C臂CT在介入放射学中的应用进展

刘子怡 综述 梁斌 审校

C 臂 CT（cone-beam computed tomography，CBCT）又称锥束CT、血管造影CT、平板容积CT等，是一种新的成像技术，可将三维断层成像技术运用到数字减影血管造影（digital subtraction angiography，DSA）平板探测器系统，突破了介入放射学诊疗历来使用的二维放射成像技术。CBCT可在介入诊疗中实时三维成像，具有较好的特异度和灵敏度，可为介入诊疗提供重要信息和帮助［1］。

Mayo生物动力研究室于1982年首次将CBCT应用于临床，主要用于骨骼和血管造影的可视化。最初的CBCT是配合图像增强系统使用，其图像增强系统和电荷耦合器件十分不完善，计算机算法与处理能力也很有限，使成像的空间分辨率也受限制［2］。在介入运用的早期，CBCT被称作“3D血管造影机”，因其仅仅实现了骨骼和肌肉的对比［3］。随着上世纪90年代后期辐射引导系统和诊断实验系统的开发，开始了CBCT的大规模运用。由于平板探测器的引入和计算机算法及处理能力的改进，CBCT的对比度和空间分辨率有显著改善［4］。目前，临床中采用的CBCT均已使用数字平板探测器，其空间分辨率和成像质量进一步提高，同时相关后处理软件的开发，使CBCT在介入诊疗中应用越来越广。本文就CBCT的特点与优势、在介入放射学中的临床应用做一综述。

CBCT的特点与优势

在技术层面上，CBCT采用三维的扇形束代替传统CT的二维的扇形束进行扫描，重组后可直接得到三维图像，相较传统CT拥有更好的各向同性空间分辨力，且容积重组所需时间更少。此外，CBCT采用排数上千二维面阵探测器来代替传统的线状探测器，提高了X线利用率。CBCT在后期重组的算法上以滤波反投影重组算法多见，除了可得到常见的横断面、冠状面、矢状面等多平面重组影像外，也可获得一些特殊的重组影像，如最大密度投影和容积再现图等［5,6］。

在临床应用上，CBCT较常规DSA相比，其优越性体现在更高的软组织分辨力和三维成像功能。但与传统的螺旋CT相比，CBCT的密度分辨力与空间分辨力还有较大差距，其优越性主要体现在成像的实时性。CBCT的实时成像功能可实现术中实时对针头或导管等硬件进行定位，不必将患者转移到常规CT机上，在一定程度上增强术者的信心，提高治疗的准确性和安全性。并且，使用CBCT可进行术后即刻的治疗后评估，更及时地调整治疗方案和控制术后并发症［6］。因为以上独特的优势，CBCT在血管介入和非血管介入治疗领域均发挥着重要作用。

CBCT在常见血管介入中的应用与进展

1.肝动脉介入

经动脉化疗栓塞术（transarterial chemoembolization，TACE）在血管介入治疗中有重要地位，是针对中期肝细胞癌的标准治疗方法［7］。在TACE术中，对栓塞靶点的实时定位与观察至关重要，DSA可提供清晰的血管成像，但软组织分辨力低且仅有二维成像效果，使术者对栓塞靶点和肿瘤血供的观察识别受限，易造成相关肿瘤供血动脉的误判［8-16］。CBCT携带的3D导航软件可帮助术者更准确地定位肿瘤供血动脉。该软件利用容积再现技术，能自动描绘和突出显示从微导管尖端到栓塞靶点的兴趣区内所有可疑的肿瘤供血动脉信息［11］，间接地提供给术者可行的插管路线。这种虚拟的“3D路线图”在GE系统中通过3D重组叠加在实时荧光透视图像上，并针对C臂角度、视野和工作台位置等变化实时调整路线，具有良好的可操作性。Miyayama等［12］研究表明，这种3D导航系统对肿瘤供血动脉检测的真阳性率可达88%。根据以往文献报道，该技术的敏感度可达90%以上，比靠DSA来识别供血动脉的敏感度高约29%～50%［13］，可更好地辅助术者分辨栓塞靶点、肿瘤供血动脉、并及时评估碘油沉积程度［14-16］，提高肿瘤的完全栓塞率［17］。

选择性内部放射疗法（selective internal radiation therapy，SIRT）是一种将放射性物质如90Yt选择性注入肿瘤供血动脉的介入治疗［18］。为避免对正常组织的放射性损伤，对兴趣区成像和对肿瘤供血动脉的正确识别至关重要。通常，DSA主要运用于SIRT的术前规划［19］，而CBCT运用于术后效果评估，目前双源CBCT已可在毛细血管水平观察到微栓塞［20］。有研究表明将CBCT与DSA结合用于术前规划，更易检测出肝外的转移灶。Louie等［21］对42例患者用CBCT辅助DSA成像进行SIRT术前规划，发现有52%的患者采用CBCT检测出肝外转移灶，并影响了术前规划，其中33%患者的转移灶在DSA上并未被发现，表明CBCT辅助DSA成像可获取更丰富的肿瘤灶及灌注等影像信息，弥补了DSA的不足。

