第一章　锥光束乳腺CT成像原理

第一节　乳腺影像现有成像方法

乳腺影像自20世纪30年代开始得到医学界的关注，逐渐发展成为一门独立的学科。乳腺影像学的发展经历了由通用的X线摄影到乳腺专用的X线摄影，由胶片影像到数字影像，由单一的X线摄影到结合X线、超声、磁共振等各种手段的综合成像等各个阶段。发展至今，乳腺影像学的主流成像手段有乳腺X线摄影（mammography）、乳腺超声（breast ultrasound）、乳腺磁共振（breast MR）三种主要方式。新兴的乳腺影像方式有2010年后进入市场的乳腺体层合成摄影（breast tomosynthesis），以及2015年进入市场的锥光束乳腺CT成像（cone-beam breast CT）。

一、乳腺X线摄影

乳腺X线摄影（mammography）是基于低能量X射线投影技术的专用乳腺成像手段。由于其所使用的X线发生器多使用金属钼（Mo）或铑（Rh）作为发生器阳极靶向材料以生成能量在20～30keV左右的低能量X射线，因此乳腺X线摄影也常简称为钼靶摄影。乳腺X线摄影时，病人位于乳腺X线摄影机前方，技术员将待摄影乳房平放于X线探测器表面，使用乳腺X线摄影机上的压板对乳房进行挤压至均匀厚度后拍摄乳房的X射线投影图。根据乳房大小及拍摄体位的不同，挤压后的乳房厚度平均在4cm左右，挤压所使用的力量约11～20kg。每只乳房至少需要拍摄头尾（cranio-caudal，CC）投照和测斜位（medial-lateral oblique，MLO）投照两幅图像，以有效地探测腺体中的可疑病灶并获取较可靠的位置信息等。

乳腺X线摄影是一类具有X射线辐射的检查方式，现今的乳腺X线摄影设备对每次投照的辐射剂量有严格的控制，以保证每次检查给病人带来的X射线辐射剂量在安全的范围内。

乳腺X线摄影自20世纪70年代开始逐渐被接受为乳腺影像的主流方式，至今仍然是乳腺成像最重要的方式。乳腺X线摄影技术的发展经历了从胶片成像到直接数字成像的转变，其安全性、有效性、易用性等特点得到乳腺癌诊治领域的广泛认可。

乳腺X线摄影的不足之处在于它是一种将三维乳腺投影到二维的成像方式，乳房内部的腺体组织在投影的过程中相互重叠，使得在腺体中区分出可疑病灶变得困难，这样的困难对于具有致密腺体的乳房尤其突出。此外，对乳房大力的挤压也给病人带来极大的不适，尤其是具有乳房假体的病人，这个过程带来的不适更加明显。

二、乳腺超声成像

乳腺超声成像（breast ultrasound imaging）是一种基于超声波反射成像原理的乳腺成像手段。进行乳腺超声成像时，病人仰卧于检查床上，超声医师对皮肤做好清洁后，在乳房皮肤上涂抹超声耦合凝胶以辅助超声波信号的传递。随后，超声医师将手持超声传感器在乳房表面移动，以捕捉乳房内腺体组织的超声波反射信号。信号经过超声机处理后实时显示在显示屏上。异常的超声影像被捕捉到之后，超声医师会采集一幅或多幅图片以进行进一步分析。

由于不使用放射性射线，乳腺超声成像被认为是一种安全无风险的乳腺成像手段。但同时，超声成像的准确性受超声医师的经验影响，较难控制捕捉病灶影像的准确性。超声影像分辨率较低，对早期小病灶捕捉能力有限。超声影像受成像原理所限，对微小钙化病灶无法探测，因此无法用于某些早期乳腺癌检测。

三、乳腺磁共振成像

乳腺磁共振成像（breast MRI imaging）通过在通用磁共振成像机上使用特别针对乳腺设计的影像线圈实现对乳腺磁共振影像的采集。乳腺磁共振成像需要配合磁共振影像造影剂的使用才能更清晰的显示潜在病灶。因此在检查前，护士会建立静脉注射通道并与自动造影剂注射器相连接。进行乳腺磁共振成像时，病人俯卧在乳腺磁共振线圈平台上，乳房自然下垂进入平台上的开口中。随后病人被送入磁共振成像机的磁场管道中进行图像采集。采集过程通常持续30分钟左右，包括一系列造影增强前采集、造影剂注射、造影增强后采集等子过程。

由于不使用放射性射线，乳腺磁共振成像也通常被认为是一种安全的乳腺成像手段。但由于磁共振成像机使用了约1～3T（特斯拉）巨大强度的磁场，成像时病人不得佩戴任何金属饰物，体内有金属植入物的病人（如心脏起搏器、金属接骨板等）无法进行磁共振成像。磁共振成像过程中，病人会较长时间处于空间狭小、噪声较大的封闭磁场管道中，部分具有幽闭恐惧症的病人因无法承受这样的心理压力而不能接受磁共振成像。乳腺磁共振成像大多使用造影剂，医生需要特别留意对磁共振造影剂过敏或肾功能有缺陷的病人，必要时进行额外检查。此外，磁共振成像成本高昂，对病人的经济方面也带来较大的负担。

四、乳腺体层合成摄影

乳腺体层合成摄影（breast tomosynthesis）是一种近十年来得到乳腺影像界关注的成像方式。乳腺体层合成摄影使用与乳腺X线摄影相似的平台，成像时病人采用与乳腺X线摄影相同的体位，技术员对乳房进行挤压达到平均厚度4cm左右。与乳腺X线摄影每次只采集一幅投影图不同，体层合成摄影时，X线球管在一定的角度范围内（10°～20°）进行移动，每移动一个角度拍摄一幅投影图。一次体层合成摄影完成后，医生得到的是一系列约20幅不同角度投影图合成的综合影像。医生可以对合成影像进行滚动浏览，以寻找通常在乳腺X线摄影中被隐藏的病灶特征。

相比乳腺X线摄影技术，乳腺体层合成摄影在一定程度上减轻了由于乳腺组织重叠而带来的对病灶特征的遮挡，提高了影像诊断能力。但乳腺体层合成摄影依然受到乳腺组织重叠的影响，对病灶的探测能力提升有限；同时，在病人体验方面，乳腺体层合成摄影并无改观。