原创 赵喜同学 XI区

光子计数探测器CT（PCD-CT）是一项突破性的创新技术，与配备能量积分探测器（EID）的传统单能量和双能量CT相比，具有显著优势。该技术在腹部成像领域展现出巨大潜力，有望提升多种腹部疾病的诊断水平。本文将对PCD-CT的技术特性、在腹部成像中的应用、局限性、未来挑战及研究重点进行综述。

PCD-CT的技术特性

PCD-CT是CT成像领域的最新创新之一。2008年，首个临床前原型发布并在人体志愿者上进行初步测试，随后不同厂商推出技术不断改进的临床前原型。2021年，基于双源技术的第一代PCD-CT系统（NAEOTOM Alpha，西门子医疗）商业化发布。

其创新之处在于全新的探测器系统。与传统EID-CT不同，PCD-CT直接将X射线转换为电信号，而无需通过固态闪烁体将X射线光子转换为光再转换为电信号。PCD-CT的探测器元件由半导体材料构成，如碲化镉或碲锌镉。这种技术能够对单个光子进行计数并检测其能量水平，消除了中间的光转换步骤，使得探测器元件之间不再需要隔板，从而提高了空间分辨率，可达0.2mm，同时提升了小结构的图像质量。

能量积分探测器（EID）（A和C）与光子计数探测器（PCD）（B和D）的示意图。在传统的EID中，各个探测器元件之间会放置薄且不透明的隔板，目的是防止光线散射到相邻的探测器元件中。而PCD（B、D）由精细的小像素化探测器网格构成，探测器之间没有隔板。

此外，PCD-CT具有更高的效率和图像质量。通过选择能量阈值，可将光子分类到不同能量区间，有效消除电子噪声，增强图像质量。PCD-CT还具备固有光谱（多能量）成像能力，可简化临床工作流程，减少因选择错误千伏设置而导致的扫描不佳情况，尤其对超重患者有益。同时，它在提高空间分辨率、对比噪声比、碘检测能力，降低辐射剂量以及减少金属伪影等方面具有优势。

PCD-CT在腹部成像中的应用

肝脏成像

1.肝脏恶性肿瘤

HCC 是原发性肝脏恶性肿瘤的主要类型，常见于慢性肝病和肝硬化患者，其典型的断层成像特征为动脉期强化和门静脉期相对于周围肝组织的洗脱现象。CCA 作为第二常见的原发性肝癌，通常在疾病晚期才出现症状，预后较差。多期 CT 在这两种肝脏恶性肿瘤的诊断中起着关键作用，但较高的辐射暴露限制了其应用。PCD - CT 有望在不增加辐射剂量的情况下提高空间分辨率，并且能够在一次采集中实现高分辨率、双对比、多期肝脏成像。在动物实验中，通过在不同时间注射碘化和基于钆的对比剂，PCD - CT 成功精确区分和量化了肝动脉中的钆和肝实质中的碘，展示了其在临床实践中进行敏感且准确的多期肝脏成像的潜力。目前存在一些问题，如实验中使用的钆剂量明显高于 MRI 的标准剂量，同时注射两种不同对比剂的总容量可能会引发潜在的不良事件，并对肾功能产生影响，因此其直接应用于临床人体的可行性仍有待进一步验证。

一名72岁男性患者（体重指数：26.5kg/m⊃2; ）。肝脏第7段内有肿块（箭头所示），动脉期呈非边界性强化，门静脉期和延迟期出现廓清，包膜强化，根据肝脏影像报告和数据系统（LI-RADS）分类为5类。PCD-CT的动脉期（A）、门静脉期（B）和延迟期融合图像（C）优于相应的3T MRI图像（D、E和F），因为其没有运动伪影。与EID-CT相比，PCD-CT的对比噪声比和病灶与背景的比值也更高（G、H和I）。

