医学影像技术体系 · 第 17 卷 / 共 44 卷
斑块、胸部、放疗与全球研发
本卷导读
覆盖光子计数 CT 在动脉粥样硬化斑块、冠脉狭窄、胸部疾病、放疗与多能量心血管成像中的证据，并汇总全球设备研发格局。
知识结构
- CT 的物理本质与历史纪念
- 斑块、冠脉与心血管证据
- 光子计数CT在动脉粥样硬化斑块特征描述中的应用
- 光子计数CT十大研究成果
- CT肺癌筛查的利与弊
- 缺血性心脏病的心血管CT成像
- UHR：PCCT在冠状动脉斑块定量评估中的价值
- PCCTA在下肢外周动脉疾病诊断中的应用价值
- 全球设备研发与未来
- 胸部、放疗与多能量应用
CT 的物理本质与历史纪念
CT是Computed Tomography的缩写，全称是计算机断层扫描，CT是一种医学成像技术，它利用X射线和计算机处理生成断层图像，相对于X光平片，可以获得更多的信息。CT是继伦琴发现X光之后，影像医学领域最重要的发明。
CT通过X射线束和计算机生成身体的横断面图像。这些图像展示了特定的解剖结构层次，切片的厚度可以通过准直器调整，以减少散射和图像重叠。CT图像由像素组成，每个像素代表不同的图像细节，显示为不同的灰度。这些灰度基于X射线束通过组织时的衰减原理来呈现。
X射线的线性衰减系数量化了光子与物质的相互作用，这一系数受物质密度、原子序数和能量的影响。密度和原子序数越高，衰减越显著，图像对比度越大。密度较高的材料在图像中显示为白色，而密度较低的材料则显示为黑色。使用碘等造影剂可以暂时改变组织的密度差异，从而改善图像的可视化效果。
CT图像中的衰减值通常以亨氏单位（HU）表示，用于量化和区分不同组织。然而，由于多种因素，HU值可能略有误差。CT中的多色X射线可能会导致伪影，例如当低能光子优先被吸收时，会出现线束硬化效应。通过使用铝等材料对X射线束进行过滤，可以减少伪影，提高图像质量，并降低患者的辐射剂量。
CT扫描时，切片厚度的选择取决于解剖结构和病理的需要。较薄的切片适用于检测细微的结构细节，能够最小化正常组织与病理组织的部分容积效应。X射线通过安装在机架上的球管产生，管电压和电流控制其强度。探测器将X射线转换为电信号，由数据采集系统（DAS）处理，并通过中央处理单元（CPU）生成图像。这些图像通常以HU显示，依赖于像素值来描绘解剖结构。
虽然CT扫描仪的设计可能有所不同，但其工作流程通常包括三个主要阶段：数据采集、图像重建和图像显示。首先是数据收集阶段，接下来是通过处理来分配像素值，最后将图像显示为灰度图供查看。
CT发展历程参见XI区：回望：CT五十年（1968-2018）。
这些探测器可以是单个元素，也可以是更大探测器阵列的一部分，并包括参考探测器，用于帮助校准和减少伪影。扇形束的大小以及探测器元素的数量取决于所选择的扫描视野。
理想的探测器应具备高效捕捉透射光子的能力、最小的余辉（即持续闪烁时间）、有效的散射抑制以及良好的稳定性，以避免因频繁校准导致的中断。探测器的整体效率受多个因素的影响，包括探测器材料的阻挡能力、闪烁体的效率（针对固态探测器）、电荷收集效率（针对氙气探测器）、几何效率（探测器准直板与表面积的比较）以及防散射能力。其他与探测器效率相关的术语还包括捕获效率（捕获光子的能力）、吸收效率（吸收的光子数量）、响应时间（信号在X射线刺激后返回零的时间）和动态范围（最大与最小可测信号的比率）。
现代CT扫描仪主要采用固态晶体探测器，而较早期的型号则可能使用氙气探测器。由于多排探测器CT（MDCT）系统的普及，氙气探测器在如今已经不太常见。第三代CT扫描仪使用一个探测器阵列和一个产生扇形束的X射线管，避免了光束和探测器平移的需求。这种设计不仅减少了扫描时间和运动伪影，还提高了图像质量，尽管有时可能会产生环状伪影。第四代CT扫描仪则在机架内配备了一个固定的探测器阵列，同时使X射线管旋转。虽然这种设计增加了探测器数量，但也带来了与运动伪影相关的挑战。为了解决这一问题，使用了过扫描技术，尽管这会增加患者的辐射暴露。
另一种CT技术，电子束成像（EBCT），通过固定的电子枪和阳极靶实现高速成像。尽管其成像速度快，但由于空间分辨率较低、成本较高，其临床应用有限。随着新型多排探测器技术的出现，EBCT已经被淘汰。
CT扫描仪的机架上配备的数据采集系统（DAS）负责将探测器采集的模拟信号转换为数字信号。DAS会连续读取由X射线产生的信号，并将射线衰减与位置相关联，形成每个视图的轮廓。这些轮廓数据投射到图像矩阵上，有时会导致条纹伪影的出现。为了减少这些伪影，数据会经过滤波等数学操作处理。迭代重建是一种较新的技术，通过将计算投影与原始数据进行比较来逐步更新图像，进而减少噪声和降低辐射剂量，最高可减少50%以上。
CT图像质量受多种因素影响，其中一些可以由操作人员控制，而另一些则不可控，如患者的体型。操作人员可以调节的变量包括毫安（mA）值、扫描时间、切片厚度、扫描视野、图像重建方法和峰值管电压（kVp）。操作人员还可以在使用螺旋扫描技术时选择适当的螺距值。这些因素统称为扫描参数。
图像质量主要取决于两个关键因素：空间分辨率和密度分辨率。空间分辨率是指分辨细微且高对比度细节的能力，而密度分辨率则是指区分相似密度物体的能力。
空间分辨率通常通过调制传递函数（MTF）进行评估，MTF的值范围从0到1，表示物体细节的再现精度。平面内分辨率由矩阵大小和显示视野（DFOV）决定，矩阵大小影响像素的尺寸，而DFOV的调整则会改变图像和像素的尺寸。较大的DFOV会导致像素增大，从而降低空间细节的分辨率。像素尺寸直接影响图像的精度，较小的像素可以减少部分容积效应并提高空间分辨率。较薄的切片和一致大小的体素通常会带来更好的成像效果。操作人员选择的切片厚度决定了体素的形状，体素内所有组织数据都会被平均生成用户指定的CT值。更多空间分辨率相关内容参见XI区：CT的空间分辨率。
CT系统提供了多种图像重建算法，操作人员可以选择这些算法，或依据扫描协议自动应用这些算法，以增强或抑制特定数据，从而达到最佳的诊断效果。一些算法通过减少像素间的差异和减少伪影来平滑图像，但这通常以牺牲空间分辨率为代价。相反，有些滤波函数通过提高空间分辨率来增强像素差异，但这可能会降低低密度分辨率。这类滤波函数通常用于处理组织密度差异较大的区域，在这些区域低密度分辨率并非最重要的考虑因素。
密度分辨率是指区分微小密度变化的能力（即低对比度可检测性）。物体的大小会影响对比度，使得较小的物体更难辨认。器官对比主要源于物理特性，例如肺部的空气含量。时间分辨率在捕捉运动结构和动态对比研究中也至关重要，它受到机架旋转速度、探测器通道数量和信号记录速度的影响。更多密度分辨率相关内容参见XI区：CT的密度分辨率。
质量控制程序旨在优化CT图像质量，同时将患者的辐射暴露降至最低。通过系统地监控CT系统的性能，这些程序可以及时发现特定问题或故障。CT技师和医学物理师共同负责执行和记录质量控制测试。技师通常负责日常的测试工作，而物理师则进行年度或半年度的测试，并获取所需的剂量数据。质量保证程序应遵循三个关键原则：1）定期进行测试，2）以标准化格式记录测试结果，3）明确测试参数是否符合相关规定。
CT扫描通常使用约120 kVp的电压，范围在70-150 kVp之间。提高kVp会增加CT成像的剂量和噪声，但在解决金属伪影和骨结构成像时可能是必要的。碘造影剂的K边界约为33 keV，因此在较低的kVp（通常约为70-80）时成像效果更佳。应用滤波函数（称为卷积核）可以平滑或锐化数据，从而生成不同噪声水平和空间分辨率的图像。平滑卷积核适合软组织解剖的可视化，而锐利卷积核则因其更高的空间分辨率，适用于骨结构的评估。
螺旋CT通过让检查床以恒定速度连续移动，减少了运动伪影。螺距是指检查床在一次X射线管旋转中移动的距离与射线束宽度的比值。螺距大于1时，切片之间会有间隙；螺距小于1时，切片之间会重叠。迭代重建作为一种新算法，通常使用较低剂量，且比旧的图像重建方法（如反投影和滤波反投影）更能有效减少噪声。
亨氏单位（Hounsfield Unit，HU）用于表示组织的密度和衰减数据，水的HU值为0。窗宽和窗位是操纵图像以检查解剖结构和病变的重要参数。窗位是灰度的中点，通常由正在检查的组织的衰减来确定；窗宽则决定了所需的密度范围。对于骨与软组织的比较，通常使用较宽的窗宽；而对于密度相似的组织，则使用较窄的窗宽。自动曝光控制（AEC）系统会调节mA而不是kVp。mA增加4倍，信噪比将提高2倍，同时辐射剂量也会增加2倍。
CT图像中的伪影可能由多种原因引起，主要分为物理原因（如数据采集过程中的问题）、患者因素或设备故障。这些伪影可能会显著降低图像质量，因此必须识别、理解，并尽量预防或减少它们。快速识别伪影原因可以节省时间和资源，及时进行纠正或维护。
噪声通常表现为图像中的颗粒状伪影，可能由于量子噪声（因检测到的光子数量不足）等多种因素引起。减少噪声有助于提高密度分辨率。调整mAs值可以直接影响光子数量，从而影响信噪比（SNR）和密度分辨率，但这也会增加辐射剂量。较小的像素尺寸会减少每个像素的光子数量，增加噪声并降低密度分辨率。层厚影响光子的可用性和SNR，较厚的层提供更好的SNR，但会影响空间分辨率。患者体型较大会衰减更多光子，导致SNR和密度分辨率降低。
射束硬化是由于X射线束的多色性引起的，低能量光子在穿过物体时被吸收，导致射束“硬化”，从而产生如杯状或条纹状伪影。CT系统通过滤波、校准和线束硬化校正软件来减少这些伪影的影响。
当一个体素内包含多种组织类型时，通常会在视野边缘的密集物体周围出现阴影。减少这种伪影的一个方法是使用更薄的层厚。
混叠伪影发生在投影数据不足时，导致在重现锐利边缘和小物体时出现不准确，从而产生由密集结构辐射出的细条纹。通过调整机架旋转速度或螺旋间距可以减少混叠伪影。
当不规则形状的物体与周围结构之间存在显著的密度差异时，会出现条纹伪影或阴影。使用较薄的层有助于减少此类伪影。在胃肠道中使用低HU值的口服对比剂或水也可以消除条纹伪影。
由患者运动引起的伪影通常表现为阴影、重影、条纹或模糊。CT系统通过使用过扫描和部分扫描模式、软件校正及心脏门控等功能来最小化运动伪影。患者准备、教育、定位辅助以及必要时的镇静措施都有助于减少自愿运动。缩短胸部和腹部扫描时间也能帮助减少此类伪影。
金属伪影来源于扫描视野内的金属物体。由于金属的密度通常超过CT系统的HU值动态范围，会导致条纹伪影。尽管新系统具有扩展的HU尺度，但最佳做法仍是尽量减少扫描视野内的金属物体，这可以通过移除可移动的金属物体或调整扫描参数来实现。
环形伪影通常出现在第三代扫描仪中，表现为围绕旋转轴的同心圆。此类伪影通常由检测元件故障或对齐不良引起，可能需要重新校准或请工程师进行维修。最新研究表明，人工智能可以有效减少医疗影像中的环形伪影。
这种设备引起的伪影是由于X射线管内的短路引起的，通常由电位差异导致。球管老化、真空水平变化或球管内气体分子都会导致电弧，从而产生从轻微条纹到严重图像失真的各种伪影。当发生管电弧伪影时，应及时通知工程师进行评估和处理。
螺旋CT扫描由于重建过程中的插值，可能会引入独特的伪影。通过尽量使用较小的螺距可以减少这些伪影。在多排螺旋CT（MDCT）系统中，锥束效应可能导致伪影，特别是在外部探测器行中，当锥束较大时，这些伪影更为明显。某些协议将数据采集限制在中心行以改善图像质量。从原始扫描数据生成三维（3D）或不同方向的图像时也可能出现各种伪影，因此在进行多平面或3D重建时需要特别注意。
掌握CT物理学对于识别和管理伪影具有重要的临床意义。CT物理学的原理支撑了图像采集和重建过程，直接影响图像质量，并关系到诊断的准确性。例如，尽管使用浅层技术拍摄的婴儿图像可能看起来噪声较大，但如果目的是跟踪重大异常，则这些图像可能已足够清晰。放射科医生和技术人员必须理解与CT物理学相关的因素，这些因素可能引入伪影，如线束硬化、部分容积效应和金属伪影。掌握这些知识使他们能够及时识别伪影并采取适当的纠正措施。通过深入了解CT物理学，可以提高诊断的准确性，确保患者获得优化的护理。通过减少图像伪影，临床医生可以更精确地做出诊断，减少重复扫描的需要，降低患者的辐射暴露，并加快必要的医疗干预。最终，理解CT物理学有助于提升伪影识别和管理的临床水平，造福患者和医疗团队。
医疗专业人员必须具备操作CT设备和解读图像的技术能力。制定合理的策略来进行扫描订购和图像解读，选择适当的成像协议和序列，以减少辐射暴露。确保患者或监护人充分了解CT扫描的风险和益处，并获得知情同意。职责分工明确，医生负责订购和解读CT扫描结果，护士准备患者并提供支持，药剂师确保对比材料的适当使用。
有效的跨专业沟通对于提供高质量护理至关重要，放射科医生应以非专业人员也能理解的方式传达诊断结果。护理协调确保CT成像过程顺利进行，包括患者安排、技术人员的调度以及扫描后的护理安排。以患者为中心的护理需要积极让患者参与决策，并确保其安全，包括仔细核实患者身份及监测对比材料的过敏反应。通过定期培训和跨学科团队会议，提高团队的整体表现，掌握最佳实践、安全协议和CT技术进步，最终为提供更高效和协作的护理奠定基础。
正是在这种精神的指引下，伦琴在1895年发现了X射线，揭开了20世纪物理学革命的序幕。2024年11月8日是伦琴发现X射线129周年纪念日，在这个特殊的日子里，来聊一聊伦琴和他发现X射线的故事。
伦琴答：I did not think, I investigated.。威廉·康拉德·伦琴（Wilhelm Conrad Röntgen）。雷姆沙伊德（Remscheid）。现在是一个人口超过10万的大城市。没错，在德国人口超过10万就是大城市了。伦琴的父亲弗里德里希是一个毛纺厂小企业主。位于伦内普的伦琴博物馆（图片源自网络）。伦琴三岁那年全家迁往荷兰的阿佩尔多恩（Apeldoorn）
“你如果做了正确的事，就不必气馁，更不必苦恼”。荷兰心脏乌德勒支的冬天（图片源自网络）。但乌德勒支大学依然将伦琴认为自己的毕业生。在1865年11月进入苏黎世工业大学学习机械工程。鲁道夫·克劳修斯 Rudolf Clausius（1822-1888）。伦琴经常和同学们议论那个时代伟大发现和发明
“德国的西门子公司研制出了强有力的发电机”。突突突冒着烟来回跑的蒸气机火车刚刚诞生
1868年8月6日23岁的伦琴本科毕业。克劳修斯在他的著名论文《论热运动形式》中。但是还没有人精确地测出定容比热和定压比热的比值
24岁的伦琴以《各种气体的研究》的杰出论文获得哲学博士学位。伦琴“在数学物理方面具有丰富的知识，表现出独立的创造才能”
1870年孔脱教授到维尔茨堡大学任教
1872年孔脱教授到斯特拉斯堡大学工作。同年，伦琴与大学同学安娜·柏莎·路德维希在荷兰完婚。安娜·柏莎·路德维希（图片源自网络）
1874年，伦琴终于通过学术委员会评定
1875年，他成为符腾堡州霍恩海姆农业科学院的教授。但是这里简陋的实验室设施无法支撑他进行物理学方面的研究
1876年在老师孔脱的帮助下回到斯特拉斯堡大学担任物理学副教授。以至于能量守恒定律的发现者亥姆霍兹、迈尔。联名推荐他担任吉森大学物理研究所所长。赫尔曼·冯·亥姆霍兹（Hermann von Helmholtz，1821-1894）。尤利乌斯·罗伯特·迈尔（Julius Robert Mayer，1814-1878）。古斯塔夫·罗伯特·基尔霍夫（Gustav Robert Kirchhoff，1824-1887）
1879年被任命为吉森大学物理系主任。阿尔伯特·爱因斯坦Albert Einstein（1879-1955）。再后来26岁的爱因斯坦同样获得了苏黎世大学博士学位
1888年孔脱担任柏林物理研究所所长。维尔茨堡大学主楼，建于1896年（图片源自网络）
2013年在德国做心脏CT的培训课程。周末没事准备前往维尔茨堡开展一次朝圣之旅。只看到图书馆里席地而坐认真看书的大学生们。伦琴使用过的阴极射线管（拍摄于慕尼黑德意志博物馆）。伦琴大街8号（2023年拍摄于维尔茨堡伦琴博物馆）。伦琴博物馆外的雕塑（拍摄于维尔茨堡伦琴博物馆）
1895年，伦琴就是在这里发现X射线（拍摄于维尔茨堡伦琴博物馆）。走廊墙壁上记载着伦琴在这里发现X射线的历史以及伦琴的生平（2023年拍摄于维尔茨堡伦琴博物馆）。当年在这个房子里发现了X射线，伦琴的工作环境非常简陋（拍摄于维尔茨堡伦琴博物馆）。他在实验时为了防止紫外线和可见光的影响。毕竟当时伦琴已经是世界一流的物理学家。伦琴当时感受到的是新的、尚未经历过的东西。保存在德意志博物馆的X光片，这应该是最著名的X光片了（拍摄于慕尼黑德意志博物馆）。荧光屏上这只有戒指和骨骼毕露的造影就是她自己的手。为伦琴妻子的手，为解剖学家克利克尔的手（图片源自网络）。伦琴确信自己已发现了一种新的神秘射线。他给维尔茨堡物理学医学学会递交了一份通讯。在德意志博物馆里，保存着伦琴使用过的阴极射线管，中间的文档是当年伦琴发表的第一篇X光论文（拍摄于慕尼黑德意志博物馆）
1896年1月5日论文副本在《维也纳日报》星期版的头版头条作了详细的报道。伦琴应邀在德皇威廉二世和皇后御前作讲演和表演。德皇与他共进晚餐并授予二级宝冠勋章和勋位。伦琴在他的研究所举行了第一次也是唯一的一次公开报告会
“假如没有前人的卓越研究，我X线发现是很难实现的。”。伦琴在自然杂志上发表的关于X射线的论文Science. 1896 Feb 14;。伦琴又投入到了试验中，并于1896年发表了第二篇关于X射线的文章
1897年，伦琴发表了《关于“X射线”性质的进一步观察》。伦琴曾经用过的物品，右下角为伦琴双手的石膏模型，由于长期受到X光辐射，伦琴的手干枯地像木柴（拍摄于维尔茨堡伦琴博物馆）。还保存在上世纪初的一段无声电影的片段
- 5倍 0.75倍 1.0倍 1.5倍 2.0倍。电影短片The X-ray Fiend，1897年。导演George Albert Smith（1864-1959）。西门子的工程师们就制造了最早期的X线球管。还保存着当年伦琴写给西门子工程师的信。伦琴写给西门子工程师的信（1896年11月）。爱迪生在美国纽约举办了伦琴射线展览会。观众争先恐后前来拍照（图片源自网络）。访问德国的晚清重臣李鸿章拍摄了一张X光片。李鸿章被认为是第一个拍摄X光片的中国人。李鸿章1896年6月访问德国（图片源自网络）《李傅相历聘欧美记》一书记载：“此次道出柏灵，知有操朗德根之术着，乃延摄其面影；即见枪子一颗，存于左目之下，纤毫毕现。”。清朝《点石斋画报》以《宝镜新奇》为题报道了X射线
《宝镜新奇》报道的X射线，所绘露天场景、X 光成为可见光、机器与患者距离等均与实际不符。
伦琴任慕尼黑大学物理学教授和物理研究所主任。马克斯·普朗克在在德国物理学会的例会上。马克斯·普朗克 Max Planck（1858-1947）
