《Abdominal Radiology》：Seeing the invisible: practical strategies to maximize the clinical impact of photon-counting CT in abdominal imaging
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光子计数探测器计算机断层成像（photon-counting detector computed tomography，PCD-CT）代表了一项重大的技术进步，推动腹部成像由基于形态学的评估转变为整合光谱与定量信息的平台。与传统能量积分探测器CT（energy
光子计数探测器计算机断层成像（photon-counting detector computed tomography，PCD-CT）代表了一项重大的技术进步，推动腹部成像由基于形态学的评估转变为整合光谱与定量信息的平台。与传统能量积分探测器CT（energy-integrating detector CT，EID-CT）不同，PCD-CT可将X线光子直接转换为电信号，从而实现固有光谱成像、更高空间分辨率以及更优剂量效率。这些特性使回顾性灵活重建成为可能，包括虚拟单能成像（virtual monoenergetic imaging，VMI）和物质分解，并可根据特定临床任务与应用进行定制。
这些能力在腹部放射学中可转化为具有实际意义的临床获益。低keV成像可提高病灶显著性，有助于检出细微异常，包括早期胰腺癌、小转移灶及炎性改变。此外，光谱成像改善组织表征能力，能够区分真实强化与伪强化，并支持肿瘤学成像中更准确的分期。进一步而言，增强碘对比可在维持诊断质量的同时实现显著的对比剂剂量降低，可能使需要优化对比剂使用的特定患者获益。
PCD-CT还可能支持“一站式成像”理念，即在单次检查中同时提供全身性与局部诊断信息，从而在特定临床情境下减少额外影像学检查的需求。定量成像方法，包括碘密度图谱与细胞外容积分数（extracellular volume，ECV）评估，可提供功能信息，并可能作为反映疾病活动性和治疗反应的影像生物标志物。新兴应用如虚拟去钙成像（virtual noncalcium imaging）进一步将CT的作用拓展至传统上主要由磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）承担的领域。
尽管具备上述优势，PCD-CT仍面临若干挑战，包括数据量增加、技术局限、成本效益问题以及对优化重建策略的需求。随着多能量成像与定量技术的持续演进，PCD-CT有望在腹部放射学中发挥关键作用，推动CT由单纯“看得更多”向“测得更多”与“理解得更多”转变。
Introduction
本文首先指出，光子计数探测器计算机断层成像（PCD-CT）自2021年进入临床以来，已成为诊断影像学的重要进展。与传统能量积分探测器CT（EID-CT）先将X线转换为可见光再形成电信号不同，PCD-CT采用半导体探测器直接完成光子到电信号的转换，并可对每次光子事件进行能量测量。这种采集方式从根本上改变了CT数据获取模式。文章概括其三项核心优势：其一，借助更小的探测器单元获得超高空间分辨率（ultrahigh spatial resolution，UHR），可更清晰显示精细解剖结构；其二，去除电子噪声后提高剂量效率，在较低辐射剂量下仍可维持或改善图像质量；其三，光谱成像处于“始终开启”状态，因此可在无需专门双能协议的前提下进行任意能级的回顾性重建及物质分解。本文综述旨在从临床应用角度讨论UHR与光谱成像在病灶检出、组织表征、定量成像和流程优化中的价值，并强调尽管部分适应证证据尚在积累，PCD-CT已显示出超越传统形态学评估的潜力。
Basics of PCD-CT: from energy-integrating to photon-counting detection
本节系统阐述了EID-CT向PCD-CT转变的物理与工程基础。EID-CT通过闪烁体实现X线光子到可见光的转换，再进一步转换为电信号，其信号本质为能量加权积分，因此高能光子贡献更大，而对形成对比最关键的低能光子利用不足，限制了能量分辨能力。相比之下，PCD-CT借助半导体探测器直接计数光子，并依据预设阈值对能量分类，在采集时即保留能谱信息，同时去除低剂量条件下尤其明显的电子噪声，因此可提升信噪比（signal-to-noise ratio，SNR）和对比噪声比（contrast-to-noise ratio，CNR）。文中指出，多数临床系统采用碲化镉（CdTe）探测器，部分系统采用碲锌镉（CZT），而硅（Si）探测器虽具有更小单元和更高分辨率潜力，但由于原子序数较低，其X线吸收能力受限，临床证据仍较少。文章同时说明，取消光学转换后可实现125–200 μm级探测器单元，有助于提高空间分辨率并减少钙化和血管边缘的膨胀伪影。固有光谱成像能力使虚拟单能图像（VMI）和物质分解可在每次扫描后回顾性完成。与此同时，作者也强调了电荷共享、脉冲堆积、串扰、系统复杂度上升、校准要求提高以及UHR薄层重建带来的数据存储和处理负担等局限。
