多排螺旋CT三维重建临床应用.ppt

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1、多排螺旋CT三维重建临床应用,前言,70年代-80年代末-为传统非螺旋CT设备的单纯扫描阶段,以二维横断面图像为主,对了解身体各脏器肿瘤等病变的浸润深度，壁外侵犯，淋巴结转移和脏器转移起了重要作用。但对小病灶的检测敏感性低，对病灶范围的判断，立体感差。因此需要用三维重建像补充。,前言,三维重建的研究始于20世纪70年代中期 80年代到90年代由于单层螺旋CT，继之90年代中期后多层螺旋CT的应用 可以在一次屏气薄层大范围扫描中获得容积数据，並可多期相扫描-动脉期、门脉期、平衡期 使得三维重建有可能进行，三维重建技术获得迅速发展。,前言,三维重建数据来自CT容积扫描时获得的一系列以“象素”为单元

2、的图像投影数据，通过数学算法形成三维图像。像素(pixel)图像像素(Picture element)-是构成计算机二维图像矩阵的最小单位，512512矩阵时像素的大小为0.10.1mm。像素愈小构成的矩阵图像愈细。每个像素的数值可以用CT值或灰价表示。,前言,矩阵(Matrix)是计算机以二维排列的数字群方阵图。方阵图的数字量不一，如512512 三维图像的基本构成单元称体素(Voxel)，每一个“体素”包含了该图像所具有的可测量的各种信息数据，如CT值；灰度或颜色；不透明度；坐标位置等。,前言,注：螺旋CT机进行三维重建时，先需将螺旋CT扫描获得的原始数据进行二次处理，即图像层厚无法再变薄

3、，但可重建间隔，根据重建解剖要求，使图层重叠，最佳为重叠50%-60%,1 多平面重建和曲面重建法(MPR，CPR)2 最大密度投影法(MIP)3 表面阴影显示法(SSD)4 表面透视法(RaySum 5 体积重建法(VR)6 CT仿真内窥镜(CTVE),CT图像三维重建方法简介,多平面重建(MPR)Multiplanar reformation)和 曲面重建法或曲面合成法(CPR)(Curved planar reformation、Curved reformatted images),本法是一种最简单的三维重建算法。,MPR是将多层面二维轴位像简单叠加成三维像后，再按冠状位、矢状位、或任意

4、位相断面截取三维数据，重新构成二维图像。MPR 可以从不同的角度、不同厚度显示病灶和周围组织的相互关系。CPR为MPR重建技术的延伸和发展，能够将走行迂曲、缩短和重叠的血管、气管、肠管等结构伸展拉直，完全展示在同一平面上。,胸部轴位,胸部冠状位MPR,胸部矢状位 MPR,胸部胸部CPR,正常肾动脉CPR,正常肾动脉轴位,MPR与CPR 对病灶的定位、范围的确定和空间关系的判断有重要意义，并且没有信息的丢失，能真实地反映靶器官CT值的变化，可区分钙化和造影剂。缺点是图像为二维，缺乏立体感。,最大强度投影法（MIP，Maximum intensify projection）和最小强度投影（Mini

5、mum IP）,最大强度投影法(MIP)或最大密度投影法，亦称最强象素投影法(Maximum-Pixel-Intensity Projection)、最大信号强度投影法或最强信号投影法,最大密度投影法(MIP)图象,是通过计算机将重建范围内各条射线上具有最大CT值的象素集合二维显示，而将密度低的组织结构尽可能除掉。经过MIP处理后感兴趣的解剖结构的位置、形状、坐标等能够清晰再现，可以重建类似X线造影的图像。并可多平面、多角度、不同厚度观察。,MIP常用于具有相对高密度的组织和结构，如血管及管壁的钙化斑块、肺内结节与肿块、明显强化的软组织占位病灶、骨骼等。血管MIP需静脉注射对比剂后进行，胆系M