2.神经介入

颅内血管的支架置入术在神经介入中有着重要地位。支架置入术中，支架的贴壁与张开情况直接影响术后效果。若支架贴壁不全及张开不全，可导致支架内血栓与支架内再狭窄（in-stent restenosis，ISR）［22］，因此术者需要对支架及其周围结构准确定位与观察。颅内血管的诸多特性限制了将支架生产成放射不透性强、显影效果好的介入材料［23］，传统DSA或放射线成像受二维成像的局限，且软组织分辨力较低，不能很好地描述支架与周围结构［24］。CBCT具有三维的成像效果和较好的软组织分辨力，和这些二维的放射成像相比能更好地描述支架与周围结构（即血管壁和血管瘤腔）的关系、动脉壁的钙化程度，改善支架的可视度，提高支架置入的成功率［25,26］。同时，作为治疗颅内动脉粥样硬化的支架可能诱发血栓并导致支架内再狭窄，须进行随访成像。Struffert等［27］对12例颅内血管支架植入术患者进行了随访，发现CBCT和DSA对支架置入后残余狭窄和支架内再狭窄的检测率没有统计学差异，且CBCT可提供无创性随访影像，是DSA的有效替代，使术后影像随访更便捷。

动脉栓塞是治疗颅内动脉瘤的有效方法，对术前颅内动脉瘤的检测，CBCT不易受到伪影干扰，有一定敏感性和特异性。Jou等［28］对2例颅内基底动脉瘤的回顾表明，采用三维DSA观察颅内基底动脉瘤会受到伪影干扰，影响观察，而CBCT可更清晰地对动脉瘤的各部分成像。Lu等［29］对513例颅内动脉瘤的回顾性分析发现，就单个患者而言，DSA和CBCT检测颅内动脉瘤的敏感度和特异度分别为96.5%、87.8%和97.8%、88.7%，CBCT对颅内动脉瘤检测比三维DSA具有更好的敏感性和特异性，有利于更精确地术前评估。

3.前列腺动脉栓塞

前列腺动脉栓塞（prostate artery embolisation，PAE）是治疗良性前列腺增生的有效方法，在PAE术中，对前列腺动脉（prostate artery，PA）的正确识别至关重要，可避免栓塞不全或非靶性栓塞的发生［30,31］。而增生的前列腺解剖结构复杂，血管尺寸小，单纯的DSA对前列腺的血供区分存在一定困难，CBCT对DSA有良好的辅助成像作用，能更精确定位前列腺动脉［32-35］。 Bagla 等［32］在 11 例患者PAE术前用CBCT辅助DSA成像，结果显示CBCT可识别出一些潜在的非靶性栓塞点，使46%患者改变了栓塞方案，避免了误栓。Wang等［33］对148例患者在PAE术前行DSA和CBCT血管造影成像，再对二者图像分别研究分析，结果表明DSA对前列腺动脉的识别率为74.5%，对前列腺动脉吻合支的识别率为58.2%，CBCT对前列腺动脉的识别率为94.55%，对前列腺动脉吻合支的识别率为97.0%，从解剖的角度进一步说明CBCT对前列腺动脉的识别率高于DSA（P＜0.05）。Chiaradia等［34］将前文所提到的3D导航软件应用到6例患者PAE术中，敏感度可达92%，具有一定借鉴性。由于前列腺周围解剖结构的特点和CBCT成像的特殊性，CBCT在辅助PAE成像过程中亦有一些缺陷、容易造成一些伪像，如直肠增强伪像、阴茎增强现象、金属伪影等，需术者仔细鉴别［35］。

4.其他

由于CBCT较DSA具有更好的软组织分辨力、多平面重组能力，使术者在更好地区分靶血管及其周围结构，因此CBCT在外周血管病变成像［36,37］、 肾 上 腺 静 脉 取 样［38,39］等 血 管 介 入 方 面 亦具有一定优势。

CBCT在常见非血管介入中的应用与进展

1.椎体成形术

骨水泥的渗漏一直是椎体成形术（percutaneous vertebroplasty，PVP）中的难题，需要术者从术前和术后多方面把控。任何形式的骨水泥超出原椎体范围内均可定义为椎体渗漏［40］，根据渗漏的不同途径，定义为经皮质破坏渗漏型（Ⅰ型）经引流静脉渗漏型（Ⅱ型）［41］。在 PVP术后，需即刻评估骨水泥在椎体内的分布及渗透情况，通常即刻行DSA摄片评估。一些研究表明，和CT相比，DSA在椎体成形术后对骨水泥渗漏情况的评估有失精确，敏感度较术后CT低（P＜0.05），特别是Ⅱ型渗漏发现率较低（P＜0.05）［42］，因为被渗漏的引流静脉可能过于细小，在二维成像上不易被显示。CBCT的三维成像功能在一定程度上弥补这一局限，可提高骨水泥渗漏的发现率。王福安等［43］对35例PVP患者术后评估发现，术后使用DSA对二型骨水泥渗漏的发现率为8.6%，而CBCT可达20%，高于DSA的发现率。

