콘 빔 컴퓨터 단층 촬영

Cone beam computed tomography
전자 빔 컴퓨터 단층 촬영과 혼동하지 마십시오.
콘 빔 컴퓨터 단층 촬영
3D CT impacted wisdom tooth.Gif
메슈D054894
CBCT의 원리.

원뿔 빔 컴퓨터 단층 촬영(또는 CBCT, 일명 C-arm CT, 원뿔 빔 볼륨 CT, 평면 패널 CT 또는 DVT(Digital Volume Tomography, DVT)은 X선이 서로 다른 곳에서 원뿔을 형성하는 X선 컴퓨터 단층 촬영 기법으로 구성된 의료용 영상 촬영 기법이다.[1]

CBCT는 임플란트 치과, 이비인후과, 정형외과, 중재적 방사선(IR)의 치료 계획과 진단에 있어 그 중에서도 점점 더 중요해지고 있다. 아마도 그러한 기술에 대한 접근성이 증가했기 때문에, CBCT 스캐너는 현재 구강 수술, 내과, 치과 교정 분야와 같은 치과에서 많은 용도를 찾고 있다. 통합 CBCT는 또한 영상 유도 방사선 치료(IGRT)에서 환자의 위치와 확인을 위한 중요한 도구다.

치과/정관 영상 촬영 중 CBCT 스캐너는 환자의 머리 주위를 회전하여 600개 가까운 개별 영상을 얻는다. 중재적 방사선학의 경우 관심 영역이 원뿔 빔의 시야 중앙에 오도록 환자가 테이블에 오프셋되어 있다. 관심 영역에 대한 단일 200도 회전은 체적 데이터 세트를 획득한다. 스캐닝 소프트웨어는 데이터를 수집하여 재구성하며, 전문화된 소프트웨어로 조작하고 시각화할 수 있는 해부학적 데이터의 3차원 복셀로 구성된 디지털 볼륨이라고 불리는 것을 생산한다.[2][3] CBCT는 전통적인 (팬 빔) CT와 많은 유사점을 가지고 있지만, 특히 재구성에 있어서 중요한 차이점이 있다. CBCT는 경구 및 최대 경구영역을 영상화하는 데 있어 금본위제라고 설명되어 왔다.

역사

구강 및 최대정맥 방사선학

1990년대 후반, 일본의 요시노로 아라이 박사와 이탈리아의 피에로 모조 박사가 구강 및 최대정맥 방사선학을 위한 콘 빔 컴퓨터 기술을 독자적으로 개발하였다.[4] 최초의 상용 시스템(NewTom 9000)은 1996년 유럽 시장에, 2001년에는 이탈리아 회사인 정량 방사선에 의해 미국 시장에 도입되었다.[2][5]

  • 1994년[6] 7월 1일에 수행된 첫 번째 콘-빔 3D 스캔에서 얻은 축 영상

  • 1994년 7월 1일에 수행된 첫 번째 콘-빔 3D 스캔에서 얻은 축 영상

  • 1994년 7월 1일에 수행된 첫 번째 콘-빔 3D 스캔에서 얻은 축 영상

  • 1994년 7월 1일에 수행된 첫 번째 콘-빔 3D 스캔에 대한 원본 참고 사항

방사선요법

선형가속기 치료기에 부착된 킬로볼트 X선(치료 목적보다는 진단용으로 사용)을 이용한 콘 빔 CT는 1990년대 후반과 2000년대 초반에 처음 개발됐다.[7] 그러한 시스템은 그 후 최신 세대의 라인악에서 보편화되었다.[8] 2010년대 후반에는 CBCT도 온보드 입자 치료 전달 시스템이 보급되기 시작했다.[9]

중재적 방사선학

X선 영상강화기가 있는 CBCT는 1990년대 후반에 실험되었지만, 대조도와 공간 분해능이 개선된 평면 패널 X선 검출기를 채택하고 나서야 CBCT는 중재적 방사선 시술에 임상적으로 사용할 수 있게 되었다.[10][11] 기존의 평면 형광 투시 외에 많은 고정 및 심지어 이동형 C-암 형광 투시 시스템이 CBCT 획득을 할 수 있다.[12][13]

