医学图像分割（CBCT是CT吗?）

导语

“为什么”系列第25期，介绍一种专科CT，并讨论一个有趣的问题：CBCT是CT吗？

俗话说：牙疼不算病，疼起来要人命。

口腔问题可能是我们谁都无法避免的，牙疼通常是由龋齿(蛀牙)、牙龈炎、牙周炎、牙髓炎、或折裂牙齿而导致牙髓(牙神经)感染所引起的。

轻微时，只需口服消炎药或简单处理；

稍严重时，可能需要补牙、根管治疗等，需借用牙片机获得牙冠牙根清晰图像，以确定局部牙齿病变部位、范围及严重程度；

再严重时，可能要拔牙再种植，这就需要口腔CT，学名：CBCT。

那么，CBCT是CT吗？

是，也不是！

来自互联网

一、牙片机—全景机—CBCT

X射线成像技术在口腔医学领域发挥着非常重要的作用，最初为“单纯牙科放射学”，后逐渐演变成“口腔颌面医学影像学”。

作为X射线成像的垂直领域，牙科影像发展历时百余年，经历了牙片机、胶片全景机、数字牙片机、数字全景机，CBCT等阶段。

01、牙片机

1896 年，德国牙医 Walkhoff 在接受了25分钟的X射线照射后，拍下了自己牙齿的照片。10年后，世界第一台商用牙科X线机“REKORD”诞生，我们一般称其为“牙片机”。

1982年，法国Trophy推出了第一支口内X线探测器(Radio-Visio-Graphy，RVG)，用于口内X线摄影。这是第一代DR设备，辐射剂量只有传统胶片剂量的十分之一，标志着牙颌面X线成像进入数字化时代。

牙片图像(来自互联网)

牙片机，用于对口内1~3 颗牙齿的2D高清成像，广泛应用于牙体、牙髓和牙周病等口腔临床领域，但受限于较小的成像视野，牙片机无法获得牙齿外部的影像，一般不会被用于正畸或种植相关的诊疗。

02、全景机

牙片机，通常只能观察某一颗牙齿或某一部位，但很多时候我们并不能确定牙疼是由哪颗牙齿引起的，这就需要大视野的曲面体层X线机，即全景机。

1961年，世界首台商用模拟全景机应用于临床；1996年，德国Sirona将CCD技术应用于全景机，推出数字化全景机。

全景机基于体层摄影原理设计而成，其成像逻辑与乳腺DBT非常相似。全景摄影时，根据口腔颌面部的解剖特点，X 线球管围绕人体头部选择约120°，从一侧颞下颌关节到另一侧颞下颌关节，最后一次性获得全口牙齿的2D图像，使颌骨及全口牙体层摄影在一幅图片上呈现左右展开的平面图。

全景图像(来自互联网)

全景机具有观察全面、操作简便、儿童及老弱患者容易接受的优点。然而，全景机的缺点也非常明显：

1）相较牙片机，全景成像中牙齿内部的清晰度和细节明显要略逊一筹；

2）由于是曲线体层成像，其图像有比较严重的畸变失真，同样也不可避免的具有影像重叠。

因此，全景机主要用于观察所有牙齿的形态、位置及颌骨内情况，为牙齿正畸矫正、牙齿修复提供图像依据，不太适合用于对牙齿结构成像清晰度要求非常高的领域。

03、CBCT

对于口腔内科疾病，牙片和全景片已具有较高诊断效果；但对于牙体牙髓病，2D成像较容易发生影像重叠的情况，无法进一步明确根管和其他周围组织的三维信息，容易出现漏诊或误诊根裂的情况。这就需要三维断层成像，即CBCT。

以下图为例，左图中的人影相当于全景的平片，我们只能看到她右手中物体的形象，但并不能反映出真人胸前所拿物体；而右图中的CBCT具有三维成像效果，既能看到右手中物体的成像，也能看到胸前所拿物体的成像，属于立体成像。

全景和CBCT对比(来自互联网)

1998年，世界第一台商用机型CBCT：NewTom 9000问世。2年后，正式生产并应用于口腔临床。CBCT是牙科领域的革命性进步，实现了从二维到三维的跨越。

CBCT，不仅提供由多平面 2D 图像组成的全口牙齿的 3D 影像，还能进行包括冠状位、矢状位、横截面等在内的多切片观察，且能够直观地显示三维立体结构，为医生诊断口腔颌面部疾病提供了重要的临床依据。

此外，CBCT还可以作为牙片机和全景机的替代方案，能自动生成没有重叠虚影的全景片，能通过图像分割获得单颗或多颗牙齿的“小牙片”，不仅图像更清晰、细节更完善，还能在三维平面内旋转。客观的说，由于其辐射剂量较高，CBCT或许不一定能替代牙片机，但替代全景机已是大势所趋。

