心血管疾病是全球导致残疾和死亡的主要原因之一。尽管传统上认为心血管疾病主要发生在高收入国家，但目前这一疾病的负担实际上更为严重的是低收入和中等收入国家。动脉粥样硬化的进程通常从人生的第二个十年开始，并在多年内逐渐发展，直至引发症状或心血管事件。由于这一过程相对漫长，因此为识别处于动脉粥样硬化早期阶段的个体提供了机会，从而能够采取积极的预防措施。

　　长期以来，动脉狭窄程度一直被视为风险分层和治疗决策的唯一依据。然而，组织病理学和影像学研究发现，斑块的结构和成分是决定斑块是否易损或稳定的关键因素，这也促使研究者和临床医生将关注点从单纯的狭窄程度扩展到斑块本身。目前，这些斑块易损性的特征可以通过非侵入性诊断技术进行体内评估。CT作为一种强大的非侵入性成像手段，在评估动脉粥样硬化时，能够不仅评估腔内狭窄，还能检查斑块的成分和形态。然而，传统CT仍然存在一些局限性，包括空间分辨率有限、对比分辨率和对比噪声比不理想，以及在严重钙化或支架患者中出现的伪影问题（如晕影和线束硬化伪影），同时其组织表征能力也存在不足。

　　光子计数计算机断层扫描（PCCT）是一种新型的CT探测器技术。PCCT采用了最新一代的X射线探测器，这些探测器由半导体材料（如碲化镉、碲锌镉）制成。通过这些探测器，X射线光子能够直接转化为电子-空穴对，从而根据光子的能量水平精确地探测和分类每一个光子。此过程有效提高了空间分辨率，减少了电子噪声，并提供了固有的光谱信息。因此，PCCT技术在动脉粥样硬化成像方面展现出了显著优势，有望克服传统CT的一些局限性。

　　直接转换技术：X射线光子直接转换为电信号，每个光子产生一个电脉冲，脉冲的大小与光子的能量成正比。

　　间接转换技术：荧光体层先将X射线光子转换为可见光，再通过光电二极管层将其转化为电信号。

　　提高空间分辨率，减少电子噪声，提高对比度，减少伪影，增强光谱成像和材料表征能力。

　　空间分辨率受限于探测器元件尺寸，测量光子衰减总量而没有每个光子能量的信息。

　　因此，PCCT技术有望在动脉粥样硬化斑块评估方面改进心血管成像，提供相较于传统CT的多项优势，并克服其部分局限性。本文全面介绍PCCT相关的主要概念，深入探讨PCCT在动脉粥样硬化斑块评估中的临床应用现状，并分析这一新兴技术的优势与不足。

　　PCCT采用半导体材料（如碲化镉、碲锌镉），并利用直接转换技术将X射线光子直接转化为电荷，这与传统CT系统的两步转换过程不同。在这种技术中，入射的X射线在半导体中生成电子-空穴对，电子和空穴在电场作用下分别向阳极移动。当电子到达阳极时，会产生短时间电流脉冲，并转换为电压脉冲。脉冲的高度与光子的能量成正比，从而使PCCT能够提供每个光子的能量信息。这些能量数据使得PCCT能够将光子精确分类到不同的能量级别，通常分为两到八个能量区间。为了有效减少噪声，PCCT通常将下限阈值设置高于电子噪声水平，并利用多个电子比较器和计数器处理输出信号，通过计算脉冲数量来确定X射线光子的相互作用量。

　　PCCT技术通过去除像素间的栅格或死区，显著提高了空间分辨率，像素尺寸更小，在等中心区域的分辨率可低至0.15–0.225mm。这种增强的空间分辨率使得斑块形态和成分的可视化更加清晰，并增强了对比分辨率，有助于更好地识别高危斑块的特征。此外，PCCT能够量化探测到的光子总数及其在不同能量级别上的分布。与传统CT图像中光子按能量加权偏向高能光子不同，PCCT对所有光子赋予相等的权重，从而提高了对比度，特别是对于低X射线衰减的材料。PCCT的能量辨别能力还能通过设置阈值来过滤掉电子噪声，这在动脉粥样硬化斑块评估中具有优势，能够减少条纹伪影，改善信号均匀性。

　　颈动脉的能谱PCCT血管造影。图中展示了一系列在同一颈部水平（中远段颈总动脉；CC）进行的轴位扫描。每张图像都是使用单色+协议重建的，该协议允许不同keV设置，从40 keV起，直到190 keV。扫描使用NAEOTOM Alpha（西门子医疗，德国福希海姆）全身双源光子计数CT扫描仪完成，扫描参数为0.2/0.4mm层厚，0.1/0.2mm重建增量，视野（FOV）140–160mm，源轴位重建矩阵为512 × 512/1024 × 1024像素，使用Bv48–60卷积核，并采用最大强度的量子迭代重建（QIR 4）。

