体应用、潜在的优点和局限性。
冠状动脉钙化（CAC）评分通常使用Agatston方法在CT平扫（层厚2.5-3 mm）上进行量化，作为冠状动脉粥样硬化的指标，并可预测心血管事件。一项模拟研究显示，通过常规临床扫描协议获得的CAC评分在传统CT和PCD-CT之间相似。但PCD-CT的更高空间分辨率在较小层厚（< 1 mm）下能显著提高CAC体积的检测和估计准确性。这种提升的分辨率可能允许检测到更微小的钙化。然而，随着CT技术的不断进步，识别极小钙化的临床意义及其对患者管理和预后的影响成为一个重要考虑因素。
除了提升的检测能力外，PCD-CT技术还可能避免平扫CAC评分的需求。基于增强冠状动脉CT血管造影（CCTA）进行CAC评分具有减少扫描时间和降低辐射剂量的优势，尤其是因为CAC评分通常需要更高的kV设置。随着光谱成像技术的引入，各种研究探索了从增强图像中提取虚拟平扫（VNC）图像来估算CAC评分的算法，这些图像通过将水和碘分解成两种材料生成。然而，这种方法一贯被发现会低估CAC评分，甚至引发假阴性，从而对其临床实用性产生担忧。
为应对这一限制，推出了一种新算法，可从增强扫描中去除碘，仅在生成的VNI图像中保留钙。一项患者研究显示，与VNC图像相比，VNI图像在CAC量化准确性上表现更佳；然而，在VNI重建中，CAC评分的显著低估问题依然存在。同样，Sharma等人报告了VNI重建相对于VNC的更佳表现。然而在他们的研究中，VNI重建高估了CAC评分。结果差异可能源于VNC和VNI图像的软件版本及重建方法的不同。
目前，VNC和VNI重建均不足以完全替代传统的平扫采集用于CAC评分。尽管VNI重建可能最终消除平扫CAC评分的需求，但这些算法在临床应用中仍需进一步优化。展示了使用PCD-CT进行CAC评分的示例。
使用光子计数探测器CT（PCD-CT）进行的冠状动脉疾病评估。a 使用PCD-CT在增强、真实平扫、虚拟去碘和虚拟平扫图像上的钙化动脉钙评分。与真实平扫图像相比，左前降支（LAD）动脉的钙化斑块在虚拟去碘图像上更为显著，在虚拟平扫图像上则不那么显著。b 一名66岁患有稳定性心绞痛及多重风险因素的男性冠状动脉超高分辨率成像。左前降支的多平面重建（MPR）图像显示血管壁广泛钙化。MPR和横截面视图显示在LAD近端和中段无显著狭窄。c 使用超高分辨率PCD-CT进行支架成像。对一名67岁典型胸痛的男性患者进行冠状动脉CT血管造影，使用PCD-CT的超高分辨率模式。患者有LAD和左回旋支（LCX）动脉支架置入史。多平面重建图像显示LCX中支架通畅。然而，在LAD中，支架远端出现支架内再狭窄的迹象。3D容积渲染清晰显示了LAD和LCX中的支架。相应的侵入性冠状动脉造影确认了LAD中的支架内再狭窄和LCX中通畅的支架。
CCTA已成为疑似冠状动脉疾病患者的关键一线诊断测试。然而，冠状动脉狭窄的准确量化仍面临挑战，尤其是在冠状动脉广泛或高密度钙化的患者中。这些钙化会导致开花伪影，通常导致狭窄严重程度的高估和假阳性诊断。先前的荟萃分析表明，CCTA在患者层面上检测到显著狭窄时，其灵敏度为99%，特异性为89%，阳性预测值中位数为93%，阴性预测值为100%。
双源PCD提供的高空间分辨率和高时间分辨率在减少开花伪影方面起到关键作用。即使在超高分辨率（UHR）模式下，这种高分辨率也是PCD-CT技术的一个显著特征，使其能够比传统CT系统提供更详细和精确的成像。尽管不同系统和分辨率模式的层厚有所不同，但通常比传统EID-CT更薄（最小可达0.2 mm）。在UHR模式下，建议使用专门的锐利卷积核来最佳显示冠状动脉斑块和血管腔。展示了UHR成像的示例。
在涉及14名患者的初步研究中，PCD-CT的UHR模式相比传统EID-CT，在相似剂量下提高了CCTA检查的图像质量和诊断信心。一项模拟研究表明，UHR CCTA显著减少了开花伪影并改进了狭窄量化，表明其准确性更高。在Koons等人的一项研究中，对具有高密度冠状动脉钙化的患者进行了EID-CT和UHR PCD-CT的对比，结果显示，UHR PCD-CT通过减少开花伪影使直径狭窄百分比平均减少了11%。基于冠状动脉疾病报告和数据系统，34个狭窄中有13个在狭窄严重程度类别上得到了降级，具体来说，9个从轻度降为极微，3个从中度降为极微，1个从中度降为轻度。有2个从极微升级为轻度。
虽然PCD-CT的UHR模式提高了空间分辨率，但其固有的能谱成像功能同样重要。McCollough等人将利用光谱功能的标准分辨率PCD-CT与EID-CT进行了比较，结果显示PCD-CT在100 keV下有效减少了钙开花伪影，降低了直径血管腔狭窄百分比的视觉估计值。PCD-CT的光谱功能还提供了一种去除钙的重建算法，使得可以在不受开花伪影影响的情况下评估血管腔。Nishihara等人通过PCD-CT的去钙成像算法的研究显示，诊断准确性优于传统图像，并提高了严重钙化冠状动脉病变的图像解读能力。
