PCCT在胸部应用中的最新进展
PCCT在胸部应用中的最新进展
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。
技术特点
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。而且，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。此外，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。
超高分辨率肺部成像的成果
ILD中的应用
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。不过，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。
67岁男性纤维化性过敏性肺炎患者的超高分辨率（UHR）图像示例
两幅图像均由0.2mm准直采集数据重建而成，层厚0.6mm，矩阵512。矢状位（图a）和冠状位（图b）图像清晰显示了外周牵引性支气管扩张（红色箭头），以及双肺后部和外侧小叶内的网状结构（黑色箭头）。
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
图a：能量积分探测器CT（第三代双源CT系统）的轴位图像（层厚0.75mm），在左肺上叶支气管层面，显示双侧纤维化肺疾病的CT特征。图b：PCD-CT轴位图像，与图a在同一解剖层面，于一年后采集（0.2mm准直，重建层厚0.6mm，矩阵512）。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。同时注意到左肺上叶结节大小显著增加（两幅图中均有箭头指示），高度怀疑是肺纤维化区域发生了恶性病变。
ILD领域外的应用
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。此外，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。不过，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。
胸部PCD-CT血管造影检查
常规临床应用
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。
此外，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。
73岁男性特发性肺纤维化（IPF）急性加重患者的图像示例
PCD-CT胸部CT血管造影检查（0.4mm准直；螺距1；70keV肺部和纵隔重建）。图a：在肺动脉干层面的PCD-CT肺部轴位图像（层厚1mm），显示双侧磨玻璃影，以及纤维化肺疾病背景下同时存在的左侧气胸（小箭头）和纵隔气肿（长箭头）。图b：在图a上方2cm处的PCD-CT纵隔轴位图像（层厚1mm），显示右肺上叶前段和尖段动脉内的腔内充盈缺损（箭头）。注意两个动脉节段内腔内血栓的清晰显示。图c：在主动脉弓层面的PCD-CT肺部灌注轴位图像（层厚1mm），显示右肺上叶局灶性肺栓塞样灌注缺损（箭头）。
能谱成像的其他方面
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。此外，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；螺距1）。图a：70keV重建的PCD-CT纵隔轴位图像，显示因瓦氏动作导致的肺动脉显影不佳。图b：40keV重建的PCD-CT纵隔轴位图像。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。
不过，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。
胸部CT成像技术不断发展，PCD-CT开启了临床常规检查的新时代。目前，学术中心对PCD-CT的研究热情高涨，探索了众多潜在应用领域，但PCD-CT系统的成本限制了其更广泛的应用。未来，需要更多科学证据来明确其对患者管理的影响，还需在技术方面进一步发展，以应对CT数据量大幅增加的问题。
本文原文来自澎湃新闻