计算机断层扫描血管造影术（CTA）被认为是无创评估和诊断血管异常的金标准。CTA利用静脉注射高流速碘造影剂后靶血管充分强化。CTA的主要优点是应用广泛、采集时间短、空间和时间分辨率高，而主要缺点是电离辐射暴露。此外，使用碘造影剂也存在一定风险。然而，对于大多数解剖区域而言，CTA在安全性、成本以及准确性方面都远远优于以导管为基础的侵入性血管造影技术；尽管CTA已在临床上应用于多个血管区域，但仍存在一些局限性，影响了血管评估的可靠性，尤其是需要评估较小的动脉时。

　　目前最先进的临床CT系统都配备了能量积分探测器（EID），可提供具有定量信息的图像，如组织特异性图像和碘浓度图。多年来，这项技术的空间分辨率和对比度分辨率一直在小幅提高。光子计数探测器（PCD）是一种不同的检测概念，有望极大地改变临床CT成像。与传统的EID相比，光子计数探测器具有多种潜在优势，这些优势可以结合起来，改善和扩大CTA的诊断范围。

　　来自意大利的学者介绍了光子计数CT在血管成像领域的临床应用，之前分享的心血管（参见XI区：）及神经血管（参见XI区：）的应用不在今天的讨论范围之内。

　　EID由闪烁元件和隔膜组成。闪烁体将入射的X射线转化为可见光，然后被光电二极管吸收，产生与沉积能量成正比的电信号，其中还包括电子噪声。隔膜将光线引向传感器。

　　相反，PCD由单层厚的半导体二极管组成，在二极管上施加很大的电压；进入的X射线光子被直接转换成电子信号。电子信号经过放大和整形，其峰值高度与单个X射线光子的能量成正比。

　　由于PCD不需要隔膜，因此对像素间距没有技术限制，其尺寸可以大大缩小，而不会对几何检测效率产生负面影响。这就提高了空间分辨率，可用于生成更清晰的图像和显示更精细的细节。

　　在传统的EID中，衰减主要来自X射线管光谱中的最高能量。这会影响对比噪声比（CNR），因为不同材料之间的对比在低X射线能量下会增强。相反，PCD对所有光子均匀加权，能为低能光子提供更好的信号，从而改善碘和钙等低能高衰减物质的信号，实现最佳的CNR。能量分辨能力也是PCD消除电子噪声的关键。探测器的电子系统会计算有多少脉冲的高度超过了预设的阈值水平。通过将下阈值设定在高于电子噪声电平的水平，电子噪声产生的信号（其特点是振幅较低）就会被有效地剔除，只有进入的光子产生的脉冲才会被计数。最低阈值能量约为20 keV。在此能量阈值以下，X射线管的主光束中没有X射线，因为它们被预滤波器滤除了。

　　电子噪声的消除、CNR的提高和小物体的可视化有助于提高剂量效率，从而促进了新的低剂量CT采集的发展。PCCT与传统CT之间的比较研究表明，PCCT能够以较低的辐射剂量（减少43-50%）进行扫描，同时保持相似或更好的客观或主观图像质量。此外，不仅辐射剂量可能降低，碘造影剂浓度也可能降低，这对肾功能减退的患者尤其有益。

　　除了能量加权，利用PCCT光谱数据能量信息的另一个主要机制是材料分解。从一些能量选择图像中应用物质分解算法可生成一组基础图像图。基图的数量取决于光谱数据的数量（N个光谱数据对应N个基图），并可通过施加质量或体积守恒约束增加到N+1。每个基础图像图都包含通过逐体素方法显示的等效材料浓度。基础材料图像可以直接显示，揭示某种材料（如造影剂）的分布情况，也可以通过处理获得虚拟单色图像（VMI）、虚拟平扫图像或特定材料的彩色叠加图像。由于基于EID的CT获取的是两种能量状态下的数据，它可以将一种造影剂（如碘）从背景中准确分离出来，但却无法区分两种具有高原子序数（高Z值）的对比材料。PCD根据脉冲高度区分不同能量的光子，可同时进行多能量（N≥2）采集，具有最高的空间和时间配准，且无光谱重叠。能量方案数量的增加提高了每种光子能量的测量精度，从而获得更好的特定材料或加权图像，并改进定量成像。事实上，造影剂和钙等物质的浓度可进行定量评估，与采集参数无关。使用多能量测量的另一个好处是可以量化诊断能量范围内具有K-edge的元素，从而可以使用金、铂、银、铋或镱等碘替代造影剂，或设计新型造影剂，如针对特定细胞或酶的纳米粒子。这一独特的机遇为分子和功能CT成像以及多种造影剂同时成像扫清了道路。正如在动物或概念验证研究中明确证实的那样，PCD可以在采集时在每个体素中明确区分两种以上的造影剂，它们在同一生物系统中具有不同的药代动力学。对于每种成分，都可以生成单独的定量图，显示其具体分布情况，从而有可能提供更多的临床信息。