以ICA为参考标准，该项前瞻性研究涉及68名患者，中位CAC评分为414（第25-75百分位数：125-1246）。结果显示，检测到≥50%狭窄的灵敏度为96%，特异性为84%，阳性预测值为77%，阴性预测值为97%，总体准确率为88%。
鉴于现有证据表明PCD-CT能够有效减少开花伪影并提高狭窄评估的准确性，这一技术有潜力减少冠状动脉疾病诊断中的假阳性。在CCTA已具有较高的阴性预测值的基础上，PCD-CT甚至可能提高特异性，即使在严重钙化的患者中也是如此。这种改进可能会减少不必要的ICA和重复扫描，从而提供更为人性化的诊疗方式，最终降低成本并减少辐射暴露。
通过CT衍生的血流储备分数（FFRCT）对冠状动脉狭窄的功能性评估提供了另一种减少不必要ICA的有前景方法。PCD-CT观察到的冠状动脉狭窄可视化增强和开花伪影减少可能直接影响FFRCT计算。Zsarnoczay等人展示了PCD-CT与FFRCT的可行性，显示与传统EID-CT的高度一致性。在一项涉及TAVR患者的研究中，Brendel等人发现PCD-CT与人工智能衍生的CCTA狭窄量化和FFRCT结合，可能在260名患者中的121名（46.5%）中避免ICA。这些发现强调了FFRCT与PCD-CT结合的潜力，通过减少不必要的侵入性操作来优化患者管理策略。这对TAVR群体等体质虚弱患者尤为重要。
在传统CT中，由于开花和线束硬化伪影，支架内再狭窄的评估仍然具有挑战性。然而，PCD-CT在提高先前置入支架患者CT的灵敏度和特异性方面显示出前景。关键在于选择合适的采集和重建参数，以适应支架成像。特别是在管电压为120或140 kV的情况下，结合锐利的支架专用卷积核的UHR成像效果最佳。目前，高分辨率在评估支架腔方面提供了最大的附加价值。然而，将光谱成像与UHR模式结合起来，有望进一步提高支架评估的诊断能力。
在Hagar等人的研究中，使用UHR PCD-CT评估了18名患者的44个支架的通畅性，与依赖于视觉评估的ICA相比，显示出较高的诊断准确率（89%）。该研究报告了卓越的灵敏度（100%）和特异性（87%），高阴性预测值（100%）以及显著的阅片者一致性，表明UHR PCD-CT在支架评估中的潜力。尽管这些发现令人鼓舞，但在PCD-CT被视为排除支架内狭窄的最终替代方法之前，还需要更多的证据。展示了PCD-CT支架成像的示例。
迄今为止，心脏磁共振成像（CMR）中的延迟增强（LE）技术被认为是无创评估心肌梗死、瘢痕及存活性（viability）的参考标准。LE成像在CMR中的应用不仅限于对心肌梗死的评估，还对任何导致局灶性心肌纤维化的病理具有重要意义。LE成像的原理基于对比剂在扩大的细胞外间隙中的积累和滞留。在急性或慢性心肌损伤患者中，细胞外体积（ECV）增大，可能是由于水肿和心肌细胞膜破裂，或者是由替代性纤维化引起的。局灶性纤维化通常通过目测或半定量评估，而弥漫性纤维化则通过原生T1和ECV映射进行定量测量。LECMR和T1/ECV映射能够通过可视化典型的LECMR模式以及原生T1和ECV图谱来区分缺血性和非缺血性疾病，如肉芽肿病、淀粉样变、扩张型心肌病和心肌炎。LECMR上纤维化的存在和程度可能影响治疗方案，并与预后高度相关。
技术的进步为通过CT可视化纤维化铺平了道路。Andreini等的研究显示，LECMR与CT的延迟增强（LECT）模式之间具有94.7%的高诊断一致性。
在临床环境中引入LECT可能是有利的，因为它具有多种优势。通过在一次检查中结合冠状动脉CT成像（CCTA）和LECT，CT可以作为一站式评估冠状动脉疾病和心肌增强模式的工具。这不仅允许区分缺血性和非缺血性心肌病，还能够在缺血性心肌病的情况下使用单一模态评估存活性。CMR的重要禁忌症，例如幽闭恐惧症、非MRI兼容心脏设备或铁磁植入物，对CT并不适用。通常，CT扫描可随时进行，扫描时间较短，而CMR可能面临较长的等待时间、较长的采集时间和更高的费用。尽管如此，将LECT纳入扫描协议确实也会延长CT采集时间，并伴随辐射增加，有时对比剂剂量也会更高。描述了结合CCTA和LE（PCD-）CT的扫描协议示例。
光子计数探测器 CT 成像方案是冠状动脉评估和延迟增强成像的一站式解决方案。常规冠状动脉 CT 血管造影 (CCTA) 方案的持续时间约为 10 分钟，额外的延迟增强 (LE) CT 采集将总持续时间延长至约 15-20 分钟。不同中心的采集时间可能有所不同。只有在使用造影剂 5-10 分钟后进行细胞外容积 (ECV) 评估时才需要进行血细胞比容评估。平扫是可选的，因为它可以重建为虚拟的非碘图像。
多项研究建议在第三代双能CT扫描仪中进行LECT成像，作为一个合适的替代方案，相比CMR受益于更高的空间分辨率，并超越了单能CT扫描仪的分辨能力。然而，CMR仍然是参考标准，因为LECT的实施主要受到相对较低的对比噪声比的限制。PCD-CT可能改善这一问题，受益于显著更高的空间分辨率和改善的对比噪声比。使用LEPCD-CT的初步案例研究显示，超增强模式与LECMR可视化的模式非常相似。