　　此外，PCCT还具有较好的剂量效能，在较低的辐射剂量下仍能保持图像质量，从而增强了CT成像的诊断准确性和患者安全性。PCCT还可以提高碘对比剂的效果。随着X射线能量的降低，碘的线性衰减系数增加，这为减少静脉注射对比剂量提供了机会，同时仍能得到与标准全剂量CT检查可比的诊断效果。Emrich等人通过虚拟单色重建，在40 keV时实现了碘对比剂浓度减少50%。除减少碘剂量外，PCCT还能够通过捕获不同能量区间的CT数据实现光谱分离，从而根据不同的K边特征区分不同的材料。在动脉粥样硬化斑块评估中，这一能力使得PCCT能够区分充满对比剂的血管腔与钙化斑块，从而提供更全面的斑块成分评估。由于碘基对比剂与钙的光谱衰减差异较小，一些研究认为，使用如钨、铋等原子序数较高的对比剂可能更为可行。此外，PCCT还能够通过虚拟单色重建减少由于重度钙化引起的伪影，尽管碘的衰减在超过70 keV时迅速下降，这仍然是该方法应用的限制因素。

　　组织病理学和影像学研究表明，斑块中具有特定脆弱性特征的区域与急性冠脉综合症和脑血管事件密切相关。动脉粥样硬化是一种由遗传易感性与环境因素共同作用引起的多因素疾病，其进程经过一系列复杂的阶段。

　　首先，低密度脂蛋白（LDL）在动脉壁内积聚，启动一系列包括氧化应激、免疫激活和炎症反应的过程。这些初期损伤引发脂肪条纹的形成，作为动脉粥样硬化的早期标志，脂质在动脉内膜中积聚。随着疾病进展，炎症细胞（主要是巨噬细胞和淋巴细胞）会在损伤部位积聚，并粘附在血管内皮层，随后浸润进入动脉壁。这一过程进一步推动病变发展，形成纤维粥样斑块，其特点是富含脂质的坏死核心，周围被结缔组织形成的纤维帽包围。纤维帽（FC）在保持斑块稳定性中起着至关重要的作用。然而，当纤维帽变薄或破裂时，斑块内容物暴露于血液中，可能引发血栓形成。

　　此外，斑块内脆弱血管的破裂可引发斑块内出血和新血管生成，进一步促进斑块不稳定。局部钙化是动脉粥样硬化斑块中的常见现象，且随着年龄的增长，钙化的发生率增加。尽管动脉钙化的具体机制尚未完全明了，钙沉积通常发生在动脉的中层或内膜层。内膜钙化通常伴随脂质堆积和炎症，是动脉粥样硬化病变进展的特征性表现；而中层钙化则与组织的退行性变更多相关。临床证据表明，导致心肌梗死和/或脑血管事件的斑块通常钙化较少。

　　斑块钙化的模式存在显著差异。目前，识别与斑块脆弱性风险较高相关的特征，已成为许多非侵入性影像学研究的重点。

　　一项离体研究展示了PCCT在量化纤维帽厚度、纤维帽面积和富脂坏死核心（LRNC）面积方面的能力。该研究使用了20个来自颈动脉内膜切除术的斑块，并以组织学测量作为“真实标准”。结果表明，PCCT图像与相应组织学图像所获得的纤维帽厚度和面积之间没有显著差异（p值 0.05）。

　　在一项回顾性离体研究中，研究人员对颈动脉内膜切除术获得的先进动脉粥样硬化斑块进行了分析，并将其与组织学测量进行了比较。斑块重建在不同能量水平下（45、70、120和190 keV）进行，结果表明，PCCT能够区分斑块中的脆弱性特征，如斑块内出血，以及纤维帽、脂质和坏死等斑块成分。

　　Sartoretti等人展示了PCCT在颈动脉动脉粥样硬化中光谱分离的有效性。研究表明，使用钨基对比剂，相比于碘基对比剂，能够显著减少图像噪声。Healey等人则证明了PCCT内在的光谱能力，能够识别斑块脆弱性特征，如LRNC、点状钙化和斑块溃疡。

　　此外，PCCT还能够基于能量依赖衰减特征区分易损的动脉粥样硬化颈动脉斑块成分。PCCT的增强空间分辨率有效减少了晕状伪影，减少了对比剂对微弱信号的影响，从而提高了血管增生等病理特征的检测能力。