此外，除了必要的术后评估，CBCT携带的跟踪导航软件（不同于上文在血管介入中所提及的3D导航系统），能帮助术者在术前设计进针的路线，实时指导进针，从而减少骨水泥内漏的发生［44-46］。这种软件能根据进针点自动规划最理想的进针轨迹，提供最便捷的接近靶点的路线，减少术者的操作难度和避免损伤重要的器官和血管［44］。路线规划可根据术者进针的位置、C型臂角度，工作台的运动等进行实时调整，将计划路径叠加在实时荧光透视图像上，具有良好的可操作性。Tam等［45］报道采用跟踪导航软件设计进针路线对10例患者的13个椎体行单侧PVP术，技术上的成功率以实际进针后到达点位置和4个不同参考位置的差距来评价，这些参考位置包括精确的靶点位置、软件所设计的靶点位置、靶椎体中线的位置、靶椎体前1/3的位置。以这4个设定的参考位置来评价的成功率分别为 75%、92%、92%、100%，表明CBCT的跟踪导航软件在PVP手术中具有良好的辅助功能。

2.肺结节经皮肺穿刺活检

经影像引导的经胸经皮穿刺活检（percutaneous transthoracic needle biopsy，PTNB）是评估良性和恶性肺结节的重要确诊步骤，具有一定的安全性和准确性。良好的影像引导定位可减少气胸和出血等并发症的发生。目前较普遍的影像引导方式包括透视、常规CT，常规超声和支气管内超声引导等。CBCT是新兴的影像引导方式，具有一些独特的优势。和常规的透视或传统CT相比，术者可在实时三维可视化的条件下看到靶病灶与穿刺针的位置关系，有利于提高穿刺的精确性并减少并发症，减少手术时间和辐射剂量，避免盲穿［47-52］。Lee等［47］使用 CBCT引导对 1108例肺部小结节患者行PTNB术，技术成功率达99.6%，对恶性结节诊断的灵敏度、特异度、准确度分别为95.7%、100%和 97.0%。 Hwang等［48］研究发现，采用 CBCT导向的PTNB在亚厘米的穿刺中亦有着不错的诊断效能，具有较好的准确度、敏感度、特异度，这三种特性和厘米级别以上并无统计学差异。跟踪导航软件亦可 用 于 PTNB 术中［49,50］，Kim 等［49］对 75 例 患者使用CBCT的跟踪导航功能行PTNB术，技术成功率可达100%，诊断的敏感度、特异度和灵敏度分别为97.1%、100%和97.4%，有一定的借鉴性，在亚厘米的穿刺中亦有不错效果［50］。

3.其他

另 外，CBCT 在 脓 肿 引 流［53,54］、胆 道 介入［3］等方面亦具有一定的优势。与传统DSA或透视相比，CBCT可清晰显示脓肿周围、胆道等结构的解剖细节，避免邻近组织结构重叠干扰，为介入诊疗提供精准导向。

临床应用局限与前景

CBCT系统本身也存在不足：（1）由于锥形束的特点，其密度分辨力与空间分辨力低于常规CT。（2）CBCT图像伪影较重。其主要原因有两方面，一方面由于锥束的宽准直特点，其产生的散射增加也较常规CT的窄束增加，造成图像伪影增加、图像信噪比下降；另一方面CBCT系统X射线探测器使用的CsI闪烁体，图像采集延迟，导致图像采集数量减少，造成条纹伪影，同时由于采集时间增加，运动伪影也更突出［1,3］。该缺点限制了CBCT在一些领域的应用。（3）CBCT缺乏统一的放射密度测定标准。Hounsfield量表用于测量放射密度，在常规CT扫描时，可为所描述的组织类型提供准确的绝对密度，这种放射密度以CT值（Hounsfield unit，HU）为单位。然而放射密度的测量在CBCT扫描中却是不准确的，因不同区域灰度值受其扫描相对位置的影响，这使CBCT与常规CT相比在同一解剖区域测量的放射密度值不相同［55,56］。 未来有必要进一步研究改进，以弥补CBCT在放射密度测定不统一方面的局限性。

尽管CBCT在成像质量和适用范围等方面还有不足，但随着重组算法及后处理技术的改进，其成像质量将会得到改善，CBCT在介入诊疗领域中的应用也将进一步拓展和深入［56,57］。