多能量采集可能会进一步增强PCD-CT的灵活性，因为这一方法使得同时给药的多种对比剂的分离成为可能。Symons等人在一项心肌梗死的闭塞-再灌注犬模型中展示了这一概念的可行性。通过在PCD-CT中结合碘、钆和软组织图谱，梗死的心肌可以与血池和正常心肌组织相对照，达到足够的区分，与CMR和组织病理学相比较。这在理论上可以在同一扫描中同时评估冠状动脉（使用碘）和纤维化（使用钆）。
基于CMR平扫和对比后T1映射，ECVCMR计算的定量分析反映了细胞外空间的程度。这一技术提供了重要的额外信息，不仅因为其能够量化纤维化的程度，还能够检测弥漫性纤维化和在LECMR成像中不易显现的早期细微纤维化变化。
数项研究将心脏CT中的ECV成像（ECVCT）与ECVCMR进行了比较，在评估弥漫性心肌纤维化方面，提供了一个吸引人的替代方案。一项对17项研究的最新荟萃分析显示，ECVCT与ECVCMR之间具有良好的符合性和优秀的相关性。ECVCT可以使用与ECVCMR相同的原理进行计算，但不依赖于T1信号的差异，而是基于以亨斯菲尔德单位为单位的衰减差异。在双能CT中，ECVCT计算的碘密度衍生方法使用生成的碘特异性图像，并不需要平扫数据。
ECVCMR测量之前已经显示出在预后相关性方面的临床意义。ECVCT升高与心力衰竭住院、重大不良心脏事件和/或全因死亡风险增加相关，在多种心血管疾病的干预后病例中同样如此。
Mergen等人的一项最新研究确认了在PCD-CT中进行ECV测量（ECVPCD-CT）的可行性，通过对30名接受PCD-CT进行术前规划的重度主动脉狭窄患者的LE扫描中的碘比率进行测量。然而，该测量与ECVCMR测量没有进行比较。相比之下，Aquino等将29名因多种心血管指征接受CMR的患者的PCD-CT结果与CMR匹配，显示ECVPCD-CT与ECVCMR之间的强相关性（r = 0.82-0.91，p < 0.001）和良好的可靠性（组内相关系数0.81-0.90）。这些结果表明，ECVPCD-CT可以作为ECVCMR测量在心血管成像中的一个合适替代。展示了LEPCD-CT和ECVPCD-CT与LECMR图像的比较示例。
最近被诊断为心肌梗死的 59 岁女性的短轴位光子计数探测器 CT（PCD-CT，a 和 b）和心血管磁共振图像（c 和 d）。图像 a 显示的是 PCD-CT 左心室细胞外容积 (ECV) 图，基底内外侧段的 ECV 有局灶性增高。图像 d 显示短轴 cine 图像（使用钆后），其中观察到基底内外侧段信号强度增加和区域室壁运动异常，表明发生了心肌梗死。
PCD-CT作为一种新型成像技术，展现了良好的前景，尤其是在心脏成像方面。
其中一个可能性是利用PCD-CT改善定量斑块特征化。与参考标准重建相比，PCD-CT的超高分辨率（UHR）模式显示出更低的总斑块体积和钙化斑块成分。添加光谱信息可能改善使用虚拟单色成像（VMI）重建的斑块量化。然而，需要标准化协议来确定哪些VMI最适合用于斑块体积评估。通过将高分辨率和光谱信息结合，PCD-CT能够详细描述斑块特征，包括富含脂质的坏死核心、点状钙化和斑块溃疡。这种详细的特征描述为评估斑块脆弱性和破裂风险提供了有价值的见解，这在确定患者预后和优化治疗策略中至关重要，即使是在无症状患者中也同样适用。
PCD-CT还可能在心包脂肪组织（EAT）成像中发挥作用。冠状动脉周围EAT的密度和范围作为血管炎症的标志，似乎对不良心脏事件具有预测价值。Mergen等人开展了一项研究，在一个模型中评估了不同VMI能量水平下PCD-CT对冠状动脉周围EAT的衰减测量。70 keV的VMI重建在与传统120 kV CT相比时，提供了最精确的脂肪衰减估计。在Risch等人的一项研究中，从PCD-CT血管造影数据集中得到的虚拟平扫重建与真实平扫系列相比，提供了一致的EAT体积测量，从而减少了辐射剂量和获取时间。这些发现可能有助于标准化冠状动脉周围EAT的评估。
多项研究已调查心肌灌注CT的可行性，表明其与CMR灌注成像相比具有类似的准确性。然而，碘图的评估可能由于束硬化和其他伪影而受到限制。PCD-CT可能通过减少这些伪影以及其提高的空间和时间分辨率而展现优势。将CT灌注与冠状动脉CT（CCTA）和延迟增强（LE）成像结合，在中度狭窄患者中（当血流动力学意义不确定时），有助于在一次PCD-CT检查中评估心肌缺血、冠状动脉解剖和心肌组织生存能力。这为关于再血管化的临床决策提供了一站式服务。在一项案例报告中，Polacin等人通过平扫PCD-CT检测到低密度心肌，并在来自PCD-CT血管造影图像的双能碘图中观察到相同区域的碘浓度降低，与在LECMR上可视化的缺血性透壁瘢痕相对应。
