医学影像技术体系 · 第 16 卷 / 共 44 卷

神经血管、像素效应与设备演进

本卷导读

讨论光子计数 CT 在神经血管、头颈与全身血管中的应用，解释小像素效应与矩阵选择，并汇总设备研发与临床研究进展。

知识结构

  1. 临床研究、设备与特殊应用
    • 心脏CT在临床中究竟扮演了什么角色
    • 新型医疗技术介绍丨光子计数CT：高分辨率，低辐射
    • 可以看到细胞水平的Hip：CT，距离商用还有多远
  2. 像素效应与矩阵选择
  3. 神经血管与头颈应用

临床研究、设备与特殊应用

1. 心脏CT在临床中究竟扮演了什么角色

冠状动脉CT血管造影（CCTA）已经被引入临床实践，并且现已被许多国际指南作为一线检查手段评估疑似冠心病（CAD）患者。CCTA的推广使其成为评估CAD的无创评估中的一个重要手段。在这种背景下，它可能被视为一种竞争者，也可能被视为一种比较工具，或与现有的评估方法互补。然而，CCTA也存在一些局限性，需要理解这些局限性以避免在不适合的患者群体中不恰当地使用。正确使用CCTA可以提高患者的诊断、风险分层和管理。

对于首次出现稳定性胸痛的CAD患者，CCTA与SPECT和PET灌注成像等功能检查竞争。CCTA具有出色的操作特性，即使在使用64层CT的初步研究中，识别冠状动脉狭窄≥50%的诊断准确性也是出色的。CCTA显示出较高的综合敏感性（98%），相比于压力超声心动图、心脏磁共振成像（MRI）和单光子发射计算机断层扫描（SPECT）在诊断阻塞性CAD方面具有合理的特异性（79%），这与其他方法相当。CCTA在排除疾病方面表现优异，但由于高假阳性率可能导致进一步的检查。

在CABG患者中，CCTA的表现也非常稳健，能够检测到旁路移植物的狭窄和闭塞。在一项评估64层CCTA诊断准确性的荟萃分析中（包括12项研究，共纳入959人），对于移植物闭塞的综合敏感性和特异性均为99%，而对于移植物中≥50%狭窄的敏感性和特异性均为98%。

基于现有证据，英国国家健康与临床优化研究所（NICE）、美国心脏病学会（ACC）和欧洲心脏病学会（ESC）指南均推荐CCTA用于稳定性胸痛的诊断评估。在ACC、美国胸科医师学会和影像学会的联合指南中，CCTA被广泛用于诊断、风险分层和治疗指导，适用于中高风险的稳定性胸痛患者。ESC指南还建议在症状性稳定性胸痛患者中使用CCTA，对于临床评估无法排除阻塞性CAD的患者尤为适用。

CCTA具有独特的无创可视化冠状动脉粥样硬化斑块并表征其特征的能力，这有助于识别易损斑块并预测未来的不良心血管事件。正性（Glagovian）重构、低密度斑块（脂质/坏死核心）、点状钙化和餐巾环征（脂质丰富核心周围的高衰减边缘）与未来的急性冠状动脉综合症有关。高风险斑块特征与急性冠状动脉综合症的风险增加8.9倍相关，即使在调整了风险因素和解剖狭窄（≥50%）后也是如此。

Goehler等人发表了一项成本效益分析，比较了早期CCTA与标准护理、指南导向管理和早期出院后的门诊检查。CCTA能够准确识别阻塞性CAD，但增加了血运重建率。尽管短期成本增加，但CCTA在长期增量成本效益比方面优于标准护理，每质量调整生命年（QALY）的成本约为50,000美元。

除了诊断外，CCTA还具有预后价值。这在多个CONFIRM注册研究的子研究中得到了广泛研究。结合NCEP ATP III评分和近端段阻塞性狭窄及钙化或混合斑块数的风险评分模型被提出，用于预测死亡风险，显示出在所有临床风险评分识别的风险组中改进了预后，并使样本人群的净重分类约为三分之一。

然而，在无症状个体的6年生存分析中，解剖学因素相比于传统风险因素表现更好，但与结合风险因素和CAC评分的联合使用相比，没有显著增量价值。

尽管CAC评分是预后的一种有用工具，但CAC评分为0并不总是能预测疾病的程度或不良结局。Villines等人指出，其样本人群中13%的CAC评分为零的患者有非阻塞性CAD，3.5%的患者有≥50%的狭窄。在中位随访2.1年期间，3.9%的阻塞性狭窄患者经历了不良事件，而无CAD患者的这一比例为0.8%。即使是微弱的CAC（CAC评分<1）也与主要不良心血管事件（MACE）的风险增加有关，风险增加2.4倍。

从CCTA衍生的评分系统也具有预后价值。在一项前瞻性研究中，2076名患者被纳入，CCTA衍生变量的预后价值在平均随访16±8个月的时间内被研究。总斑块评分（TPS）（具有任何斑块的可评估段数）相对于临床风险预测指标、CAD严重程度（无CAD、非阻塞性、非高风险阻塞性和高风险阻塞性CAD）和左心室射血分数（LVEF）具有增量价值，可预测全因死亡和非致命心肌梗死，净重分类指数为27.1%。在随访研究中，CCTA预后价值的长期稳定性得到了验证。当与临床风险因素结合时，存在非阻塞性CAD（TPS≥5）、非高风险和高风险阻塞性CAD以及具有阻塞性CAD的血管数量与全因死亡+非致命心肌梗死和心脏死亡+非致命心肌梗死的风险增加相关。

CCTA的预后价值似乎与ICA相似。荟萃分析显示，ICA和CCTA在心肌梗死、中风、全因死亡率或心血管死亡率方面没有显著差异。

在CAC评分和CCTA变量的预后价值中，性别差异是一个重要考虑因素。尽管女性阻塞性CAD的发生率、斑块负担和冠状动脉钙化程度较低，但她们的心绞痛发作次数更多，死亡率也高于男性。这些差异可能部分由症状变异、生理差异、更弥散的动脉粥样硬化以及更高的微血管功能障碍发生率解释。

MESA研究深入调查了年龄、性别和种族的影响。结果显示，当年龄和心血管风险因素匹配时，女性的冠状动脉钙化少于男性。然而，女性中与高心血管死亡率相关的斑块钙化特征与男性相似，仅检测到钙化斑块就使女性人群的风险增加了1.3倍。这些数据表明，有必要使用性别调整变量进行风险分层，并在女性患者中进行相应的积极风险因素修正和治疗。

CCTA的预后价值在CABG和PCI患者中也得到了验证。在CABG患者中，移植物狭窄/闭塞和未再血管化的冠状动脉区域的评估可预测患者结局。在单中心研究中，CAD严重程度与MACE发生率呈递增关系，随着历史PCI患者阻塞性CAD血管数量从0增加到3，MACE发生率显著上升。

在选择非侵入性检查以评估疑似冠心病时，不应凭经验决策，而应基于患者因素、当地专长和成像设备的可用性。在PROMISE试验中，10003名患者被纳入，比较了CCTA和功能成像在侵入性评估需求、累积辐射暴露和不良事件发生率方面的效果。在CCTA组中，ICA的使用率较低（3.4% vs. 4.3%），且90天内所有程序的累积辐射暴露也较低。然而，临床终点的发生率在两组之间相似。

在确诊冠心病患者中，当CCTA可能不具诊断性时，应优先选择功能检查。Small等人发现，与SPECT相比，CCTA在CABG患者中的下游检查更多，支持某些患者可能受益于功能检查。然而，CCTA仍能在明确有意义的CAD时提供重要信息，如在指导进一步的治疗策略方面。

CCTA和功能检查具有互补作用。CCTA能提供冠状动脉解剖信息，而功能检查（如核素心肌灌注成像、压力超声心动图和心脏磁共振成像）能评估心肌的血流动力学影响。在这种情况下，两者结合可以提供更全面的CAD评估。

在FAME试验中，结合CCTA和功能检查能够更准确地指导冠状动脉介入治疗（PCI）。研究发现，当基于功能检查而非解剖学指导PCI时，患者的结局更好，显示了功能检查在决定是否进行介入治疗中的重要性。融合CCTA和功能成像的数据也有助于识别哪些患者最有可能从再血管化中获益，从而优化治疗策略。

