フォトンカウンティング検出器CTの臨床応用

Clinical applications of photon counting detector CT.

抄録

X線検出器は、画質や線量効率を左右するCT装置の基本的な構成要素です。2021年に初の臨床用光子計数検出器（PCD）システムが承認されるまで、すべての臨床用CTスキャナーは、2段階の検出プロセスで個々の光子に関する情報を取得しないシンチレーション検出器を使用していました。これに対し、PCDはX線エネルギーを直接電気信号に変換する1ステップのプロセスを採用しています。このため、個々の光子に関する情報が保持され、異なるエネルギー範囲のX線の数をカウントすることができます。PCDの主な利点は、電子ノイズがないこと、放射線量効率の向上、ヨウ素信号の増加、ヨウ素化造影剤の使用量を少なくできること、空間分解能の向上などです。複数のエネルギー閾値を持つPCDは、検出された光子を2つ以上のエネルギービンに分類し、すべての撮影においてエネルギー分解された情報を利用できるようにすることができます。これにより、高空間分解能、デュアルソースCTの場合は高ピッチ、高時間分解能の撮影と連動して、物質の分類や定量化タスクを実行することができます。PCD-CTの最も有望なアプリケーションには、絶妙な空間分解能が臨床的価値を高める解剖学的構造のイメージングがあります。例えば、内耳、骨、小血管、心臓、肺のイメージングなどである。この総説では、これまでに観察された臨床的な利点と、CTイメージングにおけるこの技術的進歩の将来の方向性について説明する。PCD-CTの有望な応用例として、絶妙な空間分解能が臨床的価値を高める解剖学のイメージングや、高い空間分解能や時間分解能と同時に複数のエネルギーデータを必要とするアプリケーションなどが挙げられる。- PCD-CT技術の今後の応用としては、乳房の微小石灰化の検出などの極めて高い空間分解能のタスクや、本来の組織タイプや新規造影剤の定量的なイメージングが考えられる。

The X-ray detector is a fundamental component of a CT system that determines the image quality and dose efficiency. Until the approval of the first clinical photon-counting-detector (PCD) system in 2021, all clinical CT scanners used scintillating detectors, which do not capture information about individual photons in the two-step detection process. In contrast, PCDs use a one-step process whereby X-ray energy is converted directly into an electrical signal. This preserves information about individual photons such that the numbers of X-ray in different energy ranges can be counted. Primary advantages of PCDs include the absence of electronic noise, improved radiation dose efficiency, increased iodine signal and the ability to use lower doses of iodinated contrast material, and better spatial resolution. PCDs with more than one energy threshold can sort the detected photons into two or more energy bins, making energy-resolved information available for all acquisitions. This allows for material classification or quantitation tasks to be performed in conjunction with high spatial resolution, and in the case of dual-source CT, high pitch, or high temporal resolution acquisitions. Some of the most promising applications of PCD-CT involve imaging of anatomy where exquisite spatial resolution adds clinical value. These include imaging of the inner ear, bones, small blood vessels, heart, and lung. This review describes the clinical benefits observed to date and future directions for this technical advance in CT imaging. KEY POINTS: • Beneficial characteristics of photon-counting detectors include the absence of electronic noise, increased iodine signal-to-noise ratio, improved spatial resolution, and full-time multi-energy imaging. • Promising applications of PCD-CT involve imaging of anatomy where exquisite spatial resolution adds clinical value and applications requiring multi-energy data simultaneous with high spatial and/or temporal resolution. • Future applications of PCD-CT technology may include extremely high spatial resolution tasks, such as the detection of breast micro-calcifications, and quantitative imaging of native tissue types and novel contrast agents.