6、IP需静脉注射胆影葡胺后扫描。,胸部骨骼MIP,胸部血管MIP,腹部血管MIP,正常肾动脉MIP,双侧股动脉MIP,MinIP 是由最小密度象素投影而成，主要用于肺部气道的显示，可清晰显示气管、主支气管、叶支气管，如支气管扩张的评介。亦可用于扩张胆系、泌尿系的显示。,胸部Min IP,优点：可将不在单一平面的结构显示在同一个二维平面上 可广泛应用于各部位3D成像，它可以是任意角度的投影。可用于观察骨折移位及内固定术后等情况，在消除骨骼影像之后，密度最高的结构往往是充盈造影剂的血管管腔。因此，MIP重建法是显示血管病变最佳的方法，尤其适合于区分血管壁的钙化与管腔内的造影剂。其灰阶值能反映组织的实

7、际CT值。显示解剖细节较精细。,缺点：图像立体感差，不能表达深度信息。不能清晰显示解剖结构的三维空间关系。当观察靶血管时，重叠的其它血管、骨或增强显著的组织时，靶血管将不被显示。因此必须除去重叠的结构。对CT值较低的结构如附壁血栓，因密度远不及血管密度高而不能显示，所以不能同时显示血管与病灶。人工编辑费时费力。MIP法仅将采集数据容积中的一部分提取出来成像，造成很大部分(98-99%)的数据丢失。,3 表面阴影显示法(SSD)Shaded Surface display)，或遮蔽表面显示法、表面覆盖成像、表面提取法(Surfaced-based rendering)、表面遮盖显示(SRD，su

8、rface rendering display)：,SSD是在一个由“象素”构成的数学容积中，根据预先确定的阈CT值，通过计算机将在阈CT值范围内的组织结构(象素)联接形成的一个数学模拟三维图象。阈值表现为“全”或“无”的概念，阈值内的象素呈白色，CT值大于或小于某个预先确定阈值的所有象素当作等密度处理，呈黑色。换一种说法是将每一个“体素”的信号强度与预先设置的CT阈值相比较，用二进制码中“1”表示未超过阈值的体素，反之则用“0”表示，重建时除去所有“0”的体素。,SSD应用深度编码，使图像有深度感，立体直观。可以通过确定不同的阈值来显示检查对象的不同靶结构 图象类似钡剂充盈相。,优点：能显示

9、脏器的外形和轮廓，成像空间立体感强 解剖关系清晰，有利于病灶定位 操作简单，重建速度快 辅以“切割Cut”开窗技术将影响观察的骨骼切掉，及“光线投照”影像效果技术更佳，可应用于身体各部位,缺点：只能选择单一的阈值，结果使阈值以外的象素信息丢失，仅利用10%的数据。不能表示实际组织的密度信息。图像对阈值的变化非常敏感，不适当的阈值选择可能丢失相关解剖结构。如骨的三维成像观察骨折时，阈值选择不当，能出现“假孔”现象。因此正确确定相应的CT阈值非常重要。另一个缺点是本法获得的图像是不透明的，无法了解其内部结构，如血管成像时不易区分钙化与血管腔内造影剂(亦可采用分段法Segmentation，再次调整

10、阈值去除钙化，将钙化与血管模型分别赋予伪彩色后叠加形成图像)。血管狭窄的长度与宽度能被低估。,SSD三维重建清晰显示脊椎解剖关系,手掌骨结构SSD,正常肝脾及其血管SSD,或仿真透视、透明显示、透明投影(Raysum-projection RSP)、CT透明重建、也称空气投影成像(air cast imaging ACI)是GE公司开发的一种透明显示方式，是在SSD三维重建图像的基础上用RaySum软件使空腔脏器图像透明，以观察空腔脏器内和腔壁的情况，如同进行“透视”。即不仅能观察到面向观察者的胃、肠壁，同时视线能穿透前层胃壁或肠壁观察到后层胃、肠。主要用于气管、支气管、胃肠道、血管、胆囊、胆

11、道、输尿管、膀胱等空腔脏器的成像。,4 表面透视成像(RaySum),本法图像类似双对比造影像 再经过切割对模拟管腔行腔内外不同角度的观察。利于显示狭窄内缘的情况。目前表面透视成像都融合在VR法内应用,喉、气管透明三维Raysum,5(多阈值彩色)体积重建法(VR)亦称4-D重建,(VR Volume rendering)亦称容积重建法、容积再现技术、容积显示法、容积成像法、容积漫游技术,容积提取法(Volume-based rendering)、透视容积显示，多阈值彩色容积分析技术，遮盖表面容积显示(SVR，shaded volume rendering,VR是建立在三维重建的基础之上，但比

