CBCT：不是CT，但也前途一片光明

第195篇原创 

2023相约第959天

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导语

医工研习社原创文章，“为什么”系列第31篇，书接上回：CBCT是CT吗，继续讨论CBCT在DR、移动C形臂、DSA、放疗领域的应用。

毫无疑问，1971年诞生的CT是迄今最重要的医学发明之一，因为今天几乎所有的影像设备都在学习其断层成像理念，DR可以做三维重建，乳腺X射线可以做DBT，DSA有类CT成像，牙科领域也出现了口腔CT，骨科领域出现了三维C形臂。

这一切都源于CT衍生出的CBCT，即锥束计算机断层成像(Cone-Beam Computed Tomography，CBCT)。

1、CBCT技术优势

从原理上，CBCT的技术逻辑是X射线设备利用旋转采集技术来实现断层成像，因此只要有球管和探测器就有CBCT成像的潜力，特别是平板探测器的普及，加速了这项技术的进展。与多排螺旋CT(MSCT，简称CT)相比，CBCT的优势体现在：

1）拥有更小的体素尺寸，比CT具有   更高的空间分辨率。比如目前常规CT的最小像素单元是0.5mm，而探测器则普遍在139μm及以下； 2）拥有   很宽的且性能极佳的动态范围，改善了相邻体素的密度连续性； 3）其成像体素是   完美立方体，远非CT所能及，因为CT层厚会对其体素形状会产生负面影响。因此，无论在哪个方向CBCT都能实现精准成像。

不过，CBCT也有缺点，与CT相比，其密度分辨率的确要低一些，但已能满足绝大多数临床需要。以我们熟悉的DSA的类CT成像为例，其密度分辨率已达到5HU，能分辨出肌肉、视神经和出血灶等软组织，能够取代CT成像满足介入诊疗的需求，特别是在小血管成像等方面，CBCT成像质量还明显优于CT，因为其极高的空间分辨率。

因此，由于其巨大的临床价值，我们可以看到几乎所有的DSA都具备类CT成像功能，而且越来越成熟。

DSA血管造影成像和类CT成像对比

目前，CBCT最大也最知名的领域是口腔CBCT，不过CBCT在影像引导放射治疗(IGRT)领域应用也十分广泛，以及陆续出现的三维C型臂和CBCT-DR，进一步扩大的CBCT的应用领域。

因此，本文书接上回(请参考：CBCT是CT吗？)，继续介绍CBCT家族的其他成员。

2、动态DR再升级：CBCT-DR

作为X线数字摄影的重要发展方向，动态DR更大的临床价值在于功能成像，可通过动态可视化方式观察人体组织，在胸部及关节影像诊断上都有广阔的应用价值场景。

动态DR的功能成像(来自柯尼卡)

然而，由于其二维属性，传统DR的检出率有限，容易导致漏诊误诊。   显然，在三维成像领域，CT更好。然而，受制于其设备结构，CT很难实现站立位(负重位)下的三维成像，而在骨关节的诸多病征中均需要在负重位下才能更好发现。

为解决上述问题，2017年西门子基于动态DR和CBCT成像技术推出了Multitom Rax，这是世界首款   具备三维成像功能的DR，即CBCT-DR   ，可实现多角度的三维成像，对功能位骨科诊断、运动康复、多学科联合具有极高临床价值。在国内，安健科技推出了类似的设备：WR-3D。

在实现三维方式上，西门子采用两支悬吊械臂，能够自动找到彼此合适的位置和角度，无需挪动患者，可实现站立位、坐位和平躺位下的三维成像；安健则采用了旋转脚踏板带动病人360°旋转的方式，主要实现站立位下的三维成像。

显然Multitom Rax的方式更人性化，而WR-3D由于其实现成本低，或许是一种更为可及性的解决方案。

其实，负重位CT成像在国外也很早就进行了尝试，如佳能医疗就推出过立式320排CT，用来解决脊柱、膝部、足踝的负重位成像，但其价格昂贵且并未引进入国内。

更具性价比的CBCT-DR，在兼容动态DR性能的同时，不改变DR的拍摄体位及流程就可以获得三维影像，其低剂量、流程友好、可及性高吸引了临床。正如其所宣传的，普放也可以不普通。

3、移动C形臂的必然：3D C-arm

作为手术室中最重要诊疗设备之一，移动C形臂广泛应用于骨科、创伤科、泌尿科、血管外科等领域，因此拥有了巨大的市场，仅我国每年就新增3000以上。

传统移动C臂不能同时实现正侧位成像，重新定位，其成像也会有盲区，很多时候需要医生凭借经验去寻找定位点。三维C形臂(3D C-arm)的出现，解决术中实时精确定位的问题，明显降低操作误差，达到了精细手术的要求，堪称术中CT。