1901年获得刚刚设立的诺贝尔奖。主办方邀请伦琴参加在瑞典斯德哥尔摩皇家音乐学院举行的颁奖典礼。当得知奖金有15万克朗（约合当时普通工人100年的工资）时。主办方才发现伦琴已经在回慕尼黑的路上了。伦琴随即将诺贝尔奖的奖金转赠给他挚爱的维尔茨堡大学物理研究所。伦琴的诺贝尔物理学奖证书（拍摄于维尔茨堡伦琴博物馆）。伦琴的诺贝尔物理学奖证书封面和notifaction原件（2023年拍摄于维尔茨堡伦琴博物馆）。已经不需要一个不知名的诺贝尔奖提高知名度了。伦琴生前使用的物品（2023年拍摄于维尔茨堡伦琴博物馆）。及对理想具有一种少有的忠诚和牺性精神。但是由于第一次世界大战爆发引起通货膨胀。伦琴晚年时光在慕尼黑附近的威尔海姆（Weilheim）度过。伦琴辞掉了行政职务，专做科学和教学工作
（更多内容参见XI区：威廉·伦琴和改变看世界方式的射线）
位于德国吉森的伦琴墓，伦琴安葬在他的妻子和父母旁边（图片源自网络）。他以一个普通成员的身份进行教学和科研工作。安东尼·亨利·贝克勒尔（法文：Antoine Henri Becquerel，1852-1908）
1896年法国物理学家亨利·贝克勒尔在发光材料的试验中偶然发现了一种新射线的穿透性。伦琴的发现还间接地影响了放射性的发现。因为该发现1903年贝克勒尔和居里夫人被共同授予诺贝尔奖。伦琴发现X射线100周年纪念 邮票与纪念币。伦琴射线直到今天最重要的应用领域仍然是医学诊断。X射线领域又一里程碑的发明-计算机断层成像技术用于临床
（参见：回望：CT五十年（1968-2018））。医学影像学仍然是医学界发展最快的领域。放射科也成为医院最重要的临床科室。国际化学联合会正式承认了该研究中心首先发现了化学元素111。并在2004年接受了将其命名为Rg的建议。位于德国达姆斯施塔特的重离子研究中心举行仪式。正式将化学元素111命名为“錀”
2024年国际放射日海报（来自IDoR网站）。每年11月8日定为“国际放射日”
2018年11月8日首发于XI区。本章已经获得著作权，受中华人民共和国著作权法保护。
斑块、冠脉与心血管证据
1. 光子计数CT在动脉粥样硬化斑块特征描述中的应用
心血管疾病是全球导致残疾和死亡的主要原因之一。尽管传统上认为心血管疾病主要发生在高收入国家，但目前这一疾病的负担实际上更为严重的是低收入和中等收入国家。动脉粥样硬化的进程通常从人生的第二个十年开始，并在多年内逐渐发展，直至引发症状或心血管事件。由于这一过程相对漫长，因此为识别处于动脉粥样硬化早期阶段的个体提供了机会，从而能够采取积极的预防措施。
长期以来，动脉狭窄程度一直被视为风险分层和治疗决策的唯一依据。然而，组织病理学和影像学研究发现，斑块的结构和成分是决定斑块是否易损或稳定的关键因素，这也促使研究者和临床医生将关注点从单纯的狭窄程度扩展到斑块本身。目前，这些斑块易损性的特征可以通过非侵入性诊断技术进行体内评估。CT作为一种强大的非侵入性成像手段，在评估动脉粥样硬化时，能够不仅评估腔内狭窄，还能检查斑块的成分和形态。然而，传统CT仍然存在一些局限性，包括空间分辨率有限、对比分辨率和对比噪声比不理想，以及在严重钙化或支架患者中出现的伪影问题（如晕影和线束硬化伪影），同时其组织表征能力也存在不足。
光子计数计算机断层扫描（PCCT）是一种新型的CT探测器技术。PCCT采用了最新一代的X射线探测器，这些探测器由半导体材料（如碲化镉、碲锌镉）制成。通过这些探测器，X射线光子能够直接转化为电子-空穴对，从而根据光子的能量水平精确地探测和分类每一个光子。此过程有效提高了空间分辨率，减少了电子噪声，并提供了固有的光谱信息。PCCT技术在动脉粥样硬化成像方面展现出了显著优势，有望克服传统CT的一些局限性。
间接转换技术：荧光体层先将X射线光子转换为可见光，再通过光电二极管层将其转化为电信号。
225 × 0.225 mm²
2 mm（高分辨率模式），0.4 mm（多能量模式）。所有光子均等加权，无论其能量如何。检测信号代表所有光子的总能量，高能光子贡献较大。
提高空间分辨率，减少电子噪声，提高对比度，减少伪影，增强光谱成像和材料表征能力。
高成本，有限的可用性，只有一种FDA批准的PCCT系统。
空间分辨率受限于探测器元件尺寸，测量光子衰减总量而没有每个光子能量的信息。
PCCT技术有望在动脉粥样硬化斑块评估方面改进心血管成像，提供相较于传统CT的多项优势，并克服其部分局限性。
PCCT采用半导体材料（如碲化镉、碲锌镉），并利用直接转换技术将X射线光子直接转化为电荷，这与传统CT系统的两步转换过程不同。在这种技术中，入射的X射线在半导体中生成电子-空穴对，电子和空穴在电场作用下分别向阳极移动。当电子到达阳极时，会产生短时间电流脉冲，并转换为电压脉冲。脉冲的高度与光子的能量成正比，从而使PCCT能够提供每个光子的能量信息。这些能量数据使得PCCT能够将光子精确分类到不同的能量级别，通常分为两到八个能量区间。为了有效减少噪声，PCCT通常将下限阈值设置高于电子噪声水平，并利用多个电子比较器和计数器处理输出信号，通过计算脉冲数量来确定X射线光子的相互作用量。
PCCT技术通过去除像素间的栅格或死区，显著提高了空间分辨率，像素尺寸更小，在等中心区域的分辨率可低至0.15-0.225mm。这种增强的空间分辨率使得斑块形态和成分的可视化更加清晰，并增强了对比分辨率，有助于更好地识别高危斑块的特征。PCCT能够量化探测到的光子总数及其在不同能量级别上的分布。与传统CT图像中光子按能量加权偏向高能光子不同，PCCT对所有光子赋予相等的权重，从而提高了对比度，特别是对于低X射线衰减的材料。PCCT的能量辨别能力还能通过设置阈值来过滤掉电子噪声，这在动脉粥样硬化斑块评估中具有优势，能够减少条纹伪影，改善信号均匀性。
颈动脉的能谱PCCT血管造影。CC）进行的轴位扫描。每张图像都是使用单色+协议重建的，该协议允许不同keV设置，从40 keV起，直到190 keV。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，扫描参数为0.2/0.4mm层厚，0.1/0.2mm重建增量，视野（FOV）140-160mm，源轴位重建矩阵为512 × 512/1024 × 1024像素，使用Bv48-60卷积核，并采用最大强度的量子迭代重建（QIR 4）。
PCCT还具有较好的剂量效能，在较低的辐射剂量下仍能保持图像质量，从而增强了CT成像的诊断准确性和患者安全性。PCCT还可以提高碘对比剂的效果。随着X射线能量的降低，碘的线性衰减系数增加，这为减少静脉注射对比剂量提供了机会，同时仍能得到与标准全剂量CT检查可比的诊断效果。Emrich等人通过虚拟单色重建，在40 keV时实现了碘对比剂浓度减少50%。除减少碘剂量外，PCCT还能够通过捕获不同能量区间的CT数据实现光谱分离，从而根据不同的K边特征区分不同的材料。在动脉粥样硬化斑块评估中，这一能力使得PCCT能够区分充满对比剂的血管腔与钙化斑块，从而提供更全面的斑块成分评估。由于碘基对比剂与钙的光谱衰减差异较小，一些研究认为，使用如钨、铋等原子序数较高的对比剂可能更为可行。PCCT还能够通过虚拟单色重建减少由于重度钙化引起的伪影，尽管碘的衰减在超过70 keV时迅速下降，这仍然是该方法应用的限制因素。
组织病理学和影像学研究表明，斑块中具有特定脆弱性特征的区域与急性冠脉综合症和脑血管事件密切相关。动脉粥样硬化是一种由遗传易感性与环境因素共同作用引起的多因素疾病，其进程经过一系列复杂的阶段。
低密度脂蛋白（LDL）在动脉壁内积聚，启动一系列包括氧化应激、免疫激活和炎症反应的过程。这些初期损伤引发脂肪条纹的形成，作为动脉粥样硬化的早期标志，脂质在动脉内膜中积聚。随着疾病进展，炎症细胞（主要是巨噬细胞和淋巴细胞）会在损伤部位积聚，并粘附在血管内皮层，随后浸润进入动脉壁。这一过程进一步推动病变发展，形成纤维粥样斑块，其特点是富含脂质的坏死核心，周围被结缔组织形成的纤维帽包围。纤维帽（FC）在保持斑块稳定性中起着至关重要的作用。然而，当纤维帽变薄或破裂时，斑块内容物暴露于血液中，可能引发血栓形成。
斑块内脆弱血管的破裂可引发斑块内出血和新血管生成，进一步促进斑块不稳定。局部钙化是动脉粥样硬化斑块中的常见现象，且随着年龄的增长，钙化的发生率增加。尽管动脉钙化的具体机制尚未完全明了，钙沉积通常发生在动脉的中层或内膜层。内膜钙化通常伴随脂质堆积和炎症，是动脉粥样硬化病变进展的特征性表现；临床证据表明，导致心肌梗死和/或脑血管事件的斑块通常钙化较少。
斑块钙化的模式存在显著差异。目前，识别与斑块脆弱性风险较高相关的特征，已成为许多非侵入性影像学研究的重点。
光子计数CT在颈动脉斑块中的临床应用。一项离体研究展示了PCCT在量化纤维帽厚度、纤维帽面积和富脂坏死核心（LRNC）面积方面的能力。该研究使用了20个来自颈动脉内膜切除术的斑块，并以组织学测量作为“真实标准”。结果表明，PCCT图像与相应组织学图像所获得的纤维帽厚度和面积之间没有显著差异（p值 > 0.05）。
在一项回顾性离体研究中，研究人员对颈动脉内膜切除术获得的先进动脉粥样硬化斑块进行了分析，并将其与组织学测量进行了比较。斑块重建在不同能量水平下（45、70、120和190 keV）进行，结果表明，PCCT能够区分斑块中的脆弱性特征，如斑块内出血，以及纤维帽、脂质和坏死等斑块成分。
Sartoretti等人展示了PCCT在颈动脉动脉粥样硬化中光谱分离的有效性。研究表明，使用钨基对比剂，相比于碘基对比剂，能够显著减少图像噪声。Healey等人则证明了PCCT内在的光谱能力，能够识别斑块脆弱性特征，如LRNC、点状钙化和斑块溃疡。
PCCT还能够基于能量依赖衰减特征区分易损的动脉粥样硬化颈动脉斑块成分。PCCT的增强空间分辨率有效减少了晕状伪影，减少了对比剂对微弱信号的影响，从而提高了血管增生等病理特征的检测能力。
PCCT颈动脉血管造影；轻度颅外左侧颈动脉系统动脉粥样硬化。图像显示，内颈动脉靠近颈动脉分叉处有轻微非钙化低密度动脉粥样硬化（*(B)），并伴有一些结节性钙化（(B)中的箭头）。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，扫描参数为0.2/0.4mm层厚，0.1/0.2mm重建增量，视野（FOV）140-160mm，源轴位重建矩阵为1024 × 1024像素，使用Bv48-60卷积核，最大强度的量子迭代重建（QIR 4）。显示图像分辨率为100μm。
PCCT颈动脉血管造影；轻度双侧颅外动脉粥样硬化。图像显示右侧分叉有轻度混合动脉粥样硬化，伴有钙化壳（(B)中的箭头）和中央低密度核心（(B)）；左侧分叉则有轻度，主要是非钙化动脉粥样硬化（(D)），伴有微小的结节性钙化（(D)中的箭头）。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，扫描参数为0.2/0.4mm层厚，0.1/0.2mm重建增量，视野（FOV）140-160mm，源轴位重建矩阵为1024 × 1024像素，使用Bv48-60卷积核，最大强度的量子迭代重建（QIR 4）。显示图像分辨率为100μm。
PCCT颈动脉血管造影；轻度颅外动脉粥样硬化。图像显示右侧分叉有轻度混合动脉粥样硬化，伴有小的钙化成分（(B), (C)中的箭头），外围有高密度非钙化斑块（*(B)；即更多纤维化/稳定性较好），中心则为低密度非钙化斑块（**(B)；即更多脂质/不稳定）。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，扫描参数为0.2/0.4mm层厚，0.1/0.2mm重建增量，视野（FOV）140-160mm，源轴位重建矩阵为1024 × 1024像素，使用Bv48-60卷积核，最大强度量子迭代重建（QIR 4）。显示图像分辨率为100μm。
PCCT颈动脉血管造影；重度颅外动脉粥样硬化。图像显示左侧颈动脉有重度混合动脉粥样硬化，主要为钙化（(A-D)中的箭头），并伴有内侧低密度非钙化斑块核心（*(D)；即更多脂质/不稳定）。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，扫描参数为0.2/0.4mm层厚，0.1/0.2mm重建增量，视野（FOV）140-160mm，源轴位重建矩阵为1024 × 1024像素，使用Bv48-60卷积核，最大强度量子迭代重建（QIR 4）。显示图像分辨率为100μm。
光子计数CT在冠状动脉斑块中的临床应用。一项前瞻性研究证明，PCCT在图像质量和诊断信心方面优于双层能量积分探测器CT。在研究中，作者评估了14名患者，并由三位经验丰富的心脏影像学专家评定其对钙化和非钙化斑块的诊断质量分数。结果发现，PCCT对钙化斑块的分数提高了100%，对非钙化斑块提高了45%。作者还报告了PCCT在模体研究中对非钙化斑块的可检测性指数提高了2.9倍。
Mergen等人通过体内研究报道了PCCT在定量冠状动脉斑块特征分析方面的改进能力。他们比较了超高分辨率的PCCT重建与标准重建，并评估了不同的卷积核重建方法。结果表明，超高分辨率重建由于减少了晕状伪影，对纤维性和富脂斑块成分的体积检测具有最高准确度，从而优化了风险分层。
Boussel等人通过分析光谱衰减差异，证明PCCT能够有效识别冠状动脉斑块的成分。该研究显示，PCCT能通过分析光谱衰减差异，将脂质核心和钙化成分与正常动脉壁及周围组织区分开来。另一项研究表明，PCCT能够通过材料分解技术，在存在碘和金这两种对比物质的情况下，识别冠状动脉斑块的脆弱性标志物，如斑块炎症和点状钙化。
VanMeter等人的研究表明，PCCT在量化钙体积方面具有更高的有效性。与传统的能量积分探测器CT相比，PCCT通过使用更小尺寸的探测器元件，减少了钙化的晕状伪影，从而提高了钙化体积量化的准确性。
PCCT冠状动脉血管造影揭示了患者左前降支近端曾接受PCI治疗的左、右冠状动脉的弥漫性动脉粥样硬化病变。左前降支（LAD）-中间；左回旋支（CX）-右侧）。图像展示了弥漫性钙化冠状动脉粥样硬化，特别是在左前降支。支架清晰显示内部结构。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，扫描参数为0.2/0.4mm层厚，0.1/0.2mm重建增量，视野（FOV）140-160mm，源轴位重建矩阵为1024 × 1024像素。卷积核设置为Bv60-72，最大强度量子迭代重建（QIR 4）。显示图像分辨率为100μm。
PCCT冠状动脉血管造影揭示右冠状动脉存在阻塞性非钙化动脉粥样硬化斑块。图像显示了右冠状动脉近中段的长条形偏心性中度阻塞性非钙化冠状动脉粥样硬化。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，扫描参数为0.2/0.4mm层厚，0.1/0.2mm重建增量，视野（FOV）140-160mm，源轴位重建矩阵为1024 × 1024像素。卷积核设置为Bv60-72，并使用最大强度量子迭代重建（QIR 4）。显示图像分辨率为100μm。
PCCT在斑块-RADS和CAD-RADS背景下的潜在应用。冠状动脉疾病报告和数据系统（CAD-RADS）评分及其更新版主要用于对冠状动脉疾病患者进行风险分层，重点评估管腔狭窄程度，并辅以高危斑块的附加特征，包括点状钙化、低衰减斑块、正性重构和餐巾环征。报告中应描述识别出两项或更多的高风险特征。高风险特征的存在独立于狭窄程度，会影响患者的管理，通常会导致采取更为积极的预防治疗或进一步的非侵入性或侵入性诊断测试。
在这一背景下，PCCT能够更全面地评估高风险冠状动脉斑块的特征，提升对管腔狭窄、低衰减斑块（即使在严重钙化的情况下）和点状钙化的定量分析性能。这项技术有望更好地进行患者分层，减少不必要的侵入性操作（特别是在管腔狭窄被过度估计的情况下），并提供更准确的斑块成分和形态学评估。优越的图像质量和诊断信心无疑为颈动脉斑块-RADS的临床应用带来显著益处。该评分系统是新近引入的标准化工具，具有跨模态设计，用于对颈动脉斑块的成分和形态学进行全面报告，并根据特定特征将斑块分类为斑块-RADS 1至斑块-RADS 4。
然而，CT在评估某些斑块脆弱性方面仍存在局限性，如纤维帽厚度或破裂的评估（由于空间分辨率限制和光环效应伪影）以及斑块内出血的识别（由于脂质、纤维和出血成分之间的HU单位值重叠）。具体而言，纤维帽的特征能够帮助区分斑块-RADS 3a（厚纤维帽）、斑块-RADS 3b（薄纤维帽）和斑块-RADS 4b（破裂纤维帽）。斑块成分的差异化，如脂质丰富的坏死核心和斑块内出血，能够帮助区分斑块-RADS 3a和斑块-RADS 4a。
斑块-RADS的分类表明，在无法明确排除相关评分升级可能性的情况下，临床医师应考虑进一步检查。例如，CT识别出的斑块-RADS 3a评分可能提示需要通过磁共振成像（MRI）进一步检查，以排除斑块内出血的存在，从而将评分升级为4a。然而，与CT相比，MRI需要较长的采集时间且在临床实践中可获得性较差。PCCT由于其改进的空间分辨率和区分斑块成分的光谱能力，在定义纤维帽特征方面的潜在应用应能为临床提供有力支持。
使用PCCT冠状动脉血管造影的CAD-RADS类别的实际示例。改进的空间分辨率与伪影减少相结合，使得对高风险冠状动脉斑块特征的评估更加全面，从而提高了在定量评估管腔狭窄、低衰减斑块（即使在存在严重钙化的情况下）和点状钙化时的诊断性能。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，扫描参数为0.2/0.4mm层厚，0.1/0.2mm重建增量，视野（FOV）140-160mm，源轴位重建矩阵为1024 × 1024像素。卷积核设置为Bv48-72，并使用最大强度量子迭代重建（QIR 4）。显示图像分辨率为100μm。
PCCT技术的引入得益于其技术进步，无疑能够为常规临床实践中的脑血管疾病和心血管疾病提供显著优势。改进的空间分辨率提升了动脉和斑块的可视化效果，并清晰勾画了复杂的解剖结构。即使在重度钙化的斑块中，改进的血管腔描绘使得狭窄程度的评估更加准确，从而优化了患者决策过程。PCCT的优越图像质量使斑块成像评估更加全面，有助于更好地识别颈动脉和冠状动脉中的高危斑块特征。PCCT代表了一种非常契合当前从狭窄到斑块脆弱性转变的模式的非侵入性影像技术，能够减少进一步昂贵的非侵入性或侵入性检查。
PCCT由于减少了辐射和对比剂的使用，能够使CT检查在易受伤害的患者（如孕妇、儿童和肾病患者）中变得更加安全、可行。
PCCT技术仍存在一些固有的局限性，这些需要在临床实践中充分考虑，以最大限度地发挥其潜力。这些技术挑战包括电荷共享、像素串扰和脉冲堆积现象。电荷共享发生在X射线光子与像素边界相互作用时，导致电荷分布到多个相邻像素上，从而可能引入伪影。像素串扰（如K荧光逃逸）进一步影响了探测器的性能，限制了PCCT应用中的实际像素大小。脉冲堆积是另一个挑战，尤其在高X射线通量下，来自单个光子相互作用的电压脉冲重叠可能导致光子计数和能量测量中的错误，从而影响图像质量。