12、三维重建具有更丰富的表现能力和临床应用空间。是目前最高形式的三维重建技术 VR将每个层面容积资料中的所有体素加以利用，从而获得全面的解剖信息和良好的空间关系。VR通过对容积内不同体素施加不同的透明度，可以透过透明部分观察其后的结构，具有深度感，能更好地显示病变的比邻关系，实现四维立体显示效果 VR能自动将密度与色彩相结合，不但能在解剖上区分病变，还可以更好地显示病变与正常组织的密度差以及病变本身的密度差别。,优点：能100%利用扫描容积内的信息，能同时显示扫描容积内表浅与深在组织结构的影像。保存了原始数据的解剖空间关系，显示的三维立体图像更真实感。缺点：对计算机的运算能力有较高的要求，因为参数

13、选择较复杂，需要计算大量的数据，处理和显示过程花费时间较长。,正常手掌骨结构及软组织(肌腱)VR,胸部VR,腹部血管VR,VR与前述各种后处理技术之间的相关性：块(Slab)=1 pixel厚度时，VRMPR 块(Slab)=多层面显示厚度、密度阈时，VRMIP/MinIP 赋予透明度后，则优于MIP/MinIP Slab=全厚度，密度阈相当时，VRSSD，赋予透明度后，则优于SSD,6 CT仿真内窥镜(CTVE，Virtual endoscopy),CTVE是利用计算机领域的虚拟现实技术(Virtual reality)把透视法(Perspective)和体积重建(Volume render

14、ing VR)技术结合起来。是模仿内窥镜从腔内显示空腔脏器内表面影像的方法，克服了纤维内窥镜对观察角度的限制，可任意多角度地观察。因此,又称腔内表面重建(internal 3D shaded surface reformation)。,CTVE利用Navigator smooth软件(GE)，Voyager软件(Picker)，Fly软件(Simens)对空腔器官内表面具有相同体素值范围的部分进行三维表面重建而产生立体图像，CT值设定为完全透明状态,透过度(Transparency)为100%。再利用计算机的模拟导航技术(飞越方式，漫游技术fly-through sequence功能键)进行腔

15、内观察。,也可以根据轴位和多平面重组(MPR)图像确定视点(光标)的位置和观察方向，分别从头侧或足侧进行腔内观察。再赋予人工伪色彩和不同的光照强度，最后用电影形式(move loop mode)以15-30幀/s的速度连续依此回放。即可获得类似纤维内窥镜进行和直视观察效果的动态重建图像。,VE对不同的组织器官选用不同的阈值模式。靶器官密度低于背景组织，如含气的胃肠道、气管等，宜选用“白底黑影(black in white)”阈值模式。靶器官密度高于背景组织，如椎管、造影剂充盈的胆囊宜选用“黑底白影(white in black)”阈值模式。调节透明度，不需要观察的组织透明度为100%，需要观察

16、的组织透明度为0%。,优点：能明确管腔脏器(如胃肠道)的重要解剖标志，有助于CT定位，癌瘤的大体分型准确性高，可与双对比造影和纤维内窥镜相比，无盲区，无创伤，无痛苦。缺点：不能显示病变颜色，故不能发现充血、水肿类炎性病变，不易发现扁平病变及轻度狭窄，单凭CTVE很难对病变作出定性诊断，不能活检，图像质量受多种因素影响。,6 CT仿真内窥镜的优缺点,CTVE气管内情况,胃癌CTVE,CTVE直观立体的显示椎管内情况,CT图像三维重建在临床各系统的应用,1 在血管的临床应用(SCTA),SCTA 的各种重建图像可弥补单纯横断面图像的不足，提高了对受侵血管的判断力，因而可提高对肿瘤术前分期准确性和可