在瓣膜介入的术前和术后成像中，使用PCD-CT也可能引起关注。在术前规划中，更高的空间分辨率和减少的晕状伪影使得能够可靠地描绘重要的解剖结构。特别是在接受经导管主动脉瓣植入术（TAVR）的患者中，将LEPCD-CT纳入其术前扫描协议甚至可以提供预后见解。LEPCD-CT可以帮助检测该人群中合并的心脏淀粉样变性。其识别具有预后意义，可能影响治疗策略。另一方面，在瓣膜介入的术后成像中，PCD-CT的其他优势也很有价值，例如金属伪影减少和光谱重建。这些方面有助于解决植入瓣膜中不断增加的梯度所带来的诊断困境，使得能够更准确地评估植入瓣膜，并区分术后并发症，如血栓和绒毛形成、生物瓣膜退化性疾病和心内膜炎。
另一个由PCD-CT技术应用带来的预期前景是可能实现对比剂和辐射剂量的减少。Yu等人的研究表明，PCD-CT下的碘对比剂与水的对比噪声比比传统CT提高了25%。这意味着降低对比剂中的碘浓度可能足以实现充分的腔道可视化。PCD-CT相关的增强对比噪声比可能导致辐射剂量的减少。多个研究已检验这一假设，表明辐射水平减少范围在30%至60%之间。上述PCD-CT的可能结果不仅改善了图像质量，还可能有助于减少临床成像程序中与对比剂和辐射暴露相关的风险。
然而，与PCD-CT在心脏成像中的应用相关的某些限制值得提及。尽管登记系统可以提供关于PCD-CT诊断性能的见解，但需要大规模的临床试验来建立其临床效用和影响。这些研究对于探讨PCD-CT等先进技术是否能够减少下游测试、提高成本效益和通过更好的风险分层与个性化治疗方法改善患者结果至关重要。各中心的成像协议和后处理技术标准化对于重现和比较结果是必不可少的。PCD-CT扫描仪的可用性相对有限且成本较高，因为生产仍处于相对早期阶段。随着PCD技术的逐步成熟，生产成本可能会下降。
PCD-CT所提供的扩展可能性强调了心血管放射科医师与成像心脏病专家之间加强合作的必要性。这种合作对于识别相关指征、正确解读PCD-CT图像以及定义适当的PCD-CT扫描协议至关重要。
展望未来，组织特征化，特别是通过将UHR成像与光谱信息结合，以及术前和术后成像将变得越来越重要。PCD-CT在不影响图像质量的情况下降低辐射剂量和对比剂体积的潜力，提高了患者安全性。这项技术可以减少对侵入性程序和进一步检查的需求，从而改善患者结果并优化医疗资源的利用。
文献原文：Sharma SP, Lemmens MDK, Smulders MW, Budde RPJ, Hirsch A, Mihl C. Photon-counting detector computed tomography in cardiac imaging. Neth Heart J. 2024 Nov;
DECT成像的未来
双能CT（DECT）技术正不断演进，以提升其临床价值（参见XI区：CT能量成像五十年（1971-2021）：从双能量到多能量的探索；双能量CT入门；双能量CT成像设备的16个问题）。未来的DECT发展将重点改善双能成像工作流程，以便更高效地解读图像。以下是DECT技术未来可能的发展方向：
未来DECT技术的发展将关注于优化成像工作流程，以减少图像数据集的繁杂和处理时间。当前，DECT成像需要使用瘦客户端服务器来处理大量图像数据，这延长了扫描解释的时间。需要优化DECT协议，仅包含关键的图像序列，减少冗余数据集。跨平台分析方法的发展可以显著减少平台间的变异性，实现技术标准化。
人工智能（AI）正在对双能量成像的各个方面产生重大影响。AI将自动化DECT过程中的许多关键环节，如患者定位、扫描时机和剂量减少，以及图像的生成和修改（如重建、去噪、提高分辨率）。AI算法可以通过估计缺失的投影数据来完成数据，从而改善图像质量。深度学习（DL）重建可以填补稀疏光谱CT中的缺失视图，显著降低辐射剂量。对于双源DECT扫描，DL还可以在测量场之外推断信息，从而扩展扫描范围。
AI还可以减少图像噪声，提高DECT成像质量。目前的材料分解技术受限于图像噪声和伪影，AI技术可以改善材料分解性能，增强低碘浓度的检测能力。AI在临床实践中还显示出在肿瘤检测、特征描述、分期和预后评估中的潜力。
DECT成像中的热测量和参数图生成。未来，AI驱动的后处理技术将应用于DECT成像，包括基于DECT的热测量和从常规CT获取DECT参数图。虽然双能成像依赖昂贵且不广泛可用的CT系统，但最近的DL进展允许使用常规CT扫描仪生成DECT参数图，从而大大扩展了这一技术的应用范围。
DECT提供有关组织组成和生理状态的定性和定量信息。在肿瘤学领域，这些参数可能在肿瘤管理中发挥关键作用，包括诊断、特征描述、分级、评估肿瘤侵袭性、分期、病理和分子分型（如ki-67、PD-L1表达、HER-2状态、K-RAS突变等）、预后和预测价值、治疗计划、响应评估及随访。
定量肿瘤生物标志物包括碘浓度、Zeff值和HU值。尽管生理碘摄取数据仍然稀少，但已发现碘浓度与血容量和血流等灌注CT派生参数之间存在显著相关性。碘浓度可能是疗法引起的肿瘤灌注变化的替代标志物。
与单能量 CT 相比，DECT 在诊断和评估炎症性肠病（尤其是克罗恩病）的病情严重程度方面具有明显优势。低能量级（45 千伏）单色重建（a）和彩色编码碘图（b）分别显示回肠末端增强和碘浓度增高（橙色和白色箭头），这与克罗恩病患者的活动性炎症有关。
