双期相锥形束计算机断层扫描（DP-CBCT）是一种在肝细胞癌经动脉化疗栓塞治疗中使用载药微球时有效的术中成像技术。DP-CBCT 已被用于肿瘤介入放射学中的三个主要步骤：肿瘤定位（观察）、导航及术中导管引导（到达），以及术中治疗效果评估（治疗）。
本文内容
摘要
摘要
锥形束计算机断层扫描（CBCT）在血管造影室的应用为介入放射学领域带来了革命性进展。CBCT可在介入治疗室内提供三维 (3D)诊断成像，使微创治疗超越传统二维血管造影的局限。CBCT在肝细胞癌（HCC）经动脉化疗栓塞（TACE）治疗中的作用已得到认可。近年来引入的一种CBCT技术——双期相CBCT（DP-CBCT），进一步提升了载药微球（DEB-TACE）治疗HCC的效果。DP-CBCT可用于精确定位肝脏肿瘤，其诊断准确性可媲美多期相多层螺旋CT（M-MDCT）和对比增强磁共振成像（CE-MRI）（发现肿瘤）；引导导丝和微导管经动脉途径到达目标位置，实现靶向治疗（抵达肿瘤）；并在治疗过程中实时评估疗效（治疗肿瘤）。本文旨在阐述DP-CBCT在DEB-TACE中如何实现对HCC的“发现、抵达与治疗”。
引言
影像引导是介入放射学的核心。X射线血管造影设备近年来新增的两项功能是三维（3D）旋转血管造影和C形臂锥形束计算机断层扫描（CBCT）。随着C形臂、平板探测器以及Feldkamp反投影算法的出现，CBCT使得在血管造影室内即可获取三维容积图像1,2。这些较新的图像采集功能使临床医生能够开展仅依靠传统透视或数字减影血管造影无法实现的手术操作3-7。近年来图像质量的提升使得CBCT图像可与诊断级影像进行比较8,9。此外，这些新工具还可提高越来越多类型介入手术的准确性5,7。
经动脉化疗栓塞术（TACE）是根据巴塞罗那临床肝癌分期与治疗算法推荐的肝细胞癌（HCC）治疗选择之一10。术中影像可直接引导该介入肿瘤学操作。干预规划是优化所需器械、确定到达肿瘤的最佳投照角度、可能改善药物向目标肿瘤输送以及理论上减少潜在并发症的关键步骤。目前已开发出用于TACE过程中的图像采集、术中引导及治疗反应评估的工具，以优化TACE操作。特别是在使用载药微球进行TACE（DEB-TACE）时，双期锥形束CT（DP-CBCT）所提供的信息优于传统透视、未增强CBCT或单期增强CBCT11。实际上，DP-CBCT是在一次经动脉注射过程中完成的两次各持续五秒的CBCT扫描（早期动脉相和延迟静脉相）17,21-23。可以说，DP-CBCT是介入肿瘤医师日常标准化实施TACE不可或缺的重要工具之一。
首先，双期相锥形束CT（DP-CBCT）成像在检测肝细胞癌（HCC）方面具有高度的敏感性和特异性，其性能可与现有的金标准——对比增强磁共振成像（CE-MRI）和多期多探测器计算机断层扫描（M-MDCT）相媲美8,9,12。通常可通过CBCT图像，尤其是延迟静脉期扫描，实现准确的肿瘤检出和肿瘤体积分割，除非动脉期能提供更清晰的可视化效果8,13,14。其次，DP-CBCT可生成超选择性导管插入、供血血管识别与栓塞的导航图。近期数据显示，超选择性化疗药物递送与较低的并发症发生率和更优的治疗效果相关 15-17。最后，DP-CBCT可在手术过程中对肝肿瘤（HCC）经动脉治疗后的反应进行预测性评估，并可能补充或预测6周随访时的CE-MRI结果18。在TACE术中应用CBCT成像已被证明可提高患者生存率19。
本稿件的目的是描述使用锥形束CT（CBCT）执行DEB-TACE的各个步骤：观察、到达和治疗肝肿瘤。根据动态相CBCT（DP-CBCT）信息对DEB-TACE进行调整是一种常见的临床情况。
方案
1. 患者选择
- 在多学科胃肠肿瘤团队会议及主要团队中，选择适合接受载阿霉素药物洗脱微球（DEB-TACE）治疗的原发性肝肿瘤（如肝细胞癌）患者即 外科肿瘤学、放射学、介入放射学、内科肿瘤学
- 将患者置于血管造影台上，取仰卧位，并进行镇静。
- 预先用药以减轻炎症反应和恶心的全身性影响（静脉注射苯海拉明、静脉注射地塞米松和静脉注射昂丹司琼）。
- 常规无菌准备患者右侧腹股沟区域并铺巾。
2. "观察"肿瘤
- 肝总动脉插管
- 使用微穿刺针经Seldinger技术穿刺右侧股总动脉，置入鞘管并连接生理盐水冲洗装置。