尽管技术改进提高了诊断的准确性，但冠脉计算机断层扫描（CCTA）仍受到空间和时间分辨率有限、钙化严重、冠状支架、血管大小等因素的限制，尤其是在心率较高、心律失常、屏气困难或不良体型等情况下，可能会面临进一步的挑战。

目前广泛使用的CT扫描仪在空间分辨率上达到0.5-0.625毫米，而在单源扫描器中，时间分辨率可达到125毫秒，在双源扫描器中可达到66毫秒，旋转时间为0.25秒。这一分辨率仍然远远低于冠状动脉造影术（ICA），这表明CCTA目前无法取代ICA。然而，考虑到有相当一部分接受ICA检查的患者最终并未被确诊为阻塞性冠心病，CCTA在患者选择中仍然起着重要作用。与临床预测因素相比，使用非侵入性检测指导下决策时，通过ICA诊断阻塞性或非阻塞性冠心病的可能性更高。

CCTA的低空间分辨率限制了评估，特别是在小动脉和钙化段，由于体积平均，这一限制可以由运动加剧。根据CORE-64试验的一般队列的分析，广泛的钙化影响了CCTA的阴性预测值。钙化评分≥600会将可视评估的阴性预测值从81%降低到63%。另一方面，广泛的钙化可能与缺血相关，并应提示进一步调查。Premaratne等人报告，在36个月的中位随访期内，由于广泛的钙化导致CCTA取消而接受额外检查的患者的全因死亡率和心肌梗死率明显较低（9.7% vs 22.4%，p = 0.001）。

对于已植入支架的患者进行成像是CCTA面临的另一个诊断挑战。放大效应、光束硬化和心脏运动造成的伪影是主要限制因素，获得诊断性图像高度依赖于支架大小、位置、重叠和支架厚度，以及传统约束条件。尽管后期处理方法改善了支架内腔通畅性的评估，但目前的证据表明，CCTA不应是评估直径小于3毫米的支架的首选模式。

每个中心的诊断准确性可能不尽相同，这可能取决于硬件、维护、当地人口的特征以及当地的专业知识。

受空间分辨率相对较低的限制，部分容积效应概念的示意图。A. 存在钙化斑块时会高估血管狭窄程度。B. 容积成像对小钙化血管的影响更为明显。这里显示了不同的容积平均模式，取决于血管的位置和体素配置。

尽管CCTA在诊断和预后评估中的价值已被证明，但其局限性不容忽视。CCTA在某些患者群体（如心率较高或存在严重钙化的患者）中的图像质量可能受到影响。CCTA的高辐射剂量也是一个重要考虑因素。虽然新技术有所改善，但仍需谨慎使用，特别是在年轻患者中。

未来的研究方向包括进一步优化CCTA的技术、减少辐射剂量以及开发更精准的风险预测模型。随着人工智能和机器学习的应用，CCTA的图像分析将更加自动化和精确，从而提高诊断的准确性和效率。结合CCTA和功能测试的多模态影像技术将提供更全面的CAD评估，有望改善患者的管理和预后。

具体来说，光子计数CT（PCCT）的发展具有解决CCTA当前诊断挑战的潜力。PCCT凭借其高空间分辨率、低噪声比和改进的对比分辨率，可以显著提高图像质量或降低辐射剂量（更多内容参见XI区：双源光子计数CT：心脏CT和冠脉CTA应用概述）。双能CT（DECT）系统也在不断发展，能够进一步表征心肌纹理，并通过虚拟单色成像和虚拟平扫成像等技术提供更精确的诊断信息（更多内容参见XI区：心脏双能量成像）。AI工具在CAC评分、斑块特征评估、疾病严重程度自动量化和FFR-CT测量中的应用，显著提升了CCTA的诊断性能和预后预测能力。

未来还需进一步研究基于CCTA的功能技术在缺血性无梗阻性冠状动脉疾病（INOCA）患者中的应用。鉴于INOCA的多种病因和缺乏CT功能数据，该病症可能需要CCTA与已建立的灌注成像技术相结合进行评估，从而确认是否存在应激诱发的灌注异常。

冠状动脉CT血管造影（CCTA）在CAD的诊断和预后评估中具有重要作用，且已被纳入多项国际指南。CCTA不仅能够无创可视化冠状动脉解剖，还能评估斑块特征并预测未来的心血管事件。尽管存在一定的局限性，像质量受心率和钙化的影响、辐射剂量较高等，但其在正确的患者群体中应用能够显著提高诊断准确性和临床管理效果。

CCTA与功能测试相结合能够提供更全面的CAD评估，有助于优化治疗策略。未来的研究将致力于进一步改善CCTA的技术、降低辐射剂量以及开发更精确的风险预测模型，推动CCTA在心血管疾病管理中的应用和发展。通过不断优化和创新，CCTA将在冠心病的诊断、风险分层和治疗指导中发挥越来越重要的作用。

文献原文：Omaygenc MO, Kadoya Y, Small GR, Chow BJW. Cardiac CT: Competition, complimentary or confounder. J Med Imaging Radiat Sci. 2024 Jun;

2. 新型医疗技术介绍丨光子计数CT：高分辨率，低辐射

本章旨在为医疗保健知识用户提供有关在需要CT成像的人群中使用光子计数CT (PCCT) 扫描仪的信息概览，以支持决策者就其是否适合实施和使用做出知情决策。

本报告并非系统性综述，不涉及批判性评估，也不包括研究结果的详细摘要。本报告无意就是否使用该技术提出建议。

光子计数 CT 的创新可能开创CT成像的新纪元。CT 扫描仪是诊断和监测各种健康状况以及用于介入和研究的成熟工具。自 20 世纪 70 年代开发以来，CT 扫描仪经历了许多技术进步，包括图像分辨率提高、扫描时间缩短以及能够生成增强图像（更多内容参见XI区：回望：CT五十年（1968-2018））。尽管 CT 技术在不断进步，但传统CT扫描仪仍存在局限性，其中包括会限制对植入医疗设备者诊断准确性的图像伪影（金属物体会吸收或散射X射线，导致扫描结果出现阴影或条纹）。

PCCT是一种新兴的成像模式，被称为医学成像领域的创新进步（展示了目前唯一可用于临床的全身PCCT扫描仪）。

与传统CT相比，PCCT能够以更低的辐射剂量提供更高分辨率的图像，并以更快的速度和更低的电子噪声改善组织分化。

PCCT扫描仪直接响应了ALARA辐射安全指导原则以及 "明智选择"（Choosing Wisely）和 "明智成像"（Image Wisely）等宣传活动的目标。PCCT还需进一步探索，以确定其改进是否能带来更好的诊断能力，从而证明其实施和使用的合理性。

CT扫描仪的主要部件包括X射线管、龙门架（即包括探测器在内的扫描装置）和计算机。传统CT使用能量积分探测器（EID），依靠闪烁体将X射线光子转换为可见光，然后将积分光子能量记录为电信号。PCCT使用半导体材料（如碲化镉、碲锌镉、硅）将每个入射光子直接转换为电信号，探测器电路可快速读取该电信号，对每个光子进行 "计数"。根据测量到的能量，计数的光子被分类到能量箱中，利用先进的重构技术生成具有固有光谱信息的最佳图像质量，最终提供更多可用数据。

NAEOTOM Alpha光子计数CT扫描仪的cVRT图像。

2021年9月，美国食品药品管理局（FDA）批准了NAEOTOM Alpha（西门子医疗，德国埃尔兰根）在美国临床使用。2023年10月，中国NMPA批准NAEOTOM Alpha在中国临床使用。

从已发表的研究和新闻稿中，可以了解到NAEOTOM Alpha PCCT设备至少已在以下国家安装和使用：美国、日本、德国、澳大利亚、奥地利、比利时、德国、新加坡、瑞士、英国和荷兰等。

2022年2月，OmniTom Elite（NeuroLogica Corporation，美国丹佛斯，三星电子的子公司）获得美国食品药品管理局（FDA）510(k)许可，可以在美国使用。

目前没有发现其他供应商的 PCCT 扫描仪获准在中国临床使用。

PCCT扫描仪的硬件初始成本约为传统能量积分CT的3-5倍，外加预计每年的保修费用。PCCT系统的成本可能会随着技术的普及而降低。临床医生在解读这项新技术的扫描结果时需要接受额外培训，操作人员也需要接受相对传统CT更多的培训。