计算技术的进步还促进了高通量定量特征提取的开发，将图像转化为可挖掘的数据，并分析大量CT图像数据以支持决策。放射组学和放射基因组学是创新的定量成像方法，利用计算机算法从放射学图像中提取和分析大量定量特征。尽管放射组学和放射基因组学在多个领域显示出应用潜力，目前关于DECT扫描生成的丰富定量数据集的应用仍然较少。
未来技术：光子计数CT（PCCT）。光子计数CT（PCCT）代表了CT技术的新阶段。这一新兴技术使用光子计数探测器将单个入射光子直接转换为与光子能量成比例的电信号。PCCT有潜力克服DECT成像的一些局限，提高材料分解能力，支持多种对比剂的使用，过滤图像的电子噪声，并增加空间分辨率。目前，光子计数技术在心血管、胸部和肌肉骨骼应用中已显示出临床优势。结合超高空间分辨率和光谱能力，预计PCCT将在光谱分离和未来应用方面优于DECT。
随着这些技术的不断进步，DECT成像的临床应用将变得更加广泛和精准。
心血管与胸部应用
肺栓塞（PE）是因肺动脉系统被栓子阻塞所致，是心血管死亡的重要原因之一，在美国每年导致超 30 万人死亡。严重 PE 患者的主要死因是右心室功能障碍（RVD），由急性压力过载引发，RVD 及血流动力学不稳定与不良预后和早期高死亡率相关。PE 还可能导致慢性肺动脉高压。
CT 肺动脉造影（CTPA）是疑似 PE 患者的一线诊断技术，敏感性和特异性高，在欧洲心脏病学会指南中具有重要地位。并且，CTPA 在评估 PE 患者预后方面也有潜在价值，可帮助识别需要积极治疗或密切观察的患者。
为评估肺动脉树内血栓阻塞程度，有多种指数被提出。Walsh 和 Miller 最早提出适用于螺旋 CT 的血管造影评分。随后，Qanadli 等提出 CT 阻塞指数（CTOI），通过计算各动脉得分之和除以 40 并转化为百分比来评估，该指数将患者分为高风险（CTOI≥20）和低风险（CTOI<20）亚组。Mastora 等描述的指数与 CTOI 类似，且与超声心动图的一些发现相关。目前，Qanadli 指数常用于评估急性肺栓塞（APE）的严重程度。
多项研究表明，肺阻塞指数在评估 PE 患者风险方面有重要作用。Faghihi Langroudi 等发现，CTOI 与 APE 患者心房大小有关，高血栓负荷与较小左心房和较高右心房 / 左心房比值相关。Praveen Kumar 等研究显示，CTOI 是 PE 患者 RVD 的强独立预测因子，与多种增加发病率和死亡率的变量线性相关，有助于准确分层选择治疗方案。Rotzinger 等报道，排除心肺合并症或肺肿瘤患者，CTOI 大于 40% 的 PE 患者死亡率显著高于 CTOI 小于 20% 的患者。利用人工智能等计算机辅助技术可提高血管阻塞指数评估的可靠性，减少数据分析时间和成本。
在评估PE预后时，RV/LV比值是一项关键指标。测量时需在心脏短轴平面获取右心室（RV）和左心室（LV）直径，进而计算两者比值。当CTPA中RV/LV短轴比值>1时，表明右心室后负荷因急性栓塞而增加，这是RV功能障碍的一个重要替代指标。多项研究都对其预测价值进行了验证，如Ayoz等学者的研究发现，RV/LV>1的患者肌钙蛋白水平更高，这意味着心肌损伤更严重，而肌钙蛋白水平升高与不良预后密切相关。Cho等的研究进一步表明，该比值大于1会使患者入住重症监护病房的风险增加2.4倍，直接体现了其对不良临床事件的预测能力，为临床及时干预提供了重要参考。
患者右肺上叶肺动脉在平扫（A）和增强（B）轴位扫描中存在脂肪填充缺损。（C）CT肺动脉造影（CTPA）显示右心室（RV）与左心室（LV）直径比值的测量方法；该患者的测量值为1.26。（（D），箭头所示）造影剂反流至肝静脉（III级）。
主肺动脉（PA）直径及PA与升主动脉的比值能够反映肺动脉高压的情况，在PE预后评估中具有重要价值。研究发现，因PE死亡的患者，其PA和主动脉直径显著大于存活患者。Lyhne等的研究数据显示，发生不良结局患者的PA直径中位数为29.9mm（CI 21.8 - 32.4mm），并且PA直径增加会导致严重不良事件。这表明PA直径的变化与PE患者的病情严重程度和预后密切相关，临床医生可通过监测PA直径，及时发现潜在风险，调整治疗策略。
患者右肺上叶和下叶肺动脉分支存在栓塞（A），右肺上叶亚段分支也有栓塞（（B），箭头所示）。可见肺动脉主干扩张（35.4mm）（C）以及多处肺梗死（（D），箭头所示）。
Cozzi等的研究揭示了冠状窦直径与PE预后的关系。当冠状窦扩张（>9mm）时，患者30天内全因死亡风险增加（p<0.05）。与RV/LV比值相比，冠状窦直径受心脏周期、收缩运动伪影或心脏疾病变化的影响较小，具有相对稳定性。这一特性使得它能够为预测疾病结局提供额外的、有价值的信息，帮助临床医生更全面地评估患者的预后情况。
静脉直径增大及栓塞情况。一名中年男性，双侧肺动脉血管壁附着巨大偏心性栓子（A - C）。（D）冠状窦扩张（箭头所示），该患者冠状窦测量值为21mm。奇静脉扩张（12.7mm）（E）。