近年来，牙科领域出现了“三合一CT”、“四合一CT”。所谓“三合一CT”是指集CBCT、全景、头侧三大功能于一体；“四合一CT”是指集CBCT、全景、头侧和口内摄影(牙片)。多功能CT的出现，满足了口腔临床诊断的所有需要。

三合一CT(来自互联网)

二、CBCT V.S. CT

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。不过仍然是单排CT，我们称之为扇形束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)。

扇形束CT和锥形束CT对比(来自互联网)

因此，多排CT也属于CBCT范畴。不过，我们通常将其称为(全科)CT，并应用于全身诊断。与之相对应的就是专科CT，比如CBCT。

通常，CBCT专指基于平板探测器实现三维成像的设备，这其中最知名的就是口腔CBCT，以至于CBCT成为口腔CT的代名词。

CBCT，全程“锥束计算机断层扫描(Cone-Beam Computed Tomography，CBCT)”，由球管和平板探测器组成。与全科CT的闭环圆孔设计不同，CBCT采用开放式结构以保持其灵活性。

CBCT成像原理(来自互联网)

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。与常规CT相比，CBCT具有以下优点：

1）辐射剂量更低，头部CT辐射剂量通常为2000µSv，而CBCT的辐射剂量在20~500µSv(不同视野辐射剂量不同)，远低于CT；

2）空间分辨率更高，CT扫描厚度约为0.5 mm~1cm，而CBCT层厚则能达到 80~400 µm，大大提高了图像精确性，能捕捉更多解剖细节。

CT和CBCT对比(原创)

三、低剂量CBCT

我们知道，CBCT的辐射剂量仅为常规CT的几十分之一，相对来说更安全。但是，牙科治疗比较复杂，往往要多次拍摄。以正畸为例，一个治疗周期往往需要7、8次CBCT检查。积少成多，还是比较“恐怖”的，尤其是很多儿童需要正畸。相较于成人，儿童对X射线更敏感是成人的2~3倍，更容易收到伤害。因此，需要更低辐射剂量的CBCT。

不同CT和CBCT的辐射剂量(来自互联网)

鉴于视野越小，辐射剂量越低。我们经常在不影响诊断的情况下，尽可能缩小 FOV以降低辐射量。近年来，随着技术进步，CBCT厂商在硬件进行了革新：

1）混合脉冲球管

如今，CBCT普遍采用混合脉冲球管，涵盖脉冲式和连续式两种扫描模式。脉冲式扫描，球管实际曝光时间远小于扫描时间，不仅球管寿命更长，更能将辐射剂量降低一倍；不过，连续曝光式扫描的冷却系统比较完善，适用于使用频率较大的诊所。

2）CMOS探测器

对于X射线类设备来说，探测器是核心中的核心。目前，CBCT主要使用非晶硅/IGZO探测器和CMOS探测器两种(请参考：一文读懂X射线探测器(上)：百花齐放的技术)。相较于非晶硅/IGZO探测器，由于CMOS探测器的衬底是单晶硅，电子迁移率高得多，能使CMOS探测器的信噪比更高、空间分辨率更高、采集速度更快、低剂量DQE更高。

如今，混合脉冲球管和CMOS探测器已成为高端CBCT的标配。

非晶硅和CMOS信噪对比(来自互联网)

其他CBCT

除口腔CBCT外，如今也发展出乳腺CT、KV-CBCT、CBCT-DR等专科CBCT。

比如，常规CT辐射剂量高、空间分辨率低，对乳腺检查不友好。专用乳腺CT，不仅辐射剂量更低，其成像分辨率更是已高达100微米以下；

比如，肿瘤放射治疗技术已进入以影像引导的三维适形放疗和调强放疗为代表的精确放疗新时代，图像引导放射治疗(Image-guided radiation therapy, IGRT)技术的开展，尤其是KV-CBCT成像系统的使用，大大提高了放射治疗的精度。

还比如，人是直立动物，站立位拍片最能真实反映病人日常骨骼疼痛的原因和骨骼畸形程度。常规CT无法实现负重位下3D成像，CBCT-DR很好地反映了负重位状态下患者关节受力改变的状态，具有极高的临床应用价值。

乳腺CT原理(来自互联网)

四、小结

近年来，随着CBCT硬件技术与重建算法的不断优化，图像质量也在不断提高，在CBCT在正畸、种植、口腔颌面外科等口腔领域的应用也越来越广泛。

如今，CBCT档次基本按照视野划分，比如小视野、中视野、大视野。成像视野直接决定临床应用范围，视野越大，应用范围越广。

不过，大视野CBCT也有很多问题，比如更贵、更高辐射剂量。因此，我们也可以说：大视野有大效果，但也有大伤害。咱们，下期见。。。