　　PCCT颈动脉血管造影；轻度颅外左侧颈动脉系统动脉粥样硬化。图中展示了PCCT颈动脉血管造影，特别是CPR(A)、与血管纵轴正交的轴向横截面图（(B)）以及3D电影渲染（(C)）的颅外左侧颈动脉系统。图像显示，内颈动脉靠近颈动脉分叉处有轻微非钙化低密度动脉粥样硬化（*(B)），并伴有一些结节性钙化（(B)中的箭头）。扫描使用NAEOTOM Alpha（西门子医疗，德国福希海姆）全身双源光子计数CT扫描仪完成，扫描参数为0.2/0.4mm层厚，0.1/0.2mm重建增量，视野（FOV）140–160mm，源轴位重建矩阵为1024 × 1024像素，使用Bv48–60卷积核，最大强度的量子迭代重建（QIR 4）。显示图像分辨率为100μm。

　　PCCT颈动脉血管造影；轻度双侧颅外动脉粥样硬化。图中展示了PCCT颈动脉血管造影，特别是右侧（(A), (B)）和左侧（(C), (D)）颈动脉分叉的CPR重建及相应的轴向横截面图。图像显示右侧分叉有轻度混合动脉粥样硬化，伴有钙化壳（(B)中的箭头）和中央低密度核心（*(B)）；左侧分叉则有轻度，主要是非钙化动脉粥样硬化（*(D)），伴有微小的结节性钙化（(D)中的箭头）。扫描使用NAEOTOM Alpha（西门子医疗，德国福希海姆）全身双源光子计数CT扫描仪完成，扫描参数为0.2/0.4mm层厚，0.1/0.2mm重建增量，视野（FOV）140–160mm，源轴位重建矩阵为1024 × 1024像素，使用Bv48–60卷积核，最大强度的量子迭代重建（QIR 4）。显示图像分辨率为100μm。

　　PCCT颈动脉血管造影；轻度颅外动脉粥样硬化。图中展示了PCCT颈动脉血管造影，特别是右侧颈动脉分叉的CPR（(A), (B)）和3D电影渲染。图像显示右侧分叉有轻度混合动脉粥样硬化，伴有小的钙化成分（(B), (C)中的箭头），外围有高密度非钙化斑块（*(B)；即更多纤维化/稳定性较好），中心则为低密度非钙化斑块（**(B)；即更多脂质/不稳定）。扫描使用NAEOTOM Alpha（西门子医疗，德国福希海姆）全身双源光子计数CT扫描仪完成，扫描参数为0.2/0.4mm层厚，0.1/0.2mm重建增量，视野（FOV）140–160mm，源轴位重建矩阵为1024 × 1024像素，使用Bv48–60卷积核，最大强度量子迭代重建（QIR 4）。显示图像分辨率为100μm。

　　PCCT颈动脉血管造影；重度颅外动脉粥样硬化。图中展示了PCCT颈动脉血管造影，特别是3D电影渲染（(A)）、3D容积渲染（(B)）、CPR（(C)）以及左侧颈动脉沿纵轴的轴向横截面MPR。图像显示左侧颈动脉有重度混合动脉粥样硬化，主要为钙化（(A–D)中的箭头），并伴有内侧低密度非钙化斑块核心（*(D)；即更多脂质/不稳定）。扫描使用NAEOTOM Alpha（西门子医疗，德国福希海姆）全身双源光子计数CT扫描仪完成，扫描参数为0.2/0.4mm层厚，0.1/0.2mm重建增量，视野（FOV）140–160mm，源轴位重建矩阵为1024 × 1024像素，使用Bv48–60卷积核，最大强度量子迭代重建（QIR 4）。显示图像分辨率为100μm。

　　一项前瞻性研究证明，PCCT在图像质量和诊断信心方面优于双层能量积分探测器CT。在研究中，作者评估了14名患者，并由三位经验丰富的心脏影像学专家评定其对钙化和非钙化斑块的诊断质量分数。结果发现，PCCT对钙化斑块的分数提高了100%，对非钙化斑块提高了45%。此外，作者还报告了PCCT在模体研究中对非钙化斑块的可检测性指数提高了2.9倍。

　　Mergen等人通过体内研究报道了PCCT在定量冠状动脉斑块特征分析方面的改进能力。他们比较了超高分辨率的PCCT重建与标准重建，并评估了不同的卷积核重建方法。结果表明，超高分辨率重建由于减少了晕状伪影，对纤维性和富脂斑块成分的体积检测具有最高准确度，从而优化了风险分层。