17、切除性的预见力，在脏器肿瘤的术前评估中占有重要地位。,与其他血管成像技术比较，有如下优势,一次增强扫描后获得了兴趣区域的容积扫描数据，同时获得靶血管和横断面图像，无需额外曝光。通过外周静脉注射造影剂增强靶血管，操作简单，安全，检查门诊化、即时化，术后无需留院观察，而传统血管造影通过动脉穿刺后至少需卧床观察68hr，费用高。SCTA发生栓塞等并发症少,而动脉血管造影的并发症多 SCTA为三维模式,有利于复杂解剖区域的多轴向观察 SCTA扫描后同时获得到的横断面和重建血管图像结合可提高血管性病变诊断的准确性。并可用来显示附壁血栓、钙化灶和真腔直径。而DSA是血管腔内造影剂显示技术，并不能显示管壁和

18、管壁外异常，对瘤腔大小的测量有时困难。,与其他血管成像技术比较不足之处,对直径小于2mm的血管或夹层动脉瘤破口显示不满意。,VR冠状动脉走行清晰可见,VR冠状动脉树,冠状动脉成像CPR,夹层动脉瘤MPR,轴位显示夹层动脉瘤假腔(箭头),MIP显示大范围夹层动脉瘤，从主动脉弓到髂动脉,SSD腹主动脉瘤样扩张,MIP 腹主动脉瘤样扩张可见管壁钙化,VR显示法胸腹主动脉三维成相箭示胸主动脉瘤,胰腺癌VR示包绕SMA及SMV,MIP显示双侧颈动脉分叉处斑片样钙化,MPR 双侧肾动脉,MPR 双侧肾动脉,血管内窥镜,2 在消化管的临床应用,SSD显示胃的整体观，类似单对比钡餐造影,Raysum影像类似双

19、对比钡餐造影，可观察到胃黏膜向腔内隆起,(SSD)结肠癌箭示肠壁小圆形凹陷,(SSD)+切割法结肠癌可观察肠腔狭窄形态,SSD胃平滑肌瘤示胃内隆起肿块,CTVE结肠息肉箭示肠内小圆形突起,进展型胃癌立体剖面像示胃角部不规则潰疡周围环堤宽窄不均,气体铸型像横结肠癌示局部肠腔变窄,CTVE升结肠带蒂息肉,CTYE 胃平滑肌瘤示瘤体隆起表面光滑基地与周围胃壁分界清楚,胃溃疡Raysum,胃溃疡SSD,胃癌轴位像,胃癌MPR,胃癌CTVE,升结肠癌SSD,升结肠癌Raysum,升结肠癌CTVE,直肠癌MPR,直肠癌CTVE,升结肠癌Raysum,升结肠癌SSD,CTVE更直观地发现，並能从任意方向观察

20、病变，类似于纤维胃镜的影像，可较准确的测量胃肿瘤的大小和体积,CTVE,直肠癌,CT轴位,肝硬变门体分流白箭示扩张迂曲的副脐静脉弯箭示腹壁深静脉,肝硬变 食道胃底静脉曲张CT 135315三维重建箭示胃底静脉曲张,肝硬变-门体分流 MIP重建弯箭示脾肾分流静脉，白箭示左肾静脉，黑箭示下腔静脉,肝硬变多层螺旋CT门脉造影(MIP)白箭=扩张的胃左静脉,肝硬变多层螺旋CT门脉造影(MIP)大箭=胃底静脉曲张,小白箭=胃后静脉,黑箭头=胃左静脉,肝硬变多层螺旋CT门脉造影(MIP)箭=胃底静脉曲张,箭头=胃肾分流,肝硬变多层螺旋CT门脉造影(MIP)箭=多条细小的胃左静脉,3 在胆系的临床应用-螺旋

21、CT胆系成像(SCTC),是将螺旋CT容积采样技术与静脉胆系造影相结合，获得胆系内充盈对比剂的原始图像，再经MIP、SSD、VE重建。,胆囊多发结石Raysum,胰头癌MinIP示双管征(箭),胆囊泥沙样结石，轴位示胆囊后部充盈缺损,MIP图示胆囊后部隐约可见条形低密度结石,SSD图示胆囊立体感强但无法显示结石,Raysum图清楚显示胆囊内高密度泥沙样结石(箭),4 在膀胱输尿管的临床应用,MPR&MIP：可显示轴位、矢状位、冠状位和任意 角度的泌尿系图像，显示病变及其周围情况。SSD、Raysum：显示肿块、息肉、结石等的外形和轮廓，及其位置与膀胱输尿管的关系。CT膀胱仿真内窥镜(CTVE)

