光子计数CT与能量积分CT在法医尸检成像中的图像质量对比评估

《Forensic Science, Medicine and Pathology》：Comparative image quality evaluation of unenhanced postmortem Photon-Counting CT and Energy-Integrating CT

本研究针对法医尸检成像中图像质量优化的问题，开展了死后光子计数CT（PMPCCT）与传统能量积分CT（PMCT）的对比研究。通过体模和实际遗体扫描，从客观参数（噪声、信噪比SNR、对比噪声比CNR）和主观评分多维度评估图像质量。结果表明，PMPCCT在中等层厚（1mm/0.4mm）和Br40重建核下，对软组织和骨骼细节呈现更具优势，但在肺部成像和超薄层厚（0.2mm）时PMCT表现更佳。该研究为法医影像学引入了新型光子计数CT技术，为优化尸检扫描协议提供了重要依据。

　　

在法医病理学领域，传统解剖虽然仍是金标准，但其侵入性操作可能破坏证据完整性，且在某些文化或宗教背景下接受度有限。近二十年来，死后计算机断层扫描（Postmortem Computed Tomography, PMCT）技术逐渐成为虚拟尸检（Virtopsy）的重要工具，能够非侵入性地提供人体内部结构的详细图像，为死因鉴定、损伤分析等法医调查提供关键支持。然而，常规PMCT采用的能量积分探测器（Energy-Integrating Detector, EID）技术存在空间分辨率有限、图像噪声较大、易产生伪影等固有局限，这在一定程度上影响了其对微小骨折、血管损伤或异物（如弹片、玻璃碎片）的检测能力。

近年来，光子计数计算机断层扫描（Photon-Counting Computed Tomography, PCCT）技术的出现，被誉为CT领域的重大突破。与传统CT不同，PCCT能够对每个入射X射线光子进行计数并分析其能量，从而带来超高的空间分辨率（可达0.2毫米）、更低的图像噪声、更少的伪影以及固有的能谱成像能力。在临床放射学中，PCCT已在心血管、胸部和肌肉骨骼成像中展现出巨大潜力。那么，这项新兴技术能否同样革新法医尸检成像？其在法医特定扫描协议（通常使用更高辐射剂量）下的图像质量表现如何？为了回答这些问题，由Conny Hartmann等人组成的研究团队在《Forensic Science, Medicine and Pathology》期刊上发表了他们的比较性研究成果，旨在系统评估非能谱模式下死后光子计数CT（PMPCCT）与常规PMCT在图像质量上的差异。

为开展此项研究，研究人员采用了多管齐下的技术路线。研究对象包括一个标准化的Multipurpose Chest Phantom N1胸部体模和一具真实遗体（一名因急性心衰死亡的40岁男性，体内植入了ICD起搏器，可用于金属伪影分析）。扫描分别在Siemens SOMATOM? X-Cite能量积分CT（PMCT）和Siemens NAEOTOM Alpha.peak?光子计数CT（PMPCCT）上进行。成像协议针对尸检成像特点进行了调整，例如使用了较高的管电压（140 kV）和辐射剂量（CTDI_vol23-24 mGy）。PMPCCT图像重建层厚包括1毫米、0.4毫米和0.2毫米（矩阵1024x1024），PMCT图像重建层厚为1毫米和0.5毫米（矩阵512x512），均使用了Br40（适用于软组织）和Br60（适用于骨骼）两种重建核。

客观图像质量分析

研究人员在遗体和解剖体模的特定感兴趣区域（Region of Interest, ROI）测量了亨氏单位（Hounsfield Unit, HU）值，并计算了噪声、信噪比（Signal-to-Noise Ratio, SNR）和对比噪声比（Contrast-to-Noise Ratio, CNR）等客观参数。

