光子探测器为传统CT成像注入新的活力

美国食品和药物管理局已经批准了基于光子计数检测器（PCD）的CT系统，用于临床应用。该系统由梅奥诊所（Mayo Clinic）的一个团队开发了十年，为将X射线转换为电信号提供了另一种方法。

据其开发人员称，PCD-CT系统的优势之一是与传统CT图像相比降低了噪声，并提高了空间分辨率。

梅奥诊所CT临床创新中心主任Cynthia McCollough与她的团队领导了这项工作。 尽管CT成像已成为诊断许多疾病和损伤的强大临床手段，但根据来自美国国立卫生研究院的国家生物医学成像和生物工程研究所 (NIBIB)发布声明：自1971年引入临床以来，CT探测器将X射线转换为电信号的方式基本保持不变。

当X射线束围绕患者旋转时实现CT扫描，这允许X射线穿过患者。当X射线离开患者时，探测器会拍摄一张照片，并将信息传输到计算机进行进一步处理。

相比之下，新批准的 PCD-CT 系统绕过了一个需要多个步骤的过程。“光子计数探测器使用一步过程，其中X射线立即转换为电信号，”McCollough说。

人体气道的常规胸部CT图像（左）和新改进的PCD-CT系统对照图。PCD-CT系统产生的图像显示支气管壁的轮廓更好。 初步研究表明，与标准CT系统相比，PCD-CT系统允许放射科医生看到更小的气道。 由Cynthia McCollough/梅奥诊所提供。

在两步CT过程中，不记录X射线的能量，但在一步过程中，将记录单个X射线及其能级。随着X射线快速进入探测器，它们会根据其能量进行计数和分类，这有助于更轻松地识别软组织、骨骼和碘化血液等不同材料。

这种特定类型的成像称为多能CT成像。根据McCollough的说法，双能CT需要专门的设备，并且仅限于两种能量。她说，光子探测器允许成像过程从更多“桶”开始，将X射线能量分类到其中。

该功能因而使用户能够更好地描绘材料的差异。

临床研究表明，使用PCD-CT系统可降低高达47%的噪音。它还降低了CT成像所需的造影剂用量——传统的CT成像在可视化血管和肿瘤方面是有效的，但必须使用造影剂。由于使用PCD-CT系统的造影剂发出的信号更多，研究参与者需要的造影剂减少30%也能达到与传统CT系统相同的图像质量。

内耳假体的传统CT（左）图像和PCD-CT系统图像的对照。 内耳的结构由难以想象的微小骨骼组成。 临床医生可以通过PCD-CT获得更清晰的内耳图像，这有助于儿童植入人工耳蜗。 由Cynthia McCollough/梅奥诊所提供。

虽然造影剂对大多数患者来说是安全的，但如果可能的话，最好给一些患者较低的剂量。

研究还表明，该系统实现了临床CT系统报告的最佳分辨率。 “显著提高的分辨率和增加的信号是该CT系统相对于标准CT的突破性优势，”NIBIB健康信息技术部主任Behrouz Shabestari说。

“这是十年来FDA批准的第一个大的CT成像技术革新，”Shabestari说。 “这一发展的影响将是深远的，并为临床医生提供更详细的医疗诊断信息。”

过去 10 年，McCollough和她的团队与德国福希海姆的Siemens Healthineers和宾夕法尼亚州Malvern的Siemens Medical Solutions合作。西门子一直在研究原型PCD-CT系统，在McCollough的NIBIB资助下，该团队能够在机构审查委员会的批准下开始扫描患者。在这些研究中，超过1100名患者接受了扫描，首先使用传统CT系统，然后使用新的PCD-CT扫描仪，以展示新系统的优势。

该系统的研究已发表在医学与生物学物理学(www.doi.org/10.1088/1361-6560/ac155e)、放射学(www.doi.org/10.1148/radiol.212579)和美国神经放射学杂志(www.doi.org/10.3174/ajnr.A7452）。

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2022.08