下载客户端

光子计数CT：影像诊断的巨大飞跃？

2022-05-05 15:46

来源：澎湃新闻·澎湃号·湃客

原创赵喜同学 XI区收录于合集 #光子计数 2个

大约30年前，当我开始学习神经放射时，有传统的X光平片、血管造影、计算机断层扫描（CT）和磁共振成像（MRI）。说实话，在我退休之前，我没想到会看到一种全新的影像设备进入临床常规使用。

我错了。

经过50年的临床应用（参见：），CT即将以一种全新的成像方式出现。配备光子计数探测器的第一代CT扫描仪正在医院安装，用于（高端）日常使用。这种技术可以降低辐射剂量，提高空间分辨率，减少伪影。在CT成像领域多年没有真正的进展后，这一改变非常值得赞赏。

但我认为还有更多。

能量积分探测器（左）与光子计数探测器（右）的区别：常规能量积分探测器，入射的X射线光子被转换为多个可见光子，最终由光传感器检测到，产生宽信号。光子计数探测器将入射X射线光子直接转换为可测量的电荷云，到达探测器的光子可以通过光子计数探测器同时区分。

想象一下，你正在“看”一个花园，但只能探测到光的强度。当然，你得到的是黑白照片。那张黑白照片准确地描绘了现实吗？在某种程度上，是的。但每个人都会欣然承认，我们完全忽略了一个重要的维度：光的光谱信息，即花朵的各种颜色！

这和光子计数CT有什么关系呢？

在我职业生涯的大部分时间里，我相信CT扫描仪能够“探测”X射线；然而，从技术上讲，传统CT扫描仪中的探测器永远无法直接对X射线做出反应。作为一种解决方法，X射线由玻璃层（即闪烁晶体）接收，该玻璃层将X射线转换为可见光闪烁。在玻璃层后面是一个光电二极管（与数码相机内部的光电二极管相当），它可以检测闪烁的光，并在给定的时间段内（例如几毫秒内）对其进行汇总。因此，数千条X射线的信息被整合到一个结果中，因此可以从电子噪声中检测出来。这是对现实的真实描述吗？在某种程度上，是的。当X射线很容易通过水时，数值结果会比必须通过骨骼时更高。

还记得黑白摄影吗？

然而，成像方面不仅取决于材料的厚度和密度，还取决于它们的类型：X射线的变化取决于它们通过的材料。人们可以在今天的传统CT扫描仪中使用这一点，例如，通过使用不同能量的X射线或多层探测器（例如“双能量”或当前的“光谱”CT）。然而，间接X射线检测的基本原理是将X射线转换为闪光，并将多个信号整合到一个读数中，这一原理保持不变。

如果我们有一个CT探测器，它可以接收单个X射线（光子），读取它们的特定能量，并以如此快的速度传输这些信息，使其在下一个光子到达之前就准备好了，这不是很美妙吗？在这种真正的“光谱成像”之后，一个关于解剖结构和病理学的全新世界可能是我们的回报。

听起来好得难以置信？请搜索光子计数CT！

这里涉及到的技术困难是巨大的，已经克服了这些困难的工程师们受到了足够的赞扬！我们讨论的是在低纳秒（1纳秒等于十亿分之一秒）范围内，CT扫描仪内极其灵敏的探测器和信号传输。

我为即将到来的一切感到激动！但这是否意味着光子计数技术将在未来几个月内解决我们所有的诊断问题？我想恐怕不会。光子计数CT多能量成像的诊断应用充其量仍处于起步阶段。所以要做好准备，不要过早失望。我建议大家看看有史以来第一张头颅CT图像（参见：）。回到1971年，很难想象这项技术会带来什么。

所以谁知道呢，也许在10年或20年后，光子计数CT的发展将使今天的CT图像看起来同样过时。

光子计数CT是一个巨大的飞跃（quantum leap）！

更多干货，关注XI区！

英文原文：Wiesmann M. Photon-Counting CT: A Quantum Leap in Diagnostic Imaging?! Clin Neuroradiol. 2022 Mar;32(1):1-2. doi: 10.1007/s00062-022-01145-2. Photon-Counting光子计数又被称为Quantum-Counting量子计数。Quantum Leap为物理学名词，意为量子跃迁，比喻跃进，巨大突破。