　　Boussel等人通过分析光谱衰减差异，证明PCCT能够有效识别冠状动脉斑块的成分。该研究显示，PCCT能通过分析光谱衰减差异，将脂质核心和钙化成分与正常动脉壁及周围组织区分开来。另一项研究表明，PCCT能够通过材料分解技术，在存在碘和金这两种对比物质的情况下，识别冠状动脉斑块的脆弱性标志物，如斑块炎症和点状钙化。

　　VanMeter等人的研究表明，PCCT在量化钙体积方面具有更高的有效性。与传统的能量积分探测器CT相比，PCCT通过使用更小尺寸的探测器元件，减少了钙化的晕状伪影，从而提高了钙化体积量化的准确性。

　　PCCT冠状动脉血管造影揭示了患者左前降支近端曾接受PCI治疗的左、右冠状动脉的弥漫性动脉粥样硬化病变。图中展示了PCCT冠状动脉血管造影，特别是CPR和与每个血管纵轴垂直的轴向横截面图（右冠状动脉（RCA）—左侧；左前降支（LAD）—中间；左回旋支（CX）—右侧）。图像展示了弥漫性钙化冠状动脉粥样硬化，特别是在左前降支。此外，支架清晰显示内部结构。扫描使用NAEOTOM Alpha（西门子医疗，德国福希海姆）全身双源光子计数CT扫描仪完成，扫描参数为0.2/0.4mm层厚，0.1/0.2mm重建增量，视野（FOV）140–160mm，源轴位重建矩阵为1024 × 1024像素。卷积核设置为Bv60–72，最大强度量子迭代重建（QIR 4）。显示图像分辨率为100μm。

　　PCCT冠状动脉血管造影揭示右冠状动脉存在阻塞性非钙化动脉粥样硬化斑块。图中展示了右冠状动脉的PCCT血管造影，特别是3D电影渲染（左面板）、最大密度投影（MIP）（左面板中部）和CPR重建（右面板）。图像显示了右冠状动脉近中段的长条形偏心性中度阻塞性非钙化冠状动脉粥样硬化。扫描使用NAEOTOM Alpha（西门子医疗，德国福希海姆）全身双源光子计数CT扫描仪完成，扫描参数为0.2/0.4mm层厚，0.1/0.2mm重建增量，视野（FOV）140–160mm，源轴位重建矩阵为1024 × 1024像素。卷积核设置为Bv60–72，并使用最大强度量子迭代重建（QIR 4）。显示图像分辨率为100μm。

　　冠状动脉疾病报告和数据系统（CAD-RADS）评分及其更新版主要用于对冠状动脉疾病患者进行风险分层，重点评估管腔狭窄程度，并辅以高危斑块的附加特征，包括点状钙化、低衰减斑块、正性重构和餐巾环征。报告中应描述识别出两项或更多的高风险特征。事实上，高风险特征的存在独立于狭窄程度，会影响患者的管理，通常会导致采取更为积极的预防治疗或进一步的非侵入性或侵入性诊断测试。

　　在这一背景下，PCCT能够更全面地评估高风险冠状动脉斑块的特征，提升对管腔狭窄、低衰减斑块（即使在严重钙化的情况下）和点状钙化的定量分析性能。因此，这项技术有望更好地进行患者分层，减少不必要的侵入性操作（特别是在管腔狭窄被过度估计的情况下），并提供更准确的斑块成分和形态学评估。优越的图像质量和诊断信心无疑为颈动脉斑块-RADS的临床应用带来显著益处。该评分系统是新近引入的标准化工具，具有跨模态设计，用于对颈动脉斑块的成分和形态学进行全面报告，并根据特定特征将斑块分类为斑块-RADS 1至斑块-RADS 4。

　　然而，CT在评估某些斑块脆弱性方面仍存在局限性，如纤维帽厚度或破裂的评估（由于空间分辨率限制和光环效应伪影）以及斑块内出血的识别（由于脂质、纤维和出血成分之间的HU单位值重叠）。具体而言，纤维帽的特征能够帮助区分斑块-RADS 3a（厚纤维帽）、斑块-RADS 3b（薄纤维帽）和斑块-RADS 4b（破裂纤维帽）。此外，斑块成分的差异化，如脂质丰富的坏死核心和斑块内出血，能够帮助区分斑块-RADS 3a和斑块-RADS 4a。