- 使用血管造影导管依次插管至肠系膜上动脉（SMA）和腹腔干。
- 行肠系膜上动脉血管造影，以确认正常解剖结构、排除肝动脉变异供血，并确认门静脉通畅。
- 行腹腔动脉血管造影，以明确解剖结构及肝动脉供血情况。
- 根据肿瘤位置，经导管同轴推进微导管至右或左肝动脉。
- 重复行右或左超选择性肝动脉造影，以确认肿瘤（s）的位置。
- 将术中影像所见肿瘤（s）与术前横断面影像学检查结果（MRI或MDCT）进行对照。
- 术中预处理双期锥形束CT扫描
- 指导已接受镇静的患者在每次CBCT扫描期间于呼气末屏气，两次扫描之间（即动脉早期与静脉延迟期扫描之间）可自由呼吸。如有必要，在CBCT采集期间为患者供氧，以减轻屏气带来的不适。
- 与麻醉医师协调扫描时机，并尽量减少可能产生伪影的覆盖设备。
- 每次CBCT扫描时，将感兴趣区域（肝脏）大致置于系统等中心位置。经肝总动脉导管注入对比剂（剂量18 ml；速率2 ml/sec；浓度300 mg/ml）后3秒触发第一次扫描。
- 进行DP-CBCT扫描：在单次对比剂注射后，间隔3秒延迟，连续获取两次5秒的CBCT扫描（分别为早期动脉相和晚期静脉相）。第一次扫描结束后，指导患者呼吸1-2次，随后在第二次扫描开始时再次于呼气末屏气。
3. 干预规划：肿瘤检测、肿瘤分割、三维路线图
- 在工作站中自动并排分析两次扫描图像（早期动脉相和晚期静脉相）。
- 控制两次扫描图像的自动配准与叠加，必要时进行手动调整，并验证两次锥形束CT（CBCT）采集结果，使其在三个平面（轴向、冠状和矢状面）上完全匹配。
- 将CBCT定义的目标肿瘤与其他术前影像进行对照。选择原型软件以规划对目标病灶的入路，并生成三维路径图以引导器械导航。
- 从显示最清晰的图像中分割目标肿瘤；通常选择延迟静脉相扫描，除非动脉相显示更佳。非典型肝细胞癌（乏血供型）也可被清晰分割。DP CBCT完成后数秒内即可完成重建（该快速重建得益于图像采集计算机与重建计算机之间的光纤连接）。
- 在CBCT图像上验证由软件自动检测并从早期动脉相CBCT中提取的血管路径，分别在矢状、冠状和轴向平面上确认所选血管及其路径确实供应目标肿瘤。
- 在透视图像上叠加并确认 已分割的肿瘤、肿瘤供血动脉以及三维路径图。
4. 到达肿瘤部位
- 制定干预计划以靶向肿瘤，类似于互联网高速公路地图的导航方式。
- 在实时透视成像中，结合与C形臂和检查床运动同步的三维叠加路径图，插管至目标肿瘤的供血动脉。
- 选择最佳的C形臂/检查床位置、角度和放大倍数，以优化插管操作，最大限度减少血管重叠和缩短效应，便于准确靶向肿瘤。
- 如有需要，调整三维路径图以更好地与透视图像匹配，以应对患者移动，从而避免重新生成路径图，并减少额外造影剂注射和X射线暴露的需要。
- 利用三维导航引导到达每个肿瘤的供血动脉，以最大限度减少化疗栓塞材料对健康组织的递送，同时提高药物对肿瘤的靶向剂量。
5. 治疗肿瘤——治疗效果的评估
- 通过微导管将载药微球经肿瘤供血动脉栓塞至目标肿瘤，在未检测到反流前，持续栓塞至肿瘤内造影剂停滞。
- 在TACE术后进行动态容积CT（DP-CBCT）扫描（如上所述），以评估治疗效果。
- 评估目标肿瘤内是否存在造影增强缺损（由于血管栓塞所致），以确认DEB-TACE的疗效。
- 若肿瘤增强程度降低不明显和/或未见增强缺损，应寻找是否存在异常血管供血，必要时追加使用更多体积的载药微球完成栓塞，或在同一或后续TACE治疗中处理肝外供血血管。如有需要，在选择性肝动脉造影期间，对侧支循环或寄生血管进行额外的选择性CBCT扫描，以明确肿瘤的其他供血来源。
- 手术结束时，撤出微导管、导管及鞘管，并进行止血处理。
结果
术中使用C形臂CBCT图像可获取肝细胞癌DEB-TACE治疗三个主要步骤的三维容积图像数据集：观察、到达和治疗肝细胞癌。CBCT图像是通过固定在C形臂CT上的平板探测器获得的（图1）。