UHR PCD-CT in abdominal imaging
本节聚焦UHR PCD-CT在腹部成像中的价值与边界。文章指出，PCD-CT可实现最低约0.2 mm层厚和125–200 μm像素尺寸，从而更好勾画细小结构，并减少高对比区域中的膨胀伪影，尤其适用于血管与钙化结构观察。然而，空间分辨率提高通常伴随图像噪声增加，因此UHR并不总能带来更优总体图像质量。文中提到，同一数据集中标准分辨率低能VMI在SNR和CNR方面可优于UHR图像，提示UHR主要提升的是细节而非全部成像性能。另一方面，PCD-CT具备更佳剂量效率，使UHR采集不必按比例增加辐射剂量。现有证据显示，在腹部CT血管成像中，UHR PCD-CT在降低剂量的同时可维持甚至改善图像质量。就临床任务而言，其优势最明确地体现在CT血管成像、介入前规划、小血管与复杂血管解剖显示，以及尿路结石等小而高对比病变的检出。对于胰管等细小管状结构的显示亦有帮助。但文章强调，在低对比腹部病灶检出方面，UHR获益有限，因为病灶显著性更多受对比分辨率而非空间分辨率支配。作者进一步指出，UHR图像性能高度依赖重建策略，包括卷积核（kernel）选择和量子迭代重建（quantum iterative reconstruction，QIR）强度；临床实践中较优方案是“双重重建”，即以约1 mm标准分辨率低keV或常规keV图像作为主阅片数据集，仅在需要精细结构分析时选择0.2–0.4 mm UHR重建。
Spectral imaging in PCD-CT: VMI, polychromatic image, and task-based energy optimization
本节讨论PCD-CT中光谱成像的基本表现形式及任务导向的能量优化原则。由于每次扫描均可获得光谱信息，系统既能重建常规多色图像，也能生成VMI。低能级，尤其40–50 keV附近，由于接近碘K边缘（约33 keV），可显著增强碘与组织之间的衰减差异，进而提高病灶与背景间的CNR和病灶显著性，尤其适合高血供肿瘤和血管结构的观察。文中列举胰腺导管腺癌、肝细胞癌、结直肠癌和乳腺癌等多种恶性肿瘤研究，提示肿瘤-背景对比常在40–50 keV达到最大。与此同时，低能图像噪声也会增加，因此50–60 keV，特别是约55 keV，常可提供更均衡的对比-噪声折中；70 keV图像则在外观上最接近传统120 kVp CT，适合作为日常解读及纵向随访的默认能级。作者据此提出，最优能级并非固定，而应依据具体临床任务进行选择：低keV图像用于强化碘对比和提升病灶检出，中间能级用于平衡图像质量，高keV图像则更适合降低硬化伪影和金属伪影。
Clinical impact of spectral imaging in PCD-CT
这是全文的核心章节，系统总结光谱成像在腹部临床中的多层面价值。首先，低keV VMI可明显改善病灶显著性，尤其对于低血供肿瘤如胰腺导管腺癌，有助于强化肿瘤与正常胰实质之间的对比，从而更准确界定肿瘤范围及纤维化间质。文章特别强调，早期胰腺癌常因动脉期乏血供表现不典型而难以发现，其诊断往往依赖延迟强化和局灶性胰腺萎缩等细微征象，PCD-CT对这些间接征象的可视化具有优势。其次，在局部分期方面，增强后的低keV图像可改善胃肠道肿瘤浸润深度评估，如直肠癌T分期中对壁外侵犯的显示可接近MRI的诊断效果。再次，光谱成像通过低keV强化和碘图谱（iodine maps）联合应用，可更可靠地区分囊性或复杂病变中的真实强化与伪强化，这对肾囊性肿块、卵巢肿瘤和胰腺囊性病变等风险分层十分重要。
作者还指出，这种对比增强能力并不限于肿瘤学，也可提升炎症性病变、血管异常和细小病灶的检出率，例如药物相关间质性肾炎、胰腺炎和结肠炎等。另一个重要应用是降低对比剂剂量：通过低keV图像放大碘衰减，即使使用约传统一半的对比剂量，仍可维持可接受的诊断质量，因此对肾功能受损或需谨慎使用对比剂的患者具有潜在意义。不过文中也明确指出，对比剂减量并不等同于肾脏保护已被证实，仍需结局研究支持。