22、：与纤维膀胱镜比较,能克服后者观察角度的限制，可任意多角度的观察，更全面地了解病变的部位及其情况，尤其适用于尿道狭窄者，为非侵入性，痛苦少，较安全。,左侧双肾盂输尿管,MPR,MPVR,膀胱癌,CTVE,MPR,MPR,膀胱癌CTVE从不同角度显示膀胱肿块呈分叶状，肿块中央有凹陷性溃疡，其基底部呈狭颈生长,5 在肝、脾、胰、肾等实质脏器的临床应用,原发性肝癌SSD：肝动脉供血为主,MPR显示扩张的胰管,门脉内瘤栓,MIP/MPVR,CTA,DSA,6 在呼吸道的临床应用,喉部肿瘤,轴位,MPR,MPR,CTVE,周围型肺癌 MPR示肿瘤的位置、与周围的解剖关系,周围型肺癌,Raysum示肿瘤轮

23、廓,MPR示气道狭窄、受阻,周围型肺癌,CTVE从肺野内观察肿瘤情况,MPVR,MPVR,周围型肺癌，肺外周孤立结节轴位,MPR示结节的位置与周围的解剖关系结节的形态其引流血管,可透过肺纹理看结节的形态，并可追踪显示结节的引流血管,虚拟内窥镜,肺炎SSD,示右侧肺底有胸膜粘连，感染表现,示肺底的炎症粘连现象,SSD肺血管图像同样可见一侧肺血管周围有渗出、粘连表现,肺部病变展示,肺部病变展示,肺部转移展示,气管内肿物,MPR,Min IP,SSD,CTVE,气管内肿物,纵隔病变,7 在脊椎病变中临床应用,外伤性病变-可显示平片上不易发现的骨折，如：环枢椎骨折、椎弓板骨折、颈椎下段和胸椎上段骨折。

24、通过二维、三维等高级图象处理清晰地显示骨折碎片与脊膜囊、脊髓、神经根的关系及椎管有无狭窄。通过高级图象处理可模拟手术，预期手术效果 脊椎退行性变-有利于整体观察椎体排列和骨质增生情况，并对间盘退变程度和椎管狭窄情况进行评估 炎症、肿瘤性病变-可以从任意角度显示病变形态及其和周围组织的相互关系，有利于识别微小的、多发的骨质破坏,脊柱骨折MPR矢状位重建,SSD重建显示骨折的形态，碎骨片位置,脊柱畸形曲面重建CPR示椎管呈W型椎管基本连续,腰椎压缩骨折,脊椎先天性病变蝴蝶椎,8 在四肢病变临床应用,桡骨骨折SSD,桡骨骨折 VR,肩部骨折Raysum,9 在颅脑的临床应用,脑转移矢状位2D重建(正

25、相与反相),MPR CTA(正相与反相),多发颅面骨骨折SSD,脑动静脉畸形MIP血管造影,脑动静脉畸形,三维切割和CTA相结合多角度显示脑血管,MIP显示脑血管瘤的瘤体供血动脉及引流血管,10 在面颅的临床应用,中耳听骨链及内耳：对正常锤骨、砧骨解剖结构及锤砧关节的显示率100%，镫骨底板为32%，能分辨镫骨的前后脚。眼眶 颌面部及齿科扫描,仿真内窥镜显示中耳听小骨的结构及发育情况,三维重建耳蜗骨迷路等内耳结构,CT 齿科扫描,CT牙成像特有的实时图像重建：斜面和全景(Panorex)重建临床价值：全方位观察牙齿及其周围软组织的情况，精确测量牙齿（牙根、牙冠）长度，更好的显示上、下颌骨的情况

26、，可用于牙科疾病的诊断与治疗，颌面整形外科手术的术前计划制订、术后结果随访观察，操作简便，低剂量,重建过程,斜面重建图像,全景重建图像,三 CT快速扫描的延生和发展,随着多层螺旋CT的推出，使影像学向更深层的领域拓展，逐步从单一形态学转入形态与功能并进的研究,一些新的影像方法出现,如冠状动脉与心脏功能、脏器灌注以及肿瘤性质的分析等。,CT脏器灌注成像(CT Perfusion imaging),CT脏器灌注成像是指在静脉注射对比剂的同时，对选定的层面进行连续多次扫描，以获得该层面内每一象素的时间-密度曲线(time-density curve TDC)，根据该曲线利用不同的数学模型计算出：血流