在使用不同虚拟单能图像评估斑块时，PCCT的另一个潜在局限性是，使用不同能量水平进行虚拟单色图像处理可能会导致体素的HU单位值发生显著变化，这可能影响基于固定HU单位阈值的斑块体积估计。Vattay等人展示了随着keV水平增加，斑块衰减显著降低（从40 keV的723 ± 501 HU到180 keV的120 ± 112 HU），同时斑块体积成分发生相应变化，尤其是低衰减斑块体积随着较高keV水平的增加而增加，这表明标准化协议在确保未来动脉粥样硬化斑块评估中结果可比性方面至关重要。
PCCT使用的替代对比剂（如纳米颗粒）以及比其他影像技术更高剂量的钆对比剂，令患者的安全性和最优剂量使用成为关注焦点。尽管纳米颗粒在临床转化方面具有广阔前景，但仍处于实验阶段，需要进一步研究以评估其安全性、有效性及相对于传统对比剂的潜在优势。尽管PCCT在心血管影像学和其他应用中的潜力巨大，但仍需进行进一步的临床验证和比较研究，以确立其诊断准确性、临床实用性以及对患者结局的影响。
PCCT技术的高成本和有限的可用性也构成了其在临床设置中广泛应用的障碍。然而，随着技术的不断成熟和普及，预计其成本将大幅降低。表3总结了光子计数技术在动脉粥样硬化斑块评估中的优缺点。
2. 光子计数CT十大研究成果
在当今医学影像技术飞速发展的时代浪潮下，光子计数 CT（PCCT）正逐渐重塑着临床诊断与治疗的格局。作为一种极具创新性的影像学手段，它摒弃了传统 CT 的部分局限，依托先进的光子计数探测器技术，开启了医学影像的高精度、低剂量新篇章。
2024 年，全球科研团队与医疗机构携手共进，围绕 PCCT 展开了一系列深入探究，诸多高影响力的研究成果如雨后春笋般涌现。这些成果广泛覆盖了心血管、呼吸、泌尿、骨骼肌肉等多个医学领域，从优化疾病诊断流程、提升诊断准确性，到降低辐射风险、助力术后康复监测，全方位地展示了 PCCT 的巨大潜力。以下我们详细剖析其中 10 项具有里程碑意义的研究成果，深入探寻它们的临床价值。
超高分辨率光子计数CT助力精准评估冠状动脉狭窄。在对 49 例患者的研究中，Halfmann 等人发现光子计数探测器 CT 血管造影（PCCTA）在评估冠状动脉疾病狭窄方面具有显著优势。具体而言，PCCTA 测量钙化和部分钙化斑块的直径狭窄百分比（PDS）值明显低于能量积分探测器 CT（EID - CT），对于非钙化病变两者无显著差异。PCCTA 使得 49.0%的患者其冠状动脉疾病报告和数据系统（CAD - RADS）重新分类到较低级别。在与定量冠状动脉造影（QCA）的对比中，PCCTA 基于超高分辨率的 PDS 值一致性更高。
该研究成果为冠状动脉疾病的临床诊断提供了更准确的评估手段。通过减少钙化斑块对狭窄评估的高估，有助于临床医生更精准地判断病情，从而制定更合理的治疗方案。这不仅可以避免不必要的侵入性检查，降低患者的医疗风险，还能提高治疗效果，优化冠状动脉疾病的整体管理策略，对改善患者预后具有重要意义。
精准再升级：光子计数CT细化冠状动脉狭窄测量。研究纳入 49 例患者的 278 个斑块，Vecsey - Nagy 等人发现 PCCTA 测量钙化和部分钙化斑块的 PDS 值低于 EID - CT，这一差异导致 49.0%的患者 CAD - RADS 重新分类。在 12 例患者 56 个病变的亚组分析中，PCCTA 与 QCA 的 PDS 值一致性高于 EID - CT 测量值（平均差异：7.3%对 17.4%）。
该研究进一步证实了 PCCTA 在冠状动脉狭窄评估中的优势。更准确的狭窄测量有助于早期发现冠状动脉疾病，更精准地评估病情严重程度，为临床医生制定个性化治疗方案提供重要依据。并且，CAD - RADS 的重新分类有助于优化患者的管理路径，避免过度治疗或治疗不足，提高冠状动脉疾病的整体诊疗水平。
Vecsey-Nagy M, Tremamunno G, Schoepf UJ, Gnasso C, Zsarnóczay E, Fink N, Kravchenko D, Halfmann MC, Laux GS, O'Doherty J, Szilveszter B, Maurovich-Horvat P, Kabakus IM, Suranyi PS, Varga-Szemes A, Emrich T. Intraindividual Comparison of Ultrahigh-Spatial-Resolution Photon-Counting Detector CT and Energy-Integrating Detector CT for Coronary Stenosis Measurement. Circ Cardiovasc Imaging. 2024 Oct;。光子计数CT革新冠状动脉疾病诊断流程。Sakai 等人回顾性分析了 7833 例接受冠状动脉 CT 血管造影（CCTA）检查的患者，其中 3876 例使用光子计数探测器 CT（PCD - CT），3857 例使用传统能量积分探测器 CT（EID - CT）。研究发现，PCD - CT 组患者后续接受侵入性冠状动脉造影（ICA）的如侵性冠状动脉造影（ICA）的比例显著低于 EID - CT 组（9.9%对 13.1%，P < 0.001）。而在接受 ICA 的患者中，PCD - CT 组的血运重建率更高（43.4%对 35.5%，P = 0.02）。在血管水平的分析中，PCD - CT 的特异性（98.0%对 93.0%，P < 0.001）、阳性预测值（83.3%对 63.0%，P = 0.002）和诊断准确性（97.2%对 92.8%，P < 0.001）均优于 EID - CT，敏感性（90.9%对 90.7%，P = 0.95）和阴性预测值（98.9%对 98.7%，P = 0.83）则相似。
此项研究表明 PCD - CT 在检测阻塞性冠状动脉疾病方面表现出色。其较低的 ICA 转诊率可减少患者不必要的检查痛苦和医疗资源浪费，同时较高的血运重建率有助于及时改善患者心肌供血情况。这对于优化冠状动脉疾病的临床管理流程、合理分配医疗资源以及改善患者的长期预后都具有重要的推动作用，为临床决策提供了有力依据。
冠状动脉CTA对比剂应用革新：光子计数CT新法则。McDermott 等人借助心血管循环体模开展实验，发现碘和钨对比剂在虚拟单色图像（VMIs）中的衰减特性截然不同。随着 VMI 能量升高，碘的衰减逐渐降低，而钨的衰减持续增加。在利用高 keV 成像以减少钙化斑块伪影时，使用碘对比剂需大幅增加注射速率才能维持血管的衰减水平，而钨对比剂则可以保持甚至降低注射速率。
这项研究成果提出的“1 - 2 - 3 规则”为冠状动脉 CT 血管造影（CCTA）的个性化对比剂注射方案提供了科学精准的指导。一方面，有助于优化对比剂的使用策略，在有效减少钙化斑块伪影干扰的同时，确保血管成像质量不受影响；另一方面，避免了不必要的高剂量对比剂注射，降低了患者发生对比剂相关不良反应的风险，极大地提高了 CCTA 诊断的准确性与安全性，为冠状动脉疾病的诊断提供了有力保障。
McDermott MC, Sartoretti T, Stammen L, Martens B, Jost G, Pietsch H, Gutjahr R, Schmidt B, Flohr TG, Alkadhi H, Wildberger JE. Countering Calcium Blooming With Personalized Contrast Media Injection Protocols: The 1-2-3 Rule for Photon-Counting Detector CCTA. Invest Radiol. 2024 Oct 1;。光子计数CT实现心脏一站式精准成像。Lemmens 等人通过病例报告形式展示了光子计数探测器 CT（PCD - CT）在心脏检查方面的卓越性能，在一次扫描过程中能够同时实现冠状动脉评估和心肌晚期增强成像。研究发现，PCD - CT 不仅可以清晰地呈现冠状动脉狭窄程度、支架植入情况，还能精准地显示心肌梗死的范围，并且在辐射剂量和对比剂用量方面并未出现显著增加。
该研究实现了心脏多维度评估的一站式成像，这对于心血管疾病的诊断而言是一项重大突破。临床医生能够一次性获取全面且精准的心脏信息，从而更准确地判断病情，为患者量身定制个性化的治疗方案。这不仅有效提高了诊断效率，减少了患者多次检查的繁琐流程与身体负担，还为心血管疾病的精准诊疗提供了关键技术支撑，推动了心血管影像学的发展。
超低剂量光子计数CT护航肺移植术后随访。Milos 等人对 82 例肺移植受者进行研究，结果表明超低剂量光子计数 CT（ULD-PCT）在有效剂量大幅降低（为标准低剂量 CT 的 10% - 20%）的情况下，主观图像质量仍能达到诊断要求，解剖结构可充分显示。在肺部异常检测方面，ULD PCT 对多数肺部异常的检测准确性较高，且不同协议间的噪声、信噪比和读者准确性无显著差异。
该研究为肺移植术后的随访提供了一种可行且更安全的影像学方法。降低辐射剂量有助于减少辐射对患者的长久不良影响，特别是对于需要定期进行影像学检查的肺移植患者。准确检测肺部异常对于及时发现并处理术后并发症至关重要，可有效提高肺移植患者的长期生存质量，优化肺移植患者的术后管理策略。
光子计数CT引领肺部微小病变检测新高度。Hata 等人对 20 例尸体肺进行研究，结果显示光子计数探测器 CT（PCD - CT）在超高清模式下对肺结节和气道的可视化效果远远优于能量积分探测器 CT（EID - CT）。具体表现为 PCD - CT 在评估结节和气道时得分更高，能够检测到更小的结节和气道结构。令人惊喜的是，在超高清模式下，PCD - CT 的低剂量水平（如 5 mGy）所获取的图像质量与 EID - CT 的较高剂量（如 10 mGy）相当。
此项研究成果有力地证实了 PCD - CT 在肺部微小病变检测方面的独特优势。早期精准地发现肺部结节和小气道病变对于肺部疾病的诊断与治疗至关重要，尤其是对于肺癌的早期筛查。这有助于提高肺部疾病的检出率，为临床早期干预争取宝贵时间，进而改善患者预后，引领肺部影像学迈向更高的精准度，为肺部疾病诊疗带来全新的机遇。
光子计数CT开启肝脏病灶精准探测新模式。Racine 等人使用模拟不同体型和辐射剂量的腹部体模进行深入探究，结果表明对于低、高衰减肝脏病灶，在不同体模和辐射剂量设定下，65 和 70 keV 的虚拟单色图像（VMIs）检测能力最强。当 keV 值较低时，病灶的可检测性最低，而且辐射剂量降低对低 keV 的影响相较于高 keV 更为显著。在大尺寸体模中，合理选择最佳 VMI 能量对病灶检测的改善效果更为突出。
该研究为肝脏疾病的影像学诊断开辟了新路径。明确不同条件下肝脏病灶检测的最佳 VMI 能量，使得临床医生能够依据患者个体特征（如体型、病情等）精准调整扫描参数，从而显著提高肝脏病灶的早期检出率。这对于肝脏疾病的早期干预、改善预后具有关键作用，有助于优化肝脏影像学检查流程，提升诊断效率。
光子计数 CT 精准量化肝脏脂肪新突破。Lin 等人深入探究PCCT用于代谢功能障碍相关脂肪性肝病。体模实验中，PCCT 测定 CT 衍生脂肪分数（CTFF）与标称脂肪分数精准匹配，组内相关系数达 0.98，平均偏差仅 0.2%。临床研究纳入 412 名无症状者与 122 名患者，随机分入六组不同管电压、辐射剂量的 CT 协议组。经训练队列推出 CT 与 MRI 脂肪定量转换公式：MRI PDFF (%) = -0.58・CT (HU) + 43.1。在验证队列及分层亚队列里，CTFF 与 MRI 质子密度脂肪分数（PDFF）一致性强，平均偏差 < 1%，代谢障碍肝病队列中，二者平均偏差 -0.2%。
该成果为精准测肝脏脂肪提供可靠方法。早期能助医生发现肝脏脂肪变性，依精准数据为患者定制治疗策略，如调药、优化饮食运动。长远看，可防肝硬化、肝癌，提升患者生活质量，推动肝脏疾病诊疗迈向精准化。
低辐射高精准：光子计数CT优化尿路结石诊断。Huflage 等人对 507 例疑似尿路结石患者进行研究，结果显示亚毫西弗腹部光子计数 CT（PCCT）的有效辐射剂量显著低于能量积分探测器 CT（EID - CT）（0.79 mSv 对 1.39 mSv），而肾、腰大肌和闭孔肌处的信号噪声比更高。在结石检测方面，PCCT 的诊断信心高，且其对结石检测的准确性与 EID - CT 相当，不同部位结石检测的一致性良好。
该研究成果为尿路结石的诊断带来了更优的选择。较低的辐射剂量对于患者，尤其是年轻患者和需要多次检查的患者意义重大，可减少辐射对身体的潜在危害。并且，较高的信号噪声比和相当的诊断准确性保证了结石检测的可靠性，有助于临床医生更准确地诊断尿路结石，制定合适的治疗方案，提高患者的治疗效果和生活质量。
以上仅仅是 2024 年 300 余篇PCCT 文章的一小部分，这 10 项关于PCCT 的重要研究从多个维度展现了其在临床应用中的巨大潜力与价值。无论是在冠状动脉疾病、肺部疾病、肝脏疾病等脏器病变的诊断，还是在术后评估、尿路结石检测等方面，光子计数 CT 都凭借其卓越的性能为医疗工作者提供了更精准、高效的工具。尽管目前仍面临一些诸如设备成本高昂等挑战，但随着技术的不断进步与推广，相信光子计数 CT 将在未来医学领域发挥更加重要的作用，为人类健康事业带来更多福祉。
冠状动脉疾病(CAD)是全球主要的致病和死亡原因之一。冠状动脉CT血管造影(CCTA)作为非侵入性诊断方法，可以可视化冠状动脉动脉粥样硬化斑块，有助于诊断CAD的解剖严重程度。然而，CCTA在评估CAD方面存在一些局限性，包括特异性受限以及钙化斑块或金属支架引起的伪影，这些都会影响其诊断性能。
光子计数探测器CT(PCD-CT)是一种新兴技术，在诊断CAD方面具有一些优势。与传统的能量积分探测器CT(EID-CT)相比，PCD-CT通过半导体直接将光子能量转换为电信号，从而具有更高的空间分辨率、更低的电子噪声和更少的伪影。这些独特的特点有助于更准确和详细地评估冠状动脉及其动脉粥样硬化斑块。PCD-CT有望成为未来心血管成像的标准。
最近，美国的学者在《美国心脏病学会杂志》（JACC，影响因子：27.206）上发表了最新的研究成果，旨在评估PCD-CT与传统EID-CT在检测阻塞性CAD方面的临床影响和诊断性能。
中心插图 光子计数CT在评估冠状动脉疾病中的临床影响和诊断性能。PCD-CT是一种先进的成像技术，与传统的EID-CT相比，它具有更高的空间分辨率、更低的电子噪声和最小的开花伪影。PCD-CT 可生成更清晰的图像，横截面图像中的管腔清晰可见，在冠状动脉周缘钙化的情况下减少了开花伪影，同时在CPR中突出了钙化。在接受CCTA评估CAD的 7833 名连续患者中，与接受 EID-CT 检查的患者（n = 3957）相比，接受 PCD-CT 检查的患者（n = 3876）较少转入有创冠状动脉造影术（ICA），但在转入时更有可能接受血管重建术。以定量冠状动脉造影作为参考标准，PCD-CT在检测阻塞性冠状动脉粥样硬化方面表现出卓越的规格和诊断准确性。
研究收集了2022年至2023年期间在单一中心进行临床指征CCTA的7833名患者的数据。其中3957名(50.5%)接受了传统EID-CT检查，3876名(49.5%)接受了PCD-CT检查。将CCTA结果与随后进行的侵入性冠状动脉造影(ICA)及定量冠状动脉造影(QCA)结果作为参考标准，评估EID-CT和PCD-CT诊断阻塞性冠心病的性能。采用倾向性得分加权(IPTW)调整多变量逻辑回归分析，评估PCD-CT相比EID-CT对患者转诊ICA、接受血管重建以及准确诊断冠心病的影响。对总冠状动脉钙化评分和血管级别钙化评分进行亚组分析。统计分析采用R和STATA软件，P<0.05认为差异有统计学意义。
PCD-CT 对临床实践的影响。CCTA后的有创冠状动脉造影术（ICA）转诊率（A）、CCTA转诊时的血管再通率（B）和不必要的诊断性 ICA 率（C）以条形图表示。
研究发现，与传统EID-CT相比，PCD-CT在诊断阻塞性冠心病方面表现出优异的诊断性能。与EID-CT相比，PCD-CT组患者转诊到ICA的比例较低，但接受血管重建治疗的比例较高。这些结果表明，新型PCD-CT技术可能有助于改善对疑似冠心病患者的临床管理。
以 QCA 为参考标准，EID-CT 和 PCD-CT 对阻塞性 CAD 的诊断性能。EID-CT (A) 和 PCD-CT (B) 通过CCTA)和定量冠状动脉血管造影术 (QCA) 发现阻塞性冠状动脉疾病 (CAD) 的二乘二或然率表。（C）显示了 EID-CT 和 PCD-CT 的诊断准确性、敏感性、特异性、阳性预测值 (PPV) 和阴性预测值 (NPV)。*P <0.001. **P = 0.002.。与传统的 EID-CT 相比，这是目前评估 PCD-CT 在评估 CAD 方面的临床影响和诊断性能的最大单中心、全病例研究。在 7833 名连续接受CCTA 评估的患者中，与接受 EID-CT 扫描的患者相比，接受 PCD-CT 扫描的患者转诊至后续 ICA 的频率较低。在转诊至后续 ICA 的患者中，PCD-CT 组比 EID-CT 组更常进行血管重建。第三，与 EID-CT 组相比，PCD-CT 组在初始冠状动脉 CTA 后进行非必要的诊断性 ICA 的比例较低。第四，以 QCA 作为参考标准，EID-CT 和 PCD-CT 在诊断阻塞性 CAD 方面的灵敏度和 NPV 都很高。但 PCD-CT 的特异性、PPV 和诊断准确性均优于 EID-CT。与 EID-CT 组相比，PCD-CT 组医生在阅读 CT 扫描时将病变评为不确定的病变更少。
CCTA越来越多地被用作评估疑似CAD患者的初步诊断工具，最近的指南也将其推荐为一类适应症。尽管CCTA因其在排除明显CAD方面的高敏感性，成为有效且安全的初步诊断工具，并且被视为ICA的“守门员”，但其局限性之一在于不同研究中相对较低且可变的特异性和阳性预测准确性。一项由Knuuti等人进行的荟萃分析显示，以ICA作为参照标准，CCTA诊断阻塞性CAD的敏感性高达97%，但特异性仅为78%。这种局限性主要由两个因素造成：首先，解剖结构的严重程度并不总是与病变的功能意义相关；CCTA的分辨率有限，且开花伪影或运动伪影可能导致对狭窄严重程度的高估，从而增加假阳性率，尤其是在存在钙化斑块或金属支架的情况下。相关研究还发现，CAC（冠状动脉钙化）总分越高，CCTA诊断阻塞性CAD的特异性就越低。
