2022年进博会期间，全球首台光子计数CT NAEOTOM Alpha亮相西门子医疗展台，实现亚洲首展。凭借创新性的光子计数探测器和颠覆传统CT的成像原理，NAEOTOM Alpha实现了CT影像的重大技术突破，在攻坚心血管、呼吸系统、肿瘤、代谢类疾病方面将发挥重要作用。
接下来，我们跟随西门子医疗科学家的文献综述，探索光子计数CT在科研创新和临床转化领域的前沿进展。
01
变革已至：光子计数时代揭开序幕
“未来，每一台CT都将是光子计数CT。” 欧洲放射学会主席Krestin教授曾做出这样的评价。从诞生之日起，光子计数CT不断在刷新记录，拓展未知领域的边界。
2005年，西门子独有的第一台双源CT问世
2015年，梅奥医学中心成功完成第一例人体扫描
2021年，第一台光子计数CT NAEOTON ALPHA获得FDA认证，并在北美放射学年会登场
2022年，NAEOTON ALPHA在不到一年时间内，斩获30多篇摘要研究和70多篇学术论文，掀起了新一轮科研热潮
02
见微知著：极致高清的临床图像
光子计数CT的革新实现了前所未有的高清图像，使空间分辨率达到极致。
相对于传统探测器，光子计数CT探测器在材料及成像原理上实现了变革，它不再受到传统探测器物理分隔的限制，而是通过半导体晶体直接读取光子信息，并由阳极靶面密集的像素矩阵接收。这大大提高了X光射线的利用率及图像的空间分辨率，使得细小解剖结构，尤其是冠脉细小钙化斑块、植入支架、肺以及骨质结构等显示更加清晰准确。
图 Figure 1传统脊髓造影CT显像 (A) 图右侧卧位，(B) 图左侧卧位
Figure 2 光子计数CT扫描，Figure 1显像后37分钟扫描，(A) 50keV图像 （B）碘图
文献综述
科研方向：脑脊液静脉瘘的病例报告[i]
发表期刊：《JAMA Neurol》2022 June
研究机构：美国杜克大学
病例分析：某脑脊液静脉瘘病例患者经历了低颅压导致的剧烈头痛，磁共振影像可以协助明确低颅压的诊断，但是对于脑脊液静脉瘘的确诊和定位束手无策。既往研究已证实，在明确瘘管定位后进行硬膜外血补丁治疗，可大大提高疗效及预后。但瘘管直径一般在1-2mm之间，对于影像设备空间分辨率的要求极高。
重大突破：在传统CT无法清晰显示的情况下，杜克大学选择NAEOTOM ALPHA光子计数CT在椎管造影后进行扫描，极高的空间分辨率及同时获取的能量图像，清晰显示了瘘管的形态和位置。
科研方向：心脏模体研究[ii] —— 使用光子计数CT的高分辨率模式对于不同成分心脏斑块及支架的显示进行评估
发表期刊：《Radiol Cardiothorac Imaging》 2021 Oct
研究成果：相对传统CT及普通模式，光子计数CT的高分率模式可以更好地显示斑块并且减少支架伪影。光子计数CT在保留双源设备超高时间分辨率优势的同时，其极致的空间分辨率使得心脏影像更加精准高清，为病人治疗选择及预后评估提供了更有力的依据。
今年发表的数篇研究，都证实了光子计数CT的高分辨率模式在人工耳蜗显示[iii]及骨质细微结构显示上[iv]的巨大优势。
图：荷兰伊拉斯姆斯医学中心使用光子计数CT得到的人工耳蜗的图像。
03
精准定量：高精度标准化的定量评估
光子计数CT的技术革新，带来了稳定的CT衰减系数及标准化图像输出，进而推动精准诊疗的发展。
光子计数CT探测器无需经过传统探测器的光电转化及数模转化的繁复流程，可以通过半导体晶体直接读取光子的脉冲并计数，从而还原物质本身固有的衰减信息。由于每个电子脉冲峰值都可被量化读取，低电子脉冲的噪声干扰可通过设定阈值的方式被完全过滤，实现真正意义上的“零量子噪声”，进一步提高了定量评估的准确性。
文献综述
科研方向：极低剂量条件下对光子计数CT扫描图像的评估[V]
研究机构：美国宾夕法尼亚大学医学院
发表期刊：《European Radiology》2022 June
研究成果：同等剂量和扫描条件下，光子计数CT得到的CT值相比第三代的双源CT具有更高的可重复性和准确性，其背景噪声更是降低了74%。这篇文章有力佐证了光子计数CT在精准定量中的巨大优势。
此外，能量图像的常规输出也将为CT值的标准化提供保障，经由量子重建技术得到的能量图像同样提供了稳定准确的CT值，这将去除CT值受管电压及混合能量分布差异的影响而产生的波动。
04
高维影像 ：多参数多能阈的大数据挖掘
光子计数CT可获取多维影像，为临床获取更多的数据信息。它通过半导体晶体直接接受光子信息并产生电信号，不但提供了光子计数的信息，同时还得到了光子的能量信息。相比于传统CT获取混合能量的加权总和，光子计数CT直接获取多能量维度的信息，更深入地探索物质本身的特性。
图：来自捷克查尔斯大学医院的影像显示，左2及左3图分别在45keV和碘图中更清晰地显示了肾盂、肾盏及输尿管开口段的病灶，为临床诊断提供了多维信息。
苏黎世大学发表的光子计数CT对于心脏延迟期心肌缺血的显示[vi]及去年由Tilman Emrich[vii]等人发表的由冠脉造影CTA提取钙化积分值的论文，都体现了多维度能量图像对于临床的价值。而NAEOTON ALPHA同时具备的高时间分辨率，也在多维度能量成像领域显示出巨大优势。
光子计数CT的时代已揭开帷幕，未来它将与量子计算和元宇宙时代接轨，为人类医疗大数据贡献精准的多维信息，致力于推动人类健康事业的发展。
Reference
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