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编号:10288871
螺旋CT的多平面和三维重建技术在胸部的应用
http://www.100md.com 《实用放射学杂志》 2000年第4期
     作者:高建华 彭勇 贺洪德

    单位:第四军医大学西京医院放射科,陕西 西安 710032

    关键词:

    实用放射学杂志000420

    [中图分类号]R814.42 [文献标识码]A [文章编号]1002-1671(2000)04-0244-03

    The Applications of Spiral CT with Multiplanar and 3-D Reconstraction Technique in Thorax

    螺旋CT(Spiral CT,SCT)在胸部疾病诊断中应用广泛。其数据的快速采集可在一次屏气下完成整个胸部的扫描,避免了呼吸不均造成的层面遗漏,并能减少呼吸运动伪影[1]。采集的数据可回顾性重建,并可任意选择病变中心成像,减少了部分容积效应,从而获得高质量图像的多平面重建(multiplanar reconstructions,MPRs)和三维重建(three-dimensional reconstruction,3D)影像,为临床提供了更直观而可靠的信息,使影像诊断提高到一个新的水平。本文旨在综述这一新的图像后处理技术的成像方法及其在胸部疾病诊断中的临床应用。
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    1 成像技术

    1.1 表面遮盖成像(shaded surface display,SSD):SSD最早用于骨3D成像,目前广泛用于各部位的血管成像及气道成像[2,3]。SSD是通过设定上、下限CT阈值,舍去阈值外结构对阈值内结构进行成像。通过阈CT值的选择,可使肺或气管、支气管成像,而高于气管密度的纵隔大血管及胸壁其它组织不显影。也可选择不同的阈CT值显示血管解剖结构。SSD技术的优点是仅需要简单的计算机功能,费时不多即可获得最佳影像,其缺点被Takahashi[4]等人归纳为三类:第一类与阈值范围有关,由于SSD对阈CT值的变化非常敏感,不适当的阈值选择可能损失相关解剖结构,或过高估计病变造成假象;第二类与层厚有关,可能由于部分容积效应和边缘效应导致误差;第三类由于采集数据期间的运动所致,如病人屏气不佳或器官搏动造成伪影。

    1.2 最大密度投影(maximun intensity projection,MIP)或最小密度投影(minimun intensity projection,mIP):MIP或mIP是简单形式的容积显示,二者成像原理相同[5]。MIP是在原始容积数据采集的基础上,选择其中的最高强度像素成像,而mIP是选择其中的最低强度像素成像。MIP在血管成像中广泛应用[6],它通过兴趣区内物体的投影线以最大密度像素显示,故其血管增强影像使血管和非血管结构区别明显。MIP的缺点是在投影线上重叠的血管结构不被显示,因此单一影像不能充分解释血管解剖结构的三维空间关系。mIP通过计算穿过胸部每条射线上的最低像素强度而产生,因此可以使充盈空气的低密度气管、支气管成像。此法在测量气道狭窄时可能过高估计狭窄的程度。
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    1.3 容积显示技术(Volume rendering technique,VRT):VRT是通过容积数据对全部像素总和的影像显示[7,8]。它与SSD和MIP比较有很多优点:它无需定义明确表面,影像中较SSD和MIP含有更多的信息,保存了原始数据的解剖空间关系,因此可以为观察者提供一个更具真实感的三维立体影像。它的缺点是在成像时需要更强的计算机功能,处理和显示过程花费时间较长。