常规扫描仪，可扫描身体各部位和组织，用于诊断和监测各种健康状况。临床前研究（如使用动物、模型、尸体进行的研究）和临床研究（即在人体中寻找治疗结果的研究）的研究工具。

如果从临床角度来看，PCCT是有效的，那么它将改变医疗服务。如果PCCT图像能提高图像质量，临床医生在诊断某些疾病时就会更准确、更有信心，并能观察到更多的偶然发现（如偶然瘤），从而影响患者的治疗计划。

与传统CT扫描仪相比，PCCT可使更多人群受益。

PCCT扫描仪，尤其是NAEOTOM Alpha PCCT扫描仪，比传统CT扫描仪具有更高的检查床承重能力；在需要进行CT扫描时，将有更多的人（即体重超过以前CT扫描仪限制的高体重人群）有资格接受CT扫描。例如，NAEOTOM Alpha PCCT扫描仪的最大承重能力为307千克，而传统SOMATOM Definition AS+ 和 SOMATOM Definition AS 64 CT扫描仪的最大承重能力为227千克。由于PCCT扫描所需的辐射可能比传统CT扫描少，因此对那些需要经常进行CT扫描的人，尤其是对辐射敏感的组织（例如，晶状体、甲状腺、乳腺、性腺和骨髓）来说，使用PCCT扫描可能会使他们受益。

截止2023年，共有37项主要研究发表，这些研究对人类参与者使用PCCT与其他成像模式进行了比较。大多数研究以成年人为对象，2项研究包括儿童，3项研究讨论了超重或肥胖的成年人。除非另有报告，否则临床证据均将NAEOTOM Alpha PCCT 扫描仪与传统EID CT扫描仪进行比较。使用的 EID CT 扫描仪品牌众多，包括飞利浦医疗 Brilliance iCT256、GE 医疗 Discovery CT750 HD、GE 医疗 Revolution Apex，以及西门子医疗 SOMATOM 系列（该系列是最常见用于比较的设备），包括 Definition AS、Definition Edge、Definition Flash、Drive、Force、go.Top 和 Sensation 64。

PCCT 扫描仪的主要优点之一是能够在生成的图像中实现更高的空间分辨率。

有两项研究比较了PCCT和EID CT扫描仪为儿童成像时胸部和心脏CT扫描的图像质量。

胸部CT：在一项研究中，研究作者发现在比较PCCT和EID胸部CT时，在客观或主观图像质量评分方面没有任何统计学意义上的显著差异。

心脏CT：一项针对疑似先天性心脏缺陷儿童的研究发现，与EID CT图像相比，有经验的临床医师对心脏和胸主动脉的PCCT图像的总体图像评分更高。

有32项研究比较了PCCT和EID CT扫描仪为成人成像时CT扫描（即腹部、骨骼、胸部、心脏和全身）的图像质量。

腹部CT：研究作者报告称，与EID CT图像相比，PCCT腹部扫描的主观和客观图像质量评分明显更好或相似。

骨CT：在评估骨CT时，PCCT扫描在颞骨（Somatom Count Plus 1 项研究、NAEOTOM Alpha 1 项研究）、脊柱、臀部、骨盆（Somatom Count Plus）、肩部（Somatom Count Plus）、和腕部（Somatom Count Plus）的图像质量和骨结构可视化方面得分高于EID CT扫描。

胸部CT：与EID CT相比，PCCT在用于肺部疾病筛查或监测（如肺癌筛查、间质性肺病进展监测）的胸部CT扫描中显示出相似或更好的图像质量。同样，另一项研究发现，与EID CT相比，PCCT（Somatom Count Plus）提高了放射医师观察高阶支气管和支气管壁的能力，同时不影响结节的评估。

心脏CT：在进行主动脉 CT 血管造影时，3项研究未发现PCCT与EID CT系统相比在图像质量上有显著差异。两项比较全身光谱光子计数CT（飞利浦医疗）与传统EID CT的研究发现，对于确诊或疑似冠状动脉疾病患者的冠状动脉CT血管造影，PCCT可改善客观和主观图像质量。

全身CT：有三项研究对多发性骨髓瘤患者的全身CT扫描进行了PCCT与EID CT的比较。这些研究的结果在图像质量方面存在差异：2项研究称PCCT可提供更高的主观和客观图像质量（如边缘锐利度、病变清晰度），而1项研究未发现PCCT和CT系统之间存在任何统计学意义上的显著差异。

PCCT系统的设计初衷是减少图像噪声和伪影，而这一直是传统EID CT的局限所在。噪声的常用测量方法是信噪比 (SNR) 和对比度-噪声比 (CNR)；这些改进可能会带来更准确的诊断。

有一项研究调查了小儿心脏和胸主动脉 CT 扫描，发现PCCT比EID CT提供更高的SNR和CNR（即更好的心血管成像）。

有22项研究包含了与图像噪声（如SNR和CNR）相关的结果。

腹部CT：在所有腹部CT研究中，PCCT系统的得分更高。与传统的EID CT相比，PCCT 的图像噪声结果（即SNR和CNR）明显更高。

骨CT：研究作者发现，与EID CT相比，PCCT的图像噪声（髋关节、脊柱）较低，或图像噪声（Somatom Count Plus；肩部、骨盆、手腕）和伪影（髋关节）无明显差异。

胸部CT：研究作者报告了与图像噪声相关的不同结果。尽管一些研究报告称PCCT系统的噪声增加，但与EID CT相比，在辐射剂量较低的情况下，由于其图像分辨率提高，噪声似乎并不影响诊断质量。

心脏CT：在所有研究中，作者均报告PCCT系统的图像噪声结果得分更高（即，研究报告PCCT的SNR和CNR明显高于EID CT）。

全身CT：对于多发性骨髓瘤患者，使用PCCT 进行全身扫描在某些情况下可获得更好的图像噪声评分，或者与EID CT相比，不同模式的图像噪声没有明显差异（即CNR和SNR相似）。

PCCT扫描仪的另一个优势是能够在保持图像质量的同时降低辐射剂量。以下是发现的有关辐射和PCCT的证据摘要。

发现了2项针对儿童辐射剂量结果的研究。与EID CT扫描相比，PCCT显著降低了胸部PCCT扫描的剂量水平，但图像质量无明显差异。

腹部CT：大多数研究表明，PCCT可显著降低辐射剂量（如较低的平均CT剂量指数和有效剂量），同时保持与EID CT相似的图像质量。

骨CT：研究作者发现，与EID CT相比，PCCT系统（NAEOTOM Alpha、Somatom Count Plus）的辐射剂量更低。

胸部CT：与EID CT相比，研究作者发现PCCT系统的辐射剂量更低。例如，胸部EID CT 扫描的平均CT剂量指数是PCCT扫描的2.0倍。

心脏CT：作者发现，与EID CT相比，PCCT（飞利浦医疗的全身光谱光子计数 CT）的辐射剂量更低。

全身CT：两项研究报告PCCT的辐射剂量明显低于EID CT。

这种新兴技术的应用会影响临床医生对各种健康状况诊断的信心水平。

其中4项研究报告称，与传统的EID CT扫描仪相比，临床医生对使用PCCT扫描仪（NAEOTOM Alpha和 飞利浦医疗的全身光谱光子计数CT）获得的CT扫描的诊断信心评分显著提高。这些改进体现在各种诊断场景中，包括对多发性骨髓瘤患者进行全身CT扫描、对患有或疑似股骨肩关节撞击综合征的患者进行骨盆CT扫描、对脊柱介入治疗后的手术效果进行评估的脊柱CT扫描以及对冠状动脉疾病患者进行冠状动脉CT血管造影检查。相反，有3项研究报告称，在比较PCCT和EID CT扫描仪对肺部结构（胸部CT）、间质性肺炎（胸部CT）和多发性骨髓瘤患者溶骨性病变（全身CT）的诊断解释时，临床医生的诊断信心在统计学上没有显著差异。

虽然图像质量、噪声和辐射降低以及诊断信心是重要的结果，但PCCT扫描仪应在临床结果方面有所改善，以保证可以广泛采用PCCT扫描仪。发现有10项研究至少考虑了一项健康结果。

腹部CT：一项研究比较了PCCT和EID CT对已知肾结石患者肾结石的检测和定性。研究作者发现，与EID CT相比，PCCT在检测肾结石方面并无明显差异，但发现PCCT能够更好地确定小肾结石的特征（即尿酸结石或非尿酸结石），这可能会影响有关最合适治疗方案的临床决策。例如，尿酸结石患者的治疗方案通常创伤较小、费用较低（例如，与介入性泌尿系统手术或体外冲击波碎石相比，可采用尿液碱化来溶解尿酸结石）。