2.肝脏转移瘤

肝脏因其复杂的血管网络结构，成为恶性肿瘤常见的转移部位。对于有肝脏转移风险的肿瘤患者，积极的成像监测至关重要，早期发现对于治疗决策和预后具有关键意义。研究表明，与标准 EID - CT 相比，PCD - CT 在单能量图像中能够有效降低图像噪声，增强病变检测能力。在体模研究以及针对乏血供肝脏转移瘤患者的研究中均证实了这一点。近期，通过使用具有拟人化体模和模拟大小从 0.4cm 至 1.5cm 肝脏病变的虚拟成像框架，对 PCD - CT 和 EID - CT 的诊断准确性进行对比评估，结果显示，无论在常规剂量还是低剂量设置下，PCD - CT 的表现均优于 EID - CT，且不受剂量分布、病变大小、患者体型或阅片者专业知识的影响，凸显了 PCD - CT 在癌症监测中的重要作用和广泛应用潜力。

一名78岁女性患者（体重指数：20.76kg/m⊃2; ），有透明细胞肾细胞癌病史，无肉瘤样特征（2级，pT3a期），接受了左侧根治性肾切除术和免疫治疗。（A）传统能量积分探测器CT（EID-CT）动脉期图像。（B）PCD-CT在6个月随访时生成的50keV虚拟单色图像（VMI）。（C）PCD-CT生成的碘图。两次扫描均正确发现靠近脾包膜的富血供恶性病变（星号）。PCD-CT显示肝脏存在富血供病灶，符合肾细胞癌转移（箭头）。

3.弥漫性肝病

肝脂肪变性的早期检测在全球范围内日益受到关注，MAFLD 作为慢性肝病的主要危险因素，与多种肝内和肝外恶性肿瘤相关。在肝脏细胞内脂肪和肝纤维化的量化方面，MRI 质子密度脂肪分数是首选的成像技术，但该技术存在成本高和可用性受限的问题。相比之下，未增强 CT 在评估肝脂肪变性时，敏感性较低（46% - 72%），特异性中等（88% - 95%）。PCD - CT 为改善 CT 在肝脂肪量化方面的性能带来了希望，目前虚拟平扫（VNC）图像在肝脂肪变性量化方面正在积极研究中，其与真实平扫图像（TNC）在肝脏衰减值和肝脾比方面具有可比性。初步研究还表明，PCD - CT 在量化肝脂肪分数方面与 MRI 的结果相近，平均偏差值小于 1%。

部分 MAFLD 患者会出现铁稳态改变，铁沉积增加会恶化 MAFLD 的病程。因此，准确评估伴有铁沉积的弥漫性肝脏疾病对于诊断和治疗至关重要。通过使用含有不同脂肪和铁混合物的 3D 打印体模进行体外研究，结果显示 PCD - CT 在量化存在铁沉积的肝脏脂肪分数方面，性能略逊于 MRI，但能够避免系统误差，展示了其在铁沉积情况下准确量化脂肪的潜力。此外，PCD - CT 能够有效处理不同范围的脂肪（5% - 30%）和铁（75 - 225μmol/g）浓度，其虚拟非铁（虚拟非碘）和虚拟铁含量（VIC）测量不受扫描参数、迭代重建水平或较低辐射剂量的影响，体现了其在临床应用中的稳健性和可靠性。

胰腺成像

1.胰腺癌

胰腺癌是最常见的胰腺恶性肿瘤，也是癌症相关死亡的主要原因之一，5 年生存率仅为 3% - 15%，因此早期检测对于改善患者生存至关重要。近期研究对 PCD - CT 和 EID - CT 在虚拟单能量图像（VMI）中显示胰腺癌的能力进行了比较，结果发现，在接受 PCD - CT 检查的胰腺癌患者中，低 keV 水平的 VMI 在显示肿瘤方面优于高 keV 水平和多能量图像。在动脉期和门静脉期，肿瘤的显示效果和客观图像质量在 40keV 时达到峰值，随后随着能量水平的升高逐渐下降。与 EID - CT 相比，PCD - CT 生成的低 keV VMI 在动脉期和门静脉期显著改善了图像质量和胰腺癌的显示效果，在 40keV 时肿瘤显示最为清晰，这表明 PCD - CT 在临床实践中对于早期肿瘤检测具有潜在的重要价值。