    2 临床应用

    2.1 气管支气管树成像:传统支气管病变的影像检查方法有断层和支气管造影,前者仍在沿用,但分辨率有限;支气管造影由于给病人造成的痛苦太大,临床已很少使用,而代之以CT扫描方法。CT横断图像能够清晰地显示气道的轴位影像,但不能显示气管、支气管树的整体形态及病变与周围结构的关系。SCT气管、支气管树成像是在薄层容积数据采集的基础上,利用计算机的后处理功能对气道进行多平面和三维立体重建,从冠状、矢状及任意角度显示气管、支气管树的轮廓,并反映与纤维支气管镜和外科解剖所见相似的病理生理信息[9]。Curtin[10]等人认为,MPRs重建肺段支气管优于3D重建,而3D显示气管及大支气管效果较好。研究证明,MPRs和3D SCT适用于气管、支气管树多种疾病的诊断,如先天性异常,良性及恶性肿瘤,气管、支气管狭窄或扩张以及肺移植术后对移植肺吻合口的评价等。它弥补了单纯横断图像对支气管树长轴显示的不足,可以立体地显示中心气道的整个形态。其优点为:①可纵向显示气道的长度和狭窄后的形态,病变上下界面与正常组织交界的关系;②能测量狭窄的程度,尤其是可显示常规CT(conventional CT,CCT)横断面上不容易发现的轻度狭窄[11];③易于了解肿瘤向管腔外浸润的范围;④可显示纵隔肿物对气管、支气管树的纵向压迫;⑤对纤维支气管镜不能到达的严重狭窄或完全梗阻远端的气道,可确定狭窄段的长度,远端气管的开通及分支情况,这对于确立治疗方案有重要意义,如激光治疗,安置内支架或经支气管内的放射治疗等。还可用于复查治疗效果。在评价小儿先天和后天的支气管畸形方面以其安全、无创伤性而逐步替代支气管造影[12]。与CCT比较,MPRs和3D SCT可较好显示病变的纵向范围,而CCT可较好显示病变的横向范围和病变与邻近结构的关系。所以,横断面与多种方式重建相结合,可提高诊断可靠性。Kauczor[13]等对36例经支气管镜证实的中央气道狭窄病人的研究结果认为,3D SCT可弥补支气管镜的不足。
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    此外值得一提的是CT仿真内窥镜成像(CT virtual endoscope,CTVE),它是利用计算机软件功能,将SCT容积扫描获得的图像数据进行后处理,重建出空腔器官内表面的立体图像,类似纤维内窥镜所见,并附加伪彩着色,以获取人体腔道内三维或动态三维解剖学图像的一种新方法。由于SCT气管、支气管树成像显示的大部分是管腔的外部结构,故其临床实用性有一定的限度,而CT仿真支气管内窥镜提供了气管、支气管腔内的图像,能连续观察管腔内表面,更好地反映腔内解剖结构,在替代支气管镜诊断气管、支气管疾病中独具特色。

    2.2 肺癌与肺结节:由于MPRs和3D SCT可从不同角度和平面观察肿瘤的部位、形态、密度及向纵隔的侵犯,判断肿瘤与气管、支气管的关系,因此可准确进行肺癌分期,为选择治疗方案和手术计划提供关键性依据。在周围型肺癌的诊断中,3D成像可用于评估邻近胸膜的周围型肺癌向胸膜浸润造成的胸膜凹陷征[14],其灵敏度和特异度均较CCT高,并可较好地显示病变的边缘细节,如分叶征及肿瘤与血管的关系等,它通过显示血管征象和病灶形态在周围型小肺癌的诊断中起重要作用。MPRs容易显示肺叶及肺段支气管狭窄,可对中央型肺癌早期诊断,并可确定肿瘤对肺门血管和上腔静脉的浸润。根据螺旋CT血管造影(Spiral CT angiography,SCTA)对肺动脉分支的显示,可判断肺癌对肺动脉的侵犯。另外,3D SCT与CCT比较在肺内小结节病变的检出上亦有显著优势。3D SCT采集的数据经过重建,可任意选择病变中心成像,保证获得结节中心层面的重建图像。中心层面反映了结节的最大径线,据此可准确随访病灶大小的变化;中心层面影像减少了部分容积效应,能准确测量CT值,因此提高了小结节的检出率和鉴别特征的能力。3D重建图像立体感、直观性强,可从不同角度、不同轴位观察,既能显示扫描区域结节形态,亦能反映结节与邻近器官的关系及结节与胸膜、膈肌的关系。但是,3D图像最大的缺点是不能显示结节的内部密度,而孤立结节的内部密度是诊断结节性质的关键因素之一,所以在实际工作中不能单独使用,只有与横断面图像相互结合,才可保证诊断的准确性。
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    2.3 肺血管的MPRs和3D重建:应用前述三种成像技术的多平面重建和三维螺旋CT血管成像(3D-SCTA)为肺血管性病变的研究和临床应用提供了广泛的领域[15]。3D-SCTA技术由三个步骤组成:(a)注射造影剂参数的选择;(b)扫描参数的选择;(c)通过后处理技术制作类似血管造影的图像,其主要的临床应用为:

    2.3.1 肺动-静脉畸形:SCT被认为是无创性评价肺动-静脉畸形(PAVMs)的最佳方法,通过横断面和3D成像,可以清楚显示畸形血管的连接及继发的供血动脉,观察PAVMs的血管结构,分析供血动脉、引流静脉的走行、病变的大小及定位,其敏感性同血管造影一样。在制定栓塞血管数目和选择最佳血管造影视点上亦有重要的应用价值,它可以减少治疗期间造影血管数、照射剂量和造影剂使用量。

    2.3.2 肺栓塞:临床疑诊肺栓塞时,最常用通气灌注闪烁显像进行检查,但其缺乏特异性,常需血管造影做补充检查。3D-SCTA于注射造影剂后在兴趣区扫描获得一组体积扫描数据后,再重建出3D对比增强的血管影像,其检查时间短,连续增强效果好,安全无创,可同时观察周围肺、纵隔及胸壁情况,能可靠显示2~4级肺动脉分支中的栓子形态。多平面重建还可在单个图像上沿主轴显示斜行走向的血管,以此准确评估血管内异常和腔内血凝块,弥补了横断面的不足,已成为临床一种主要的检查方法。
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    2.3.3 肺血管肿瘤:原发性肺血管恶性肿瘤非常罕见,且易于与血栓栓塞性疾病或血管周围肿瘤相混淆,3D-SCTA的后处理技术可用于研究肺血管树的改变,其中的肺血管内成像使模拟血管显微镜成为可能。它们均可提高3D图像在诊断肺血管肿瘤中的作用。

    2.3.4 手术前后肺血管的评价:由2D和3D重建补充的SCTA在术前预测肺叶可切除性方面可取代选择性血管造影,它可以像血管造影一样精确描述门脉和纵隔肿瘤的范围。除此以外,通过比较化疗前后的SCTA可评价化疗效果;肺切除后,多平面重建和三维图像对了解肺血管分支再定位及其功能有重要的临床价值,右上叶切除后动脉的皱折可以在右肺动脉MPRs上清楚辨认,并可容易地与在慢性栓塞性疾病中的特征性的右肺动脉网状结构区分开来;在肺叶袖状切除和血管成形术后,多平面重建还有助于诊断血管狭窄及血栓形成;肺移植后吻合区血管的重建可以帮助选择再手术、扩张术或支架术。

    2.3.5 肺静脉畸形:MPRs和3D重建可分析管状结构的迂曲行程和引流位点,因此可用于观察肺静脉的畸形走行及异常的肺静脉回流和连接。
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    2.4 其它临床应用:肺的3D立体重建体积成像可用于诊断肺气肿及评价阻塞性肺疾病的肺功能。此法是将SCT扫描数据转移到工作站,使用密度阈值经软件技术计算重建肺的图像。研究结果显示,肺含气量增加的病人肺3D体积重建CT值的改变与肺功能检查结果一致。另外,mIP可增加对比分辨率,更准确识别中心气道,确定异常低或高的肺CT值,并以此识别局灶性肺气肿、囊肿和气体潴留。除此之外,3D重建对胸壁和胸膜肿瘤的定位及诊断有明确价值,并有助于纵隔肿瘤的显示及诊断,还可用于评价横膈疝、胸廓出口的骨性和肌肉结构及它们的功能解剖等。Katz[16]等所作的研究认为,SCTA和3D重建在小儿的与气管、支气管异常有关的血管环的诊断中提供了一个无创性检查方法,可以取代血管造影术或其它无创技术来评价婴幼儿胸部大动脉和肺部动脉的异常。

    综上所述,螺旋CT的多平面和三维重建技术在胸部的应用有着极大的优势和广泛的前景,这一先进的计算机技术和图像显示技术弥补了横断面CT扫描的许多不足,为医学影像诊断学带来了新的飞跃,随着进一步的研究和开发,必将在临床应用中发挥更大的作用,成为影像诊断医师的一项常规性工作。
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    作者简介:高建华(1955-),女,北京市人,主治医师,北京武警总医院放射科工作,现为98级基金班学员,研究方向:螺旋CT在胸部的应用。

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    收稿日期:1999-09-24, 百拇医药