详解CBCT-DR技术原理 西门子医疗与安健科技推出全球两款CBCT-DR

全球医学影像设备厂商西门子医疗与安健科技，基于锥形束断层扫描技术推出了全球两款锥形束断层X线摄影系统，该系统可在患者自然站立位下，完成三维断层图像扫描与重建，应用范围包括：颈椎、气道、腰椎、膝关节以及足踝关节，填补了当前医学影像检查中，无法实现立位三维成像问题，实现了数字化X线摄影在2D融合3D成像上的全新突破。可以说，CBCT-DR技术是数字化X线摄影技术进展的重要里程碑。

那么，什么是锥形束CT技术？锥形束CT与传统CT相比有什么样的技术特点？CBCT技术作为一种成熟的断层扫描技术，在很长的一段时间内都仅作为一种专用机，而没有作为全身机。具体来说，CBCT全称为：Cone beam Computer Tomography，即锥形束投照计算机体层摄影系统。其原理是X线发生器以较低的射线量（通常球管电流约为10毫安）围绕投照对象做环形数字式投照，将围绕投照体多次（180-360次）数字投照后“交集”获得的数据在计算机中“重建”，进而获得三维图像。CBCT获取数据的投照原理和传统扇形扫描CT完全不同，而后期计算机重组的算法原理有类似之处。

1989年，世界第一台螺旋CT正式诞生，这是CT技术的第一次飞跃。当时的螺旋CT主要是单排CT，称之为扇形束CT(Fan Beam CT)。随后，通过在Z轴上设置多排探测器，使机架旋转一周能获得多幅断层图像，我们称之为锥形束CT(Cone Beam CT)。

与CT的高kV、高mAs、多圈高速扫描不同，CBCT是低kV、低mAs、单圈慢速扫描，围绕患者头部进行180°~360° 单次旋转扫，获得患者在各个角度的数百幅二维投影，然后通过锥形束 CT 重建算法(如FDK)获得获得各向同性的三维图像。

具体来说，体层CT的投影数据是一维的，重建后断面的二维图像，重组的三维图像是连续多个二维切片堆积而成，其图像金属伪影较重。而 CBCT 的投影数据是二维的，重建后直接得到三维图像。从机器结构看，CBCT 的射线源采用三维锥形束X线，体层CT的射线源使用二维扇形束X线； CBCT采用二维面状探测器，体层CT 使用一维线状探测器。CBCT 采用锥形束X线扫描可以显著提高X线的利用率，只需旋转 270°~360°即可获取重建所需的全部原始数据，而且用面状探测器采集投影数据可以加速数据采集的速度。体层CT的横向数据依靠探测器单元区分，纵向数据依靠扫描床的移动来获得；而CBCT 探测器直接获得二维数据，同时包含横向和纵向的信息，所以 CBCT 具有很高的各向同性空间分辨力。

与常规CT相比，CBCT锥形束投照计算机体层摄影系统有自己独特的应用优势：

1、剂量更低：CBCT一次投照的辐射剂量只相当于体层CT的1/30~1/40，相当于4 次数字化曲面断层投照剂量。根据安健科技的临床对照数据显示，以腰椎扫描协议为例，CT在扫描腰椎（120kv，180mA，200mAs）参数条件下的CTDIvol为13.2mGy，DLP为393.1mGy。在安健科技的锥形束断层摄影系统扫描下，同样对腰椎进行扫描（参数110kv，6mA，150mAs），总体剂量CTDIvol大约为1.23mGy，其Z轴覆盖长度约为40cm，总体剂量DLP=CTDIvol*L=49.2mGy · cm。因此，可以看到CBCT-DR扫描剂量相较于CT而言，大幅度降低了剂量水平。

2、使用便捷：不同于体层CT的环形机架，扫描部位必须穿过环形空间。对重伤、昏迷或行动不便的患者来说，大部分时间耗费在移动和摆放患者身体的过程中，不但降低设备使用效 率、浪费宝贵的抢救时间，更可能在移动过程中使外伤患者受到二次伤害。而CBCT-DR不需要检查床的配合动作，不需要使用专用检查床，检查床或检查椅可以随意搬动，甚至不需要患者离开转运病床。同时CBCT 操作简单，一般技师经过简单培训即可操作。因为剂量低，目前也不像传统 CT 操作需要专业人员持有上岗证。CBCT 软件的特殊设计也使非专业人员使用起来更加方便，临床医师完全可以按自己的意愿随意获取自己想要的3D图像。

3、图像质量高：体层CT是将环形扫描或螺旋扫描所获得的一系列断层图像进行三维叠加重建，图像纵向分辨力较低。或者说冠状面和矢状面的分辨力是由层厚或螺距决定的，在正常的扫描速度下纵向分辨力低，比较容易产生阶梯状伪影。要想得到较高的纵向分辨力，必须大大延长扫描时间。CBCT由于可以一次扫描多层组织，纵向分辨力与横向分辨力一样由探测器像素决定，可低至0.1 mm。CBCT 能获得最低 0.1 mm 的真实数据断层图像，并且图像重建层厚在扫描之后可根据临床需要任意设定。而造价近千万元左右的64 排螺旋 CT，最小层厚仅能达到 0.325 mm，而且提必须扫描前预先设定层厚，以较低速度扫描。两者图像优劣显而易见。

4、扫描时间短：一方面体层CT扫描时间较长，扫描过程中患者的运动会造成运动伪影，严重影响图像质量。而放CBCT 仅需扫描一圈或半圈，由于扫描时间较短对运动伪影的影响也较小。另一方面，体层CT的扫描床承载患者身体移动时，因为人体不是刚性物体，由于惯性原因，身体无法完全跟随检查床作理想的平移运动，造成检查过程中身体各部分移动速 度不一，进一步加大运动伪影。CBCT 在扫描过程中不需要患者身体的移动，避免了因此所造成的误差。

总体来说，CBCT-DR相较于常规DR而言是一次革命性的突破和进步，与CT相比，CBCT-DR也具有自己独特的临床检查应用优势。CBCT-DR技术将成为数字化X线摄影的未来技术发展趋势，引领数字化X线摄影从2D走向3D。

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