除了早期诊断，术前成像对于胰腺癌的最佳治疗管理至关重要，手术切除且切缘阴性是唯一可能治愈的治疗选择，因此准确的分期和评估胰腺癌的可切除性需要较高的阅片者间一致性。在这方面，PCD - CT 在评估血管侵犯、转移识别和整体肿瘤可切除性方面，比 EID - CT 具有更高的一致性，并且还能在保证诊断准确性的同时，实现辐射剂量的显著降低。

一名67岁男性患者（体重指数：23kg/m⊃2; ），有前列腺癌病史，主诉腹痛、体重减轻和黄疸，这是他的光子计数探测器CT图像。（A）50keV的虚拟单色图像（VMI）显示胰头有一个强化不明显的病变（箭头），周围有促结缔组织增生反应，并且主胆管受浸润（星号）。碘图（C）显示病变内碘浓度较低。（B和D）胆管支架显示得非常清晰（B和D中的星号）。

2.胰腺囊肿

胰腺囊肿与胰腺癌的发生风险增加相关，部分胰腺囊肿患者可能会进展为肿瘤或高危发育异常。PCD - CT 凭借其更高的空间分辨率和更精确的物质分解能力，在识别胰腺囊性病变方面优于 EID - CT，尤其是在动脉期表现更为突出。因此，对于有 MRI 禁忌证的患者，PCD - CT 可作为胰腺筛查或囊肿监测的替代方法。

肾上腺成像

随着先进成像技术的广泛应用和 CT 扫描数量的增加，过去几十年中肾上腺病变的偶然发现显著增多。肾上腺腺瘤是最常见的偶然发现肿瘤，通常在 CT 图像上表现为低衰减值或对比剂快速洗脱，以此可与肾上腺转移瘤相区分。然而，由于病变大小、不确定或高风险的成像特征以及癌症病史等因素会影响诊断决策，目前的指南在许多情况下建议进行随访或专门的肾上腺 CT 检查。这种方法不仅增加了额外检测的成本，还可能使患者暴露于不必要的辐射中，并导致确诊延迟。

PCD - CT 生成的虚拟平扫（VNC）图像有望在区分肾上腺腺瘤和转移瘤的诊断过程中，替代传统的真实平扫（TNC）图像，从而有效减少辐射暴露。初步数据显示，这些数据集可能会导致对肾上腺腺瘤真实 CT 衰减值的低估或高估，最终导致富含脂质和缺乏脂质的腺瘤之间的误分类。尽管目前相关数据有限，但该领域的研究正在积极开展。一种新的 VNC 算法在区分肾上腺腺瘤和转移瘤方面展示出了较高的诊断准确性，尽管与 TNC 图像相比，该算法存在 CT 值高估的问题。这表明，经过进一步优化后，VNC 数据集有可能完全取代 TNC 图像，简化肾上腺病变的诊断流程。但仍需要进行广泛的多中心研究，以验证这些初步观察结果，并确定使用 PCD - CT 的 VNC 重建进行病变特征描述的最佳截断值。

泌尿生殖系统成像

1.肾脏病变

肾囊肿是 CT 检查中最常见的肾脏肿块，在接受 CT 检查的患者中，其检出率高达 40%。虽然大多数肾囊肿为良性，但肾细胞癌也可能表现出囊性成分，因此需要对囊性病变进行仔细评估。Bosniak 分类系统综合考虑了病变的衰减值、数量和分隔厚度等特征来进行评估。病变增强（注射对比剂后 CT 值的增加）是肾病变特征描述的关键因素，CT 值增加 10 - 20HU 被认为是不确定的，而大于 20HU 则被视为明确的增强。但在实际情况中，假增强现象（注射对比剂后单纯肾囊肿的衰减值出现人为增加）可能导致误诊，使良性囊肿看起来像实性肾肿块，这种现象在小于 1cm 的囊肿中尤为常见，其确切机制尚不清楚，可能与用于校正线束硬化效应的图像重建算法有关，导致囊肿内密度测量出现人为增加。PCD - CT 由于其固有的高对比度和空间分辨率，在改善肾病变特征描述方面具有很大潜力，能够更准确地评估病变的各个成分。