此外，PCD-CT还可借助物质分解生成虚拟平扫（virtual noncontrast，VNC）图像，从而在部分多期增强协议中省略真实平扫（true noncontrast，TNC），减少辐射暴露。文章认为VNC在多种临床场景中与TNC具有相近的衰减值与病灶显示能力，但仍存在重要陷阱，例如肾结石、细微出血、高密度囊肿、经动脉化疗栓塞后碘化油沉积以及高强化病灶的定量误差等，因此选择性保留TNC仍然必要。作者进一步讨论了“一站式成像”与“环境可持续影像学”的概念，认为借助更强的病灶检出、软组织对比和定量分析能力，PCD-CT有望在某些场景下降低对额外MRI或其他检查的依赖，但目前这仍属于前景而非已确立的普适标准。最后，本节强调定量成像的重要性：碘密度图可用于炎症性肠病活动度评估，也可能成为肿瘤灌注、分化、分期、疗效反应及预后评估的影像生物标志物。
Reconstruction strategies and optimization
本节强调，PCD-CT的临床表现并不取决于单一技术参数，而依赖面向诊断任务的重建优化。由于腹部影像学实践中仍需与既往及后续传统EID-CT检查进行纵向比较，70 keV VMI被视为最实用的常规默认重建，可在保留光谱灵活性的同时近似传统120 kVp图像外观。卷积核方面，腹部常规阅片适宜采用中等至偏软的体部或血管核，以平衡噪声与分辨率；更锐利的卷积核则更适用于血管和精细结构显示。QIR在控制PCD-CT噪声方面至关重要，QIR强度升高可明显降低噪声并提高CNR，但过强去噪可能改变纹理并影响定量分析，因此临床常规更倾向于QIR-2至QIR-3，QIR-4多保留给低剂量或特定高对比任务。文章还指出，层厚与矩阵大小也直接影响图像质量：常规腹部成像多采用约0.6–1.0 mm层厚和512 × 512矩阵，而UHR成像可采用0.2–0.4 mm薄层和更大矩阵，但会带来更高噪声与更大数据量。综合来看，作者推荐双重重建工作流：一套稳健的常规重建用于日常解读，另一套低keV、薄层、锐利核和更高QIR的任务特异性重建用于问题求解。
Implementation considerations: data management and infrastructure
本节从系统实施层面讨论PCD-CT推广中的现实障碍。作者指出，PCD-CT带来的数据增长不仅源于探测器技术本身，更与薄层重建、大矩阵和多光谱衍生序列有关。与EID-CT相比，PCD-CT检查的数据体积可成倍增加；若采用1024矩阵、0.2 mm薄层和UHR重建，总数据量可远高于传统流程。这种扩张将直接影响影像归档与通信系统（PACS）存储、网络传输速度、工作站性能以及后处理计算需求。为解决这些问题，文章提出应采用优化的数据管理策略，例如利用集成光谱后处理数据格式保留回顾性分析能力，并通过选择性归档将高分辨率光谱数据置于二级存储而非主PACS中，以避免系统负担过重。作者强调，PCD-CT的引入并非单纯硬件升级，而是涉及协议设计、存储架构、网络带宽和临床工作流的系统级变革，若缺乏前瞻性基础设施准备，其高分辨率和光谱成像的临床优势将难以充分发挥。
Future perspectives
本节展望PCD-CT由双能平台向真正多能、多参数成像平台的发展方向。文章认为，多阈值能量分箱可实现较传统双能更丰富的光谱采样，并支持更准确的有效原子序数（Z
eff）和电子密度（ρ
e）估计，这在尿路结石成分分析等材料分类任务中已显示前景。随着深度学习重建等算法发展，图像质量、能谱分离能力和定量稳定性预计将进一步提升。K边缘成像（K-edge imaging）被视为未来重要方向，可利用碘、钆、钨、金等元素特征能量实现多对比剂单次扫描成像，潜在应用涵盖斑块表征、心肌灌注和分子影像。与此同时，多能数据还可支持电子密度定量、放疗计划制定，以及细胞外容积分数（ECV）测定和虚拟去钙（VNCa）骨髓成像等功能性应用，使CT逐渐进入传统由MRI主导的领域。作者同样指出，探测器非理想效应、高计数率下光谱准确性下降、更多能量分箱带来的噪声与数据量权衡，以及大规模数据管理需求，仍是重要技术挑战。除技术成熟外，PCD-CT的广泛应用还取决于成本效益证据的建立，以及不同厂商平台之间定量一致性、互操作性和多中心临床工作流标准化的实现。
Conclusion
结论部分认为，PCD-CT通过将超高空间分辨率与固有光谱信息整合于每次扫描之中，已成为腹部成像的重要进展。其价值不仅体现在病灶显著性和组织表征能力提升，还可能推动更高效的影像路径、补充多模态评估并在特定场景下减少额外检查需求。随着碘图谱和细胞外容积分数等定量技术的发展，CT的角色正由传统形态学评估进一步扩展至功能和生物标志物层面。尽管许多应用仍需进一步验证，但现有早期证据已提示其在诊断、疗效评估、流程优化以及对比剂和辐射剂量控制方面具有潜在价值。未来仍需在数据管理、工作流整合、成本效益和跨平台定量标准化方面持续完善，以支持PCD-CT在腹部影像学中的更广泛临床落地。