胸部CT：PCCT可用于检测肺部疾病。PCCT能够以较高的扫描速度对肺部血管进行光谱评估，这对经常出现呼吸急促的肺栓塞疑似患者大有裨益。与EID CT相比，另一项研究报告称 PCCT 在检测间质性肺病方面具有较高的诊断准确性，辐射剂量减少了 66%；另一项研究发现，与EID CT相比，PCCT提高了检测肺气肿和肺结节边界的能力。与EID CT相比，PCCT（Somatom Count Plus）在图像质量方面得分更高，同时显示不确定的磨玻璃影数量减少，不可能的磨玻璃影数量增加，可能的网状结构数量增加。

心脏CT：与侵入性冠状动脉造影术相比，PCCT可为高危人群提供准确的冠状动脉疾病诊断，包括冠状动脉严重钙化或曾放置支架的人群。

全身CT：有一项研究报告称，与EID CT相比，PCCT能帮助多发性骨髓瘤患者发现更多病变。

与传统CT扫描仪相比，NAEOTOM Alpha的检查床承载能力更高。这可能使更多人（即体重超过以前限制的高体重人群）在需要时有资格接受CT扫描。在比较PCCT和EID CT时，确定体型是否会对相关结果产生影响也很重要。

有3项研究调查了PCCT对超重或肥胖患者的影响。一项研究比较了PCCT和EID CT对超重患者的影响，以体重指数为指标，并确定PCCT可以提供与腹部CT相似或更好的图像质量，且辐射更少，同样，第三项研究发现，PCCT的CNR增益在超重人群中有所增加。

一项研究评估了使用PCCT设备（NAEOTOM Alpha）进行胸部和/或腹部CT扫描的成人的舒适度。与传统CT相比，患者对PCCT扫描的速度、CT检查床的舒适度以及扫描过程中屏住呼吸的难易程度的评价明显更好。在所有其他结果方面，如幽闭恐惧症、躺下和从CT检查床上起身的难度以及检查过程中的交流等，均未发现有统计学意义的差异。

如果高级医疗决策者认为PCCT适合实施，他们需要考虑某些因素。

成本：成本是阻碍该技术广泛应用的一个重要因素。PCCT扫描仪的成本是传统CT扫描仪的3到5倍。这还没有考虑临床医生以及操作和维护人员可能需要的培训要求。随着越来越多的医疗机构采用这种新兴技术，成本差异可能会逐渐缩小。高级医疗决策者可能认为，拥有3台EID CT而不是1台PCCT更有价值，这样每天可以进行更多CT扫描。然而，这并没有考虑到其他重要因素，如所需的额外基础设施（如工作人员、多台设备的耗电量、实际运行的空间）。另一个考虑因素可能是其他工具（如临床决策支持工具；人工智能，如重建算法和软件）是否比实施PCCT更具成本效益。高级医疗决策者还需要考虑医院的发展与学科建设的需求。

替代性干预与增加性干预：PCCT系统将取代旧系统（如EID CT、MRI），还是医疗机构内的额外CT系统？这将有助于明确可能需要的额外资源（如员工、计算能力、存储、物理空间）：如果与传统系统相比，PCCT扫描仪完成一次扫描所需的时间更短，则PCCT设备可能会增加医疗机构每天可进行的CT扫描次数。

必要干预与酌情干预：高级医疗决策者可能需要考虑现有CT技术在做出临床决策方面是否足够有效。这一因素应取决于现有的和即将出现的临床证据，以及其他重要的考虑因素，如成本以及使用过PCCT的患者和临床医生的看法。

一家PCCT生产商声称，其工作流程 "与医院员工几乎完全相同 "。目前还不清楚如果医疗机构同时使用两种不同类型的扫描仪（即PCCT和EID），放射医师在审查CT时是否会遇到困难。重要的是要了解临床医生接触2种不同CT扫描仪的潜在影响，以及这是否会降低他们在解读图像质量较低的EID CT扫描时的诊断准确性。

获准用于临床的PCCT扫描仪主要安装在学术中心内人口稠密的区域。如果医疗系统决定将PCCT扫描仪用于研究和/或临床用途，很可能会将其安装在这些相同类型的区域，这可能会导致区域内居民无法平等地使用PCCT扫描仪。

随着越来越多的人接受使用PCCT的CT扫描，以及更多品牌的PCCT扫描获准用于临床环境，证据将继续扩大。截至2023年9月，共有15项正在进行的临床试验正在对人类参与者进行PCCT研究，其中有少量正在进行的随机研究。这些研究正在继续评估PCCT对不同人群（如有生活经验或疑似心血管疾病、关节炎、癌症 [头颈部、肺部、乳腺]、骨折）的诊断准确性、临床益处和临床危害，它们将进一步加深对PCCT的了解。

PCCT扫描仪是一项新兴的医疗技术，它推动了医学成像领域的发展，但也存在一些重要的注意事项。PCCT扫描仪的成本是传统 CT 扫描仪的3到5倍，必须通过提高临床效益或减少临床危害来证明这一额外成本的合理性。发现了一些趋势，表明 PCCT在诊断特定领域（如呼吸内科）的健康状况方面可能具有价值。还需要开展更多临床研究，以填补证据空白，确定PCCT在不同医疗保健领域的临床意义。例如，考虑到儿科人群对辐照的敏感性更高，需要开展更多侧重于儿科人群的研究。正在进行的比较研究将继续为这一新兴技术提供新的信息，涵盖本章未详述的领域（如动脉粥样硬化、糖尿病、中风、肾上腺病变和乳腺癌患者）。尽管有临床益处，但仍需进一步了解影响实施的因素，如培训要求、用户看法、可及性及其在护理中的总体地位。PCCT的成本也是实施PCCT的一个重要障碍，这可能会限制该技术的使用和广泛采用。要确定PCCT扫描仪的额外成本是否合理，就必须从未来和正在进行的临床试验中获得结果。进一步了解这些因素将有助于高级医疗决策者就该技术的使用做出明智的决定。

CT扫描仪是筛查、诊断和监测各种健康状况的重要医疗成像设备。光子计数CT (PCCT) 是一种新兴的医疗技术，它可以在减少辐射的情况下提高图像质量。

PCCT使用半导体材料将每个入射光子直接转换成电信号。探测器可以快速读出并 "计算"每个光子。通过直接检测每个X射线光子及其能量水平，PCCT扫描可以提供更清晰的图像。

PCCT的功能与传统CT类似（即扫描各种解剖结构，用于筛查、诊断和监测健康状况）。任何需要进行CT扫描的人都有可能接受PCCT扫描。

与传统系统相比，PCCT完成扫描所需的时间更短。如果有可用的资源（如医护人员）来操作额外的能力，这可能会增加医疗机构每天可进行的CT扫描次数。

有证据表明，与传统CT相比，除少数例外情况外，PCCT可提供相似或更好的图像质量，并能减少图像噪声，同时通常还能降低辐射剂量。目前尚不清楚这是否会改善主要的健康结果。图像质量的提高也可能会增加偶然发现（如偶发瘤），而这些发现大多与临床无关。

与传统CT相比，临床医生对PCCT有更高或相似的诊断信心，患者也更舒适。PCCT在提高诊断或检测某些健康状况或疾病（尤其是肺部疾病）的关键标志物的能力方面可能很有价值。

PCCT对儿童、需要经常进行CT扫描的人群以及超重或肥胖症患者尤其有益。

PCCT 扫描仪的成本是传统高端CT扫描仪的3到5倍。为了确定PCCT扫描仪的额外成本是否合理，必须进行更多的临床试验来研究更高的分辨率和更低的辐射剂量是否会带来关键健康结果的改善。

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3. 可以看到细胞水平的Hip：CT，距离商用还有多远

近日，Radiology上刊登了一篇来自英国伦敦大学学院（UCL）和欧洲同步辐射光源（ESRF）领导的一个团队，与威康桑格研究所、西门子医疗、Great Ormond Street 医院、汉诺威医学院、亚琛医科大学、Helios Wuppertal 大学诊所、约翰内斯·古腾堡大学医学中心和法国阿尔卑斯解剖实验室（LADAF）合作，使用 HiP-CT 成像技术在 ESRF 的 BM18 光束线上，对两颗完整的成人心脏（一颗健康的心脏和一颗患病的心脏）进行了成像。展示了分层相位对比断层成像(HiP-CT)对于离体心脏宏观到微观解剖的能力。