一名45岁女性患者（体重指数：21kg/m⊃2; ）因腹部超声检查发现右肾肿物，接受了光子计数探测器CT扫描。与融合图像（A）相比，动脉期50keV重建的虚拟单色图像（B）显示右肾病变（白色箭头）的对比噪声比和病变与背景的比值更佳。碘图（C）增强了碘的不均匀分布显示，而虚拟平扫重建图像（D）则有效去除了碘信号。

在肾脏病变的综合诊断过程中，通常需要使用碘对比剂进行 CT 多期检查，这会导致患者接受不可忽视的辐射暴露，尤其是在需要进行随访扫描时。PCD - CT 通过生成 VNC 图像，有可能替代 TNC 数据集，从而降低患者的总辐射负担。初步数据表明，PCD - CT 生成的 VNC 图像在准确性方面优于光谱 EID - CT 扫描仪生成的相同数据集，但仍需要进行多中心前瞻性验证，并且算法在某些临床场景下的性能仍有待提高。此外，在使用 VMI 数据集评估囊性病变时需要谨慎，因为低 keV（特别是 40keV）的 VMI 会显著增加肾囊性病变的衰减值，可能导致误分类，影响患者的治疗管理。因此，在使用 VMI 评估肾囊性病变时，70keV 被认为是最佳的能量水平。PCD - CT 还可以通过物质分解分析生成多种数据集，能够准确识别肾脏病变并描述其内部成分，在诊断性能上与 MRI 相当。与 EID - CT 相比，PCD - CT 的优势之一是能够实现定量成像，不仅仅局限于衰减密度测量。通过自动重建碘地图，并在病变内放置感兴趣区域，可以精确量化碘含量（mg/cm⊃3;），这在评估肾脏病变时非常有用，研究表明 PCD - CT 生成的碘地图在区分肾囊肿和肿瘤方面具有较高的诊断能力。

一名 51 岁女性患者（体重指数 22.4kg/m⊃2;）的光子计数探测器 CT 扫描图，TNC（真实平扫）图像（A）显示右肾（箭头处）有一个密度为 94.30±7.83HU（平均值 ± 标准差）的高密度皮质囊肿。虚拟平扫图像（B）错误地生成了一个低密度囊肿。

2.肾结石

肾结石是急诊室常见的就诊原因之一。PCD - CT 能够区分常见的肾结石成分，如尿酸、草酸钙单水合物、胱氨酸和磷灰石，为结石成分的分析提供有价值的信息，其在区分结石成分方面的准确性与光谱 CT 相当，在描述小肾结石方面表现更优。PCD - CT 对肾结石的检测率也非常高，尤其是对于 3mm 及以下的小结石。同时，它能够实现亚毫西弗扫描，与剂量优化的 EID - CT 相比，辐射剂量可降低 44%，并且无论结石位于何处，都能保持良好的图像质量，确保诊断的可靠性。对于需要频繁进行成像监测和治疗的复发性肾结石患者，辐射剂量的降低尤为重要。通过使用对比剂减法算法，还可以进一步优化剂量效率，这些算法能够在排泄期选择性地去除碘，提高肾结石的检测效果。目前有两种商业化算法，即基于碘和水作为基础材料的虚拟平扫（VNC）算法和基于碘和钙的虚拟去碘算法。近期研究发现，VNC 算法在去除对比剂的同时能更准确地保留肾结石，但两种算法都存在碘去除不完全和部分肾结石被去除的问题，限制了它们目前的临床应用。

肠道和腹膜成像

1.克罗恩病

克罗恩病是一种慢性炎症性肠病，主要累及胃肠道，其典型特征为透壁性炎症，可侵犯从口腔至肛门的任意消化部位，其中小肠受累最为常见，这给直接的内镜检查与活检带来困难。患者常出现回肠狭窄，结肠狭窄相对较少，且这些狭窄多由炎症与纤维化共同引发。CT 小肠造影和磁共振小肠造影是诊断与监测克罗恩病的重要成像手段，它们在确定疾病分布、检测并发症、评估治疗效果及监测疾病进展等方面，具有较高的敏感性与特异性。克罗恩病的主要影像特征包括节段性肠壁强化、肠壁增厚、肠壁水肿和溃疡，常见并发症有狭窄、瘘管和脓肿，这些信息对治疗方案制定和疾病管理意义重大。