적용들

내선학

CBCT는 종래의 구강 내 또는 파노라마 이미지가 할 수 없는 중요한 뿌리관 해부학적 특징을 3D가 입증하기 때문에 내시경학에서 가장 중요한 장점을 가지고 있다.[14]

미국내복사협회에 따르면 CBCT가 제작한 3D 영상이 진단을 강화하고 치료에 영향을 미치는 구체적인 상황이 많이 있으며, ALARA의 원칙에 따라 기존 구강내 방사선과에 대한 사용에는 이의를 제기할 수 없다.[15]

삽입물학

치과용 콘 빔 스캔은 수술용 임플란트의 평가와 계획에 관한 유용한 정보를 제공한다. 미국 구강 및 맥실론 방사선학 아카데미(AAOMR)는 치과 임플란트 부위의 사전 수술 평가를 위해 선호하는 방법으로 콘-빔 CT를 제안한다.[16]

치과 교정

CBCT는 3D 촬영으로 기존 2D 방사선 촬영이 불가능한 분출된 치아와 비에루화된 치아, 치아 뿌리 방향 및 변칙적인 구조를 모두 정확하게 시각화하는 데 사용할 수 있는 왜곡되지 않은 치아를 제공한다.[17]

치아 모델의 X선 데이터를 사용한 처리 예제:

  • 단일 샘플링된(일반) 이미지

  • 몇 가지 견본의 오버레이

  • 파노라마에 결합된 영상

  • 알고리즘 재구성

  • 내부 이미지

정형외과.

CBCT 스캐너는 사지에 대한 왜곡되지 않은 시야를 제공한다. 정형외과 CBCT의 한 가지 장점은 하지의 무게감 있는 이미지를 촬영할 수 있다는 것이다. 특히 발과 발목의 영역에서는 진단과 수술 계획에서 가장 중요한 3차원 및 체중 정보를 결합할 수 있는 능력 때문에 체중을 지탱하는 CBCT가 탄력을 받고 있다.[18] 따라서 하퇴부의 CBCT에 사용되는 선호 용어는 해당 주제에 대한 첫 번째 과학 간행물에 이어 WBCT for Weight Bearing CT이다.[19][20][21][22]

영상 유도 방사선 치료

영상유도방사선치료(image-guided radio therapy)는 치료영역과 정확히 일치하는 장기와 환자가 위치하여 치료되지 않는 주변 장기에 대한 선량을 감소시키는 외부 빔방사선치료의 일종이다. 체내 많은 장기가 외부 피부 표면에 비해 밀리미터씩 움직이며, 치료 직전(그리고 때로는 치료 중 다시 한번) 방사선치료실 머리에 장착된 CBCT 스캐너를 사용하여 환자의 장기가 치료장과 정확히 일치하도록 하고, 그 위치를 조절한다. 필요한 경우 치료 표의. 이미지는 또한 전체 또는 빈 방광, 빈 직장 등과 같은 일부 치료 유형의 다른 요구 사항을 확인하는 데 사용될 수 있다.[23][24] 기관이 X선에 특히 잘 나타나거나 기준 마커가 장기에 삽입된 경우 동일한 콘 빔 소스와 검출기를 사용하여 단순한 X선 위치 지정 영상을 촬영할 수 있다.[25]

중재적 방사선학

CBCT 스캐너는 인터벤션 방사선학(IR) 스위트의 C-암 형광 투시 장치에 장착되어 있어 정지 상태의 환자와 실시간 영상을 제공한다. 이를 통해 혈관조영술 세트에서 기존 컴퓨터 단층촬영 스캐너로 환자를 이송하는 데 필요한 시간이 없어지고 IR 시술 중 CBCT의 광범위한 적용이 용이해진다. IR에서 CBCT의 임상 애플리케이션에는 치료 계획, 장치 또는 임플란트 배치 및 평가, 절차 내 국산화 및 절차 끝점의 평가가 포함된다. CBCT는 영상화의 기본 및 보완적 형태로 유용하다. 복잡한 시술 중 연조직과 혈관 가시성을 위한 DSA와 투시 진단에 탁월한 부속물이다. 투시 진단 전에 CBCT를 사용하면 환자의 방사선 피폭을 잠재적으로 줄일 수 있다.[3]