对比剂反流至下腔静脉（IVC）是右心衰竭的继发表现，通过对反流程度进行量化，可用于评估PE预后。反流程度分为三级，多项研究表明，IVC对比剂反流与不良预后呈正相关。Ayöz等的研究数据极具说服力，在死亡患者中，有81.3%存在IVC反流；并且，他们还发现RV/LV比值>1的患者IVC反流出现得更频繁（p=0.025）。这说明IVC反流不仅是右心衰竭的表现，还与患者的死亡风险密切相关，为临床判断病情提供了直观的影像学依据。
正常情况下，室间隔向RV弯曲，但当右心压力增加时，室间隔会向LV移动。然而，室间隔弯曲预测RV功能障碍的特异性虽高达100%，敏感性却仅为26%。不同研究对其预测价值的结论存在差异。Shayganfar等发现，在高风险PE患者中，异常室间隔形态更为常见（p<0.01），提示室间隔形态变化可能与PE病情严重程度有关；但Lyhne等却未能证实室间隔向左弯曲与急性PE患者临床恶化风险增加存在正相关（p=0.055）。这种差异可能与研究对象、研究方法等多种因素有关，也表明在临床应用中，不能单纯依靠室间隔移位来评估PE预后，需结合其他指标综合判断。
血栓栓塞阻塞导致肺血管阻力突然增加，可引发RVD和衰竭，进而使肺静脉回流减少，导致左心房（LA）充盈不足。多项研究验证了LA大小可作为PE患者的预后指标。Guo等通过研究发现，LA的左右径和前后径与PE预后呈正相关，即LA尺寸的变化能在一定程度上反映病情的严重程度。Aviram等的研究则聚焦于LA体积，结果显示LA体积62mL的患者（8.9%），差异具有统计学意义（p<0.001）。这进一步明确了LA体积在预测PE患者死亡率方面的重要作用，为临床评估提供了具体的量化指标。
肺动脉扩张性（PAD）是评估肺动脉高压的敏感且特异性标志物，其测量具有明确的方法和要求。通过公式“PAD=([Ss-Sd]/Sd)/(SBP-DBP)”可计算PAD，其中Ss和Sd分别代表最大和最小管腔面积，SBP为收缩压，DBP为舒张压。测量需在主PA特定位置，即其起始点与分叉点中间位置的截面进行，且要保证截面在轴向和冠状面均垂直于主PA的纵轴。利用心电图门控回顾性CTPA评估PAD，不仅能够反映肺动脉的弹性变化，还可为心脏功能评估提供信息，有助于对APE进行风险分层，为临床制定个性化治疗方案提供重要依据。
冠状动脉钙化是冠状动脉疾病的重要决定因素，在疑似PE患者进行CT检查时，发现冠状动脉钙化的概率相对较高。虽然目前相关研究较少，但已有研究揭示了其与PE预后的关联。Heidinger等发现，严重或中度冠状动脉钙化分别与PE相关的30天死亡率9.5%（p=0.049）和6.7%（p=0.033）存在关联，表明冠状动脉钙化程度越严重，患者在短期内因PE死亡的风险越高。Ng等研究则显示，确诊PE患者的长期全因心血管死亡率比无心血管疾病患者高2.2倍，进一步强调了冠状动脉钙化在评估PE患者心血管死亡风险方面的重要性，提示临床医生在评估PE预后时，不能忽视冠状动脉钙化这一因素。
根据近期研究，与单能量CT相比，使用双能量计算机断层扫描（DECT）等新型CT技术，能以更低的对比剂剂量和辐射量提供更多信息。通过单能量图像重建，在使用少量对比剂的情况下，血管的衰减以及对比噪声比都能得到改善。
DECT可同时评估肺部碘的血管和实质分布情况，从而在不过量增加辐射剂量的情况下观察到灌注缺损。一些学者认为，在CTPA中加入DECT可提高对周围肺内血栓的检测能力。Weidman等人的研究表明，DECT碘图能够检测出1%在其他情况下可能漏诊的小肺栓塞。多项研究显示，灌注缺损、右心室功能障碍（RVD）的迹象以及肺动脉阻塞之间存在正相关关系。另一方面，Monti等人认为，与单能量CT相比，DECT在检测急性肺栓塞（APE）患者方面并没有额外的诊断优势。
应用DECT减少对比剂用量，有助于肾功能受损的患者，而肾功能受损在肺栓塞（PE）高危人群中最为常见。然而，近年来针对CTPA也制定了一些优化技术参数的策略（例如缩短采集时间、采用低千伏峰值（kVp）协议、大螺距成像）。Silva等人对比了对疑似PE患者分别使用20mL或40mL对比剂的扫描方案，两种方案中血管对比增强均>250HU，这表明使用20mL对比剂足以评估临床疑似急性肺栓塞（APE）患者的肺动脉情况。
（A）双能量CT（DECT）碘图能够检测出左肺下叶的小肺栓塞。同时评估肺内碘的血管和实质分布情况，还能显示出舌叶（B）和左肺下叶（C）的小栓子。
CTPA 是 APE 诊断的一线工具，能高精度量化 PE 严重程度，且具有广泛可用性和快速响应时间。使用少量（20mL）对比剂也可维持排除或诊断 PE 所需的图像质量。通过分析 CTPA 的成像参数和定量 CT 评分，可预测 PE 严重程度，为临床治疗决策提供重要依据。未来，随着技术发展，CTPA 在 APE 诊断和预后评估中的作用有望进一步提升。