在遗体扫描中，对于Br40重建核（软组织评估），PMPCCT在大多数组织（如椎体、肌肉、血液、肝脏）和大多数层厚比较下（特别是1毫米对1毫米，0.4毫米对0.5毫米），表现出更高的SNR和CNR，以及更低的噪声。例如，在1毫米层厚下，PMPCCT在椎体的SNR比PMCT高出34.4%，肝脏的SNR高出78.2%。这表明PMPCCT在软组织对比方面具有潜在优势。然而，在肺部成像中，PMCT的SNR表现始终优于PMPCCT，尤其是在较薄层厚时，这可能与PCCT在含气组织中高频噪声增加有关。

对于Br60重建核（骨骼评估），结果较为复杂。在1毫米对1毫米的比较中，PMPCCT在椎体和肝脏的SNR，以及肺部的CNR略高于PMCT。但在其他层厚比较和组织中，PMCT的客观参数往往更优。噪声水平在PMCT中也普遍更低。

在体模扫描中，结果与遗体扫描存在差异。例如，在Br40、0.4毫米PMPCCT对0.5毫米PMCT的比较中，PMPCCT在椎体、肺部、纵隔等区域的SNR和CNR均显著高于PMCT（SNR提升47%-60.9%），且噪声更低。这凸显了模型研究与真实人体成像之间的差异，提示不能简单地将体模结果外推至实际应用。

主观图像质量评估

两名具有法医影像经验的放射科医生（一名专家，一名住院医师）独立对图像进行了主观评分，评估指标包括噪声、整体图像质量、锐利度、骨骼细节、轮廓可见度（体模中的球形插入物或遗体中的淋巴结）以及伪影形成（由ICD导管引起）。

总体而言，PMPCCT在整体图像质量、锐利度和骨骼细节方面 consistently 获得比PMCT更高的评分（即分数更低，表示质量更好），尤其是在Br60重建核下。两位评估者均认为PMPCCT能提供更清晰的骨骼结构显示。在噪声方面，结果因评估者和条件而异，但未显示出某一技术具有绝对优势。对于金属伪影，两种技术在ICD导管引起的伪影方面表现相似，评分接近。需要注意的是，本研究未使用PCCT内置的专用金属伪影减少算法。

研究结论与讨论

本研究综合评估表明，PMPCCT在法医尸检成像中展现出应用潜力，但其优势并非绝对，受到层厚、重建核和组织类型的显著影响。

主要结论包括：PMPCCT在中等层厚（如1毫米、0.4毫米）下，特别是在Br40重建核下，对软组织和肝脏成像可能具有客观图像质量优势（更高的SNR和CNR）。主观评估一致认为PMPCCT在图像整体质量、锐利度和骨骼细节呈现上优于PMCT。然而，PMCT在肺部成像和超薄层厚（0.2毫米）下表现出更好的客观参数（如SNR），这可能是因为在极高分辨率下噪声增加抵消了PCCT的优势。体模与遗体扫描结果之间的差异强调了在真实法医场景下进行进一步研究的必要性。

讨论部分指出，PMPCCT的性能受多种因素影响。超薄层厚（0.2毫米）虽然提供了更高的理论空间分辨率，但可能导致噪声显著增加，信噪比下降。重建算法也至关重要，较平滑的Br40核有助于抑制噪声，而较锐利的Br60核可能放大噪声差异。本研究使用的较高管电压（140 kV）可能削弱了PCCT在低剂量下的固有优势，因为尸检成像不受辐射剂量限制。此外，PCCT独特的能谱成像能力在本研究的非能谱模式下未被探索，这未来可能为组织表征和异物鉴别提供巨大价值。

该研究也存在一些局限性。样本量较小（一具遗体、一个体膜），限制了结果的普适性和统计学检验。PMCT和PMPCCT在重建参数（如层厚、矩阵大小）上的固有差异可能对结果产生影响。读片者间的一致性未进行正式评估。

总之，这项开创性研究为法医影像学引入了光子计数CT这一前沿技术，并提供了其在尸检成像协议下的初步性能数据。结果表明，PMPCCT在提升软组织和骨骼细节显示方面具有 promising 潜力，但需要针对法医应用优化扫描和重建协议，并扩大样本量进行验证。未来的研究应探索其能谱成像能力在区分组织类型和法医相关异物方面的价值，以充分发挥这项新技术在死亡调查中的作用。