PCD-CT 是一种新近获得批准的先进 CT 技术，与传统的 EID-CT 相比，它能显著提高空间分辨率，同时降低信号噪声并最大限度地减少伪影。Simon 等人最近的一项研究（n =812）表明，与 EID-CT 相比，PCD-CT 的这些优势可以降低 ICA 的转诊率，从而影响临床决策。
在当前的研究中，使用PCD-CT评估的患者转诊至ICA的比例（9.9%）显著低于使用EID-CT评估的患者（13.1%；P < 0.001）。转诊至ICA的比例与Simon等人之前的研究相似，后者报告中PCD-CT组的转诊比例为9.2%。尽管使用PCD-CT转诊到ICA的患者较少，但在使用CCTA进行初步评估的患者中，EID-CT组和PCD-CT组的血管再通率相似。这些结果表明，PCD-CT能够减少疑似CAD患者接受不必要的ICA诊断，从而提高诊断和治疗效果。
本研究中，PCD-CT产生临床影响的主要原因有两个。尽管PCD-CT组的CAC总分与EID-CT组相似，但PCD-CT组中钙化斑块的频率更高，且被CT阅读医生评定为不确定的病变更少。PCD-CT的诊断性能超越了EID-CT。根据已有数据，这是最大规模比较PCD-CT和EID-CT在评估阻塞性CAD方面诊断性能的研究。虽然EID-CT和PCD-CT都表现出极佳的灵敏度和阴性预测值（NPV），但PCD-CT的特异性、阳性预测值（PPV）和诊断准确性均高于EID-CT。鉴于研究队列中阻塞性CAD的发病率相对较低，EID-CT和PCD-CT的高NPV并不令人意外。然而，PCD-CT在所有患者中的特异性为98.0%，PPV为83.3%，同样表现出色。这些结果进一步解释了为何PCD-CT的转诊率低于EID-CT，而接受血管重建的可能性更高。
在基于血管水平CAC评分（≤100 AU与>100 AU）的亚组分析中，与EID-CT相比，PCD-CT在诊断准确性和特异性方面的改进在CAC评分>100 AU的血管中更为显著。虽然CAC评分大于400 AU的血管数量不足以进行准确评估，但在该亚组中，两种CT模式的诊断效果均可接受，且PCD-CT的优势趋势依然存在。与EID-CT组相比，PCD-CT组的钙化斑块发生率更高。该差异的确切原因尚不清楚，因为患者被分配到PCD-CT组或EID-CT组并不受患者相关因素或CAC评分的影响。在高CAC总分组（>400 AU）和低CAC总分组（≤400 AU）中均观察到了患者转诊至ICA的降低。PCD-CT的临床意义可能并不限于CAC总分高的患者，值得进一步研究。
在当前的研究中，PCD-CT组的总辐射水平高于EID-CT组。未来研究需要评估其他采集方案是否能达到与PCD-CT类似的效果。研究中使用的心脏专用转换系数为0.026 mSv/mGy/cm，与传统的转换系数0.014 mSv/mGy/cm相比，更准确地反映了CCTA的辐射剂量。尽管PCD-CT组的总造影剂量较高，但与EID-CT组相比，PCD-CT组的造影剂流速（决定造影剂密度）实际上较低。与本研究中使用的EID-CT等容积扫描仪相比，覆盖率较低的PCD-CT扫描仪在使用“步进-曝光”方案时必须使用较高的整体造影剂剂量。
本研究存在一些局限性，如传统EID-CT和PCD-CT并未在同一组患者上进行，无法直接比较两种技术的诊断性能，限制了得出定论的能力，未能直接比较EID-CT和PCD-CT的诊断性能，以及可能存在选择偏倚等。
在这项大规模单中心研究中，PCD-CT 在检测阻塞性 CAD 方面表现出卓越的诊断性能。与普通 EID-CT 相比，PCD-CT 后转诊至 ICA 的患者更少，但转诊的患者更有可能接受血管重建手术。这些结果表明，新的 PCD-CT 技术可以改善疑似 CAD 患者的临床治疗。需要进一步研究来验证我们的单中心研究结果。
3. CT肺癌筛查的利与弊
多项试验表明，基于低剂量计算机断层扫描（LDCT）的肺癌筛查（LCS）可大幅降低肺癌相关死亡率，并可能带来其他临床获益。然而，仍有一些不确定因素需要澄清，多个方面需要改进，以优化LCS的优势并最小化其潜在危害。
肺癌是全球癌症相关死亡的首要病因，而LCS的初衷是通过早期检测来降低肺癌死亡率。基于LDCT的肺癌筛查已被广泛研究，其在降低肺癌相关死亡率方面显示出一定成效，但同时也伴随着诸多利弊。
多项随机对照试验（RCT）和荟萃分析证实，基于LDCT的LCS可降低肺癌相关死亡率。如NLST试验显示，中位随访6.5年时肺癌死亡率相对降低20%；NELSON试验表明总体肺癌死亡率相对降低25%，男性降低24%，女性降低33%；德国LUSI试验和意大利MILD、BioMILD试验也显示LCS对女性肺癌死亡率降低效果更显著。这些研究结果充分证明了基于LDCT的肺癌筛查在降低肺癌相关死亡率方面具有积极意义。
尽管肺癌筛查可以降低肺癌相关死亡率，但在全因死亡率方面，其降低幅度较小甚至不明显。这是因为筛查可能导致过度诊断和过度治疗，虽然成功治疗了更多病例从而降低了肺癌导致的死亡人数，但患者可能因其他并发疾病而死亡，总体全因死亡率并未得到显著改善。例如，前列腺癌筛查中，尽管前列腺癌死亡率有所下降，但全因死亡率并未受到明显影响。多数荟萃分析显示，肺癌特异性死亡率虽有大幅降低，但全因死亡率的降低效果并不显著，仅有一项研究显示出轻微降低，近期的 Cochrane 综述表明全因死亡率相对降低约 5%。中国的一项大型真实世界研究也显示，肺癌特异性和全因死亡率虽有所降低，但效果较为微小。
肺癌分期向早期转变：与其他筛查方式类似，肺癌筛查有助于将肺癌分期从晚期（III - IV期）推向早期可治愈阶段，这对患者的生存具有积极影响。多项试验表明，基于LDCT的肺癌筛查能够有效降低肺癌相关死亡率，原因在于其促使肺癌分期转至早期，使得60%-70%的肺癌在I期被检测到。
对侵袭性较小肺癌的保守治疗策略：筛查存在过度诊断和过度治疗风险，即部分因侵袭性较小或患者合并症等因素原本不会影响预期寿命的癌症接受了侵入性治疗。对于侵袭性较小的肺癌（多表现为亚实性结节），其临床行为较为惰性，即使不进行干预也可能长期生存。在肺癌筛查过程中，通过定期的LDCT检查，可以安全地监测这些亚实性结节的形态变化，如出现实性成分或原有实性成分增大等进展情况。这为采用更保守的治疗策略提供了机会，避免了不必要的过度治疗。
在基线肺癌筛查LDCT扫描（LCS）中表现为非实性结节的肺腺癌示例（A），在12个月随访时出现实性成分（B）。C图显示结节大小和密度进一步增加。D-F分别显示了三个时间点的结节大小和密度。
过度诊断和过度治疗：过度诊断是指将一些在患者一生中可能不会出现临床症状、不会对其造成危害的疾病诊断出来，从而使患者成为 “患者”。在肺癌筛查中，一个典型的例子是缓慢生长的腺癌，即使早期发现并治愈了这种癌症，患者仍可能因其他竞争死因（如心血管疾病）而死亡。过度诊断往往导致过度治疗，即对患者进行了无益甚至风险大于获益的干预。在肺癌筛查中，对于因合并症导致预期寿命缩短且患有非侵袭性肺癌的患者，进行手术或根治性放疗就属于过度治疗。据估计，通过肺癌筛查发现的肺癌中，约五分之一存在过度诊断情况，Cochrane 综述估计每 1000 名筛查者中约有 7 例过度诊断病例（95% 置信区间为 2 - 84 例）。
假阳性结果和后续程序：假阳性结果是指经进一步检查后发现并非疾病的异常情况。不同研究中假阳性率差异较大，基线筛查轮次的假阳性率为8% - 49%，后续轮次为1% - 29%。即使采用了Lung - RADS标准，假阳性率仍在10% - 25%之间。假阳性结果可能导致患者接受侵入性诊断程序，如在NLST中，每1000名假阳性结果的受试者中有17人接受了侵入性检查（如针吸活检、开胸手术、胸腔镜检查、纵隔镜检查和支气管镜检查），其中0.4人出现了严重并发症。一项真实世界研究显示，筛查患者下游成像和侵入性程序的绝对率更高，并发症发生率也高于NLST。
心理危害：肺癌筛查后收到不确定结果的受试者可能在短期内出现痛苦程度增加的情况。然而，一项系统综述表明，与未接受肺癌筛查的对照组相比，接受CT筛查的组焦虑感较低。总体而言，肺癌筛查似乎没有净不良心理影响。
辐射暴露：评估肺癌筛查中辐射暴露的风险需要考虑多个因素，包括筛查相关因素（如CT协议、筛查间隔和持续时间）以及参与者相关因素（如入组年龄、性别和烟草暴露情况）。目前，肺癌筛查相关的辐射暴露约为每年1.5mSv，如果因不确定或阳性结果进行额外的诊断性CT扫描，辐射水平会更高。重复扫描可能导致每2500名筛查者中有1例辐射相关癌症死亡，这凸显了优化辐射剂量的必要性。由于目前可用的超低剂量CT协议，辐射负担可能已不再是一个主要问题。
检测具有潜在临床意义的肺部发现：在基于LDCT的肺癌筛查中，肺部偶然发现极为常见，高达70%的受试者会出现。其中，肺气肿和间质性肺异常（ILA）是最常报告的情况。肺气肿在肺癌筛查参与者中的发生率为24% - 63%，无论其类型和程度如何，其存在均与肺癌发病率、死亡率以及全因和呼吸系统疾病相关死亡率的增加独立相关。在肺癌筛查中检测和报告肺气肿的重要性不仅在于早期干预（对于中度 - 重度肺气肿患者应转诊进行临床和功能评估），更在于基于风险的管理理念，即高风险受试者应接受更短的筛查间隔和长期筛查。为了减少视觉评估的高观察者间和观察者内变异性并提高肺癌筛查的工作效率，多项研究测试了定量方法（如基于低衰减区域百分比，% LAA）在筛查队列中检测和量化肺气肿的性能，并证明了这些方法的可行性。然而，Durawa等人报告称，在预测肺癌筛查参与者的肺癌风险方面，肺气肿的视觉评估似乎优于自动评估。ERS/ESTS/ESTRO/ESR/ESTI/EFOMP关于基于LDCT的肺癌筛查中偶然发现管理的声明强烈推荐对肺气肿进行视觉量化，分为轻度（50%）。ILA是指在接受腹部或胸部CT检查的受试者中偶然发现的亚临床间质性变化，且无任何潜在间质性肺病的临床怀疑。在肺癌筛查人群中，ILA的估计患病率在4% - 20%之间。一些肺癌筛查试验研究了ILA与肺癌之间的关系，确定了患有ILA的筛查者中肺癌患病率较高，这凸显了基于风险的肺癌筛查的重要性。然而，在肺癌筛查背景下，ILA 的临床意义不仅限于肺癌风险增加。某些ILA的形态亚型（如胸膜下纤维化）与向明显肺纤维化进展的风险较高相关。目前仍在等待关于在肺癌筛查背景下如何管理ILA的明确指南。建议对非胸膜下、胸膜下非纤维化和胸膜下纤维化进行量化和表征，但检测到ILA是否应促使早期转诊进行呼吸评估或通过监测成像进行管理仍有待评估。由于肺癌筛查的入选标准，特别是在西方国家，明显肺纤维化以及非纤维化吸烟相关异常（如呼吸性细支气管炎，RB）也可能在肺癌筛查LDCT中被检测到。对于重度吸烟者而言，这些异常是否应被视为 “偶然发现” 仍存在争议。
在基线肺癌筛查LDCT扫描（A）中检测到的间质性肺异常（ILA）示例，在36个月后进行的标准剂量胸部CT（B）中显示有向过度纤维化进展的迹象。
改善心血管风险评估：基于LDCT的肺癌筛查不仅可以检测肺部实质，还可以检测胸部其他发现，如冠状动脉钙化（CAC），它是心血管事件和死亡率的独立预测因子。由于肺癌筛查参与者大多为重度吸烟者，在肺癌筛查CT扫描中经常发现冠状动脉钙化。尽管最初对在非心电图门控扫描上进行CAC量化存在疑虑，但最近的证据表明在胸部 LDCT上测量CAC是可行的。CAC通常通过Agatston评分进行评分，可以通过视觉或基于人工智能（AI）的自动方法进行赋值。美国、欧洲和亚洲国家的众多研究调查了 CAC 与肺癌筛查之间的关系。NLST和早期肺癌行动计划的结果均显示CAC与心血管相关死亡率之间存在正相关，而在一些欧洲试验（包括NELSON、丹麦肺癌筛查试验（DLCST）和MILD试验）中，发现较高的CAC分数（即>400）也与全因死亡率显著相关。基于此证据，ROBINSCA试验一直在研究基于冠状动脉钙的管理是否可以降低心血管相关死亡率和发病率，初步结果显示，与临床系统性冠状动脉风险评估（SCORE）相比，CAC评分将明显更少的高风险肺癌筛查参与者分类为高风险。
身体成分分析：有证据表明身体成分与肺癌患者的临床和预后结果相关。已经提出了多种指标和方法来评估身体成分，包括体重指数以及从CT或磁共振成像（MRI）在特定水平（如T12、L1或L2椎体）提取的单个横截面图像进行分析。尽管在肺癌筛查背景下身体成分分析仍然非常有限，但它似乎有可能针对高风险参与者。Xu等人最近观察到，从基线LDCT评估中得出的基于AI的全自动身体成分测量，为NLST中的全因死亡率、肺癌相关死亡率和心血管疾病相关死亡率增加了预测价值。
不同肺癌筛查试验中偶然发现的发生率差异很大，从4%到41%不等。典型的偶然发现包括胸部异常（如CAC、主动脉瘤、肺气肿、ILA和肺部感染迹象）以及胸外异常（如肾脏、乳房、肾上腺、肝脏、甲状腺、胰腺、脊柱、淋巴结肿块、结节或囊肿）。这些偶然发现通常需要进一步的诊断检查，如会诊、额外的放射学检查，甚至侵入性程序，这伴随着经济成本和潜在的临床并发症。在肺癌筛查背景下，过度诊断和过度治疗的风险不仅适用于非侵袭性肺癌，也适用于偶然发现。偶然发现的真正益处在于它们有可能促使有益的生活方式改变或医疗治疗，从而对相关健康结果（如总体死亡率和质量调整生命年）产生可证明的积极影响。然而，在肺癌筛查中报告偶然发现对这些潜在结果的有效性仍然不确定。
戒烟在肺癌筛查中具有重要意义，且不存在明显危害，被认为是降低肺癌筛查队列中肺癌特异性死亡率的最重要行为改变。肺癌筛查的参与为戒烟干预提供了绝佳机会，因为与符合筛查条件但未参与筛查的人相比，参与者可能更关注自身健康，从而更有可能接受戒烟帮助。一些研究表明，肺癌筛查是戒烟的 “可教时刻”，当前吸烟的筛查者可能特别容易接受戒烟援助。包括RCT在内的多项研究表明，综合（而非常规护理服务中提供）且更密集的戒烟干预措施（即多次咨询课程，有或无药物治疗）在激励筛查参与者戒烟方面比不太密集的干预措施更有效。最近发表的韩国肺癌筛查项目（K-LUCAS）结果显示，24.3%的参与者在初次筛查后6个月内戒烟。同样，DLCST报告在1年随访时戒烟率为10.9%，英国肺癌筛查试验（UKLS）和德国LUSI试验分别报告在2年时戒烟率为23.6%和12.8%，而意大利肺癌研究（ITALUNG）在基线后4年的戒烟率为20.8%。基于这些证据，欧洲和美国最近发布的指南强烈建议将戒烟干预措施纳入肺癌筛查计划。然而，关于如何实施这些干预措施仍然缺乏指导，并且关于不同方法有效性的证据有限，只有少数试验测试了不同的戒烟策略。
LCS已证实可降低肺癌相关死亡率，但全因死亡率降低效果仍有争议。LCS可提供心血管和呼吸系统疾病二级预防机会，但存在假阳性结果导致不必要检查和侵入性程序的风险。需进一步研究个性化筛查间隔和风险预测模型，以提高获益风险比。
文献原文：Ledda RE, Funk GC, Sverzellati N. The pros and cons of lung cancer screening. Eur Radiol. 2025 Jan;
CT 冠状动脉造影（CCTA）在冠心病评估领域取得了显著进展。本章详细阐述其在临床实践中的应用现状，包括对疑似慢性和急性冠状动脉综合征患者的诊断价值；介绍了新兴的技术应用，如基于人工智能的斑块评估和冠状动脉周围脂肪衰减指数的应用；探讨了 CCTA 与心脏生物标志物结合在风险预测方面的潜力，以及当前面临的挑战与未来发展方向，旨在为临床应用提供全面参考。
CT 冠状动脉造影（CCTA）技术不断革新，在冠心病诊断、风险分层及治疗指导等方面发挥着日益重要的作用，其应用进展成为心血管领域研究热点。
CCTA 在临床实践中的应用现状。在门诊疑似慢性冠状动脉综合征患者中，CCTA已成为重要的一线检查手段。它能够清晰显示冠状动脉解剖结构和斑块情况，对冠状动脉斑块及阻塞性管腔狭窄的敏感性高，阴性预测值超过98%。例如，SCOT-HEART 试验表明，稳定型胸痛患者接受CCTA检查后，非致命性心肌梗死和冠心病死亡风险相比接受标准治疗的患者降低了41%，5年终点事件发生率在CCTA组为2.3%，标准治疗组为3.9%。PROMISE试验也显示，随机接受CCTA联合标准治疗的患者在12个月时死亡或非致命性心肌梗死风险降低44%。这些研究充分证实了CCTA在慢性冠状动脉综合征诊断中的重要价值，有助于提高诊断准确性，及时发现潜在的冠状动脉病变，为后续治疗决策提供关键依据。
对于低风险且肌钙蛋白水平和心电图正常的急性胸痛患者，CCTA可作为首选诊断步骤。部分随机试验显示，在特定的急性冠状动脉综合征患者中，如207例肌钙蛋白升高且有心肌梗死症状或体征的患者，初始采用CCTA检查可使侵入性冠状动脉造影需求减少44%，并能更好地筛选适合冠状动脉造影和血运重建的患者（CCTA组61%接受血运重建，标准治疗组 85%），且1年内不良事件无显著增加。在RAPID-CTCA试验中，1700余例疑似急性冠状动脉综合征且心肌梗死预测试概率高的患者，随机接受标准治疗或在冠状动脉造影前加用CCTA，结果也支持CCTA在这类患者中的应用价值，有助于避免不必要的侵入性检查，提高诊断效率和准确性，优化临床管理流程。
随着技术发展，利用人工智能对CCTA图像进行分析成为研究热点。传统的斑块评估软件耗时费力，限制了其临床应用。而人工智能方法可实现对冠状动脉斑块的半自动测量，如识别低衰减非钙化斑块。研究发现，低衰减冠状动脉斑块可作为稳定型胸痛患者未来心肌梗死的预测指标，为心血管风险评估提供了新的视角。通过对大量CCTA图像数据的学习和分析，人工智能算法能够快速、准确地提取斑块特征，包括斑块大小、形态、密度等信息，进一步提高了对冠状动脉病变的评估能力，有望在临床实践中广泛应用，辅助医生更精准地判断患者病情和预后。
冠状动脉周围脂肪衰减指数（FAI）是一种新颖的CCTA标志物，反映冠状动脉炎症情况，与心血管事件密切相关。炎症会抑制冠状动脉周围血管脂肪的生成，在CCTA上表现为脂肪衰减的空间变化，通过测量 FAI 可量化这种变化。多项研究表明，高FAI值（如大于70.1 HU）与心脏死亡风险增加相关。Oikonomou等人的研究提示，FAI可作为心血管事件的预后指标，为冠心病的风险分层提供了新的影像学依据。在临床实践中，FAI的测量有助于识别高风险患者，指导进一步的诊断和治疗决策，丰富了CCTA在冠心病评估中的应用内涵。
CCTA与心脏生物标志物的结合应用。尽管CCTA在冠状动脉解剖和斑块评估方面具有优势，但多数心肌梗死发生在CT未显示阻塞性冠状动脉疾病的人群中。结合心脏生物标志物与CCTA成为研究重点。研究发现，心肌肌钙蛋白（cTn）浓度与CCTA上高风险斑块特征（如低衰减斑块）相关，同时炎症标志物如CRP也与高风险斑块特征存在联系。例如，一些研究表明cTn浓度在有高风险斑块的患者中升高，而CAPIRE研究发现低衰减斑块与cTn无直接关联，但与CRP等炎症标志物有关。这种结合有助于更全面地评估患者风险，识别可能发生不良心血管事件的高危患者。通过综合分析CCTA图像信息和生物标志物检测结果，能够提高冠心病诊断和风险预测的准确性，为个性化治疗方案的制定提供更充分的依据，但具体的结合方式和临床应用策略仍在深入研究中。