　　PCCT的另一个重要优点是减少了常见的图像伪影。消除电子噪声可明显减少条纹和阴影伪影。恒定加权可减少线束硬化伪影。尤其是高能量仓图像在提高对线束硬化效应的免疫力方面具有最大的优势。PCD由于提高了空间分辨率（减小了体素尺寸和部分体积），并改进了材料分解，从而减少了金属和钙华。

　　多排CT可快速准确地排除和诊断PE，已成为首选成像方式。双能量计算机断层扫描（DECT）可在任意能量水平（以keV为单位）重建VMI，具有同时提供形态和功能数据的优势。碘图可准确描绘PE在实质灌注方面的后果，提高对小闭塞栓子的检测能力，并能对灌注缺损体积进行定量分析。灌注缺损的程度与不良临床预后相关，可用于识别需要加强监测和治疗的高危患者。下图显示了肺实质的PCCT碘灌注图。在模型研究中，PCCT在VMI重建方面取得了可喜的成果。它显示出碘定量的准确性和与基于EID的CT扫描仪相似的VMI CT值，同时提供了完美的时空对准以防止运动伪影、高空间分辨率以及改善图像噪声和CNR。因此，使用PCCT获得的VMI可以改善病灶检测，促进造影剂和辐射剂量的减少。Yalynska等人在中评估了PCCT不同VMI能量对诊断PE的影响，结果发VMI能量（70keV）对应的肺动脉衰减和图像噪声水平最低。此外，虽然最低VMI能量（40keV）获得的信噪比最高，但50keV的主观PE可见性最好，这几乎可以肯定是由于图像噪声和硬化伪影的数量减少所致。重要的是，使用PCCT时，低单能图像可促进碘衰减，有助于减少肺部CT血管造影的碘造影剂用量。

　　肺实质的PCCT碘灌注图。图中显示的是在动脉期通过常规心电门控螺旋采集整个获得的肺实质PCCT碘灌注图（(A)轴位；(B)冠状位）。碘图在所有区域的均匀分布代表了肺实质的正常动脉灌注。

　　在Kopp等人的研究中，使用临床前PCCT和标准及高分辨率(HR-CT)模式的传统CT对一个定制的肺部模型和一只兔子的肺部进行了成像。一位经验丰富的放射科医生认为，与HR-CT图像相比，PCCT图像在空间分辨率和肺血管可见度方面显示出更高的图像质量。

　　Hagen等人使用PCCT和DECT扫描了100名连续的肿瘤患者，结果表明使用PCCT可以显著降低增强CT的辐射剂量（根据体型特异性剂量估算，剂量降低了43%），而不会影响图像质量。结合肺血管和主动脉的测量结果显示，与DECT相比，PCCT的CNR明显更高。

　　PCCT性能的提高为更好地检测和量化近端和远端肺血管树的变化打开了大门。在慢性血栓栓塞性肺动脉高压（CTEPH）和COVID-19的情况下，准确监测远端肺血管受累情况尤其重要。CTEPH目前被归类为第4类肺动脉高压（PH），是一种罕见的进展性疾病，需要及时诊断和治疗。CTEPH不仅涉及近端肺动脉中的持续性血栓，还涉及微血管病变，而微血管病变对疾病的发生和发展至关重要，会导致严重的血液动力学问题。肺血管是COVID-19的可能靶点，损害的病理生理学涉及多种机制。微血管病变和微血栓的形成在COVID-19相关低氧血症中发挥了作用。因此，早期准确识别肺血管征象有助于改善COVID-19患者的预后。