ESFR（European Synchrotron Radiation Facility）位于法国东南部的格勒诺布尔市，是世界上首座第三代同步辐射光源。由注入器、增强器和储存环组成，被加速的电子束在储存环中经过磁结构谐振器的振荡，发出大量高精度的光束，电子束能量为60亿电子伏特。1994年开始运行，建造成本约3亿欧元。随后2009-2015年和2015-2022年进行的升级改造，累计耗资3.3亿欧元。2020年8月25日，ESRF 启动了其极度卓越光源（EBS），这是首个高能第四代同步加速光源，其 X 射线性能比以前的光源提高了 100 倍，电力消耗减少了 30%。

ESFR在生物学、医学、物理、化学、地球科学、环境科学、材料学等领域的研究具有重要的价值。目前累计有6位诺贝尔奖得主在其职业生涯中使用过 ESRF 进行实验，这些实验最终为他们的成功做出了贡献。ESRF-EBS 包括四个组成部分：

一个基于ESRF开发的混合多弯消色差器（HMBA）的新储存环，能够产生极度卓越的 X 射线，2020年向用户开放。四条全新旗舰光束线，这些光束线涵盖了多种科学技术，能够以更高质量、更快速度、更详细地研究物质的原子结构：

一个雄心勃勃的科学仪器计划，包括高性能 X 射线探测器。

一项数据战略，以充分利用新 X 射线光源的性能。

HiP-CT采用相位对比成像技术，而不是传统的基于X射线吸收的成像方法。相位对比成像利用X射线在组织中的相位偏移(折射)来获得图像，从而可以大大提高对软组织和细微结构的成像对比度和分辨力，无需使用外源性对比剂。

分层相位对比断层扫描（HiP-CT）装置和数据处理流程示意图。

研究人员获得了两个成人人体心脏标本，一个来自一名63岁白人男性(无已知心脏疾病)，另一个来自一名87岁白人女性(有多种心血管疾病)。在进行扫描前，为了保证检查结果，对样本进行了精心的准备。尸体在死亡后通过右颈动脉注入福尔马林进行防腐处理，然后在 3.6 °C下保存。将离体心脏在室温下于 4% 福尔马林中性缓冲液中固定 4 天，然后用浓度不断增加的乙醇进行多次浸泡（每次浸泡 4 天），使心脏部分脱水至 70% 的乙醇。为防止扫描过程中形成气泡，影响图像质量，每一步都使用隔膜真空泵进行脱气循环。心脏稳定在琼脂-乙醇凝胶中，心尖朝下。随后将容器密封保存，直至扫描。

本次最新发表的研究使用第四代同步辐射装置，可以快速扫描大型器官并获得高对比度和高空间分辨力的图像。BM18光束线旨在优化基于传播的相位对比。X射线源与样本之间的距离为177米。对整个心脏进行全视野扫描时使用的传播距离为30米，在局部断层扫描放大时使用的传播距离为2.5米至10米。无需使用造影剂。还对扫描参数进行了优化，以最大限度地减少辐射剂量，因为过度曝光会导致气泡效应，从而降低图像质量。X射线束的检测是通过一个LuAG:Ce 2000 µm闪烁器和一个PCO edge 4.2 CLHS照相机（2048 × 2048 像素）来完成。采用了两种采集模式：(i) 四分之一采集用于将视场增大到151 mm，以扫描整个心脏；(ii) 半采集用于以更高分辨力对心脏进行局部扫描。通常情况下，对整个心脏进行空间分辨力为20 µm的全视野扫描时，每次扫描的垂直视场为10 mm，扫描之间的垂直间隔为7 mm，相当于30%的重叠。每次扫描密封容器中的心脏时，都要对装有70%乙醇和琼脂的等效容器进行扫描。第二个容器的扫描图像被用作平场校正的光束参考，每连续投影100次，以校正局部断层扫描造成的大部分低频效应。

Rate 为16.8Gy/s，总扫描时间为6.52小时。局部成像时的Dose Rate 为34.1Gy/s（2.5米）- 35.3Gy/s（10米），扫描时间为1.52-2.79小时。患病心脏全心扫描的Dose Rate 为16.8Gy/s，总扫描时间为6.8小时。局部成像时的Dose Rate 为19.6 Gy/s（10米）- 34.1Gy/s（2.5米），扫描时间为0.71-1.30小时。

所有数据的计算和管理都是在欧洲同步辐射设施的网络互动计算环境（NICE）计算基础设施上进行的。整个心脏的重建时间约为 24 小时，每个变焦约为 15 小时。

Hip-CT首次多全心20μm放大细节到2μm进行成像。HiP-CT 能够无损地对成人离体心脏进行全心脏成像，获得约 20 μm 各向同性体素，无需使用对比剂。

HiP-CT 可以进行高空间分辨力的放大成像，从微观(约 6.5 μm 体素大小)到细胞水平(约 2.3 μm 体素大小)的细节，无需组织切片，可以在心脏的任何区域进行。

通过 HiP-CT 对心脏传导系统进行虚拟多平面切片，可以获得对结节区域、血管供应和周围结构的洞见。

（A、B）三维电影渲染图和（C、D）HiP-CT图像显示了病变心脏冠状动脉和静脉树的分段。（A）从心尖观察心脏，显示主要冠状动脉和静脉以及较小血管（如心房结节动脉（SNA））的走向。冠状动脉血管因脂肪瘤肥厚而脱离心外膜表面，延长了穿透动脉的长度。方框表示 B 中显示的支架位置；线条表示 C 中显示的横截面。(B) 其中一个冠状动脉支架和周围钙化（紫色）的电影渲染图显示了以最小伪影对软组织和硬组织成像的可行性。（C）左降支冠状动脉的高空间分辨率局部断层扫描显示动脉粥样硬化斑块，包括钙化（方框）。（D）C 中方框的数字缩放扫描显示动脉粥样硬化斑块和内膜钙化的细节。Adip=脂肪组织，Adv=外膜，Ao=主动脉，Ath=动脉粥样硬化，C=钙化，LAD=左冠状动脉前降支，Lum=管腔，Med=中膜，RCA=右冠状动脉，VV=营养血管。

(a)和(b)，(a)中锐缘支动脉和(b)中锐缘支静脉的高分辨率局部断层扫描截面图，体素大小为 2.2 μm/体素。两个横断面与冠状动脉树和静脉树的位置用白色箭头表示。箭头表示动脉壁和静脉壁的组成层：内膜、中膜和外膜。冠状动脉周围颜色较深的组织为脂肪组织，颜色较浅的组织为肌细胞。利用 20 μm/voxel HiP-CT 图像（前视图）对对照组（c）和患病组（f）的动脉（红色显示）和静脉（蓝色显示）冠状动脉树进行分割。在（c）中，黄色矩形显示了左心室壁的缩放，以及根据 6.5 μm/voxel 的局部断层扫描对左心室游离壁的毛细血管前动脉进行的分割。箭头表示主要冠状动脉和静脉。（h）左降支冠状动脉高分辨率局部断层扫描截面图，显示动脉粥样硬化和钙化。

HiP-CT有可能解决与心血管疾病的理解和治疗相关的广泛解剖学问题，因此可能成为一种强大的非破坏性研究工具。它不仅可用于了解后天性心脏病，还可用于罕见和复杂先天性心脏畸形生物库的前瞻性应用。

  1. 5倍 0.75倍 1.0倍 1.5倍 2.0倍。细胞水平的Hip-CT，距离商用还有多远？

健康心脏视频 - 使用西门子医疗Cinematic Rendering渲染。病变心脏视频 - 使用西门子医疗Cinematic Rendering渲染。HiP-CT 需要专业设备和专业知识。全球同步辐射设施有限且昂贵，这可能会妨碍临床前系列研究中对大量样本进行成像，以进行稳健的统计比较。

成像是在体外进行的，可能无法完全反映心脏在体内的动态和肌肉行为。目前，使用 HiP-CT 进行体内扫描受到同步加速器成像的高辐射剂量的限制。

第三，样本保存和制备如果没有优化，可能会导致形态变形。特别是在本研究中使用的标准全器官解剖防腐过程中，保持血管和腔室的完全通畅具有挑战性，会增加分割和三维重建的难度。