　　斑块-RADS的分类表明，在无法明确排除相关评分升级可能性的情况下，临床医师应考虑进一步检查。例如，CT识别出的斑块-RADS 3a评分可能提示需要通过磁共振成像（MRI）进一步检查，以排除斑块内出血的存在，从而将评分升级为4a。然而，与CT相比，MRI需要较长的采集时间且在临床实践中可获得性较差。因此，PCCT由于其改进的空间分辨率和区分斑块成分的光谱能力，在定义纤维帽特征方面的潜在应用应能为临床提供有力支持。

　　使用PCCT冠状动脉血管造影的CAD-RADS类别的实际示例。改进的空间分辨率与伪影减少相结合，使得对高风险冠状动脉斑块特征的评估更加全面，从而提高了在定量评估管腔狭窄、低衰减斑块（即使在存在严重钙化的情况下）和点状钙化时的诊断性能。扫描使用NAEOTOM Alpha（西门子医疗，德国福希海姆）全身双源光子计数CT扫描仪完成，扫描参数为0.2/0.4mm层厚，0.1/0.2mm重建增量，视野（FOV）140–160mm，源轴位重建矩阵为1024 × 1024像素。卷积核设置为Bv48–72，并使用最大强度量子迭代重建（QIR 4）。显示图像分辨率为100μm。

　　PCCT技术的引入得益于其技术进步，无疑能够为常规临床实践中的脑血管疾病和心血管疾病提供显著优势。改进的空间分辨率提升了动脉和斑块的可视化效果，并清晰勾画了复杂的解剖结构。即使在重度钙化的斑块中，改进的血管腔描绘使得狭窄程度的评估更加准确，从而优化了患者决策过程。PCCT的优越图像质量使斑块成像评估更加全面，有助于更好地识别颈动脉和冠状动脉中的高危斑块特征。PCCT代表了一种非常契合当前从狭窄到斑块脆弱性转变的模式的非侵入性影像技术，能够减少进一步昂贵的非侵入性或侵入性检查。

　　此外，PCCT由于减少了辐射和对比剂的使用，能够使CT检查在易受伤害的患者（如孕妇、儿童和肾病患者）中变得更加安全、可行。

　　PCCT技术仍存在一些固有的局限性，这些需要在临床实践中充分考虑，以最大限度地发挥其潜力。这些技术挑战包括电荷共享、像素串扰和脉冲堆积现象。电荷共享发生在X射线光子与像素边界相互作用时，导致电荷分布到多个相邻像素上，从而可能引入伪影。像素串扰（如K荧光逃逸）进一步影响了探测器的性能，限制了PCCT应用中的实际像素大小。脉冲堆积是另一个挑战，尤其在高X射线通量下，来自单个光子相互作用的电压脉冲重叠可能导致光子计数和能量测量中的错误，从而影响图像质量。

　　在使用不同虚拟单能图像评估斑块时，PCCT的另一个潜在局限性是，使用不同能量水平进行虚拟单色图像处理可能会导致体素的HU单位值发生显著变化，这可能影响基于固定HU单位阈值的斑块体积估计。Vattay等人展示了随着keV水平增加，斑块衰减显著降低（从40 keV的723 ± 501 HU到180 keV的120 ± 112 HU），同时斑块体积成分发生相应变化，尤其是低衰减斑块体积随着较高keV水平的增加而增加，这表明标准化协议在确保未来动脉粥样硬化斑块评估中结果可比性方面至关重要。

　　此外，PCCT使用的替代对比剂（如纳米颗粒）以及比其他影像技术更高剂量的钆对比剂，令患者的安全性和最优剂量使用成为关注焦点。尽管纳米颗粒在临床转化方面具有广阔前景，但仍处于实验阶段，需要进一步研究以评估其安全性、有效性及相对于传统对比剂的潜在优势。尽管PCCT在心血管影像学和其他应用中的潜力巨大，但仍需进行进一步的临床验证和比较研究，以确立其诊断准确性、临床实用性以及对患者结局的影响。

　　此外，PCCT技术的高成本和有限的可用性也构成了其在临床设置中广泛应用的障碍。然而，随着技术的不断成熟和普及，预计其成本将大幅降低。表3总结了光子计数技术在动脉粥样硬化斑块评估中的优缺点。

　　近年来，斑块形态学和成分在斑块脆弱性和稳定性中的重要作用得到了显著的研究进展，而PCCT的引入成为该领域的重要发展。与传统CT技术相比，PCCT具有多项优势，包括改进的空间分辨率和碘信号、更低的电子噪声、较低的辐射暴露以及多能量成像能力。这些优势在颈动脉和冠状动脉斑块评估中体现出积极效果，有助于更全面地评估与斑块脆弱性相关的影像学特征。尽管如此，进一步的纵向多中心研究仍然是必要的，以评估PCCT在心血管影像学中的临床益处。

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