急性肺栓塞（PE）是一种危及生命的疾病，快速、准确的诊断对于减少死亡率至关重要。多排CT肺动脉造影（CTPA）是怀疑PE患者的首选影像学检查方法。CTPA能够清晰显示肺血管内的血栓至亚段肺动脉水平，在多项前瞻性研究中被证实具有较高的敏感性（96-100%）和特异性（97-98%）。为了在尽量低的辐射剂量下获得高质量的CTPA成像，加拿大胸部放射学会和加拿大放射学会在其2022年指南中推荐，使用至少16排探测器（更推荐64排或以上）进行CTPA扫描。随着硬件和后处理技术的发展，辐射剂量已显著降低，同时保持了图像质量。
多排CTPA是怀疑PE患者的标准检查手段。通过优化扫描参数，CTPA可获得高质量的影像，并减少辐射剂量和对比剂的使用。多排探测器CTPA采用薄准直扫描及薄层重建（1.25mm或以下），并通过单次吸气屏气进行图像采集。研究表明，使用大螺距、低管电压（kV）、低对比剂量和快速采集的大螺距CTPA扫描在非肥胖患者中可以提供足够的诊断质量。
对比研究显示，大螺距双源CTPA方案（使用20 mL对比剂，扫描时间<1秒，无需呼吸指令）在图像质量上虽逊于“标准”CTPA方案，但图像质量足够诊断需求，有效剂量也显著低于常规CTPA（1.04 mSv vs. 1.49 mSv）。文献报道的多排CTPA的有效辐射剂量范围为1.2至6.4 mSv。CTPA对胎儿的辐射暴露较低，且在妊娠期患者中应用安全。
CTPA还能检测亚段肺动脉内的充盈缺损，但对于孤立性亚段PE的临床意义和是否需要抗凝治疗仍存在争议。目前正在进行的SAFE-SSPE试验旨在评估如何管理孤立性亚段PE的低风险患者。通过测量右心室（RV）和左心室（LV）的比率等参数，CTPA还可进行PE患者的风险分层评估，从而提供对急性PE预后及慢性血栓栓塞性肺动脉高压（CTEPH）的早期检测。
I a. 49 岁男性患者，近期踝关节骨折，1 天前出现呼吸时疼痛和 D-二聚体升高，怀疑肺栓塞（PE）。轴位 CTPA 显示右下叶后侧和外侧基底节段动脉有节段性 PE（白色箭头）。患者右下叶有一些节段性和亚节段性 PE，舌叶和中叶也有一些亚节段性 PE。b. 同一患者，显示肺动脉直径正常（24 mm），与主动脉直径（35 mm）的关系也正常。
II a. 39 岁女性患者，急性呼吸困难，D-二聚体大于 4000，怀疑患有 PE。CTPA 轴位切面显示左、右肺动脉中央大面积 PE（白色箭头）。患者的大面积 PE 从中央延伸到所有肺野的亚段区域。肺动脉强烈扩张达 40 mm，与该年龄段正常大小的主动脉 28 mm相比，很容易发现。b. 严重的 RV 应变迹象，右心室强烈扩张，RV/LV 比值（远远）大于 1。c, d. 同一患者在同一水平的碘减影图，显示不均匀灌注。
双能量CT（DECT）通过两种不同的X射线光子能谱来描绘组织的衰减特性，从而获取比单能量CT更丰富的物质组成信息。DECT生成的虚拟单色图像可用于提高对比噪声比并减少PE评估中的对比剂需求。DECT碘分布图可用于评价灌注缺损，研究显示其能够检测到CTPA上未见的额外段或亚段PE。（更多内容参见XI区：双能量CT在肺栓塞中的应用）。
减影CT也是一种评估CTPA灌注的手段，通过从对比增强图像中减去预先采集的无增强图像来生成运动校正的碘分布图。加上碘图后，CTPA可更好地直观显示肺灌注，在一项研究中显示与DECT碘图相比，减影CT碘图在特异性上有小幅提升。然而，减影CT碘图的临床应用价值可能有限，且大规模前瞻性研究仍需进一步探索其在诊疗中的作用。
光子计数CT（PCCT）作为一种新兴CT技术，采用能量分辨的光子计数探测器（PCD），与传统的能量积分探测器（EID）相比，PCD能够识别不同能量的单个光子。PCCT具有提高空间分辨率、减少噪声、增强对比度并降低辐射剂量的潜力，还允许使用替代对比剂。在一项临床研究中，PCCT在图像质量和辐射剂量方面优于传统的192排双能量CT（EID）扫描仪（1.4 mSv vs. 3.3 mSv），并减少了对比剂的用量。未来需进一步的前瞻性研究来验证PCCT的潜力。（更多关于PCCT的内容参见XI区：光子计数CT丨发展简史，物理原理与临床优势）。慢性血栓栓塞性肺动脉高压（CTEPH）PCCT成像。在PE诊断中，CTPA已成为标准手段，并随着技术进步不断优化。多排CTPA、PCCT和DECT在图像质量、辐射剂量和对比剂需求方面的改善推动了PE影像学的发展。人工智能的引入以及碘分布图和减影CT的辅助应用，为PE的准确诊断提供了新的可能性。未来的研究应进一步验证这些新技术在临床实践中的应用价值和可行性。
文献原文：de Jong CMM, Kroft LJM, van Mens TE, Huisman MV, Stöger JL, Klok FA. Modern imaging of acute pulmonary embolism. Thromb Res. 2024 Jun;