我们通过一例64岁男性患者展示了代表性结果，该患者肝段7存在一个8.9 cm的不可切除肝细胞癌。首先，为了观察目标肿瘤，在导管置于选择性右肝动脉后，进行术中治疗前的动态相容积CT（DPCBCT）扫描：通过微导管单次动脉内注射对比剂后，获取两个锥形束CT（CBCT）扫描图像（分别为早期动脉相和延迟静脉相）。这两个扫描图像在CBCT扫描完成后不到一分钟内在工作站上完成重建（图2）。两个CBCT扫描图像的配准与叠加默认自动完成，除非医师决定手动对两个CBCT图像进行配准、叠加和验证，以确保其在三个平面（轴向、冠状向和矢状向）上相互匹配（图3）。
医师使用术前诊断性影像（CE-MRI 或 M-MDCT）并将这些影像与术中TACE前的DPCBCT扫描图像进行配准，以确定需治疗的目标肿瘤。医师在静脉期CBCT图像上以三维方式对目标肿瘤（蓝色球体）进行分割，该期相最能清晰显示病灶（图4）。软件自动识别并为供血动脉（彩色线条）着色（图5）。在确认并启动导管导航前，医师对自动检测出的肿瘤供血动脉进行人工核查。肿瘤分割结果及肿瘤供血动脉被叠加显示在实时透视图像上（图6）。医师对自动检测结果进行确认。三维路图可特异性显示任意显影血管，从而分离出所有已分割肿瘤的肿瘤血管供应。
一旦将三维路图叠加到实时透视图像上（图6），即可开始对目标肿瘤进行导管插入。如果在操作过程中患者发生移动，可根据需要手动调整三维路图。导管插入操作是通过将三维路图叠加在二维实时透视图像上来完成的。操作者可移动检查床和C形臂的位置，以更好地显示可能存在扭曲的血管，同时保持与三维路图的同步。
当微导管到达适宜治疗的位置后，注入载药微球制剂，直至二维透视观察到血流停滞且尚未出现反流时停止。
将载药微球经导管动脉化疗栓塞（DEB-TACE）注入靶向肿瘤后，再次进行双相锥形束CT（DP-CBCT）扫描以评估治疗的彻底性。在此例肝细胞癌（HCC）的DEB-TACE治疗中，与术前TACE的DP-CBCT延迟静脉期相比，术后DP-CBCT的延迟静脉期显示出对比增强缺损（图7）。
图1. 医师正在进行TACE治疗的血管造影室。 右侧显示器上的3D路图正用于引导导管定位。
图2. 术中获取的一次双相锥形束CT（DP-CBCT）两个时相的代表性轴位图像，采集于栓塞前。 （A）为动脉期图像，（B）为静脉期图像。第一期显示肝脏动脉树及单个肝细胞癌供血动脉的显影（白色箭头），第二期显示肝肿瘤边界（白色箭头）。
图3. 两次扫描的配准可在冠状面、矢状面和轴向面上完成。 红色区域代表主要容积（早期相），灰度图像代表次要容积（延迟相），图中显示为轴向面。门静脉期图像尚未进行理想的窗宽调整或融合，不利于肿瘤的清晰显示。
图4. 延迟静脉期的锥形束CT（CBCT）扫描在工作站上以三个平面显示，可实现更精确的三维肿瘤分割（A）。肿瘤体积在三个平面上以蓝色圆圈表示。分割可在任意三个轴向上进行：冠状面（B）、矢状面（C）和轴状面（D）。
图5. 早期动脉期扫描在三个平面上显示：冠状面（B）、矢状面（C）和轴向面（D）。 动脉树及为肿瘤供血的动脉在所有平面上均可见。供血动脉可用不同颜色表示，并如上图所示在所有视图中显示。分割出的肿瘤已自动叠加至所有这些图像上。肿瘤分割结果及提取出的彩色血管在第一幅图像（A）中呈现。
图6. 当两个数据集的叠加完成后，三维路图被叠加至实时透视图像上。 灰度背景为透视图像，红色叠加部分为动脉树，蓝色叠加部分代表目标肝肿瘤。该三维路图用于在药物输送前引导导管到达肿瘤部位。本案例显示位于肝7段的蓝色目标肿瘤。导管位于肝总动脉，微导管则位于肝7段动脉内。
图7. 本图展示了一例患者在首次（A）和第二次（B）扫描期相中，栓塞前后DP-CBCT图像上肿瘤强化的变化情况。 未使用碘化油。
讨论
数字体层血管造影锥形束CT（DP-CBCT）是一种有用的工具，可促进肝动脉内治疗的三个主要步骤：肿瘤定位（观察）、导管插入的导航规划和术中引导（到达），以及治疗目标和疗效的术中评估（治疗）。
首先，双相锥形束CT（DP-CBCT）在检测肝细胞癌（HCC）方面的敏感性和特异性与当前的金标准影像学技术（包括增强MRI和多排CT[MDCT]）相当8。此外，基于DP-CBCT的肿瘤分割及体积计算具有高度精确性和可重复性13。进一步研究表明，CBCT与MRI在靶病灶体积及空间定位方面具有高度相关性13。最重要的是，这些信息可在手术过程中实时获取，恰好满足了临床操作中最关键的实时需求。