CCTA应用面临的挑战与未来发展方向。尽管CCTA取得了诸多进展，但仍面临一些挑战。例如，在部分患者中，如心率过快或心律不齐时，图像质量可能受到影响，导致诊断准确性下降。辐射剂量问题虽在技术改进下有所降低，但仍是临床关注的重点之一。未来，CCTA技术有望在降低辐射剂量、提高图像质量和进一步优化斑块特征分析等方面持续发展。并且，随着多组学技术的发展，将CCTA与代谢组学等新兴技术相结合，可能会更深入地揭示冠心病的病理生理机制，为疾病的早期诊断和精准治疗提供新的突破点，推动心血管疾病诊疗水平的不断提升。
CT冠状动脉造影在冠心病评估中的应用不断拓展和深化，从临床常规诊断到新兴技术应用及与生物标志物的联合研究，都为冠心病的精准诊疗带来了新的机遇。尽管面临挑战，但持续的技术创新和多学科融合将助力CCTA在冠心病防治领域发挥更大的作用，改善患者预后，降低心血管疾病负担。
文献原文：Myrmel GMS, Wereski R, Karaji I, Saeed N, Aakre KM, Mills NL, Pedersen ER. Cardiac biomarkers and CT coronary angiography for the assessment of coronary heart disease. Clin Biochem. 2025 Jan;
4. 缺血性心脏病的心血管CT成像
心脏计算机断层扫描血管造影（CCTA）是一种非侵入性评估冠状动脉的影像学检查手段，近年来在技术上取得了显著进展。这不仅提升了其诊断准确性，还拓展了在心血管疾病领域的应用范围。本章旨在全面探讨CCTA在缺血性心脏病不同临床场景中的应用价值，供大家参考。
冠心病（CAD）的发病率和死亡率给全球医疗系统带来了严峻挑战，心源性猝死常常是无症状个体心血管疾病的首发且唯一表现。
冠状动脉钙化评分（CACS）可用于在一级预防中早期识别冠状动脉钙化，而CCTA则能对冠状动脉管腔和血管壁进行准确的解剖评估，还能提供有关动脉粥样硬化斑块的定性信息，如识别高风险斑块特征。
多项研究表明，CCTA在无症状高危患者中具有重要的预后价值。ICONIC试验发现，急性冠状动脉综合征（ACS）患者多存在非阻塞性CAD和高风险斑块；Plank等的研究显示，无症状高危患者中CAD的患病率较高，且CACS为零并不能排除高风险CAD；CAPIRE研究表明，冠状动脉斑块体积尤其是非钙化斑块体积是心血管事件的有力预测指标；CONFIRM注册研究的亚分析指出，CCTA在62岁以上无症状个体的风险分层中具有额外价值，在中等CACS值的无症状个体中，CCTA对死亡率和非致命性心肌梗死的预测具有增量预后价值。
随着技术发展，CT血流储备分数（FFRCT）和CT灌注成像（CTP）的重要性日益凸显。FFRCT虽然在区分阻塞性和非阻塞性CAD患者的全因死亡率风险上无显著差异，但阻塞性病变与主要不良心血管事件（MACE）和血运重建需求增加相关。CTP则具有更高的特异性和阳性似然比，尤其适用于动脉粥样硬化负担重和中度狭窄的患者。
目前的指南建议，对于具有多个心血管危险因素的无症状患者，如高临床风险评分、糖尿病、老年人、中等CACS值以及有CAD家族史的患者，可考虑进行CCTA检查。早期识别高风险动脉粥样硬化，有助于强化抗脂治疗，稳定斑块并降低心血管事件的发生风险。
一名70岁、存在多种风险因素的无症状女性。冠状动脉钙化评分（CACS）量化结果为0。心脏计算机断层扫描血管造影（CCTA）显示近端存在低衰减斑块，导致严重狭窄（箭头所示）。（A）管腔重建图；（B）多平面重建图。
CCTA在有症状的慢性冠状动脉综合征患者中的应用。CCTA在评估疑似CAD相关症状的患者中应用广泛，具有重要的诊断价值。自64排CT应用以来，多项大型多中心研究证实了其准确性。例如，前瞻性多中心ACCURACY试验表明，CCTA在检测50%和70%阈值的狭窄时具有高敏感性，在低至中等可能性的阻塞性CAD患者中，阴性预测值达99%，准确性达95%。
随着技术进步，CCTA的阳性预测值和特异性显著提高，2019年ESC慢性冠状动脉综合征指南强调了其在胸痛且CAD预检概率低至中等患者中的有用性。CCTA在胸痛和疑似CAD患者的风险分层和预后评估中起着关键作用。SCOT-HEART试验表明，与标准治疗相比，CCTA可提高诊断确定性，增加冠心病诊断频率，并在5年随访中显著降低非致命性心肌梗死等终点事件的发生率。
CCTA还能提供多种预测未来MACE的指标，如CACS升高与稳定的有症状疑似CAD患者MACE风险增加相关，但在有症状患者中，CACS的预后作用需重新评估。
并且，CCTA还能进行多种辅助定性和半定量的冠状动脉斑块分析，如评估重构指数、低衰减斑块（LAP）、斑块负荷、餐巾环征和点状钙化等，这些指标与ACS等不良事件相关（更多内容参见XI区：冠状动脉高危斑块的CT诊断）。
CCTA是有症状的CAD预检概率低至中等患者的首选检查方法，具有出色的诊断准确性和重要的预后评估价值。
餐巾环征（NRS）：沿血管外轮廓分布且环绕纤维脂质斑块的薄环状强化（不超过130HU）。
斑块负荷（PB）：使用以下公式计算：（病变斑块面积（红色圆圈）-病变管腔面积（蓝色圆圈））/病变斑块面积（红色圆圈）。
点状钙化（SC）：短轴观察时，长度为3mm或更短，且占据弧度为90°或更小的任何明显钙化。
重构指数（RI）：指病变斑块面积（红色圆圈）与参考管腔面积（蓝色圆圈）的比值。重塑指数大于 1.1 表明存在正向重塑。
低衰减斑块（LAP）：冠状动脉斑块中存在任何CT值小于30HU的体素。
CCTA在慢性冠状动脉综合征患者经皮血运重建中的应用。在经皮冠状动脉介入治疗（PCI）前，CCTA能提供冠状动脉病变的三维血管造影视图，评估狭窄情况，有助于减少成本、辐射暴露和对比剂剂量，甚至有可能完全取代诊断性血管造影。
CCTA对动脉粥样硬化的评估在PCI中具有重要意义，可帮助医生了解斑块特征，决定治疗方案和血运重建技术。例如，斑块钙化的存在和范围可预测是否需要特定的斑块修饰技术。研究表明，不良的斑块特征可能与心肌缺血相关，CCTA有助于识别高风险患者，以便进行密切随访或早期干预。
FFRCT是一种非侵入性生理测试，可评估冠状动脉狭窄引起的血流限制，与侵入性FFR具有高度相关性。ADVANCE FFRCT注册研究显示，FFRCT< 0.8与PCI和MACE风险增加相关，它能对中等狭窄进行重新分类，提高诊断准确性并减少不必要的侵入性冠状动脉造影。FFRCT Planner是一种基于PCI前CCTA的虚拟模型，可预先估计PCI后的FFRCT值。PRECISE PCI PLAN（P3）研究表明，其预测值与测量的侵入性PCI后FFR相似，这一工具能克服侵入性FFR评估系列病变的局限性，提高治疗规划的精度，但目前由于其应用范围有限且成本较高，主要用于研究目的。
对于复杂的PCI手术，如分叉病变和慢性完全闭塞（CTO）病变，CCTA的指导作用尤为重要。在分叉病变中，CCTA能精确测量分叉角度，有助于选择更合适的支架置入策略，提高手术成功率。在CTO病变中，CT-RECTOR多中心注册研究和相关随机对照试验表明，术前CCTA指导可提高手术成功率，减少围手术期并发症。
FFRCT分析显示右冠状动脉近端节段存在具有功能影响的狭窄。为侵入性冠状动脉造影（ICA）图像，上方为经皮冠状动脉介入治疗（PCI）前的图像，下方为PCI后的图像。
CCTA在慢性冠状动脉综合征患者外科血运重建中的应用。CCTA在评估冠状动脉搭桥术（CABG）的移植物通畅性方面应用已久，准确性高。近年来，它在外科血运重建术前规划中的作用逐渐受到关注。Syntax评分II用于评估冠状动脉病变的解剖复杂性和合并症，以决定血运重建方式。研究表明，基于CCTA计算的Syntax评分（CT-Syntax评分）与基于侵入性冠状动脉造影（ICA）的Syntax评分具有可比性，Syntax III Revolution试验显示，冠状动脉CCTA结合临床信息在决定PCI与CABG的决策中具有潜在可行性。
CCTA在术前评估中具有重要作用，可识别血流动力学显著的病变，可视化远端手术吻合着陆区，评估远端血流，帮助选择移植目标段，提供详细的血管解剖信息，评估胸廓内动脉特征和主动脉解剖结构，有助于手术规划和决策，减少手术风险。
在再次CABG手术中，CCTA还能提供胸骨与心脏之间的距离信息，预防胸骨切开术并发症。
FFRCT可用于无创评估冠状动脉狭窄的血流动力学意义，在复杂三支血管疾病需要外科血运重建的患者中，CCTA结合FFRCT能显著影响心脏团队的治疗决策和术前规划，改变血管选择和患者的Syntax评分。FAST-TRACK研究表明，对于特定人群，仅基于CCTA结合FFRCT进行CABG手术规划和执行是可行的。
术前评估原生血管的FFR对预测移植物闭塞和斑块负荷进展越来越重要。研究发现，术前FFRCT值≤0.80和老年是随访期间搭桥通畅的重要预测指标，因此，术前FFRCT评估有助于改善CABG患者的决策和手术规划，降低移植物失败率。
CCTA在接受复杂经皮血运重建患者中的潜在作用。
胸痛是急诊科就诊的常见原因，急性胸痛患者的不良事件风险较高。CCTA在急诊科评估急性胸痛方面具有重要价值，其高敏感性和阴性预测值有助于识别或排除阻塞性CAD，尤其适用于ACS预检风险低至中等的患者。
多项研究表明，CCTA可缩短患者住院时间，节省成本，并提高冠状动脉疾病的检测率。基于这些证据，2020年ESC指南推荐在低至中等预检概率、肌钙蛋白检测阴性和/或心电图结果阴性的患者中，优先选择CCTA而非ICA。
然而，随着高敏肌钙蛋白（hs-cTn）检测的广泛应用，一些研究显示，CCTA在缩短住院时间和改善临床结局方面的优势不再明显。2023年ESC指南因此对CCTA在疑似ACS患者中的作用进行了调整。在特定临床情况下，如cTn和ECG结果不确定的观察区患者，CCTA仍可有效排除阻塞性CAD，避免患者不必要的住院和进一步检查。
对于存在阻塞性CAD的患者，CCTA可帮助制定血运重建策略，在中等狭窄的情况下，功能CT测试（如FFRCT）可评估病变的血流动力学意义，指导患者管理。
CCTA在急性胸痛评估中的作用不仅限于评估CAD，还可用于同时评估肺栓塞和急性主动脉夹层等危及生命的疾病，即“胸痛三联” （更低内容参见XI区：胸痛三联CT扫描流程）。一些研究还在探索CT评估心肌瘢痕的作用，有望引入“胸痛四联”测试。
一名患者的血管树（A），显示为左前降支供血的左乳内动脉通畅（B），以及为右冠状动脉供血的移植血管存在亚闭塞（箭头所示）（C）。
CCTA能够全面展示冠状动脉粥样硬化的情况，包括斑块负荷、成分、狭窄程度以及狭窄对生理的影响，已成为冠状动脉疾病诊断的金标准。它在CAD的整个病程中都具有重要价值，从无症状患者的一级预防，到有症状患者的诊断、风险分层，再到指导复杂的经皮或外科血运重建手术，CCTA都发挥着不可或缺的作用。未来，随着技术的不断进步，CCTA有望在心血管疾病的管理中发挥更大的作用，为患者提供更精准、更有效的医疗服务。
这是XI区龙年的最后一篇文章，感谢大家的陪伴，我们明年再见！
文献原文：Marchetti D, Gallazzi M, Nemola G, Stracqualursi M, Prestini B, Masini A, Alessandrello MC, Belleggia S, Paolisso P, Andreini D, Conte E. Utility of Cardiovascular CT in Ischemic Heart Disease. Echocardiography. 2025 Jan;
在心血管疾病的诊疗领域，冠状动脉狭窄的精准评估至关重要，它直接影响着后续的治疗决策与患者的预后。冠状动脉CT血管造影（CTA）作为常用的检查手段，在慢性冠状动脉综合征患者的病情评估中发挥着重要作用。然而，当面对严重冠状动脉钙化或老年患者时，传统的能量积分探测器（EID）冠状动脉CTA却存在诸多局限性，其对血管腔的评估准确性大打折扣，特异性和阴性预测值降低，甚至在部分患者中无法得出有效诊断结果，这使得临床指南并不推荐在这类情况下使用该技术。
近年来，光子计数CT技术的出现为冠状动脉疾病的诊断带来了新的曙光。光子计数冠状动脉CT血管造影（PCCTA）凭借其独特的多能量成像和超高分辨率能力，能够以66ms的时间分辨率和110μm的空间分辨率对冠状动脉进行成像，切片厚度最低可达200μm。这一技术进步使得在观察钙化病变等致密结构时，能够最大程度减少伪影干扰，还能通过光谱采集图像对钙和金属伪影进行前处理，显著提升了对冠状动脉管腔狭窄程度评估的准确性，为冠状动脉疾病的无创成像开辟了更广阔的前景。
研究团队从2022年11月至2024年3月，在牛津大学急性多学科成像与介入中心（AMIIC）开展研究，参与者来自OxAMI（牛津急性心肌梗死）研究和ORFAN（牛津风险因素与无创成像）研究。此次研究旨在首次对比评估超高分辨率（UHR）PCCTA和标准分辨率（SR）多能量PCCTA与有创冠状动脉造影（ICA），以量化冠状动脉狭窄情况，同时探究PCCTA在不同钙化程度下的评估能力。
（A）左主干远端的钙化斑块延伸至左前降支和左回旋支开口处，导致严重狭窄，左回旋支近端的混合斑块导致中度狭窄（左主干钙积分：658 AU；左前降支钙积分：649 AU；左回旋支钙积分：71 AU；患者总钙积分：1533 AU）。（B）超高分辨率（UHR）和标准分辨率（SR）光子计数冠状动脉计算机断层血管造影（PCCTA）测量的直径狭窄百分比（%）与三维定量冠状动脉造影（3D QCA）的相关性，突出显示了天然血管段和支架置入段。（C）SR - PCCTA和UHR - PCCTA相对于3D QCA对斑块层面解剖疾病严重程度重新分类的桑基图。
研究过程中，PCCTA检查在AMIIC进行，患者需提前接受舌下硝酸甘油和静脉注射美托洛尔，以扩张血管和控制心率。检查使用第一代PCCTA系统，分别进行SR和UHR采集。其中，SR - PCCTA采用70ml静脉注射碘化造影剂，UHR - PCCTA则使用80ml，二者均有生理盐水冲管。采集过程根据心率和心律采用不同的门控技术，管电压和电流也依采集模式进行调整。而ICA则按照标准诊断冠状动脉造影实践指南，在导管实验室或牛津心脏中心进行，检查后通过3D定量冠状动脉造影（3D QCA）对冠状动脉狭窄进行离线分析，同时评估冠状动脉生理学指标。PCCTA评估由经验丰富的阅片者在不知晓3D QCA结果和其他临床信息的情况下进行，对不同程度钙化的狭窄进行多能量分析，并依据CAD - RADS对疾病严重程度进行分类。
研究共纳入100名参与者，分析了257条血管和343个斑块。结果显示，PCCTA在评估管腔狭窄和解剖疾病严重程度方面与ICA具有良好的相关性。UHR - PCCTA在管腔评估上比SR - PCCTA更为精确，尤其在严重钙化的动脉中表现突出，其与3D QCA评估的绝对中位数差异更小。在解剖疾病严重程度分类方面，UHR - PCCTA与3D QCA的一致性近乎完美，显著优于SR - PCCTA。从诊断性能来看，二者对识别3D QCA中直径狭窄≥50%的冠状动脉均表现出色，但UHR - PCCTA的诊断准确性更高，其AUC值达到0.99，而SR - PCCTA为0.94，在严重钙化血管中，UHR - PCCTA同样更具优势。
（A）左前降支中段的混合性和钙化斑块分别导致中度和轻度狭窄（左前降支钙评分：297 AU；患者钙评分：476 AU）。（B）左前降支弥漫性病变，血管中段的钙化斑块导致中度狭窄（左前降支钙评分：1231 AU；患者钙评分：3164 AU）。（C）钝缘支1（OM1）分支开口处的局灶性非钙化斑块导致严重狭窄，该狭窄在UHR - PCCTA中可显示，但在SR - PCCTA中无法显示（左回旋支钙评分：61 AU；患者钙评分：707 AU）。（D）左主干远端的钙化斑块延伸至左前降支和左回旋支的开口处，导致严重狭窄，左回旋支近端的混合斑块导致中度狭窄（左主干钙评分：658 AU；左前降支钙评分：649 AU；左回旋支钙评分：71 AU；患者钙评分：1533 AU）。
超高分辨率（UHR）和标准分辨率（SR）光子计数冠状动脉计算机断层血管造影（PCCTA）直径狭窄百分比（%）与三维定量冠状动脉造影（3D QCA）的相关性。
（A）涵盖所有斑块，突出显示天然血管段和支架置入段；（B）涵盖所有斑块，突出显示不同程度的钙化；（C）严重钙化动脉中的斑块；（D）弥漫性病变动脉中的斑块。
UHR - PCCTA和SR - PCCTA相对于3D QCA直径狭窄（%）的绝对中位数差异箱线图，表明UHR - PCCTA比SR - PCCTA具有更高的精度。
（A）标准分辨率光子计数冠状动脉计算机断层血管造影（SR - PCCTA）和超高分辨率光子计数冠状动脉计算机断层血管造影（UHR - PCCTA）相对于三维定量冠状动脉造影（3D QCA）对斑块层面解剖疾病严重程度重新分类的桑基图。（B）UHR - PCCTA和SR - PCCTA预测3D QCA中直径狭窄≥50%冠状动脉的诊断准确性。
研究在单一中心开展，样本量较小，限制了诊断准确性结果的普遍适用性；受限于检查时间，无法连续招募急性冠状动脉综合征参与者；并且，仅67名患者同时进行了SR - PCCTA和UHR - PCCTA检查，且因男性参与者比例高未进行性别分析，对于支架段的亚组分析也因样本不足无法开展。PCCTA与3D QCA在狭窄程度评估上仍存在一定差异，且定量斑块评估工具尚在开发和验证阶段。
尽管如此，这项研究仍具有重要意义。它表明在急性冠状动脉综合征患者或因临床需要进行ICA的患者中，PCCTA与ICA的管腔评估密切相关，UHR - PCCTA更是展现出卓越的性能。未来，UHR - PCCTA有望在冠状动脉CTA优先的临床管理路径中发挥关键作用，为治疗决策和血运重建规划提供有力支持，推动心血管疾病无创诊断技术迈向新的高度。
文献原文：Kotronias RA, de Maria GL, Xie C, Thomas S, Chan K, Portolan L, Langrish JP, Walsh J, Cahill TJ, Lucking AJ, Denton J, Farrall R, Taylor C, Sabharwal N, Holdsworth DA, Halborg T, Neubauer S, Banning AP, Channon KM, Antoniades C;
UHR：PCCT在冠状动脉斑块定量评估中的价值