임상적 응용

  • 간세포암에 대한 화학적 발암: 대조적으로 CBCT는 치료를 전달하기 위해 적절한 동맥이 선택되었음을 확인한다. 대조는 선택된 동맥에서 공급되는 폐렴을 강화하므로 혈관 조직이 종양을 공급하는지 여부를 나타낸다. 사후 치료 후 비조영 CBCT는 종양의 지피오돌 얼룩을 확인하여 완전한 종양 커버리지 또는 추가 치료에 대한 운영자의 신뢰도를 향상시킨다.[26]
  • 양성 전립선 비대증을 위한 전립선동맥색전술: CBCT는 전립선 증강 시각화, 중복 전립선동맥 식별, 비표적 전립선 색전술 방지 등에 필요한 연조직 디테일을 제공한다. DSA의 강화 패턴은 골반 구조와 가변 동맥 구조로 인해 식별이 어려울 수 있으므로 CBCT는 이 치료법에 있어 DSA보다 우수하다.[27]
  • 종기 배수: CBCT는 초음파상 배치 후 바늘 끝 위치를 확인하고 원하는 위치에 조영제 주입을 밝혀 배수 위치를 확인한다.
  • 선종에 대한 아드레날린 정맥 샘플링: 대조 강화 CBCT는 만족스러운 샘플을 얻기 위해 카테터 배치를 확인하기 위해 부신의 관류를 보여준다.[28]
  • 스텐트 배치: CBCT는 스텐트 주변 구조물(즉, 혈관벽과 동맥류 발광)과의 관계를 더 잘 묘사하여 기존의 DSA 및 디지털 방사선 촬영에 비해 두개내 및 체외 스텐트 시각화를 개선한다.[29]
  • 폐결절 경피성 경흉부침 생검: CBCT는 바늘 배치를 안내하고 각각 98.2%, 96.8%, 100%의 진단 정확도, 민감도, 특이성을 입증했다. 진단 정확도는 기술적으로 어려운 조건의 영향을 받지 않았다.[30]
  • 혈관 이상: 코일링과 함께 동맥 기형을 보정하면 CBCT는 시술 중 '희생'된 조직에서 작은 경색을 민감하게 감지해 더 이상 션팅을 방지한다. 경색된 조직은 대조 유지의 작은 영역으로 나타난다.
  • 말초 혈관 중재
  • 담도 개입
  • 척추 중재술
  • 장내 절제술 간섭

재건

주요 기사: 원뿔 빔 재구성

콘 빔 재구성 알고리즘은 일반적인 단층 재구성 알고리즘과 유사하며 필터링된 백프로젝션 또는 반복 재구성 등의 방법을 사용할 수 있다. 다만 재구성이 3차원이기 때문에 FDK 알고리즘[31] 등의 수정이 필요할 수 있다.

위험

참고 항목: 전리방사선

구강 및 최대정맥 방사선학

3D 치과 CBCT 검사의 총 방사선량은 기존 CT 검사보다 96% 낮지만 표준 치과용 2D X선(OPG)보다 방사선을 더 많이 전달한다. CBCT에서 노출되는 시간도 기존 CT에 비해 상대적으로 적다. [32][33][34][35]

CBCT 사용은 미국에서만 가볍게 규제된다. 권장되는 관리 표준은 펄스 노출 획득 모드와 함께 가능한 가장 작은 시야(FOV), 가장 작은 복셀 크기, 가장 낮은 mA 설정 및 가장 짧은 노출 시간을 사용하는 것이다.[36] 세계보건기구와 ICRP와 같은 국제기구와 많은 지방기구 및 법률은 절차를 진행하기 전에 위험과 편익을 가중시켜야 하는 모든 의료 피폭에 대한 정당화 아이디어를 장려한다.[37]

단점들

구강 및 최대정맥 방사선학

CT 스캔에 비해 CBCT 기술의 여러 가지 단점이 있는데, 예를 들어 (1세대 기계에서) 이동 아티팩트에 대한 민감도 증가, 적절한 골밀도 결정의 부족 등이 그것이다.[38]