其次，DP-CBCT 可用于生成导航 "地图" 为了到达难以触及的病灶并改善肿瘤靶向效果，从而减少非靶向栓塞，提高肿瘤覆盖范围，并保护正常肝组织。
第三，治疗后立即使用数字体层摄影锥形束CT（DP-CBCT）可预测治疗效果，可用于替代6周时的MRI或MDCT以评估治疗的完整性18。
尽管呼吸运动可能导致图像配准中的错位，操作者可通过透视图像上导管的位置作为参考，对三维路图进行视觉调整。此外，对于更显著的患者运动，可通过在实时透视图像上以骨性标志或导管为参考，手动移动三维路图进行校正。可通过这种方式实施视觉门控，在呼吸周期匹配时进行导管操作。患者舒适度至关重要，需屏气8秒以避免明显的运动伪影和图像质量下降。必要时，可在数据采集期间为患者供氧，以减轻屏气带来的不适。
CBCT 的局限性包括成像伪影和 X 射线辐射暴露。CBCT 图像会因多种因素产生伪影，如噪声、散射、部分容积效应、射束硬化、振铃效应以及运动伪影。目前已开发出多种算法，用于在重建过程中降低噪声、调整 X 射线能谱或减少运动伪影20-26。据作者所知，这些伪影在 DEB-TACE 过程中的直接影响尚未被描述。CBCT 的 X 射线辐射剂量通常低于相同方案的 MDCT。在弥漫性肝病的情况下，栓塞可从较近端的位置进行，此时可能无需使用 3D 路径图。在这种情况下，可利用术前的 MDCT 或 MRI 图像生成 3D 路径图，以指导肝动脉的准确插管。在治疗后，术中进行的 DP-CBCT 仍可用于预测使用载药微球时的治疗效果。
动态灌注锥形束CT（DP-CBCT）是介入肿瘤学中一种有用的工具，可用于标准化载药微球经动脉化疗栓塞（DEB-TACE）操作。DP-CBCT 提供的信息可优化TACE操作的三个主要步骤：观察、抵达和治疗肝肿瘤。
披露
M. Lin、A. Radaelli、B. Carelsen 和 N. Noordhoek：飞利浦公司员工。J.F. Geschwind：与本文相关的财务活动：飞利浦医疗。与本文无关的财务活动：J.F. Geschwind 担任 Biocompatibles、拜耳医疗、Guerbet、Nordion、Merit、Abbott 和 Jennerex 的有偿顾问；所在机构已获得或正在申请来自 Biocompatibles、Genentech、拜耳医疗、Nordion、Context Vision 和 CeloNova 的资助或研究基金。BJW 与飞利浦医疗和 Biocompatibles 拥有合作研发协议，并获得美国国立卫生研究院（NIH）院内研究计划及 NIH 基金项目 Z1A BC-011242-04 的支持。其他作者声明无相关财务关系。
开放获取费用由飞利浦医疗提供支持
致谢
作者希望感谢美国国立卫生研究院/国家癌症研究所（NIH/NCI）R01 CA160771、P30 CA006973、飞利浦北美研究中心（Briarcliff Manor, NY, USA）以及法国放射学会（SFR）提供的经费支持。
材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 血管造影系统（Allura Xper FD20） | 荷兰贝斯特，飞利浦医疗系统 | 由C形臂计算机断层扫描（CBCT）和平板探测器组成的血管造影系统 | |
| 工作站（XtraVision 8） | 荷兰贝斯特，飞利浦医疗系统 | CBCT图像重建与后处理工作站 | |
| 造影剂：Oxilan 300（Ioxilan） | Guerbet LLC，美国印第安纳州布卢明顿 | 用于获取双相锥形束CT（DP-CBCT）图像的对比剂 | |
| 鞘 | (5Fr) | ||
| 导管 | 美国新泽西州索默塞特，泰尔茂医疗 | Glide Simmons 1（5Fr） | |
| 微导管 | 美国马萨诸塞州纳蒂克市波士顿科学公司 | Renegade Hi-Flow (3Fr) | |
| 可操控导丝 | 美国马萨诸塞州纳蒂克波士顿科学公司 | Fathom导丝（0.018 英寸） |
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