27、速(BF,Blood Flow)；血容量(BV,Blood Volume)；对比剂的平均通过时间(MTT,Mean Transit Time)；对比剂局部灌注达到峰值时间(TTP，Time to peak)或用户自定义参数。,肝脏-有两套供血系统，因此评介肝脏灌注需分别求：肝动脉灌注量(hepatic artery perfusion HAP)与门静脉灌注量(portal;vein perfusion PVP)及肝灌注指数(hepatic perfusion index HPI)HPI=HAP/(HAP+PVP)。以脾脏增加的峰值时间来区分肝动脉期和门期。,功能-提供靶组织、器官血流灌注状态的

28、分析，并将功能状态与解剖形态相结合生成功能图像；使CT从单一形态学检查转变为功能学检查的一种手段。CT灌注成像是一种定量研究的方法，影响因素少，成像时间短。,临床价值-1 是临床发现早期缺血性病变（脑缺血，心肌缺血等）最有效的检查方法-脑缺血在发病的最初24小时内可无明显的影像学改变。利用CT脑灌注并结合CT脑血管造影，可及早明确诊断(定位、定性)。本法操作简便快捷。2 灌注CT还可判断缺血半暗带组织，即缺血后功能尚能恢复的脑组织(即未梗死的组织),CBF,CBV,MTT,CT平扫无异常CT灌注提示右侧大脑半球梗塞,血流速降低(CBF),右侧大脑半球局部血容量(CBV)正常,平均通过时间(MT

29、T)延长,CT平扫未见异常,CBF图-双侧大脑半球未见血流异常减低区,CT平扫未见异常,CBF图-显示病侧与对侧无明显区别,临床价值-3 应用于脑、肝、前列腺等脏器肿瘤的研究，不但可以发现微小肿瘤；观察肿瘤的血供情况；还可以对肿瘤血管的通透性进行评价，从而对肿瘤的恶性度进行分析。如评价肝癌介入治疗后的灌注情况。4 评价肝硬变门静脉高压的程度5 肝移植,通过对胰腺灌注的分析对糖尿病进行探察,脑肿瘤复发灌注功能与PET成像有较好的相关性,灌注CT,PET,对脑肿瘤的灌注研究不但能提供肿瘤的血供状态，还可通过表面通透性的观察对其恶性度进行分析,高级血管分析软件（AVA，Advance Vessel

30、Analysis）,AVA技术针对血管性病变，可提供下列功能：管腔狭窄程度的测量；术前术后的评估及随访；设计支架放置计划；定量分析进行性病变的发展。AVA技术不但可用于血管检查，也为其它管腔的定量测量奠定了基础；冠状动脉分析技术就是在AVA的基础上发展起来的。由于AVA技术可创建极好的重建图像，因此也被作为进行图像容积重建的一种手段。该软件能自动生成报告并可打印至胶片上。,冠状动脉钙化积分(SmartScore),一种无创的评价冠状动脉粥样硬化存在及其病变范围的重要检查方法 可以对冠状动脉钙化进行精确的定量，是评价患者冠状动脉钙化程度和范围的最可靠方法 是对冠心病进行早期普查的一种理想的方法,

31、CT肺功能成像,用于分析慢性阻塞性肺疾病时不同呼吸时相的的平均肺密度(MLD)和像素指数(PI)(-910Hu)的分布。及肺体积(Vin)和残气量(RV)。,CT 骨密度测量(BMD),临床价值-准确测量受检者的骨组织内钙盐含量，以广泛的人群普查结果为基础的数据库，可客观准确地评价受检者骨质疏松与否的状况，操作简便,螺旋CT低剂量肺结节普查胸部正位片有20%-25%的肺野被遮蔽，侧位片有15%-20%的肺野被遮蔽，多层面螺旋CT可实现低剂量扫描因而可用于胸部体检。,放射治疗中的CT模拟定位技术（CT SIM）,CT图像与其它设备联合应用与图像融合分析-如CT与PET，CT与MRI，CT与脑磁图成像,