一名 16 岁疑似克罗恩病女性患者的光子计数探测器 CT 图像。矢状位（A）和轴位（C）图像显示末端回肠处于慢性炎症状态，肠壁有严重纤维化改变，表现为肠壁增厚（箭头所示），还可见粪征（箭头头所示）和肠 - 肠瘘（星号所示）。碘图（B）突出显示了肠壁的对比增强情况。

此前基于光谱 CT 碘图的研究表明，碘密度可作为活动性炎症的标志物，但在依据炎症严重程度对患者进行分层时存在不足。这些研究为 PCD-CT 碘图的研究奠定了基础。初步数据显示，2.7mg/mL 为区分活动性炎症的最佳碘密度阈值，3.4mg/mL 是区分轻度与中重度炎症的最佳阈值。在一项猪模型研究中，运用 PCD-CT 进行小肠成像并采用双对比剂（口服次水杨酸铋和静脉注射碘化对比剂），结果表明 PCD-CT 能有效区分含碘和含铋结构，这为小肠疾病诊断带来新的潜在价值，比如有助于区分强化的息肉与阳性肠腔对比剂，以及更好地识别和分类小肠损伤。相较于钡，铋的 K 边界能量为 90.5keV，与碘（K 边界能量为 33.2keV ）更易区分。此外，PCD-CT 较高的空间分辨率或许能在评估受累回肠段细微形态变化方面发挥优势，但这一假设仍需更多科学研究加以证实。

2.直肠癌

直肠癌在欧盟的年发病率约为12.5万例，美国约4.5万例，中国每年新发结直肠癌约55.5万例。尽管在普通人群中，因筛查计划和早期诊断的推行，其发病率和死亡率呈下降趋势，但在 50 岁以下患者中，发病率却持续上升。MRI 凭借出色的对比分辨率，以及对直肠壁、直肠系膜筋膜和区域淋巴结的精准显示，成为直肠癌诊断以及接受经肛门切除术患者和放化疗完全缓解后采用观察等待策略患者的主要监测手段。相比之下，传统 CT 由于对比分辨率较低且为单参数成像，在直肠癌诊断中的作用主要集中于对接受腹会阴联合切除术或低位前切除术患者的监测。

在此背景下，PCD-CT 作为一种多参数成像方式，有望改变直肠癌的诊断模式。将肿瘤碘浓度标准化至主动脉后得到的标准化碘浓度，与淋巴管血管侵犯呈正相关，且能预测治疗反应，最佳截断值设定为 0.36。这一发现为直肠癌的诊断和治疗决策提供了新的参考依据。

3.腹膜腔

腹膜是衬于腹腔内表面并覆盖大部分腹腔器官的浆膜，在腹部肿瘤成像中意义重大，它可能受原发性腹膜癌侵犯，也是如结直肠癌和卵巢癌等肿瘤的转移途径。腹膜成像颇具挑战，因其解剖结构复杂且组织较薄。传统 CT 评估腹膜解剖结构时空间分辨率良好，但对比分辨率较低；MRI 虽对比分辨率出色，空间分辨率却较低。

PCD-CT 的 K 边界成像技术有望成为评估腹膜的一站式方法。PCD-CT 能够同时对不同对比剂进行物质分解，这一特性在体内实验中已得到验证。对静脉注射碘和腹腔注射钆的大鼠进行扫描，PCD-CT 可清晰地同时显示腹部器官和腹膜腔。这一技术有望提升对腹膜转移瘤的识别与随访能力，尤其是对于小于 5mm 的转移瘤。然而，尽管 K 边界成像前景可观，但目前这些应用仍处于实验和概念验证阶段，因为同时注射两种不同对比剂存在监管问题，需首先解决。

腹部血管成像

PCD-CT 在心血管成像领域已开展了大量研究，主要集中于冠状动脉，同时也涉及主动脉弓上和腹部血管。在腹部血管方面，PCD-CT 也展现出了一定的优势。

在主动脉腔内修复术后，采用 PCD-CT 的双相采集协议（包括虚拟平扫数据集、动脉期和静脉期），可准确识别内漏，无需进行传统的真实平扫检查，从而使辐射剂量分布更安全。同时，在体外实验和动物模型中已证实，同时注射两种不同对比剂在识别主动脉内漏方面技术可行且有效。