冠状动脉CT血管造影（CCTA）在冠状动脉疾病评估中占据重要地位，不仅能评估管腔狭窄情况，还可对动脉粥样硬化斑块进行可视化和定量分析。研究表明，斑块负荷是心血管事件和死亡风险的主要预测指标（并非是狭窄程度），因此精确的斑块定量评估意义重大。低衰减斑块（LAP）是急性和慢性冠状动脉综合征患者不良冠状动脉事件的最强预测因子，对所有斑块成分进行非侵入性监测，也越来越多地用于评估新型抗动脉粥样硬化药物的疗效。
近年来，临床双源光子计数探测器（PCD）CT的出现，使得心电门控超高空间分辨率（UHR）CCTA成为可能。PCD CT在转换检测到的X射线光子时，优化了几何剂量效率，具有更高的空间分辨率。此前研究显示，UHR可提高尸体实验中钙定量的准确性，模型研究也表明其能提高CCTA斑块定量的准确性和可重复性。然而，仍需与能量积分探测器（EID）CT进行个体内比较，以大规模验证这些结果，并评估重复测量的可重复性和不同阅片者之间的一致性。
近日，来自美国南卡罗来纳医科大学、匈牙利塞梅维什大学、意大利罗马萨皮恩扎大学、IRCCS 圣拉斐尔科学研究所、德国慕尼黑大学医院、波恩大学医院、美因茨约翰内斯・古滕贝格大学医学中心的学者在Radiology上发表最新研究成果。在这项研究中，研究人员旨在评估UHR PCD CT相较于传统EID CT，在冠状动脉斑块定量和基于直方图的特征分析方面的效果，并评估总冠状动脉斑块体积和斑块成分分割的阅片者内和阅片者间的可重复性。
研究人员前瞻性招募了2023年4月1日至2024年1月31日期间，因稳定型胸痛或在经导管主动脉瓣置换术（TAVR）术前检查，而行EID CT下CCTA检查的连续患者，这些患者在30天内接受研究性UHR PCD CT CCTA检查。研究的纳入标准为年龄大于18岁且接受EID CT标准护理CCTA检查的参与者；排除标准包括对碘化造影剂严重不良反应、肾功能降低、EID CT检查无冠状动脉钙化、妊娠或哺乳期以及无法提供知情同意等。
EID CT扫描按照临床方案，在双源EID CT（SOMATOM Force；西门子医疗）上进行，扫描参数为旋转时间0.25秒，准直192×0.6mm，管电压（90 - 130 kVp）和管电流（150 - 600 mA）由CT系统根据定位图自动确定。对于稳定型胸痛且无禁忌症的患者，扫描前给予舌下硝酸甘油（0.4mg），而TAVR候选者不给予硝酸甘油。PCD CT检查则使用临床双源PCD CT系统（NAEOTOM Alpha，软件版本VA50；西门子医疗），在UHR QuantumPlus模式下进行，扫描参数为机架旋转时间0.25秒，准直120×0.2mm，管电压设置为120 kVp，并调整图像质量水平，使两次检查的CT剂量指数相近。
图像重建分别使用离线平台对EID CT和PCD CT数据进行。EID CT图像重建参数为层厚0.6mm，增量0.5mm，使用中等锐利血管卷积核（Bv40）和迭代重建水平3（ADMIRE，西门子医疗）；PCD CT数据集使用迭代重建水平4（QIR；西门子医疗）进行重建，层厚0.2mm，增量0.1mm，并根据体重指数选择不同卷积核（Bv64，体重指数40）。
在定量斑块评估方面，研究人员排除了支架段和搭桥血管，对直径大于1.5mm的冠状动脉进行自动中心线提取后，由一名有5年心血管成像经验的阅片者，使用商业软件（冠状动脉斑块分析，软件版本VA50，syngo.via；西门子医疗）手动定义连续动脉粥样硬化斑块的近端和远端。软件根据CT值的空间分布自动识别外壁和内壁，随后进行手动调整。根据预设的亨氏单位（HU）范围评估斑块成分。
小提琴图展示了总斑块（紫色）、钙化斑块（黄色）、纤维化斑块（蓝色）和低衰减斑块（红色）定量测量的结果。中位数用水平虚线表示，四分位数间距用点线表示。使用Wilcoxon符号秩检验比较EID CT和PCD CT获得的斑块体积。PCD CT测得的总斑块体积和钙化斑块体积低于EID CT，但钙化斑块和低衰减斑块的体积差异无统计学意义。
研究结果显示，最初有320名患者考虑纳入研究，最终48名参与者纳入最终分析，平均年龄68.7岁，其中9名女性，39名男性。共识别并分析了164个斑块，PCD CT下总斑块体积显著低于EID CT（723.5mm³ [IQR，500.6 - 1184.5mm³] vs 1084.7mm³ [IQR，710.7 - 1609.8mm³]，P <.001），纤维化斑块体积更低（325.4mm³ [IQR，151.7 - 519.2mm³] vs 627.7mm³ [IQR，385.8 - 795.1mm³]，P <.001），LAP体积更高（72.1mm³ [IQR，38.6 - 161.9mm³] vs 58.1mm³ [IQR，23.4 - 102.3mm³]，P =.004）。钙化斑块体积在两种CT间无显著差异，但对于主要为钙化的斑块，PCD CT测量的钙化体积显著低于EID CT。
对在左旋冠状动脉近端检测并分割出的部分钙化斑块的定量特征分析。PCD CT减少了钙化成分导致的部分容积平均效应伪影，但由于EID CT上的纤维化区域在PCD CT上被重新归类为钙化，两种扫描仪测得的总钙化斑块体积仍相当。
热图展示了斑块体积的阅片者内和阅片者间重现性的组内相关系数。对于PCD CT和EID CT而言，总斑块、钙化斑块和纤维化斑块体积在重复测量之间以及不同阅片者之间均显示出极好的一致性。虽然PCD CT对低衰减斑块体积的测量具有很强的一致性，但EID CT在低衰减斑块体积测量上，阅片者内和阅片者间仅能达到中等和较差的一致性。
在测量的可重复性方面，PCD CT对总斑块、钙化斑块和纤维化斑块体积的测量，在阅片者内和阅片者间均具有出色的一致性（所有组内相关系数ICC >0.90），对LAP体积的测量一致性较强（ICC分别为0.84和0.89）；而EID CT对LAP体积测量的阅片者内一致性为中等（ICC，0.62），阅片者间一致性较差（ICC，0.47）。PCD CT扫描的斑块中位数衰减值显著高于EID CT，且衰减值的方差和动态范围更大。
该代表性示例展示了对一名75岁男性参与者左前降支（LAD）动脉进行的分割情况。该参与者先接受了临床指示的EID CT冠状动脉CT血管造影检查，随后又接受了PCD CT检查。尽管不同阅片者对所有斑块成分的测量结果相似，但两位研究者都注意到，在超高空间分辨率扫描中，总斑块体积明显更低。中间的三维体积图像显示了分割的位置。
直方图展示了EID CT和PCD CT测量的斑块衰减值汇总情况。基于PCD CT成像信息得到的衰减值具有更大的方差和动态范围。
该研究表明，与EID CT相比，UHR PCD CT可使冠状动脉斑块体积减少约三分之一，在纤维化成分上差异最为明显。PCD CT的斑块定量评估提高了阅片者内和阅片者间的可重复性，尤其是对低衰减斑块。研究也存在一些局限性，如样本量有限、参与者以白人为主、可能存在选择偏倚、未对测量差异进行侵入性验证以及缺乏长期预后数据等。未来需要进一步的研究，特别是针对UHR系列定义斑块成分阈值的侵入性验证研究，以更深入地了解PCD CT在冠状动脉斑块评估中的应用价值。
多能量心血管CT成像指在两种（双能量）或多种X射线能量下进行数据采集，能够提供物质图、虚拟单色图像（VMI）等额外的定性和定量信息，有助于提升CT检查的质量和诊断价值。近年来，光子计数探测器CT（PCD-CT）扫描仪的问世，进一步解决了传统CT机的部分难题，拓展了CT在心血管成像中的应用。
传统CT系统大多局限于双能量数据采集，主要通过不同技术实现，各有优劣。双源CT系统利用不同管电压（如80kV和140kV）的X射线管获取双能量数据，能优化光谱分离，但存在双能量模式下时间分辨率降低等问题。快速kV切换CT系统在扫描时快速在80kV和140kV间切换管电压，低、高kV数据对齐良好，但时间分辨率受限于较长的机架旋转时间，且无法进行光谱优化和解剖管电流调制。双层探测器CT系统中，上层探测器吸收低能量X射线，下层探测器记录高能量X射线，数据采集无需特殊协议且对齐完美，但光谱分离效果不如其他技术。
PCD-CT的出现带来了突破，它将吸收的X射线量子直接转换为电流脉冲，高度与X射线能量成正比。PCD-CT能以更高的辐射剂量效率提供高空间分辨率的数据，实现更好的对比度和光谱分离。双源PCD-CT使多能量成像在临床日常工作中得以常规应用，其良好的时间分辨率（目前为66ms）对心血管成像尤为有利。
- 低单能图像提升对比噪声比并减少对比剂用量：低能量VMI（即<70keV）可增强心血管CT的对比分辨率，在扫描肥胖患者时优势明显。研究表明，40keV的VMI对比70keV的VMI，对比噪声比（CNR）可提高约40%。先进的图像处理技术（如Mono+）能减轻低能量VMIs中潜在的噪声增加问题。利用低能量VMIs增强的碘对比，可在不降低诊断准确性的前提下减少对比剂用量，尤其是对肾功能有顾虑的患者。多项研究证实，PCD-CT在血管成像中CNR的提升，使其在降低对比剂用量方面具有显著优势。
一名 47 岁女性患者，接受双源光子计数探测器 CT 多能量冠状动脉 CT 血管造影（窗宽：320；窗位：230）。在左冠状动脉主干起始处的轴向虚拟单能图像重建显示，随着单能水平升高，对比噪声比（CNR）逐渐降低，分别为 40keV（A）、60keV（B）、80keV（C）、100keV（D）和 120keV（E）。
- 高单能图像减少钙化伪影：冠状动脉CT血管造影是排除冠心病的主要无创技术，但存在特异性和阳性预测值较低的问题，主要原因是钙化斑块及其产生的伪影。高能量VMIs可减少钙化或金属等高密度结构周围的伪影。不同研究对钙化斑块、混合斑块和非钙化斑块的最佳VMI能量水平有不同结论，目前尚未达成共识，仍需进一步研究。
一名 56 岁女性患者，接受双源光子计数探测器 CT 多能量冠状动脉 CT 血管造影。在 40keV（A）、60keV（B）、80keV（C）和 100keV（D）重建图像中，可见左前降支近端（箭头）的钙化斑块。注意在较高单能水平下，钙伪影减少，碘对比降低。
虚拟去碘/虚拟平扫和虚拟去钙图像。光谱心脏成像可实现物质分解，重建去除碘的虚拟平扫（VNC）或虚拟去碘（VNI）图像，以及去除钙的虚拟去钙（VNCa）图像。VNC和VNI图像有望省去真正的平扫扫描，降低辐射剂量；VNCa图像对减少钙伪影对血管评估的影响、避免高估狭窄程度具有重要意义。不同的虚拟碘减影算法适用于不同的成像任务，VNI算法在保留钙化衰减方面表现更好，更适用于钙评分。心血管PCD-CT扫描的光谱信息还可专门用于去除钙化斑块，VNCa图像应与传统VMIs结合使用，避免错误的斑块减法导致误诊。
一名 53 岁男性患者，心血管风险增加且反复出现非典型胸痛，接受双源光子计数探测器 CT 检查。传统（A）、虚拟去钙（B）和虚拟平扫（C）图像的曲面重组显示，左前降支近端有 2 处钙化斑块（箭头）。注意虚拟非钙图像中基于双能量去除了钙（箭头），虚拟平扫图像中基于双能量去除了碘。
传统双源CT扫描仪在进行心脏双能量采集时，往往需要牺牲高时间分辨率。PCD-CT则能在最高时间分辨率下进行光谱数据采集，且延迟碘增强期的光谱采集无需单独的非增强扫描，有利于细胞外容积（ECV）映射技术的准确性。ECV的变化与多种心肌疾病相关，通过CT计算的ECV（ECVCT）具有重要的预后价值，可预测心力衰竭住院风险、死亡率等。PCD-CT能够在更高的空间和时间分辨率下、以更低的辐射剂量提供光谱ECVCT，具有广泛应用的潜力。
一名 83 岁男性患者，患有严重主动脉瓣狭窄，接受双源光子计数探测器 CT 检查，包括在注射对比剂 5 分钟后进行的延迟增强扫描。延迟增强 CT 扫描的碘图和细胞外容积（ECV）极地图（右侧）显示，左心室下外侧基底壁存在病理性延迟增强。相应区域的 ECV 值升高（最大 ECV = 36.5±22.7），在叠加图（中间）和极地图（右侧）中显示。
高分辨率PCD-CT在斑块量化和识别高危斑块特征方面已展现优势，结合光谱信息可进一步细化斑块特征分析，更可靠地识别富含脂质的成分。目前，研究人员期望通过改进的光谱成像技术（如“k边缘成像”），实现对特定造影剂（如金纳米颗粒）积累的可视化，这将为心血管疾病的风险预测和临床管理提供更有力的支持。
目前，新型CT对比剂如钨等的研究正在进行中。与碘不同，钨在高X射线能量下仍能保持较高的X射线衰减，非常适合冠状动脉CT血管造影。它可用于计算高keV的VMI，减少钙伪影的同时不影响血管对比度，还能在VNCa图像中更有效地去除冠状动脉中的钙化斑块。
目前正在研究、有望应用于CT的新型对比剂精选。CT成像中对比度高，在心血管和肿瘤特异性成像方面有潜力，血液循环时间延长。增强血管成像效果，减少伪影，改善心血管成像中管腔的可视化，具有出色的双能量和单能量特性。增强血管造影效果，延长心血管成像的对比持续时间，可用于光热治疗。具有抗氧化特性，适用于与心血管疾病相关的氧化应激条件下的成像。Hf（基于铪的，BAY - 576）。改善冠状动脉CT中的小血管成像和管腔可视化，减少钙伪影。X射线衰减高，在冠状动脉成像方面有研究，但在某些应用中不如碘。用于CT/MRI双模态成像，对高对比度的解剖成像有用，尤其是在心脏和肝脏成像中。PCD-CT的出现推动了多能量心血管CT成像应用的发展。不同的多能量心血管CT成像临床应用各有优劣，如低keV的VMIs可增强碘对比、提高CNR并减少对比剂用量，但存在噪声增加和钙化斑块伪影增多的问题；高keV的VMIs能减少钙化和金属伪影，但碘对比会降低，且最佳能量水平尚未明确。虚拟非碘/虚拟非对比和虚拟非钙图像可提高辐射剂量效率、辅助血管评估，但存在钙评分偏差和斑块减法不准确的风险。延迟增强/细胞外容积量化可定量心肌特征，但软组织对比不如MRI且存在辐射剂量。
多能量心血管CT成像技术的发展，尤其是PCD-CT的应用，为心血管疾病的诊断和预后评估带来了新的机遇。随着技术的不断进步和新型对比剂的研发，多能量心血管CT成像有望在临床实践中发挥更大的作用，为患者提供更精准的诊断和治疗方案。
文献原文：Klambauer K, Lisi C, Moser LJ, Mergen V, Flohr T, Eberhard M, Alkadhi H. Multienergy cardiovascular CT imaging: current state and future. Br J Radiol. 2025 Mar 1;
5. PCCTA在下肢外周动脉疾病诊断中的应用价值
外周动脉疾病（PAD）是全身动脉粥样硬化在下肢的常见表现，主要特征为下肢动脉因钙化或非钙化性粥样斑块导致管腔狭窄。这种疾病在西方人群中的发病率持续上升，严重时可导致肢体缺血，甚至需要截肢，对患者的生活质量和健康构成严重威胁。目前，数字减影血管造影（DSA）是诊断PAD的金标准，其检测动脉狭窄病变的灵敏度和特异性高，且能在检查时直接进行介入治疗，但DSA属于有创检查，存在一定并发症风险。
CT血管造影（CTA）和磁共振血管造影（MRA）在诊断PAD方面具有与DSA相似的灵敏度和特异性，是常用的无创检查手段。在肾功能允许的情况下，CTA因其广泛可得、检查时间短、成本效益高等优势，常被作为首选的无创成像方式。然而，传统CTA在PAD患者的应用中存在局限性，尤其是难以区分血管内对比剂和钙化的血管病变，这在小腿动脉血管以钙化性动脉粥样硬化疾病为主的患者中表现得更为突出，容易导致对狭窄程度的高估或在无实际狭窄的部位出现假阳性结果。
光子计数CT（PCCT）作为一项新兴技术，为解决传统CTA的难题带来了希望。与传统的能量积分探测器相比，光子计数探测器能实现更高的空间分辨率，即使是微小的血管和狭窄病变也能清晰显示；并且，它还能显著减少由腔内支架引起的线束硬化伪影和钙化斑块导致的blooming伪影，使小血管管腔与周围钙化病变的区分更加清晰，提高狭窄疾病的检测和定量准确性；在相同管电压下，PCCT的碘信号更强，对小血管内的碘对比剂显示效果更好；PCCT检查所需的对比剂剂量较低，对于肾功能受损或需要反复检查的患者更为友好。虽然已有研究探索了PCCT在心脏CTA和部分PAD患者中的应用，但与DSA相比，PCCT在大规模PAD患者中的诊断性能仍缺乏系统评估。
为了填补这一空白，研究人员开展了一项回顾性研究。研究纳入了2021年11月至2023年11月期间，在接受光子计数CT下肢血管造影后又进行DSA检查的患者。这些患者均有症状性PAD，且接受了基于光子计数扫描技术的骨盆和下肢CTA检查以及后续的诊断性DSA（可能包含介入治疗）。研究使用光子计数扫描仪进行CTA扫描，设定特定参数，并对图像进行多种重建。DSA则采用平板机器人血管造影设备，根据患者情况选择不同的动脉穿刺方式，在检查过程中进行抗凝处理并采集图像，对有症状且确诊为高级别狭窄或闭塞的患者进行血管内治疗。
在图像分析环节，由两位经验丰富的介入放射科医生独立评估DSA图像，依据视觉印象对血管病变进行狭窄分级，如有分歧则通过协商达成一致。另外两位擅长无创血管成像的放射科医生在不知晓DSA结果的情况下，独立评估CTA图像，主要依据轴向切片进行狭窄分级，必要时参考矢状面、冠状面重建图像和最大密度投影（MIP）图像。研究将双侧下肢动脉血管分为10个节段，根据血管直径的减少程度，采用五级评分法评估狭窄程度。
一名73岁女性患者，小腿动脉血管存在明显钙化。(A) 基于CTA图像，难以可靠地区分血管内碘剂与钙化，例如在评估胫前动脉时（白色箭头所示）。(B) 减去血管钙化后的纯净管腔重建图像提示胫前动脉完全闭塞（白色箭头所示）。(C) 作为金标准的DSA证实该血管完全闭塞（箭头所指）。
一名 78 岁男性，有糖尿病相关病史，患有 Fontaine IV 期外周动脉疾病（PAD）。(A) CTA 显示小腿动脉流出道血管钙化，胫前动脉似为通畅（白色箭头）。(B) MIP 重建图像对于胫前动脉近端的高级别狭窄病变显示不明确（白色箭头）。(C) 去除钙化斑块后，检测到胫前动脉近端局部高级别狭窄（白色箭头）。(D) 该狭窄病变在 DSA 上得到证实（白色箭头）。
统计分析结果显示，研究共纳入109例患者，平均年龄74.68±11.10岁，男性77例，女性32例。PCCTA和PC纯管腔重建图像的阅片者间一致性良好至完美，κ值分别为0.791和0.829。与DSA相比，PCCTA检测高级别狭窄（4级和5级）的灵敏度、特异性和准确性分别为91%、95%和93%；PC纯净管腔重建的相应指标分别为85%、89%和88%，低于PCCTA。在不同血管区域的亚组分析中，PCCTA在髂动脉区域的诊断性能略高于小腿动脉区域，但在小腿动脉区域也能保持较高的准确性，达到90%以上。
一名 64 岁男性患者，双侧髂总动脉存在广泛的动脉粥样硬化病变。轴位（A）和最大密度投影（MIP）重建图像（B）显示左髂总动脉出现中度狭窄病变（白色箭头）。（C）纯净管腔重建显示该位置存在高级别狭窄（白色箭头）。（D）作为金标准的数字减影血管造影（DSA）证实了此处的高级别狭窄病变（黑色箭头）。