　　一项对60名患者进行的研究表明，钆螯合物可作为一种替代造影剂，用于对禁用碘造影剂的患者进行肺血管CT检查。92%的患者血管增强效果良好/极佳，并提供了诊断信息。不过，肺血管的衰减值（350-400HU）远低于典型的碘基CT检查。钆是K-edge CT成像的理想候选物质，但DECT却无法实现。由于K-edge两侧能量箱的阈值设置会在对比度和噪声水平方面对光谱图像质量产生很大影响，因此K-edge周围两个能量箱的最佳分区至关重要。有几种方法可以优化能量仓宽度。通过PCCT进行K-edge成像有望提高整体图像质量（信噪比和对比-噪声比）和钆增强CT血管造影的诊断价值。

　　准确、稳健地定义肝脏血管结构，即肝脏血管分割，对于肝脏疾病的诊断、射频消融和手术治疗至关重要，在肝脏移植项目中，对于准确选择潜在供体也起着重要作用。由于肝脏和血管解剖结构的高度可变性以及血管与周围组织之间的对比度普遍较低，在常规增强肝脏CT图像中进行肝脏分割仍具有挑战性。Baek等人证实，PCCT可增强肝脏中注入碘的血管结构的对比度，从而实现准确的肝脏血管分割。他们提出了一种用于肝脏血管分割的深度学习方法，并将其用于PCCT和传统CT图像，这些图像是用腹部模拟模型生成的，对肝脏血管进行了碘增强。PCD-CT数据集是利用多能量信息创建的。在三维血管结构可视化方面，使用PCD-CT进行的分割优于使用传统CT进行的分割，而且在许多情况下，可以避免对血管外围部分的错误分割。

　　Si-Mohamed等人在成年大鼠体内评估了高空间分辨率PCCT对两种造影剂（钆和碘）的分辨能力，两种造影剂同时使用，一种是腹腔注射，另一种是静脉注射。造影剂在造影剂图中有明显的视觉分隔，器官和血管轮廓清晰。重要的是，肝静脉和肠系膜血管等非常小的结构也能全程检测到。

　　使用支架移植物进行血管内动脉瘤修补术（EVAR）是治疗腹主动脉瘤开放手术的有效替代方法。然而，在25%的患者中，EVAR会因内漏而变得复杂。CT血管造影是术前计划和术后监测的参考标准。尽管三期CT扫描具有优势，但与单期CT相比，其相关辐射暴露本身就很高。虽然单期双能量CT采用分段团注技术和虚拟平扫图像重建可显著降低辐射剂量，且不会影响内漏检出率，但无法精确确定内漏类型（低流量或高流量）。Dangelmaier等人在腹主动脉瘤模型中证实，PCCT与双造影剂注射（钆和碘）相结合，可取代平扫、动脉期和延迟期的多期CT扫描，有效捕捉内漏动态。得出的材料图可以区分碘、钆和钙，从而在单次扫描中可靠地区分造影剂渗漏和动脉瘤内钙化，并显著减少辐射暴露。关于多种造影剂的成像，Symons等人在体外和体内的大型动物模型中证明了使用PCCT的可能性，即使用四个能量仓来分离三种造影剂（钆、碘和铋）。在主动脉划定的感兴趣区内，钆和碘的时间-衰减曲线显示出造影剂的明显区别。

　　Sigovan等人证明了PCCT在金属支架存在的情况下改善血管成像的能力。他们用PCCT原型、双能量CT系统和64排CT系统对一只新西兰白兔的腹主动脉进行了成像，这些支架由不同的金属组成，放置在含有羟基磷灰石球的塑料管内，模拟血管钙化。与其他CT系统相比，PCCT的能谱和空间分辨率更高，可显著减少开花伪影，因此能更清晰地描绘管腔和显示支架的金属网。此外，PCCT的铂特异性K-edge成像技术可使铂支架清晰可见，并消除其他背景和造影剂的影响。

　　Higashigaito等人的研究首次评估了在临床环境中获得的造影剂增强腹部PCCT的质量。39名患者同时接受了PCCT和基于EID的CT，并使用相同的造影剂方案。在PCCT中，VMI以10 keV间隔（40-90 keV）进行重建。与传统的EID-CT相比，在同等辐射剂量下，以40、50和60 keV重建VMI的临床PCCT显示血管结构（腹主动脉、下腔静脉和门静脉）的CNR明显更高。这一改进可用于进一步优化辐射剂量和/或造影剂用量。与该研究一致，Euler等人在一组40名患者中发。