第四，没有组织病理学评估作为参考标准，而且仅研究两颗心脏得出的结论本身就有局限性，可能无法推广。

看到如此漂亮的图像，我们很多人都有一个期待，就是这么好的技术，什么时候可以商用？虽然前景很美好，但是结论比较悲观。

作为一项商用技术，首先要解决设备的可及性问题，也就是说设备初始采购成本不能过高，这方面可以参考电子束CT（EBCT），作为心脏断层成像的手段，EBCT具有非常高的时间分辨力，非常适合心脏成像，但是设备构造复杂，造价高昂，且用途单一，因此逐渐被螺旋CT所淘汰。相位对比CT设备相较于传统CT设备更为复杂，需要精密的X射线光栅、干涉仪或衍射系统，这些组件的制造和维护成本较高。相位对比CT成像系统比传统CT更复杂，对X射线源的稳定性、准直和相干性要求极高，系统的校准和维护更加复杂。并且，相位对比CT生成的数据量大且复杂，需要高效的算法和强大的计算资源进行图像重建和处理，这对设备的软件和硬件提出了更高的要求。

第二，需要解决活体成像的辐射剂量、图像质量和检查时间的矛盾。目前Hip-CT的空间分辨力达到了前所未有的细胞水平，但是代价是扫描需要几个小时，且视野非常小，辐射剂量率很高，这些限制都决定了它只能用于标本成像，不能用在活体研究上。且其优势还需要通过大量临床试验和长期随访来验证效果和安全性。

第三，需要解决准备过程繁琐复杂的问题。上述研究中标本的制备过程步骤繁琐，非常耗时，这也决定了它仅能进行标本的研究，而在临床场景中不具可操作性。

综合来看，Hip-CT只是梦想中的一颗星星，变成我们身边可用的设备，还有非常漫长的路。

希望科学家们能奋发图强，争取早日做出可用于临床场景的相位对比CT。

CT扫描通常用于解决医学问题，比如检查癌症、器官损伤、评估血管等等。但它们也可以帮助检查其他类型的物体和材料（参见XI区：光子计数CT在古生物学领域新应用）。宾夕法尼亚大学的研究人员最近利用CT扫描了一件具有175年历史的罕见弦乐器，我们一起来看一看。

"你知道，你会了解到这可能是以前一艘船的桅杆，也可能是巴伐利亚的一张桌子。

费城交响乐团的杜安-罗森加德（Duane Rosengard）解释说，这把19世纪的低音提琴的保险金额超过20万美元，它是用一种几乎已经枯竭的英国梧桐木制成的。通过显示木材的密度并揭示其他特征，CT扫描获得的信息有助于乐器的保存、修复，并有可能在不牺牲其独特音质的前提下以更可持续的方式制造新乐器。

诺埃尔说，扫描和检查这些珍贵的弦乐器是他迄今为止最激动人心的研究项目之一，但在过去十年中，人们要求他扫描各种物品。

随着CT技术的进步，成像更加精确，机器也可以容纳更大的物体或病人，这为更多独特的项目打开了大门。有时，这些项目更具科学性，比如检查各种动物的头骨，以了解它们的进化过程。有时，这些项目也很实用，比如帮助制造飞机的人检查他们用来制造飞机螺旋桨的木材的质量和密度。有时，就是为了满足好奇心。

这件罕见的低音提琴的最终CT扫描结果显示了木材年轮的清晰图像，这可以说明树木被砍伐时的年龄。研究小组希望将这些图像发送给树木年轮学家，看看他们能否追溯到这把乐器的确切起源，也许还能了解更多关于它是如何经受住时间考验的疑问。

像素效应与矩阵选择

基于X射线的医学成像技术会使患者暴露于电离辐射中，这对公共健康仍然是一个关注点。近年来，如何在保持诊断图像质量的同时降低辐射剂量成为了一个热点。光子计数CT（PCCT）作为一种新兴技术，提供了许多优势。与传统的能量整合CT（EICT）相比，PCCT使用光子计数探测器能够逐个识别光子，通过半导体材料直接将入射的X射线光子转换为可测量的电荷云，并传输到电极或像素。这种技术不仅降低了辐射剂量，还减少了一般噪声水平，提升了碘对比度，并能获取双能甚至多能数据。PCCT的小像素探测器提高了空间分辨率。这一现象被称为小像素效应。双源CT系统NAEOTOM Alpha（西门子医疗）是首个能够利用这一效应的临床光子计数CT系统，来自德国的学者在European Radiology上发表文章，评估了NAEOTOM Alpha系统中的小像素效应，并量化其在临床实践中可能提供的辐射剂量减少潜力。

小像素效应是指当使用小像素尺寸的探测器进行CT扫描时，即使在相同的剂量水平下，与使用较大像素尺寸的探测器相比，重建到相同的空间分辨率时，图像噪声会更低。这是因为小像素探测器的预采样函数在频域中更大。在重建到相同的空间分辨率时，使用小像素探测器可以获得更低的图像噪声，从而可以实现更大的剂量降低。这种小像素效应在临床上首次应用于光子计数CT(PCCT)系统，可以实现高达90%的剂量降低。

在信号处理领域中，预采样函数（presampling function）用于在信号采集之前对信号进行预处理。其目的是改善信号的质量或特性，使得后续的采样和数字化过程更加有效。例如，可以使用预采样函数来滤除高频噪声，或者增强特定频率的信号成分。

在光子计数CT中，预采样函数可以用于描述光子在被探测器探测到之前的预处理步骤。这些步骤可能包括能量分辨、噪声过滤、增益校正等。通过适当的预处理，可以提高探测到的投影数据的信噪比，从而获得更高质量的重建图像。

理论考虑和使用原型系统获得的结果表明，探测器像素的合并应始终避免。与较大像素的采集相比，使用未合并探测器的采集在重建到相同空间分辨率时可以减少图像噪声和辐射剂量。这一效应可以通过比较两个系统A和B（分别具有小和大探测器像素）来解释。假设两个系统的采集几何相同。具有小探测器像素的系统A将实现比具有大探测器像素的系统B更高的空间分辨率。在相同剂量水平下，当数据重建到每个系统的分辨率最大值时，系统A的图像噪声水平将高于系统B。然而，如果系统A重建到系统B的分辨率，系统A的噪声将在相同剂量水平下低于系统B，即 σA < σB，具体推导如下：这里，MTF(f)是数据重建到的调制传递函数，S(f)是像素预采样函数。可以证明，关系SA(f) > SB(f)成立；即较小的探测器像素在频域内提供更大的预采样函数，因此在相同剂量和分辨率下，这种探测器的图像噪声更低。

由于具有更小的探测器像素，PCCT在空间分辨率方面远高于能量积分CT系统。将UHR采集的数据重建到常规系统的较低空间分辨率时，图像噪声和辐射剂量会减少。作者通过使用临床PCCT系统（NAEOTOM Alpha）的UHR模式（在等中心处像素大小为0.2mm）与标准分辨率模式（0.4mm）进行对比，在不同大小的人类腹部模型和猪蹄关节的测量中量化这一小像素效应。在不同的层厚（0.4到4mm）和剂量水平（4到12 mGy）下，使用滤波反投影进行了重建，以达到相同的目标空间分辨率，即相同的调制传递函数，使用两种探测器模式。图像噪声和由此产生的潜在剂量减少被量化为一个重要指标。

使用标准（左上）和 UHR（左下）探测器模式进行采集，剂量为 8 mGy，使用 Br72 卷积核重建，层厚为 1 mm。C = 20 HU，W = 1000 HU。图像噪声（以 HU 为单位）与卷积核的函数关系。在 S-phantom 中所有调查剂量水平下，Br76 卷积核（左上）、Br56 （中上）和 Br36 （右上）的图像噪声与层厚的函数关系。同样，下行显示了这些情况下可能减少的剂量。

用标准模式（左）和 UHR 模式（中）采集的 8 mGy 猪趾关节图像，用 Br72重建。UHR 采集的图像噪声进一步降低，与 Std 采集的噪声相匹配，结果剂量为 2 mGy。

研究发现，在相同的分辨率和噪声水平下，使用UHR模式获取的图像噪声较低。对于在标准模式空间分辨率极限的较锐卷积核，此结果依然有效，噪声减少最多可达3.2倍，潜在剂量减少可达近90%。