골밀도와 Hounsfield 척도

Hounsfield 척도는 광도 측정을 위해 사용되며 CT 스캔과 관련하여 표시된 조직의 유형에 대해 정확한 절대 밀도를 제공할 수 있다. Hounsfield Units(HU, CT number라고도 함)에서 측정한 광도(Radiodensity)는 동일한 밀도를 가지고 있음에도 불구하고 스캔 중인 기관에서 상대적인 위치에 따라 다른 그리스케일 값이 나타나기 때문에 CBCT 스캔에서 정확하지 않다. 왜냐하면 장기의 복셀의 영상값은 다음에 따라 다르기 때문이다. 영상 볼륨에 위치한다[clarification needed].[39] CBCT와 의료용 CT 스캐너 모두와 동일한 해부학적 영역에서 측정한 HU는[40] 동일하지 않으며 따라서 "CBCT HU 값을 뼈 품질에 연관시킬 수 있는 좋은 데이터가 없기 때문에 치과 임플란트의 배치와 같은 목적을 위해 현장 고유하고 방사선학적으로 식별된 골밀도를 결정하는 데 신뢰할 수 없다.[41]

일부 저자는 HU를 측정하여 골밀도를 평가하기 위한 CBCT 기술의 사용을 지지했지만,[42][43] 두개골의 동일한 밀도의 스캔 영역은 재구성된 CBCT 데이터 집합에서 다른 그레이스케일 값을 가질 수 있기 때문에 그러한 지원은 잘못 제공된다.[44]

CBCT 획득 시스템의 X선 감쇠는 현재 스캔 볼륨의 서로 다른 영역에서 유사한 골격 및 연조직 구조에 대해 서로 다른 HU 값을 생성한다(예: 밀도 골격은 멘톤 수준에서 특정 영상 값을 가지지만 동일한 뼈는 두개골 베이스 수준에서 상당히 다른 영상 값을 가진다).[38]

치과용 CBCT 시스템은 재구성된 밀도 값을 나타내는 회색 수준을 확장하기 위해 표준화된 시스템을 채택하지 않으며, 따라서 그것들은 임의적이며 골질의 평가를 허용하지 않는다.[45] 그러한 표준화가 없는 경우 회색 수준을 해석하기 어렵거나 다른 기계에서 발생하는 값을 비교할 수 없다. (HU를 올바르게 표시하지 않는다는 점에서) CBCT 시스템에 이러한 결핍이 존재한다는 일반적인 인식은 있지만, 이러한 결핍을 시정하기 위한 연구는 거의 수행되지 않았다.[46]

시간이 지남에 따라 CBCT 재구성 알고리즘의 추가 발전으로 영역 검출기가 개선될 것이며,[47] 이는 후처리 강화와 함께 이 문제를 해결하거나 줄일 수 있을 것이다.[39] 실제 HU 값을 CBCT "HU" 값에서 도출할 수 있는 감쇠 계수를 설정하는 방법은 2010년에 발표되었으며, 현재 이 방법을 체내 완성시키기 위한 추가 연구가 진행 중이다.[46]

중재적 방사선학

CBCT의 실용성은 IR에서 그것의 응용을 증가시키는 반면, 기술적 한계는 그 분야로의 통합을 방해한다. 성공적인 통합에 영향을 미치는 두 가지 가장 중요한 요소는 영상 화질과 시간(설정, 영상 획득, 영상 재구성)이다. 다중 검출기 컴퓨터 단층 촬영(MDCT)과 비교하여 CBCT의 콜리메이션이 넓을수록 산포 방사선과 영상 화질 저하가 유발되며, 인공물에서 입증된 바와 같이 대 잡음 대비 비율이 감소한다. CBCT에서 세슘 요오드화물 검출기의 시간 분해능은 데이터 수집 시간을 약 5초에서 20초로 늦춰 모션 아티팩트를 증가시킨다. CBCT(1분)는 계산적으로 까다로운 원뿔 빔 재구성 알고리즘으로 인해 MDCT(실시간)에 비해 영상 재구성에 필요한 시간이 더 오래 걸린다.[3][26]

참고 항목

참조

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