采用光子计数 CT 扫描仪获取的主动脉 CT 血管造影图像。以逐渐增加的 keV 值（分别为 40、50、60、67、70、80、90、100、110、120、130 和 140keV；对应 A 至 N）获得虚拟单色图像（VMI）。

与光谱 EID-CT 类似，PCD-CT 在低 keV 的 VMI 数据集（如 45 - 50keV）下，可使血管区域获得最佳强化效果，而在 70keV 时图像噪声最小。充分利用 PCD-CT 在低能量水平的潜力，主动脉 CT 血管造影协议已成功实现，对比剂用量比传统 CT 减少 25%，碘用量可低至 9.5g。此外，在相同扫描参数下，PCD-CT 相较于传统 EID-CT，在图像质量方面表现更优，能够在不降低诊断准确性的前提下，大幅降低辐射剂量。

PCD-CT的局限性

尽管PCD-CT具有诸多优势，但仍存在一些局限性。它是一项较新的技术，主要应用于心血管成像，针对腹部成像的研究相对较少。目前，超过2个能量区间的PCD-CT配置尚未在临床常规使用，同时注射两种不同对比剂也未获得广泛的监管批准和临床指南认可。此外，系统稳定性有待提高，高光子通量可能降低探测器性能，PCD-CT系统成本较高，且需要对放射科医生和技术人员进行专门培训，以充分发挥其潜力。

未来挑战与研究重点

将 PCD-CT 整合到腹部成像中具有重要意义，但仍面临诸多挑战，需要进一步研究。开展大规模、多中心的临床试验对验证 PCD-CT 的诊断性能至关重要。通过与传统 EID-CT 进行对比研究，尤其是在检测腹部病变和细微灌注异常方面，有助于明确 PCD-CT 的临床附加价值。未来的研究还应聚焦于开发标准化的采集协议，根据不同腹部器官和具体临床应用（如病变特征描述、弥漫性肝病评估等）优化能量阈值设置。此外，探索超高分辨率模式在不影响光谱准确性的情况下增强病变检测的潜力也十分关键，特别是在小病变检测以及手术切除和移植术前规划方面。

PCD-CT的K边界成像能力有可能重新定义对比剂注射策略，实现多对比检查，减少多次图像采集的需求。虽然这些进展有望提高工作流程效率和优化辐射剂量管理，但目前在临床应用前仍需解决监管和技术方面的问题。

尽管 PCD-CT 在心血管成像方面的研究显示出与 EID-CT 相比潜在的成本效益，但在腹部成像中的经济效益仍不明确。与心脏成像不同，PCD-CT 在腹部应用中更可能是一种渐进式的改进。随着技术的发展和更多厂商进入市场，预计 PCD-CT 的性能将不断提升，成本会逐渐降低。在未来几十年，随着现有 CT 系统的自然更新换代，PCD-CT 在腹部成像中的广泛应用可能会成为现实。最终，针对腹部应用的多中心试验和全面的成本效益研究，将对指导 PCD-CT 在临床实践中的长期应用起到关键作用。

PCD-CT 精确计数每个光子的特性，为腹部成像开辟了新的诊断途径，展现出巨大的潜力。然而，要充分发挥其优势，还需要持续的研究和大量的临床试验。通过进一步探索和解决相关挑战，确保在追求更好患者预后的过程中，PCD-CT 的每一个光子都能发挥最大作用，为腹部疾病的诊断和治疗提供更有力的支持。

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文献原文：De Santis D, Del Gaudio A, Santangeli C, Fanelli F, Pacelli F, Capece Minutolo Del Sasso L, Zerunian M, Polici M, Polidori T, Pucciarelli F, Marin D, Laghi A, Caruso D. Every Drop (Photon) Counts: Current Applications and Future Challenges of Photon-Counting Detector CT in Abdominal Imaging. Invest Radiol. 2025 Mar 26. doi: 10.1097/RLI.0000000000001178. 仅供专业人士交流目的，不用于商业用途。

2025年5月9日

原标题：《PCCT在腹部成像中的应用与挑战》