这项研究没有使用患者，只使用了模型和猪趾关节进行了测量。

研究既没有研究管电压的影响，也没有研究迭代重建算法对小像素效应的影响。由于迭代重建算法中的非线性可能会改变 MTF，因此在这项研究中，作者只使用 FBP 进行重建。在未来的研究中解决后者的问题可能仍然很有意义。

只考虑噪声大小和空间分辨率等物理量只能部分模拟临床实际情况。例如，检测低对比度病变等任务取决于实际的噪声纹理。

还需要进行更多的研究，调查本章报告的剂量降低对特定临床任务的潜在影响。

矩阵是CT图像重建中的一个重要参数。1971年，最初的CT仅有80x80的矩阵，随后出现的SIRETOM拥有128x128的矩阵。目前常用的CT设备矩阵通常是512x512。这个矩阵意味着在一幅正方形的图像中，长和宽分别有512个像素构成。每一个像素的大小由FOV和矩阵决定。比如FOV为30cm，矩阵为512x512，则每个像素大小为0.59mm。这个矩阵和FOV的组合与目前CT设备的层厚（0.6mm左右）组合，可以获得各向同性的空间分辨能力（即体素为正方形）。

随着技术的进步，近年来出现了1024，2048甚至4096矩阵的CT设备。矩阵的增加一方面代表着计算机技术的进步，一方面是为了满足大视野对于细节的显示。

首先需要考虑的问题是，CT的空间分辨力（又称空间分辨率，参见XI区：CT的空间分辨率），空间分辨率与矩阵无关，但是在特定情况下，合适的矩阵可以最大限度发挥设备的空间分辨力性能。

按照国家标准，常规算法下的空间分辨率应大于6个线对，高分辨算法下的空间分辨力大于11个线对。根据线对数可以计算出最小可分辨物体的尺寸。在6个线对下，可以分辨的最小物体尺寸为0.83mm，而11个线对时为0.45mm。这时我们只需要确定最大FOV即可，如果按照目前CT的最大FOV（50cm）计算，需要的矩阵分别为600x600和1100x1100。这和我们通用的512x512和1024x1024是非常接近的。

通常我们并不会重建50cm这么大的FOV，通常原则是在重建图像时，FOV包含感兴趣的组织即可，比如胸腹部大约是30cm，如果按照30cm计算，上述两个矩阵则变成了360x360和660x660，这与可用的256x256和512x512又比较接近了。

而通常需要进行细节显示的时候，会用到更小的FOV，比如内耳通常只需要包含一侧内耳结构，FOV大约在5-10cm，这样即使是非常高的空间分辨力，也不需要很大的矩阵。

随着技术的进步，CT的空间分辨力越来越高（参见XI区：CT上可以看到多小的血管？），不同设备50% MTF的的空间分辨率差别也很大，比如6.5 lp/cm（Spectral CT 7500，Philips），13 lp/cm（Revolution Apex，GE），17.2 lp/cm（Aquilion Precision，Canon），27 lp/cm（SOMATOM Force，Siemens Healthineers）。

常规高分辨力（0.6mm，11 lp/cm @10% MTF）与PCCT超高分辨力（0.2mm，30 lp/cm @10% MTF）的腕关节成像。伴随着光子计数CT的问世，可视空间分辨力有了大幅度的提高。我们如果以50% MTF 27线对为例，512矩阵对应的最佳最大FOV 95mm，1024矩阵对应的最佳最大FOV 190mm。对于z轴方向的空间分辨力，0.2mm的最薄层厚，获得各向同性的分辨力，在512矩阵和1024矩阵时，最佳最大FOV分别为102mm和205mm。对于显示精细结构，通常应使用较小的FOV，结合合适的矩阵可以更好平衡矩阵和图像存储空间。

使用Hip-CT扫描，Cinematic Rendering重建的心脏。矩阵的选择是存储空间和图像细节折中的结果，综合来看，目前绝大部分情况下，1024矩阵就足够满足临床需求了。如果咱们用的设备只有512矩阵，可以将FOV缩小到原来的一半，就可以达到1024矩阵的效果了。

神经血管与头颈应用

2024年7月18日至21日，第19届国际心血管CT学会2024年度科学会议(19th Annual Scientific Meeting of the Society of Cardiovascular Computed Tomography, SCCT 2024)在美国华盛顿举行。SCCT 2024是一场全球心血管CT领域的顶级学术盛宴，汇聚了来自世界各地的顶级专家、医生、研究人员，旨在促进心血管CT技术的创新和发展，为心血管疾病的诊断、治疗和预防提供更好的手段。今天我们汇总一下来自SCCT 2024的部分最新科研报告，了解一下心血管CT成像领域的研究进展。

光子计数CT技术有望提升心脏CT性能。南卡罗来纳医科大学（MUSC）的U. Joseph Schoepf教授发表演讲，指出光子计数CT（PCCT）技术有望彻底改变心脏成像技术，尤其在预防性心脏病学方面将扮演重要角色。PCCT能够降低50%以上患者的冠状动脉疾病报告和数据系统（CAD-RADS）分级，同时生成分辨率更高的冠状动脉支架图像。

PCCT技术具备低辐射剂量和高分辨率的特点，可以清晰地显示患者的斑块负荷和钙化程度，同时改善支架的成像效果。这种新技术可能会使心脏CT成为各种心脏适应症的首选检查工具，特别是在冠状动脉狭窄的测量和钙化斑块的可视化方面，表现优于传统的有创冠状动脉造影术（ICA）。

临床数据显示，使用PCCT进行心脏成像，能够显著降低患者的冠状动脉疾病报告和数据系统（CAD-RADS）分级，有助于减少不必要的ICA转诊。Schoepf教授指出，未来PCCT可能会完全取代传统CT，成为评估冠状动脉的常规工具，并实现斑块特征的常规描述和量化。

Schoepf教授也强调，目前尚需确定无创心血管成像的参考标准，并评估PCCT在繁忙放射科中的应用成本，以及其对疾病预后和治疗效果的实际临床作用。Schoepf教授提出了从现在到2040年可能实现的 "心血管成像愿景"：

冠状动脉CTA将完全自动化，并将包括对冠状动脉血流和压力梯度的估计。冠状动脉CT的主要用途将是预防性心脏病学（而不是作为介入的看门人）。PCCT将取代传统CT用于冠状动脉评估。PCCT将实现常规斑块特征描述和量化。下一代心脏CT将变得更像磁共振成像。

PCCT在诊断CAD的准确性方面优于传统CT。匈牙利布达佩斯塞梅尔维斯大学心脏与血管中心的Melinda Boussoussou博士领导的研究小组展示了一项研究结果，表明PCCT在识别阻塞性冠状动脉狭窄方面比传统CT成像更准确。

研究团队以有创冠状动脉造影术（ICA）为参照，评估了PCCT在诊断冠状动脉疾病（CAD）方面的表现。研究纳入了260支冠状动脉血管，包括左主干、左前降支、左回旋支和右冠状动脉，这些患者均有稳定的胸痛症状，并在PCCT成像中显示出50%或以上的狭窄，随后接受了ICA手术。研究小组计算了PCCT在检测50%或70%或以上狭窄的每支血管的敏感性、特异性、阳性预测值（PPV）、阴性预测值（NPV）和诊断准确性。

研究小组指出，PCCT出色的空间分辨率和光谱数据的使用使其能够有效评估冠状动脉狭窄。这项研究表明，光子计数冠状动脉CT（PCCT）血管造影术是一种评估冠状动脉狭窄的开创性方法，具有高度的诊断准确性，优于传统CT成像技术。

动态CT灌注结合CCTA提高CAD诊断效率。西班牙巴塞罗那Santa Creu i Sant Pau医院的David Vilades Medel博士团队研究发现，将动态CT灌注（DynCTP）与心脏CT血管造影（CCTA）结合使用，可以显著缩短冠状动脉疾病（CAD）的诊断时间，并减少进一步功能测试的需求。

研究表明，结合使用DynCTP和CCTA的诊断算法可将诊断时间缩短42%，并将进一步功能测试的需求降低48%。这种方法不仅提高了诊断效率，还减少了患者接受有创检查的次数。