一名 72 岁女性，已知患有左髂总动脉钙化性狭窄疾病，导致有症状的动脉流入道疾病。在光子计数 CT 血管造影（PC CTA）的轴向切片（A）和最大密度投影（MIP）重建图像（B）上，难以确定狭窄程度（白色箭头）。（C）纯净管腔重建显示存在高级别狭窄病变，管腔内碘对比剂极少（白色箭头）。（D）这一发现经作为金标准的数字减影血管造影（DSA）证实（黑色箭头）。
该研究表明，PCCTA在检测和诊断PAD患者的狭窄病变方面具有较高的灵敏度和特异性，对于有症状的PAD患者，是一种有价值的无创诊断和治疗规划手段。与传统CTA相比，PCCTA在小腿动脉等小血管的成像上优势明显，即使存在严重钙化，也能可靠地检测出高级别狭窄，阅片者间一致性良好。并且，PCCTA所需对比剂剂量显著降低，减少了对肾功能的影响，尤其适用于合并糖尿病且小腿动脉存在长距离钙化的PAD患者。然而，研究也指出，PC纯净管腔重建的CTA在诊断性能上略逊于传统PCCTA图像，未来新型对比剂的研发可能会改善这一情况。
一位 83 岁女性患者，小腿动脉血管存在钙化性动脉粥样硬化病变。（A）基于光子计数 CT 血管造影（PC CTA），无法可靠地区分胫后动脉和腓动脉内的血管内对比剂与钙化斑块。（B）纯净管腔重建显示非狭窄的胫后动脉通畅，以及中度狭窄的腓动脉通畅。（C）然而，作为金标准的数字减影血管造影（DSA）显示，胫后动脉通畅（黑色箭头），而未显影的腓动脉完全闭塞。
回顾性研究设计可能存在选择偏倚，纳入的患者大多已知患有PAD，且病情较轻（Fontaine分期IIa期）的患者较少；光子计数技术临床应用时间较短，相关软件和图像分析方法仍在发展，未来检测钙化病变和显示血管内碘的技术改进可能会进一步提高诊断准确性；研究未将PCCT结果与之前的CT技术（如多排探测器CT和双能量CT）进行对比，无法直接判断其诊断能力的提升程度。
光子计数CT血管造影在PAD的诊断中展现出了巨大潜力，但仍需更多研究来进一步优化技术、验证其诊断性能，以更好地服务于临床实践，为PAD患者提供更精准的诊断和治疗方案。
文献原文：Ghibes P, Hagen F, Weissinger M, Wrazidlo R, Nikolaou K, Levitin A, Kirksey L, Artzner C, Grözinger G, Partovi S. Diagnostic performance of Photon-counting CT angiography in peripheral artery disease compared to DSA as gold standard. Eur J Radiol. 2025 Jan;
心脏计算机断层扫描血管造影（CCTA）在现代心脏病学中占据重要地位，是无创冠状动脉成像的金标准，能够全面评估动脉粥样硬化负担和斑块成分。本章旨在探讨CCTA在缺血性心脏病不同阶段，从一级预防到血运重建患者评估中的作用。
冠心病（CAD）的发病和死亡负担给全球医疗系统带来巨大挑战，心脏性猝死常是无症状个体心血管疾病（CVD）的首发及唯一症状。冠状动脉钙化评分（CACS）可用于一级预防中早期识别冠状动脉钙化，最新心血管预防指南将其作为心血管风险评估的危险因素（IIb类推荐）。而CCTA通过增强CT扫描，能更准确地对冠状动脉管腔和血管壁进行无创解剖评估，检测阻塞性冠状动脉狭窄，还可提供动脉粥样硬化斑块的定性信息，如动脉重构指数、低密度斑块、斑块负荷、餐巾环征和点状钙化等高危特征，这些特征与心血管事件风险增加相关。
多项研究证实了CCTA在无症状高危患者中的价值。ICONIC试验发现，65%以上急性冠状动脉综合征（ACS）患者基线时存在非阻塞性CAD，52%有高危斑块，且ACS患者的纤维脂肪斑块体积显著更高。Plank等对711例无症状高危患者研究发现，CCTA检测出CAD的患病率较高，CACS为零也不能排除高危CAD。CAPIRE研究表明，冠状动脉斑块体积，尤其是非钙化斑块体积，是心血管事件的有力预测指标。CONFIRM注册研究的亚分析显示，CCTA对62岁以上无症状受试者的风险分层有额外价值，对中度CACS值的无症状个体，CCTA在预测死亡率和非致命性心肌梗死方面比CACS更具预后价值。
一名 70 岁有多种危险因素的无症状女性。冠状动脉钙化评分（CACS）量化值为 0。CCTA显示近端低密度斑块导致严重狭窄（箭头）。（A）CPR图；（B）MPR图。
随着技术发展，CT血流储备分数（FFR-CT）和CT灌注成像（CTP）愈发重要。FFR-CT可评估冠状动脉狭窄导致的血流受限，虽在区分阻塞性和非阻塞性CAD患者的全因死亡率风险上无显著差异，但阻塞性病变与主要不良心血管事件（MACE）风险增加相关。CTP能提高特异性和阳性似然比，在动脉粥样硬化负担重和中度狭窄患者中作用突出。
目前指南建议，对于有多个心血管危险因素的无症状患者，如临床风险评分高、糖尿病、老年人、中度CACS以及有CAD家族史的患者，可考虑进行CCTA检查，早期发现高危动脉粥样硬化有助于强化降脂治疗，稳定斑块并降低心血管事件风险。
CCTA在症状性慢性冠状动脉综合征患者中的应用。CCTA在评估疑似CAD相关症状方面应用广泛，具有重要的诊断价值。自64排CT应用以来，多项大型多中心研究证实其准确性。前瞻性多中心ACCURACY试验表明，CCTA在检测50%和70%阈值的狭窄时敏感性高，对低至中等可能性的阻塞性CAD患者，阴性预测值达99%，准确率为95%。近年来，技术进步显著提高了CCTA的阳性预测值和特异性，2019年ESC慢性冠状动脉综合征指南强调了其在胸痛且CAD预测概率低至中等患者中的诊断价值。
CCTA在胸痛且疑似CAD患者的风险分层和预后评估中起主要作用。SCOT-HEART试验将4146例患者随机分为标准治疗加CACS和CCTA组与标准治疗组，结果显示CCTA提高了诊断确定性，增加了冠心病诊断频率，且5年随访发现，CCTA组主要终点事件显著减少，主要归因于非致命性心肌梗死的减少。CCTA还可提供多种预测未来MACE的指标，如CACS水平升高与MACE风险增加相关，虽然在症状性患者中CACS的预后作用需重新评估，但CCTA检测出的不良冠状动脉斑块特征，如低密度斑块、正性重构等，可显著增加冠心病死亡或非致命性心肌梗死的风险。
CCTA在慢性冠状动脉综合征患者经皮血运重建中的应用。在经皮冠状动脉介入治疗（PCI）前，CCTA可提供重要信息，包括斑块特征、斑块负荷、三维冠状动脉解剖结构和功能信息，有助于指导经皮冠状动脉血运重建。与传统的侵入性冠状动脉造影（ICA）相比，CCTA能提供清晰的三维血管造影视图，评估狭窄程度，降低成本、辐射暴露和对比剂用量，甚至可能完全取代诊断性血管造影。
CCTA对评估斑块特征非常有用，斑块钙化的存在和范围可预测是否需要特定的斑块修饰技术。研究表明，不良斑块特征与心肌缺血相关，即使在ICA中观察到的管腔狭窄程度不严重。FFR-CT作为一种无创生理测试，可评估冠状动脉狭窄导致的血流限制，与侵入性FFR相关性强，能对中度狭窄进行重新分类，提高诊断准确性。FFRCT Planner是一种基于PCI前CCTA的虚拟模型，可预先估计PCI后的FFRCT值，初步研究显示其预测值与实际测量的侵入性PCI后FFR相似，有助于优化治疗计划，但目前其临床应用受限于较低的普及率和较高的成本。
FFRCT 分析显示右冠状动脉近端节段存在有功能影响的狭窄。为 PCI 前（上）和 PCI 后（下）的 ICA 图像。
在复杂的PCI手术，如分叉病变和慢性完全闭塞（CTO）病变中，CCTA的作用尤为突出。分叉病变的PCI成功率较低，CCTA能精确测量分叉角度，指导采用更简单、经济有效的单支架/主支PCI策略。CTO病变的PCI成功率在55%-80%之间，CT-RECTOR多中心注册研究根据术前CCTA得出的评分可预测CTO病变手术成功率，近期的随机多中心临床试验也证实，术前冠状动脉CTA指导CTO病变PCI可提高成功率，减少围手术期并发症。
复杂经皮血运重建患者中，CCTA的潜在意义。（涉及内容包括）合适的患者选择（FFRCT、不良斑块、CTO 评分、PCI 与 CABG 的特征）、特定的手术规划技术、FFRCT 规划器以及手术结果。
CCTA在慢性冠状动脉综合征患者外科血运重建中的应用。近二十年来，CCTA在评估冠状动脉搭桥术（CABG）血管通畅性方面的作用已得到充分证实，美国多学会适宜使用标准将其列为评估CCS患者缺血症状时CABG通畅性的“适宜”检查。
CCTA在外科血运重建术前规划中也发挥着新的重要作用，可计算Syntax评分（CT-Syntax评分），与ICA-Syntax评分相当，有助于心脏团队在讨论左主干或三支血管CAD患者的血运重建方式（CABG或PCI）时进行决策。CCTA还可识别血流动力学显著的病变，可视化远端手术吻合着陆区，评估远端血流，帮助选择搭桥目标段，提供详细的血管解剖信息，评估内乳动脉特征和主动脉解剖结构，有助于手术规划和决策，降低手术风险。
（A）一名患者的血管树；（B）显示通畅的左乳内动脉连接左前降支；（C）右冠状动脉搭桥血管存在次闭塞（箭头）。
FFRCT作为无创评估冠状动脉狭窄血流动力学意义的工具，在复杂三支血管疾病患者手术血运重建的心脏团队治疗决策和术前规划中具有重要影响。多中心前瞻性FAST-TRACK研究表明，仅基于CCTA联合FFRCT进行CABG的规划和实施在特定人群中是可行的。术前评估原生血管的FFR对预测移植血管闭塞和斑块负荷进展越来越重要，FFRCT有望成为预测移植血管通畅性的预后指标，但目前仍需更多临床实践经验积累。
胸痛是急诊科就诊的主要原因之一。急诊科中急性胸痛患者发生不良结局的风险较高，CCTA在评估急性胸痛方面具有高敏感性和阴性预测值，能有效识别或排除阻塞性CAD，尤其适用于ACS预测概率低至中等的患者。多项研究表明，CCTA可缩短患者住院时间，节省成本，且不增加MACE风险。
然而，随着高敏肌钙蛋白（hs-cTn）检测的广泛应用，情况有所变化。部分研究显示，在使用hs-cTn检测的情况下，CCTA在缩短住院时间和改善临床结局方面的优势不再明显，2023年ESC急性冠状动脉综合征指南也因此降低了CCTA在疑似ACS、hs-cTn正常或不确定、无ECG变化且无疼痛复发患者中的推荐等级。
在特定临床情况下，如cTn和ECG结果不确定的观察区患者，CCTA仍有重要作用，可排除阻塞性CAD，使患者及时出院，避免不必要的留院观察和进一步检查。对于存在阻塞性CAD的患者，可考虑血运重建策略，而功能CT检测（如FFR-CT）可评估病变的血流动力学意义，指导患者管理。CCTA还可用于“胸痛三联”，同时评估冠心病、肺栓塞和急性主动脉夹层三种危及生命的疾病，部分研究还探索了其在评估心肌瘢痕方面的作用，有望发展为“胸痛四联”检查。
CCTA能够从斑块负荷、斑块成分、狭窄程度以及狭窄的生理影响等方面展示冠状动脉粥样硬化情况，是无创评估冠状动脉疾病的金标准。其应用贯穿CAD的整个病程，从无症状的一级预防患者，到接受复杂经皮或外科血运重建手术的患者，CCTA都能提供有价值的信息，对疾病的诊断、治疗决策和预后评估具有重要意义。
全球设备研发与未来
光子计数探测器CT（PCD-CT）作为CT成像领域的创新技术，正逐渐改变心脏成像的格局。它在技术原理上与传统能量积分探测器CT（EID-CT）存在显著差异，为心脏疾病的诊断和评估带来了新的可能。
PCD-CT的核心技术优势在于其探测器。相比EID-CT，PCD-CT使用更小的探测器元件，能实现更高的空间分辨率，扫描层厚可达0.2mm，有助于更清晰地观察心脏结构和病变。并且，PCD-CT具备独特的光谱成像能力，可对单个入射光子进行计数和能量测量，将其分类到不同能量区间，这不仅提高了对组织类型和物质的区分能力，还能实现多种高级图像重建，如虚拟去碘（VNI）图像、虚拟去钙图像和虚拟单色图像（VMI）。目前，各大设备厂商都在积极研发PCD-CT系统，部分已应用于临床，但仅有西门子的NAEOTOM Alpha系统实现商业化。
在冠状动脉疾病诊断方面，PCD-CT展现出了巨大的潜力。冠状动脉钙化评分是评估心血管疾病风险的重要指标，传统依靠非增强CT扫描和Agatston方法进行评分。PCD-CT虽能凭借高分辨率更好地检测微小钙化并精确估计钙化体积，但在利用VNC和VNI图像替代传统非对比扫描计算钙化积分时，存在结果不准确的问题，目前尚未能完全取代传统方法。在冠状动脉评估中，CCTA是诊断冠心病的重要手段，但冠状动脉钙化会导致blooming伪影，影响狭窄程度的准确判断。PCD-CT的超高分辨率模式和光谱成像功能，可有效减少伪影，提高冠状动脉狭窄评估的准确性。研究显示，其在检测冠状动脉狭窄时具有较高的灵敏度、特异性和准确性，有望降低冠心病诊断的假阳性率，减少不必要的有创冠状动脉造影（ICA）和重复扫描。结合CT衍生的血流储备分数（FFRCT），PCD-CT能为冠状动脉狭窄的功能评估提供更准确的依据，优化患者管理策略，减少对脆弱患者（如TAVR患者）的侵入性操作。对于支架成像，传统CT受blooming和线束硬化伪影影响，难以准确评估支架内再狭窄。PCD-CT通过选择合适的采集和重建参数，特别是超高分辨率成像结合特定内核，可提高对支架内再狭窄评估的准确性，但目前还不能完全替代ICA作为评估金标准。
使用PCD-CT进行的冠状动脉疾病高级评估。a 使用PCD-CT在增强、真实平扫、虚拟去碘和虚拟平扫图像上进行冠状动脉钙化评分。与真实平扫图像相比，左前降支（LAD）动脉中的钙化斑块在虚拟去碘图像上显得更明显，在虚拟平扫图像上则不太明显。b 对一名患有稳定型心绞痛且存在多种危险因素的66岁男性进行冠状动脉超高分辨率成像。（a）LAD的多平面重建（MPR）图像，显示血管壁广泛钙化。MPR和横断面视图显示LAD近端和中段无明显狭窄。（b）LAD的MPR图像及横断面视图显示，LAD从中段到远端的过渡段管腔明显变窄。（c）有创冠状动脉造影证实LAD中/远端存在明显狭窄。c 使用超高分辨率PCD-CT进行支架成像。对一名有典型胸痛症状的67岁男性患者采用超高分辨率模式的PCD-CT进行冠状动脉CT血管造影。该患者有LAD和左旋支（LCX）动脉支架置入史。多平面重建图像显示LCX支架通畅。然而，LAD支架内远端存在再狭窄迹象。三维容积重建清晰显示LAD和LCX中的支架。相应的有创冠状动脉造影证实LAD存在支架内再狭窄，LCX支架通畅。
在心肌纤维化评估方面，心血管磁共振成像（CMR）的钆对比剂延迟强化（LE）是当前非侵入性评估心肌梗死、瘢痕和活力的金标准。CT的延迟强化成像（LECT）也逐渐受到关注，它可与CCTA在一次检查中完成，同时评估冠状动脉疾病和心肌强化模式，且不存在CMR的一些禁忌证。PCD-CT凭借更高的空间分辨率和更好的对比噪声比，有望改善LECT的成像质量。研究表明，PCD-CT在细胞外容积（ECV）测量方面与CMR具有良好的相关性，可作为评估心肌纤维化的有效替代方法。
光子计数探测器CT成像方案，可一站式完成冠状动脉评估和延迟强化成像。常规冠状动脉CT血管造影（CCTA）方案的时长约为10分钟，额外的延迟强化（LE）CT采集会使总时长延长至约15 - 20分钟。不同中心的采集时间可能有所差异。血细胞比容评估仅在注射对比剂5 - 10分钟后进行选择性细胞外容积（ECV）评估时才是必要的。平扫是可选的，因为它可以重建为虚拟去碘图像。
除上述应用外，PCD-CT在心脏成像领域还有更多潜在应用方向。在斑块特征定量分析方面，结合超高分辨率成像和光谱信息，PCD-CT有助于更准确地评估斑块的易损性，为患者预后和治疗策略的制定提供重要参考。在心脏外膜脂肪组织成像中，PCD-CT可通过不同能量水平的VMI重建，更精确地评估脂肪衰减，实现对心血管风险的预测。在心肌灌注CT中，PCD-CT有望凭借其减少伪影和提高分辨率的优势，与CCTA和LECT相结合，为冠心病患者提供一站式的综合评估。在瓣膜介入手术的术前规划和术后评估中，PCD-CT也能发挥重要作用，如帮助医生更清晰地观察解剖结构、预测预后以及鉴别术后并发症等。并且，PCD-CT还有望降低对比剂和辐射剂量，在不影响图像质量的前提下，提高患者的安全性。
一名59岁近期被诊断为心肌梗死的女性的短轴位PCD-CT（图a和图b）和心血管磁共振图像（图c和图d）。
尽管PCD-CT 在心脏成像中展现出巨大的潜力，但要广泛应用于临床仍面临诸多挑战。目前，需要开展大规模的临床试验，以明确其临床实用性和对患者预后的影响；各中心之间的成像协议和后处理技术也需要标准化，以确保结果的可重复性和可比性；PCD-CT设备的有限可用性和高昂成本也是限制其广泛应用的重要因素，随着技术的发展，成本有望降低。心血管放射科医生和影像心脏病学家之间需要加强合作，以准确识别PCD-CT的适应证、正确解读图像并制定合适的扫描方案。
总体而言，PCD-CT在心脏成像中已展现出显著优势，能够提高诊断准确性，为患者风险分层提供更可靠的依据。随着技术的不断发展和完善，PCD-CT有望在未来成为心脏成像的重要手段，减少侵入性操作，优化医疗资源利用，改善患者的治疗效果和预后。
光子计数 CT（PCCT）历经 25 年，从理论构想逐步发展成为临床可用的先进设备，为医学影像领域带来了新的变革。
PCCT 的核心技术是其光子计数探测器（PCD），这与传统的能量积分探测器（EID）CT 存在显著差异。在传统 EID CT 中，X 射线光子首先需经过闪烁体材料，将 X 射线转化为光信号，然后通过光电二极管或光电倍增管将光信号转换为电信号，再进行后续处理。然而，这个过程存在诸多问题。一方面，电子在传输和转换过程中会不可避免地积累电子噪声，同时由于量子涨落导致量子噪声的产生，这些噪声会干扰最终成像的质量。另一方面，闪烁体需要具备一定厚度以有效吸收 X 射线光子，但这也致使光信号在闪烁体内扩散，使得成像分辨率受到负面影响。更为关键的是，在整个信号转换过程中，X 射线光子的光谱信息会大量损失，无法为后续成像提供更丰富的细节。
与之不同，PCCT 的 PCD 采用半导体材料，当 X 射线光子撞击半导体材料时，会激发产生电子 - 空穴对，且产生的电子 - 空穴对数量与光子能量呈正相关。通过在半导体材料两端施加合适的电场，能够快速有效地分离这些电子 - 空穴对，进而产生与光子能量相关的电脉冲。随后，借助专用集成电路（ASIC）将这些脉冲划分至不同的能量区间，实现对 X 射线光子的精准计数与能量分辨。这种技术突破为多光谱成像提供了关键技术支撑，使得 PCCT 能够获取更丰富的物质信息，提升医学影像的诊断准确性。
