Investigative Radiology：PCCT用于骨小梁结构成像的能力

通过使用传统的临床计算机断层扫描（CT）扫描仪，骨的微观结构只能被评估到有限的细节水平。CT一般可以足够准确地描绘出骨矿物质密度和骨体积分数，但详细的形态学参数，如骨小梁分离或厚度，仍然无法使用传统的临床CT进行准确测量。相反，临床前外周高分辨率CT能够对骨结构进行精细的成像。

因此，有标准的算法来计算相关的微观结构参数以量化骨的质量。现阶段，XCT（XtremeCT，Scanco，Brüttisellen，Switzerland）是骨小梁成像的黄金标准外周高分辨率CT扫描仪，可以获得与高分辨率微CT类似的骨形态参数。然而，由于临床可用性差和龙门尺寸缩小，XCT没有得到广泛的临床应用。

最近，在2021年，第一台临床光子计数CT（PCCT，Naeotom Alpha, Siemens Healthineers, Erlangen, Germany）被推向市场。光子计数CT是一种全方位的临床扫描仪，使用单一的厚层半导体探测器将X射线光子直接转换为电信号。在这个转换过程中，X射线的散射和噪音比传统CT低。使用PCCT原型的初步研究获得了与传统单源或双源CT相比明显更高的细节水平，特别是在肺部或动脉成像的精细结构上。在原型PCCT上进行的空间分辨率的定性分析表明，以前检测不到的骨骼结构现在可以以更高的细节水平进行评估，与标准CT相比，辐射剂量水平可以降低2倍。

据报道，超高分辨率（UHR）模式下的原型PCCT的有效空间分辨率在每厘米15.8线对（lp/cm）23和17.69lp/cm之间。然而，对于临床批准的系统，分析骨微观结构的体积有效空间分辨率还没有报道，特别是对于用额外扫描仪（如XCT）取代成像工作方法的应用。

近日，发表在Investigative Radiology杂志的一项研究评估了PCCT作为XCT的替代技术，在164微米的体积体素尺寸下对骨的微观结构进行临床前真实成像的潜力，简化了临床对骨微观结构进行临床前高分辨率成像的体外研究的传导。

实验包含5块嵌入环氧树脂的人类脊椎，每块脊椎被扫描3次，并在3台不同的临床CT扫描仪上进行扫描：一台PCCT（Naeotom Alpha）、一台双能量CT（Somatom Force [SF]）和一台单能量CT（Somatom Sensation 40 [S40]），所有这些扫描仪都由西门子健康公司（德国埃朗根）制造。进行扫描时，管电压为120 kVp，为了提供最大的扫描性能和最小的噪音恶化，曝光量为1500 mAs（SF）、2400 mAs（S40）和4500 mAs（PCCT），层面增量为0.1（PCCT）和0.3 mm（SF、S40）。用锐利和非常锐利的骨卷积核重建图像，Br68和Br76（PCCT），Br64（SF），以及B65s和B75h（S40）。

在登记、校准和重新取样体积为0.164毫米的各向同性的体素大小后，进行体素间的比较。三维点扩散和调制转移函数是在解剖学骨小梁结构中用维纳去卷积法计算的，允许对设备和特定内核的平滑特性以及与标本有关的衍射对测量的影响进行了最佳评估。

在高对比度（调制传递函数[MTF]为10%）下，Br68核的PCCT径向有效分辨率为10.5 lp/cm（最小可分辨物体尺寸476μm），Br76核的有效分辨率为16.9 lp/cm（295μm）。在低对比度下（MTF 5%），Br68核的径向有效空间分辨率为10.8 lp/cm（464 μm），Br76核为30.5 lp/cm（164 μm）。两个内核的PCCT的轴位有效分辨率都在27.0（185微米）和29.9 lp/cm（167微米）之间。Br76核的空间分辨率可能会更高，但由于各向同性的体素大小为164μm，所以在技术上受到限制。采用Br76核的PCCT的有效容积分辨率在每立方毫米61.9（MTF 10%）和222.4（MTF 5%）个元素之间。与SF相比，光子计数CT的有效体积分辨率提高了5.5倍（MTF 10%）和18倍（MTF 5%），与S40相比提高了8.7倍（MTF 10%）和20倍（MTF 5%）。光子计数CT可以获得与HR-pQCT类似的结构信息。 

图 用6种不同的扫描方式获得的5个椎体中1个椎体的轴位和横位视图。每个视图的左边是中心层面，右边是体积渲染图。三个圆圈表示每次扫描的相同区域；粗大的结构（蓝色圆圈）在所有系统上都能很好地检测到；而较细的结构（红色圆圈）在用S40进行的扫描中变得无法检测到。只有在PCCT和XCT上可以检测到轴向的非常精细的结构（黄色圆圈）

研究表明，在各向同性的体素大小为164微米时，采用Br76内核的PCCT的有效UHR比传统的最先进的双源CT（采用Br64内核的SF）高5.5（10%MTF）至18（5%MTF）倍。光子计数CT几乎达到与XCT相同的细节水平，但对比度较低。与传统CT相比，100μm的层厚增量允许至少3倍的轴位分辨率，因此可以对精细的形态学进行真正的三维评估。

原文出处：

Felix Sebastian Leo Thomsen,Sebastian Horstmeier,Julius Henning Niehoff,et al.Effective Spatial Resolution of Photon Counting CT for Imaging of Trabecular Structures Superior to Conventional Clinical CT and Similar to High Resolution Peripheral CT.DOI:10.1097/RLI.0000000000000872