双能CT（DECT）的概念早在CT技术初期就已被提出，因为X射线的衰减与其能量密切相关（参见XI区：CT能量成像五十年（1971-2021）：从双能量到多能量的探索）。然而，直到2006年西门子推出首台专用DECT扫描仪SOMATOM Definition，DECT才开始在临床常规中使用。该扫描仪利用两个相互偏移90°的球管-探测器对，以两种不同的管电压进行扫描，从而获取两个不同能量谱的吸收特性（参见XI区：双源CT的技术原理与临床应用）。此后，多种DECT方法相继提出，这些方法不仅提升了标准CT图像的质量和辐射剂量效率，还支持了基于DECT技术的特定图像重建，显示出在不同临床任务和科学应用中的优势。目前市场上已有多种双能技术的商业实现（参见XI区：要实现双能量成像，有几种方法？
现有不同 CT 技术的示意图概览，包括传统、双能量和多能量 CT。在临床常规中，双能CT（DECT）重建技术有助于从图像中提取有用的信息，尽管每种DECT系统都有其优缺点（参见XI区：双能量CT的实现方法）。所有DECT系统都支持材料分解，以获取碘的信息以及低、高keV X射线光子数据的线性混合。材料分解基于X射线的衰减与其能量以及吸收材料的组成之间的关系，模拟了光电效应和康普顿散射对材料原子序数和物理密度的依赖。该技术可以通过确定特定材料的衰减系数作为两个或三个基物质衰减的线性组合来实现。然而，材料分解也存在固有的局限性，如光谱重叠可能导致混淆材料的错误表现，以及容积中的混淆材料可能引起对目标材料的错误定量。
碘图像允许选择性地描绘与碘相关的X射线衰减成分，并可以进行绝对定量（以毫克每毫升为单位）。通过从传统图像中减去碘图像，可以获得虚拟平扫（VUE）图像，这些图像能够更准确地表示真正平扫的成像特征。碘含量也可以通过重建融合图像的方式进行可视化，其中功能信息以颜色编码的形式叠加在形态学或解剖学重建图像上。材料分解同样可用于尿酸成像，如痛风和尿路结石的成像。
虚拟单色图像（VMI）通过线性混合低能量和高能量信息或进行外推来近似单能X射线成像的衰减特征，能量范围从40 keV到140-200 keV不等。VMI可以根据其能量谱分类为低能量VMI（40-60 keV，VMI_low），显示出更大的软组织和碘对比度，或高能量VMI（>90 keV，VMI_high），减少线束硬化。中等范围的VMI（如65到70 keV）被建议作为120 kVp多色图像的等效物（参见XI区：DECT单能谱图的临床应用）。虚拟去钙图像、电子密度图像和Zeff图像也在研究中，这些图像对放射治疗计划有用，虚拟去钙图像能帮助描绘骨髓水肿或肿瘤中的细胞浸润。
低能量虚拟单色图像（VMI）的灰白质分辨率提升（50-65 keV），具有减少辐射剂量的潜力。改善对低密度（如缺血）和高密度（如出血）脑病变的可视化。
减少在接受颅内弹簧圈和/或夹闭治疗的患者中的伪影（优化的keV水平需要根据周围血管（较低）或脑实质（较高）的评估进行调整）。
图像示例显示，与传统图像（CI）相比，不同能级的双能 CT 导出虚拟单色图像（VMI）的灰白质分化得到改善，对比度提高，脑内出血更加明显（中图），脑梗塞的轮廓更加清晰。
使用高能量虚拟单色图像（或与专用金属伪影减少算法结合）减少骨科植入物患者中的伪影。DECT衍生的尿酸叠加图像用于描述痛风患者的尿酸沉积。
在低能量虚拟单色图像中改善对肺栓塞的评估。使用低能量虚拟单色图像恢复对比不足的血管造影相检查中的诊断图像质量。
评估对比剂泄漏（如在内支架评估中）和血管壁血肿。在低能量/碘图像和虚拟平扫图像中分别进行评估。
疑似肺栓塞患者。传统图像显示，由于肺动脉对比度不理想，可视性受到严重影响。40 keV的虚拟单色图像（VMI）通过增加肺动脉的碘对比度挽救了诊断质量，使肺栓塞的分界更加清晰。
关键临床应用：肿瘤学及特定脏器成像。低能量VMI作为癌症患者低密度和高密度肝病变筛查工具。
使用碘图增加对小型低密度肝病变囊性特征的判定信心。
使用碘图和虚拟平扫图像对模糊肾病变进行囊性与增强的鉴别。
使用虚拟平扫图像识别偶然发现的腺瘤（查阅文献以获得扫描仪特定的调整阈值）。
在碘叠加图像中检测骨骼肌转移瘤（对于具有较高前测试概率的患者）。
使用低能量虚拟单色图像减少对比剂用量，以减轻碘对比剂的衰退。
由双能 CT 导出的用于区分肾上腺腺瘤（上排）和肾上腺转移瘤（下排）的实际平扫图像。
双能CT已经对各种潜在应用进行了广泛的科学评估。最常用的重建方式包括虚拟单色图像以改善对比度，碘图以量化成像时的灌注，以及虚拟平扫图像以近似真实的平扫扫描。这些应用中有些在临床实践中具有重要的益处，而其他则在初步研究中显示出潜力，但仍需进一步验证。
文献原文：Lennartz S, Zopfs D, Große Hokamp N. Dual-energy CT revisited: a focused review of clinical use cases. Rofo. 2024 Aug;
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