在 PCCT 设备的研发进程中，面临着一系列技术挑战，其中高光子通量管理与探测器响应稳定性问题尤为突出，一度成为阻碍其发展的关键因素。近年来，随着相关技术的持续演进，这些难题逐步得到攻克。例如，新型晶体材料的研发取得重大突破，该材料能够高效地将 X 射线光子转换为电子 - 空穴对；并且，快速读出 ASIC 的问世，可实现对单个光子事件的快速精准捕捉。尽管当前非瘫痪型 ASIC 设计受限于电子设备的尺寸与复杂性，在临床探测器中的广泛应用仍面临一定阻碍，但凭借不断推进的技术创新，这些障碍正被逐步跨越，有力地推动了 PCCT 技术的持续完善与发展。
当前，在 PCCT 设备研发领域，诸多知名厂商已取得了突破性进展。不同厂商所采用的探测器材料呈现出独特的物化性质，各有优劣，其设备亦具备差异化的技术参数。
西门子医疗的 NAEOTOM Alpha在2021年9月获得FDA认证，是历史上第一款获得FDA认证的全身光子计数CT。2024年RSNA年会上，西门子医疗发布了NAEOTOM Alpha系列的三款设备。目前，这三款设备均已通过 FDA 和 CE 认证。
该系列中的高端产品 NAEOTOM Alpha.Peak 具备出色的性能参数。其最大扫描速度可达 737mm/s，采用双源设计并配备碲化镉（CdTe）探测器，赋予设备高达 66 毫秒的时间分辨率。这一卓越特性使其在心脏成像这一极具挑战性的领域表现卓越。
NAEOTOM Alpha.Pro 同样展现出卓越性能，该设备创新性地集成了光子计数的高分辨率特性与双源 CT 的快速扫描能力。对于高心率患者，无需使用 β 受体阻滞剂进行心率控制，即可获得高质量的心脏图像。在临床实践中，NAEOTOM Alpha.Pro 作为多模态成像的关键设备，凭借其出色的性能，为多学科协作诊疗提供了有力支持，尤其适用于复杂病例的诊断与治疗规划。
西门子医疗NAEOTOM Alpha系列光子计数CT。NAEOTOM Alpha.Prime 系西门子医疗推出的世界上首款单源光子计数 CT，其最大扫描速度达 345mm/s，定位精准，适用于医疗机构或大型医联体的院内、急诊及门诊检查场景。该设备创新性地集成人工智能与自动化流程，从扫描参数的智能化设定，到图像的快速重建与分析，均能高效实现，有效提升设备使用效能。
三星NeuroLogica的便携式头部成像 PCCT 扫描仪。三星NeuroLogica公司研制的便携式头部成像 PCCT 扫描仪，选用碲化镉作为探测器材料，能够达成 0.15 mm的高空间分辨率，可生成多能级的光谱 CT 图像。该扫描仪仅适用于头部成像，应用范畴较为有限。
碲化镉材料在为设备性能提供有力支撑的同时，也带来了相应挑战。一方面，该材料成本相对较高；另一方面，其生产过程对工艺要求极为严格，需在超净环境下精准控制各项参数。这不仅增加了设备的制造成本，也提升了技术难度，对生产厂商的技术实力与资金投入构成重大考验。
硅材料存在明显的短板。由于硅的原子序数较低(仅为 14)，相较于一些高原子序数的材料，其对 X 射线的吸收能力较弱。当 X 射线穿透人体组织后抵达探测器时，硅探测器难以充分吸收 X 射线光子，导致部分信号丢失。为了改善这一状况，科研团队将厚硅片以 “Edge-on” 的方式进行排列，这种设计增加了光子在硅片中的吸收路径，一定程度上提升了光子的吸收率。但即便如此，在吸收效率方面，与原子序数较高的材料相比，硅仍存在一定差距。在高分辨率成像时，像素尺寸较小，电荷共享的影响更为明显，会降低图像的空间分辨率，使图像中的细节变得模糊。硅材料中也存在一定的散射现象，X 射线光子在硅中散射后，可能会在不同位置产生电信号，进一步干扰了对原始信号位置的准确判断，影响空间分辨率。
佳能医疗自 2016 年收购东芝医疗系统（现佳能医疗系统股份有限公司）后，全力推进光子计数 CT 研发，2021 年收购 Redlen Technologies 获得先进碲锌镉（CZT）半导体检测器模块技术，通过整合优势，攻克探测器电荷共享和脉冲堆积难题。飞利浦在法国里昂大学测试的 PCCT 系统，具备五个能量阈值，能够精准区分不同能量的光子信号。该系统采用 64×0.275 mm准直，搭配 1×1 mm防散射网格，安装于视野达 50 cm的机架之上。目前该系统在临床大规模应用方面的公开报道相对较少，设备在复杂临床环境下的稳定性，以及长期使用后的临床效果，均有待更多研究与实践进一步验证。飞利浦早在2019年就上线了一个SPCCT的网页，专门介绍光子计数CT，但是目前这个网页已经下线。
东软医疗在2024年5月成功获得首幅光子计数CT人体图像，2025年3月其自主研发的国产光子计数CT正式进入国家药品监督管理局创新医疗器械特别审查程序，这款设备使用碲锌镉（CZT）作为探测器材料。
2023年3月29日，富士胶片医疗健康公司与千叶大学开启共同研究，旨在评估富士开发的光子计数CT（PCCT）的临床有用性。该原型机配置宽度为18x0.208mm的探测器。
联像医疗也正在研发全身 PCCT 原型机，其视野为50 cm，层厚为0.625mm，转速0.35s。目前该产品仍处于研发阶段，其在临床复杂环境下的具体性能表现，仍有待后续深入观察。
碲锌镉材料的制备工艺复杂，其对生产环境有着近乎苛刻的要求。整个制备过程需在超净的环境中开展。这在很大程度上限制了碲锌镉材料在 PCCT 设备中的大规模生产与应用，成为制约 PCCT 普及的关键因素之一。
MARS Bioimaging的 Microlab 5X120。还有一些针对特定应用场景的 PCCT 设备也在不断发展。MARS Bioimaging的 Microlab 5X120 采用的 Medipix PCD 技术基于碲锌镉材料，体素分辨率达 80 μm，辐射剂量低于传统 EID CT，在区分软组织、脂质、水和金属方面表现出色，有助于对易损斑块进行成像，但该设备仅适用于临床前研究的紧凑型四肢扫描，应用场景较为单一。
AB - CT 公司的 nu:view 乳腺 PCCT 扫描仪同样基于碲锌镉材料，获得 CE 认证可用于临床，具有高空间分辨率、低辐射剂量和短扫描时间的特点，且无需对乳房进行压迫即可成像，在一项针对 1222 名女性的研究中，该系统的病变对比度和钙化检测能力表现优异，不过其功能仅针对乳腺成像，难以拓展到其他领域。
AB - CT 公司的 nu:view 乳腺 PCCT 扫描仪。在研发进程中，光子计数 CT 设备凭借前沿技术与创新理念，攻克了诸多技术难题，取得了丰硕成果。该设备不仅在成像分辨率上实现了显著提升，能够精确分辨细微的组织结构差异，而且在扫描速度、辐射剂量控制等关键性能指标上表现卓越，为临床应用开辟了广阔的空间。可以预期，随着 PCCT 技术的日益成熟，其在医学影像领域的影响力将不断增强，为疾病早期诊断与精准治疗方案的制定，提供更为精细、高效的技术支持，成为推动现代医学发展的关键驱动力。
胸部、放疗与多能量应用
光子计数CT（PCD-CT）在经过十余年的临床前评估后，已进入临床实践阶段。这一技术的发展引发了医学界对其在患者管理方面优势的期待，目前主要聚焦于确认图像质量的预期改善以及评估其对临床决策的影响，同时，功能成像和光谱成像领域的新视角也成为研究热点。
光子计数探测器（PCD）可将入射的X射线量子直接转换为电脉冲，其脉冲高度与X射线能量成正比，通过设置不同阈值，能提供不同能量区间的光谱CT数据。与传统的能量积分闪烁探测器（EID）不同，PCD对电子背景噪声不敏感，在低X射线通量下也能获得低噪声的优质图像。并且，PCD的结构更精细，可提高空间分辨率。例如，传统CT肺部成像分辨率约为0.4mm，而PCD-CT在超高分辨率（UHR）肺部扫描中分辨率优于0.2mm。
以商用双源PCD-CT（NAEOTOM Alpha）为例，它可以进行标准分辨率扫描或UHR扫描，标准分辨率下最大平面内分辨率为0.208mm，UHR模式下可达0.110mm。该设备的光谱数据在标准和UHR扫描中均可获取，其4个能量区间的数据可合并为两个光谱通道，用于双能量CT应用。扫描时常用120kV或140kV管电压，标准分辨率扫描的主要结果是根据两个光谱通道数据计算生成的虚拟单色图像（VMI），VMI能量可根据临床需求定制。增强肺部扫描还能提供显示肺灌注的碘图和去除碘的虚拟平扫（VNC）图像。
在间质性肺疾病（ILD）的诊断中，与EID-CT的高分辨率扫描相比，PCD-CT的UHR扫描能更清晰地显示ILD的CT特征，如在一些研究中，可更清晰地观察到外周牵引性支气管扩张和小叶内网状结构。然而，更高的空间分辨率对临床诊断的影响仍存在争议。部分研究表明，虽然PCD-CT能提供更详细的信息，但在某些情况下，如对类风湿关节炎相关ILD患者的研究中，两种扫描模式下肺实质受累模式并无差异，阅片者也认为其对肺部结构和异常的诊断解释无显著影响。也有研究发现，PCD-CT的UHR图像能检测到EID-CT未发现的牵引性细支气管扩张，从而改变ILD的分类；还能在COVID-19后遗症患者中发现EID-CT未显示的细微网状影，有助于识别有不可逆纤维化风险的患者。
在技术参数优化方面，研究人员对PCD-CT扫描协议进行了大量测试。如在系统性硬化症患者中，PCD-CT可在不降低图像质量和诊断性能的前提下，将辐射剂量降低66%；对于低剂量UHR-PCD-CT肺部扫描，最佳重建协议可能包括0.4mm的切片厚度和最高的QIR水平，大螺距扫描可减少运动伪影。
72岁男性纤维化性非特异性间质性肺炎（NSIP）患者，相隔一年的扫描图像示例。与图a相比，注意双肺下叶尖段肺受累模式的变化，为疾病进展提供了客观线索。
在肺部结节评估方面，实验研究显示，PCD-CT的高空间分辨率可提高肺结节体积测量和形状表征的准确性，能更好地检测亚毫米结节和气道。在基于人体模型的研究中发现，PCD-CT的“高分辨率”模式（120×0.2mm）在最低辐射剂量（CTDI为0.41mGy）下，能在降低辐射剂量和结节评估性能之间取得最佳平衡。但目前基于EID训练的人工智能计算机辅助检测（CAD）系统在PCD-CT中的应用存在挑战，需要对其进行额外训练和校准。
在慢性阻塞性肺疾病（COPD）方面，PCD-CT在肺密度量化上表现更优，能更准确地量化肺气肿的生物标志物，如低于-950HU的低衰减区域和肺CT直方图第15百分位数的CT衰减值。PCD-CT还有潜力揭示肺部疾病的细微解剖变化，通过改善影像组学特征实现更早期、精确的疾病检测。UHR成像也存在一些问题，如原始数据文件大、重建时间长，需要探索新的重建协议和工作流程来处理不断增加的数据量。
69岁男性特发性肺纤维化患者的图像示例。气管分叉层面的PCD-CT冠状位图像（0.2mm准直，重建层厚1mm，矩阵512），清晰显示了双肺的蜂窝状改变以及右肺中叶的囊肿壁。注意心脏腔室周围无运动伪影，尤其是左肺。
在急性肺栓塞（PE）的诊断中，PCD-CT相较于EID-CT具有显著优势。其数据采集速度快，平均采集时间不到1秒，能对所有患者进行光谱成像，而EID-CT仅能对66.5%的患者进行。PCD-CT扫描产生的伪影更少，如89%的PCD-CT检查无伪影，而双源双能量CT仅为28.6%。大螺距扫描技术在急性PE诊断中也有应用，使用螺距值为3.2时，可采用自由呼吸技术扫描患者，且图像质量更优。
PCD-CT血管造影检查还能降低辐射剂量和减少对比剂用量。在对比剂用量方面，研究测试了超低对比剂协议，如使用25mL 35%的对比剂进行PCD-CT扫描与使用50mL相同对比剂的EID-CT扫描对比，虽然EID-CT组的客观图像质量参数更高，但考虑到PCD-CT的高分辨率、少运动伪影和大幅降低的辐射剂量，其对比度噪声比的下降是可接受的。对于肾功能受损的患者，这种低对比剂协议可能更有利。在主动脉PCD-CT血管造影检查中，也能实现低剂量对比剂下的高质量成像。
PCD-CT能生成高质量的肺灌注图像，与EID-CT相比，具有更高的空间分辨率和更少的心脏运动伪影，辐射剂量可降低52%。碘图还可用于表征肺实质疾病，提高放射科医生对实质病变的诊断信心，在慢性血栓栓塞性疾病的诊断中也具有重要价值，但需注意不能仅依靠碘图诊断慢性肺循环阻塞。
通过胸部CT血管造影检查重建VNC图像，可减少采集次数，降低辐射剂量。有研究表明，在临床PCCT中，从动脉期和门静脉期生成的VNC图像可高精度地量化肺气肿。低能量VMI可用于区分脓胸和非感染性胸膜，高能量VMI能减少金属结构引起的线束硬化伪影，不过在胸部成像中，线束硬化伪影不是主要问题。目前，PCD-CT的超高空间分辨率与光谱特性的结合是研究热点，如在一项基于人体模型的实验中，PCD-CT的多能量和高螺距模式可同时实现准确的碘定量和血管内闭塞评估。PCD-CT还可同时评估肺部形态、通气、血管和实质灌注。
45岁男性因疑似急性肺栓塞接受检查的图像示例。PCD-CT胸部CT血管造影检查（0.4mm准直；低能量重建恢复了肺动脉的最佳强化效果。血管显影质量使得可以可靠地排除亚段级别的急性肺栓塞。
低剂量和超低剂量PCD-CT的现状与展望。多项研究表明，PCD-CT在降低辐射剂量方面表现出色。与EID-CT相比，UHR检查的辐射剂量可降低32%-35.7%，在评估系统性硬化症时，辐射剂量可降低66%且不影响图像质量和诊断性能，在肺部结节等疾病的检查中也有类似效果，甚至在肥胖患者中也能在低辐射剂量下获得更高分辨率的图像。
低辐射剂量下PCD-CT的良好图像质量为进一步降低UHR平扫检查的辐射剂量提供了可能，这对于需要长期频繁CT随访的患者意义重大，如偶然发现肺部结节、ILD患者以及肿瘤护理中的年轻患者。例如，有研究表明，超低剂量PCD-CT可用于肺移植后患者的常规监测，在早期囊性纤维化肺部疾病中也有类似应用。在肺癌筛查中，PCD-CT的低剂量UHR扫描协议既能降低潜在健康个体的辐射剂量，又能保证图像质量。
超低剂量胸部PCD-CT检查的广泛适用性仍需进一步研究，要综合考虑EID-CT的检查效果。系统评价分析显示，低剂量CT在检测蜂窝肺和支气管扩张方面具有较高的诊断准确性，超低剂量CT在检测气胸、实变和磨玻璃影方面准确性较高，但在检测结节和肺气肿方面的敏感性存在差异。
文献原文：Remy-Jardin M, Flohr T, Remy J. Thoracic applications of photon-counting CT: where are WE after three years of clinical implementation?
在癌症治疗领域，放疗是重要的手段之一，其疗效高度依赖精确的成像技术。光子计数CT（PCCT）作为一种新型的成像技术，正逐渐在放疗中展现出独特且重要的价值。
PCCT在技术原理上与传统的能量积分探测器CT（EID-CT）存在显著差异。传统的EID-CT通过测量X射线光子沉积的总能量来成像，存在诸如电子噪声影响图像质量、空间分辨率受限以及无法区分不同能量光子等问题，进而导致对比度分辨率欠佳和易产生线束硬化伪影等缺陷。而PCCT则直接对单个光子进行计数并测量其能量，使用的半导体材料（如碲化镉、碲锌镉）能将X射线光子高效转化为电信号。其像素尺寸更小，通常在0.1 - 0.2mm之间，相比EID-CT的0.5 - 1.0mm，空间分辨率得到极大提升。并且，PCCT能有效消除电子噪声，实现多能量成像，在一次扫描中获取丰富的光谱信息，更好地对组织成分进行表征，并且显著降低线束硬化伪影，生成更清晰、可靠的图像。
在患者摆位和图像配准方面，PCCT凭借高分辨率和出色的对比度，能清晰显示解剖结构，帮助精准确定解剖学标志，提高摆位精度，确保放疗时辐射剂量准确地作用于肿瘤部位，减少对健康组织的损伤。虽然目前PCCT尚未完全集成到治疗设备中，但相关研究如基于PCD的多能量锥形束CT（ME-CBCT）展现出了改善治疗中图像引导的潜力，未来有望进一步提高摆位的准确性和治疗效果。
准确的靶区和危及器官（OAR）分割是放疗计划的核心环节。PCCT的高分辨率和多能量成像能力，能够提供更好的组织对比度和清晰度，助力更精确地识别和分割肿瘤与OAR。对于脑部、腮腺等敏感结构的分割，PCCT的优势尤为明显。研究表明，PCCT在不同临床应用场景下，均能显著提升分割的准确性，减少因分割误差导致的剂量分布不均问题，提高放疗效果，降低正常组织并发症的发生风险。
放疗剂量计算的准确性直接关系到治疗的成败。PCCT在这方面具有显著优势，它能提供更精确的质子阻止本领比（SPR）估计。传统方法通过Hounsfield Units（HU）转换来间接估计SPR，易受组织不均匀性和转换算法的影响，而PCCT可基于不同组织的能量衰减特性直接测量SPR，极大地提高了剂量计算的精度，保障了辐射剂量能精准地传递到肿瘤组织，提高治疗效果，减少正常组织的不必要照射。
金属伪影是放疗成像中的一大难题，会干扰医生对图像的准确解读和治疗决策。PCCT利用多能量成像技术，能够有效区分高密度金属与周围组织，通过对光子的精确计数和能量分类，显著减少金属伪影的影响。在存在金属植入物（如髋关节置换、牙科填充物等）的情况下，PCCT能清晰显示周围组织和结构，为放疗计划的制定和实施提供更可靠的依据。
在肿瘤疗效评估和结果建模方面，PCCT同样表现出色。其高分辨率和多能量成像功能可以详细展示肿瘤的形态、大小、密度变化，以及治疗过程中组织类型的改变，帮助医生准确判断肿瘤对放疗的反应。通过对PCCT图像的定量分析，还能建立预测模型，将成像生物标志物与治疗结果相关联，实现个性化治疗规划，根据肿瘤的实时反应调整治疗方案，提高治疗的针对性和有效性。
PCCT还能够显著降低放疗中的辐射剂量。在保证甚至提升图像质量的同时，PCCT通过减少电子噪声和优化X射线光子能量加权，实现了辐射剂量的降低，降幅可达30 - 60%。这对于需要频繁进行扫描的放疗患者，尤其是儿童和长期随访的患者来说，意义重大，能有效减少辐射对身体的潜在危害，提高患者的安全性。
PCCT还为放疗中的新兴技术提供了有力支持。在自适应放疗（ART）中，PCCT的高分辨率成像有助于实时监测患者解剖结构的变化，实现治疗计划的精准调整，确保辐射剂量始终准确地覆盖肿瘤，提高治疗效果。在放射组学和深度学习领域，PCCT的多能量、高分辨率图像为特征提取和模型训练提供了丰富的数据，增强了模型的预测准确性，推动个性化治疗的发展。在近距离放疗和放射性药物治疗中，PCCT能够提高对放射性种子和药物的追踪与定量分析能力，优化剂量计算和治疗监测，提升治疗效果。
尽管PCCT在放疗中具有巨大的价值，但目前仍面临一些挑战。例如，PCCT设备成本高昂，限制了其在医疗资源有限地区的普及；专门针对放疗的软件尚处于早期开发阶段，运动追踪、质量保证和先进图像引导等关键功能有待完善。随着人工智能技术的发展，通过AI算法合成PCCT图像、优化放疗流程，有望降低成本并提高效率。
光子计数CT在放疗中展现出了多方面的重要价值，从提升放疗精度到降低辐射剂量，再到支持新兴技术发展，为癌症治疗带来了新的希望。随着技术的不断进步和相关问题的逐步解决，PCCT有望成为放疗领域的重要支柱技术，显著改善患者的治疗效果和生活质量。
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