詳解CBCT-DR技術原理 西門子醫療與安健科技推出全球兩款CBCT-DR

全球醫學影像裝置廠商西門子醫療與安健科技,基於錐形束斷層掃描技術推出了全球兩款錐形束斷層X線攝影系統,該系統可在患者自然站立位下,完成三維斷層影象掃描與重建,應用範圍包括:頸椎、氣道、腰椎、膝關節以及足踝關節,填補了當前醫學影像檢查中,無法實現立位三維成像問題,實現了數字化X線攝影在2D融合3D成像上的全新突破。可以說,CBCT-DR技術是數字化X線攝影技術進展的重要里程碑。

詳解CBCT-DR技術原理 西門子醫療與安健科技推出全球兩款CBCT-DR

那麼,什麼是錐形束CT技術?錐形束CT與傳統CT相比有什麼樣的技術特點?CBCT技術作為一種成熟的斷層掃描技術,在很長的一段時間內都僅作為一種專用機,而沒有作為全身機。具體來說,CBCT全稱為:

Cone beam Computer Tomography,

即錐形束投照計算機體層攝影系統。其原理是X線發生器以較低的射線量(通常球管電流約為10毫安)圍繞投照物件做環形數字式投照,將圍繞投照體多次(180-360次)數字投照後“交集”獲得的資料在計算機中“重建”,進而獲得三維影象。CBCT獲取資料的投照原理和傳統扇形掃描CT完全不同,而後期計算機重組的演算法原理有類似之處。

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1989年,世界第一臺螺旋CT正式誕生,這是CT技術的第一次飛躍。當時的螺旋CT主要是單排CT,稱之為扇形束CT(Fan Beam CT)。隨後,透過在Z軸上設定多排探測器,使機架旋轉一週能獲得多幅斷層影象,我們稱之為錐形束CT(Cone Beam CT)。

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與CT的高kV、高mAs、多圈高速掃描不同,CBCT是低kV、低mAs、單圈慢速掃描,圍繞患者頭部進行180°~360° 單次旋轉掃,獲得患者在各個角度的數百幅二維投影,然後透過錐形束 CT 重建演算法(如FDK)獲得獲得各向同性的三維影象。

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具體來說,體層CT的投影資料是一維的,重建後斷面的二維影象,重組的三維影象是連續多個二維切片堆積而成,其影象金屬偽影較重。而 CBCT 的投影資料是二維的,重建後直接得到三維影象。從機器結構看,CBCT 的射線源採用三維錐形束X線,體層CT的射線源使用二維扇形束X線; CBCT採用二維面狀探測器,體層CT 使用一維線狀探測器。CBCT 採用錐形束X線掃描可以顯著提高X線的利用率,只需旋轉 270°~360°即可獲取重建所需的全部原始資料,而且用面狀探測器採集投影資料可以加速資料採集的速度。體層CT的橫向資料依靠探測器單元區分,縱向資料依靠掃描床的移動來獲得;而CBCT 探測器直接獲得二維資料,同時包含橫向和縱向的資訊,所以 CBCT 具有很高的各向同性空間分辨力。

與常規CT相比,CBCT錐形束投照計算機體層攝影系統有自己獨特的應用優勢:

1、劑量更低:CBCT一次投照的輻射劑量只相當於體層CT的1/30~1/40,相當於4 次數字化曲面斷層投照劑量。根據安健科技的臨床對照資料顯示,以腰椎掃描協議為例,CT在掃描腰椎(120kv,180mA,200mAs)引數條件下的CTDIvol為13。2mGy,DLP為393。1mGy。在安健科技的錐形束斷層攝影系統掃描下,同樣對腰椎進行掃描(引數110kv,6mA,150mAs),總體劑量CTDIvol大約為1。23mGy,其Z軸覆蓋長度約為40cm,總體劑量DLP=CTDIvol*L=49。2mGy · cm。因此,可以看到CBCT-DR掃描劑量相較於CT而言,大幅度降低了劑量水平。

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2、使用便捷:不同於體層CT的環形機架,掃描部位必須穿過環形空間。對重傷、昏迷或行動不便的患者來說,大部分時間耗費在移動和擺放患者身體的過程中,不但降低裝置使用效 率、浪費寶貴的搶救時間,更可能在移動過程中使外傷患者受到二次傷害。而CBCT-DR不需要檢查床的配合動作,不需要使用專用檢查床,檢查床或檢查椅可以隨意搬動,甚至不需要患者離開轉運病床。同時CBCT 操作簡單,一般技師經過簡單培訓即可操作。因為劑量低,目前也不像傳統 CT 操作需要專業人員持有上崗證。CBCT 軟體的特殊設計也使非專業人員使用起來更加方便,臨床醫師完全可以按自己的意願隨意獲取自己想要的3D影象。

3、影象質量高:體層CT是將環形掃描或螺旋掃描所獲得的一系列斷層影象進行三維疊加重建,影象縱向分辨力較低。或者說冠狀面和矢狀面的分辨力是由層厚或螺距決定的,在正常的掃描速度下縱向分辨力低,比較容易產生階梯狀偽影。要想得到較高的縱向分辨力,必須大大延長掃描時間。CBCT由於可以一次掃描多層組織,縱向分辨力與橫向分辨力一樣由探測器畫素決定,可低至0。1 mm。CBCT 能獲得最低 0。1 mm 的真實資料斷層影象,並且影象重建層厚在掃描之後可根據臨床需要任意設定。而造價近千萬元左右的64 排螺旋 CT,最小層厚僅能達到 0。325 mm,而且提必須掃描前預先設定層厚,以較低速度掃描。兩者影象優劣顯而易見。

4、掃描時間短:一方面體層CT掃描時間較長,掃描過程中患者的運動會造成運動偽影,嚴重影響影象質量。而放CBCT 僅需掃描一圈或半圈,由於掃描時間較短對運動偽影的影響也較小。另一方面,體層CT的掃描床承載患者身體移動時,因為人體不是剛性物體,由於慣性原因,身體無法完全跟隨檢查床作理想的平移運動,造成檢查過程中身體各部分移動速 度不一,進一步加大運動偽影。CBCT 在掃描過程中不需要患者身體的移動,避免了因此所造成的誤差。

總體來說,CBCT-DR相較於常規DR而言是一次革命性的突破和進步,與CT相比,CBCT-DR也具有自己獨特的臨床檢查應用優勢。CBCT-DR技術將成為數字化X線攝影的未來技術發展趨勢,引領數字化X線攝影從2D走向3D。