与大放异彩的骨科小C不同，外周介入C形臂(Peripheral Interventional C-Arm)，即   中C则显得“冷清”得多，这与临床未充分认可其临床价值有关。   与小C相比，中C不仅大幅提高了X射线系统功率，更重要的是增加了减影等血管机相关功能，基本可以完成80%的介入手术需求，可广泛应用在周围血管科、消化科、妇科、整形科等领域。   此外，CBCT技术在中C领域也有重要应用。比如西门子Cios Spin“一站式VATS”解决方案，可辅助医生完成肺小结节的精确定位以及切除手术，避免了患者在CT和手术室来回奔波，消除了清醒状态下的穿刺痛苦，也大大降低了出血、气胸等并发症的发生机率。 还比如，与经皮有创穿刺活检相比，传统支气管镜活检更具前景，但其对医生要求很高，在没有实时图像引导下，诊断成功率仅有50%左右；三维中C在与机器人系统有机融合后，能将支气管镜诊断成功率提高至90%。 由于其精度能够达到亚毫米级别，外科机器人在复杂手术中发挥重要作用，且越来越成熟。因此，   如今的三维C形臂已逐渐具备3D导航数据接口，能为机器人提供术中三维图像引导。   比如，骨科中的智能螺钉聚焦技术，能使医生在手术台上依靠C形臂的三维成像功能判断置钉效果，方便快捷。   CBCT+机器人，成为了医生的“透视眼”与“稳定器”。  

目前，智能手术机器人在口腔、妇科、骨科、呼吸等细分赛道迅速发展，这意味着具有更精确图像引导的三维C形臂将会在更多的临床应用场景展示其价值。

4、精准放疗的标配：KV—iCBCT

放射治疗，也被称为“无形的手术刀”，为在杀伤肿瘤的同时尽可能减少正常组织和危及器官的损伤，以直线加速器为代表的肿瘤放射治疗，经历了2D/3D CRT—IMRT—IGRT—VMAT/Rapid Arc等技术阶段。

从图像引导放疗(IGRT)开始，加速器的机载CBCT就发挥着重要作用。早期是利用加速器自带的MV级X光作为成像光源，其成像效果仅能保证骨组织对位匹配，随着KV级球管的引进，CBCT的软组织图像质量得到大大改善，给了IGRT更多的信心。

随着放疗治疗技术发展，医生们发现以腹盆、头颈等部位肿瘤为代表的癌种，在治疗当中或者分次照射之间，肿瘤因为膀胱充盈变化和分次间退缩等因素，传统IGRT放疗已日渐不能满足放疗需求要求。 因此，提出了“   所见即所治(Image-plan-treat)”的实时治疗，也称为“   在线自适应放疗(on line ART)”，可根据病灶变化短时间内在线调整治疗。此时，   机载影像就成为了捕捉肿瘤变化的核心要素之一，要求软组织分辨高，伪影小，图像清晰才可能作为在线再计划的图像依据。   2018年，美国医学物理学家协会(AAPM)杂志刊登了   迭代CBCT(iterative-CBCT)，其使用KV级的iCBCT，可以大大改善加速器机载影像质量，为自适应放疗奠定了影像的基础。  

比如，在腹盆肿瘤治疗中，膀胱、肠道的识别因为伪影减少和低密度分辨率的提高，给医生和物理师提供可供判断的图像。

KV级迭代iCBCT图像改善

如今，将iCBCT成像整合进一个基于实时成像的人工智能驱动的在线再计划精准放射治疗系统已经进入了商业化，使得患者从中获取更大的益处。

日后，机载CBCT是否能满足放射治疗床上的等中心定位要求，即在同一个等中心下，进行定位CT的in room扫描，有待进一步观察。

5、CBCT有更大的未来

与CT相比，尽管CBCT的图像质量上确实存在一些差异，但是其更低剂量、更高分辨、更高效率、更低成本、甚至可移动的优势，给临床治疗带来了更多的便利，因此CBCT已在骨科、牙科、乳腺、放疗等领域站稳了脚跟。

此外，从技术逻辑上，CBCT的图像质量未来是有望比肩CT的。未来，随着临床应用场景的逐渐增加，CBCT技术将在不同细分领域有更大的未来，更多不同形态的CBCT或具备CBCT功能的细分设备将不断涌现。

END