Investigative Radiology：光子计数CT在骨小梁结构成像中的应用

现阶段，传统的临床CT扫描仪可以准确地描绘体积骨矿物质密度和骨体积分数，但例如小梁分离或厚度等详细的形态参数仍然无法用常规临床CT 准确测量。 XCT（XtremeCT，Scanco，Brüttisellen，瑞士）是用于小梁骨成像的金标准外围高分辨率 CT 扫描仪，可以获得与高分辨率显微 CT 相似的骨形态参数。然而，由于其可用性和机架尺寸减小，XCT 尚未广泛应用于临床。

最近，2021年，第一台临床光子计数CT（PCCT，Naeotom Alpha，Siemens Healthineers，Erlangen，Germany）推向市场。光子计数CT是一种全范围临床扫描仪，使用单个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 射线散射和噪声低于传统 CT。使用 PCCT 原型的初步研究与传统的单源或双源 CT 相比，获得了明显更高的细节水平，在肺或动脉成像的精细结构中尤为显著。但据我们所知，尚未有研究使用PCCT 分析骨骼微观结构的解决方案。

近日，发表在Investigative Radiology杂志的一项研究评估了 PCCT 作为 XCT 替代技术的潜力，并在 164 μm 的体积体素尺寸下对骨微观结构进行了临床成像，为临床对骨微观结构的显示及评估提供了技术支持。

本研究实验包含了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]），都由西门子医疗集团（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声，曝光量为1500 mAs（SF）、2400 mAs（S40）和4500 mAs（PCCT），层厚增量为0.1（PCCT）和0.3 mm（SF、S40）。使用尖锐和非常尖锐的骨核重建图像，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。在解剖学小梁结构中使用维纳去卷积法计算三维点扩散和调制转移函数，并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的轴向有效分辨率都在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，但在技术上受到164μm的各向同性体素大小的限制。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 使用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上可以检测到轴位非常精细的结构（黄色圆圈）。注意PCCT在皮层外的振铃伪影

本研究表明，内核Br76的PCCT在各向同性体素尺寸为164 μm时的有效UHR比传统的最先进的双源CT（SF内核Br64）高5.5（10% MTF）到 18（5% MTF）。光子计数CT的细节水平几乎与 XCT 相同，但对比度较低。与传统 CT 相比，100 μm的层厚增量允许至少3倍的轴位分辨率，因此可以对精细尺度形态进行真正的3D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 is Superior to Conventional Clinical CT and Similar to High Resolution Peripheral CT.DOI:10.1097/RLI.0000000000000873