范德比尔特大学的Emily Lippincott博士领导的研究团队发现，对于有碘化造影剂禁忌症的主动脉瓣狭窄患者，钆基造影剂（GBCA）是一种安全有效的替代方案。在SCCT年会上公布的研究结果表明，GBCA在这些患者中未发现不良反应，并且能够提供清晰的心脏CT图像，帮助医生进行经导管主动脉瓣置换术（TAVR）的规划。

该研究纳入了八名有碘化造影剂禁忌症的患者，结果显示所有患者的主动脉根部测量均成功完成，其中五名患者顺利接受了TAVR手术。

人工智能在心脏CT图像中的应用拓展。以色列特拉维夫拉宾医疗中心的Aviram Aviv博士展示了人工智能（AI）在心脏CT图像分析中的应用。研究表明，AI可以通过对胸部CT扫描中的冠状动脉钙化进行量化，识别出可能受益于预防性心脏病服务的患者。

AI技术可以根据冠状动脉钙化的程度，准确预测哪些患者需要进一步的心脏病学治疗，从而提高患者的治疗效果和预后。

由西澳大利亚大学的Juan Lu领导的研究团队开发了一种多模态深度学习（DL）模型，能够根据冠状动脉CT血管造影（CCTA）检查结果，预测患者发生重大心脏不良事件（MACE）的风险。该模型在预测MACE方面的表现优于单模态模型和人类专家。

该多模态DL模型结合了自动CNN CAD-RADS模型、患者人口统计学特征以及左心室、主动脉和心脏的分割数据。研究显示，多模态DL系统在预测MACE方面表现出最高的预测能力，有望简化临床工作流程，改善患者预后。

CCTA显示消防员的斑块负荷进展。加州大学洛杉矶分校医学中心的Srikanth Krishnan博士团队研究发现，高危消防员的基线斑块冠状动脉负担会随着时间的推移而加重，非钙化和钙化斑块的体积均有所增加，这可能会导致心血管疾病。消防员在工作中面临的危险可能会刺激心血管疾病的发展和恶化，而心血管疾病是消防员因公死亡的主要原因。

这一发现强调了对消防员进行全面心血管风险评估和管理策略的重要性。

麻省总医院和哈佛医学院的Isabel Langenbach博士领导的研究显示，暴露于PM2.5（直径小于2.5微米的颗粒物）会显著增加动脉粥样硬化性心血管疾病（ASCVD）高危人群的冠状动脉疾病风险。

研究结果表明，在中度和高度ASCVD风险的患者中，PM2.5暴露增加了阻塞性冠状动脉疾病的风险，且在高风险患者中风险增加尤为显著。暴露于高浓度PM2.5的高风险患者发生心血管事件的可能性大大增加。这些发现强调了减少空气污染暴露的重要性，特别是对心血管疾病高风险人群。

地区和社会经济因素影响CAC扫描使用。南佛罗里达大学坦帕分校的Vincent Sachs博士领导的研究显示，美国的冠状动脉钙化（CAC）扫描使用率受地区和社会经济因素的影响。在CAC使用率较低的县，非裔美国人和女性的比例较高。

研究结果强调了需要制定政策，提高CAC扫描在不同族群中的普及率，以确保所有患者都能获得及时和准确的心脏病诊断。这对于减少心血管疾病的发病率和改善患者预后具有重要意义。

随着医学影像技术的进步，心脏增强CT（CECT）正成为心脏病诊断和治疗中的一项重要工具。近期发表在《JAMA Cardiology》（IF 2024：14.8）上的一项研究表明，CECT能够帮助定位心脏中的脂肪组织，为心脏治疗带来新希望。

这项研究由宾夕法尼亚大学附属医院的Saman Nazarian医生（MD, PhD）领导。研究团队发现，CECT在定位心脏内房室结和近端特化传导系统（AVCS）周围的脂肪组织方面表现出高准确性。这一发现可能为心脏治疗策略的优化铺平道路。

AVCS包含负责从心房到心室传递兴奋冲动的肌肉细胞--也称为传导心肌。当这个系统被脂肪沉积物浸润时，会增加患者患心脏病和并发症的风险。

以前的研究表明，CECT可以通过高特异性定位心肌脂肪来识别心脏结构。此次研究进一步证明了这一点，并强调了AVCS的无创定位可以改善经导管主动脉瓣手术或心脏病手术的规划。

研究纳入了20名患者，平均年龄66岁。这些患者在房颤消融和电解剖定位His电图信号的电解剖映射前不到一个月接受了CECT。其中8名患者有冠心病，5名患者有一度或二度房室传导阻滞病史。在术前CECT中，平均左心房容积指数为32.7 mL/m²，平均超声心动图左心室射血分数为54%。

所有检查使用第三代双源CT（SOMATOM Force，西门子医疗）采用前瞻或回顾性扫描模式完成，管电压120kV，100ml 370mgI/ml造影剂以4-5ml/s的速率注射以优化心肌灌注，70% RR间期软组织算法重建。

Koch三角的顶部，后界由Todaro腱（连接下腔静脉前下开口至三尖瓣上隔面的一条线）构成，前界由三尖瓣的隔叶构成，底界由冠状窦构成。在这些界限内，研究了低衰减区（<30 Hounsfield单位 [HU]），代表AVCS纤维脂肪沉积，连接心房和心肌轮廓。Koch三角内的搜索区域集中在下锥体空间的顶点附近和/或主动脉右尖下方的区域。左侧图像突出显示了用紫色轮廓标记的低衰减区域和用黄色标记的希氏束解剖图。右侧图像显示了没有轮廓标记的相同图像。中间面板显示了三维分割图像。黄色箭头表示希氏束电图信号，红色箭头表示低衰减区域（<30 HU）。RIPV表示右下肺静脉；RSPV表示右上肺静脉。

在术前CECT中，研究人员发现所有患者在包含房室结的Koch三角顶点处的衰减都较低。AVCS脂肪分割的平均衰减值为2.9 Hounsfield单位。在电解剖映射中，His电图与最近的AVCS脂肪体素的平均距离为3.3mm。

2 名患者的主动脉根、Koch三角、低衰减AVCS脂肪的解剖关系。每列代表不同的患者。顶部图突出显示了Koch三角区域。正如Koch在1909年描述的，这个三角形是右心房中的一个解剖区域，其边界为冠状窦开口、Todaro腱和右房室瓣的隔叶。在单一图像平面中很难展示所有的解剖标志；到达冠状窦开口的下峡部用红色虚线标记；虚拟的Todaro腱（连接三角形顶端到Eustachian脊的一条线）用黄色虚线标记。中间图突出显示了Koch三角顶端与主动脉右冠尖和膜性隔膜的接近度。黄箭头尖端的区域的衰减密度被标记。底部图显示了左心房和主动脉根部的三维重建图，其中Koch三角顶端的低衰减区域被分割出来（红色箭头：<30 Hounsfield单位[HU]）并注册到心内希氏束电图信号（黄色箭头）。RIPV表示右下肺静脉；RSPV表示右上肺静脉。

研究人员没有发现CT上AVCS脂肪的Hounsfield单位强度或体积与PR间期之间没有任何关联。这表明，通过CECT准确定位这些脂肪组织，可以更好地规划和实施消融术及其他心脏手术。

研究作者强调，这一发现对消融His束旁心房和心室心律失常或前中隔副通路及经导管瓣膜置换术具有重要意义。如果这些发现能在先天性心脏病患者中得到验证，CECT可能会降低先天性心脏手术中医源性传导系统损伤的发生率。

本研究有一些局限性。这是一项单中心研究，样本量小，患者群体均为无先天性心脏病的房颤患者，这降低了结果的普遍性。尽管在CECT上衰减小于30 HU对脂肪具有特异性，但AVCS分割旨在识别围绕传导系统的脂肪，预计不仅会包含专门的传导心肌，还会包含一些纤维组织，这是由于时空分辨率限制和部分容积效应所致。未来需要进一步的研究来验证作者的发现，特别是在预期的AVCS解剖结构先天性改变的情况下。先前的一项研究已指出，在致密的AV结转换区中，过多的脂肪浸润与传导障碍有关。在本项样本量较小的研究中，没有发现HU强度或脂肪体积与PR间期或一度或二度AV阻滞之间的关联。

心脏CECT为无创定位心脏脂肪组织提供了一种新的、高效的手段。这一技术不仅可以帮助医生更准确地规划心脏手术，还可能显著提高手术的安全性和有效性。随着进一步研究的展开，CECT有望在心脏病诊疗中发挥越来越重要的作用。

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