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  • 實用CT血管成像技術
  • 雷子喬 李真林 牛延濤
  • 2833字
  • 2021-12-18 01:06:26

第一節(jié) 圖像顯示技術

眾所周知,CT掃描機自20世紀70年代發(fā)明后就不斷地更新?lián)Q代,期間更是歷經(jīng)了從非螺旋掃描到螺旋掃描,從單排探測器到多排探測器的兩次里程碑式的技術革新。這些飛速發(fā)展的技術進步,帶來了薄層快速大范圍采集圖像數(shù)據(jù)的“量變”,但并沒有改變CT只能得到斷層圖像信息的本質(zhì)屬性。細小的血管在斷層圖像上通常表現(xiàn)為點狀或條狀影像,往往不夠直觀,有時甚至無法辨認和分析。因此,有必要對斷層圖像進行更直觀地可視化處理和立體化顯示。目前臨床上,CT血管成像后處理中常用的圖像顯示技術包括多平面重組、最大密度投影、容積再現(xiàn)、表面遮蓋顯示以及仿真內(nèi)鏡等。
一、多平面重組技術
多平面重組(multi-planar reformation,MPR)技術是將一組以像素為單元的斷層圖像通過插值運算,重構為以體素為單元的三維體數(shù)據(jù),再根據(jù)診斷需要截取得到其他平面的二維重組圖像(圖3-1-1)。MPR后處理的層面厚度、層間距、層數(shù)以及截取角度等參數(shù)均可由用戶自行設定和調(diào)整。CT血管后處理中,MPR常用于顯示血管壁的斑塊、腔內(nèi)栓子、撕裂的內(nèi)膜、漏口以及觀察血管與病變的關系等(圖3-1-2)。其缺點是,不能顯示迂曲走行的血管全程,且缺乏空間立體感。
曲面重組(curved planar reformation,CPR)技術,為MPR技術的一種特殊形式,對于彎曲走行的結構可以沿一條既定中心線從三維體數(shù)據(jù)中截取曲面數(shù)據(jù),展開后即得到顯示該彎曲結構全程的平面圖像。標定的中心線可以是手動繪制(圖3-1-3),也可以由計算機通過閾值檢測彎曲物體邊界后,自動繪出與物體邊界等距的中心線(圖3-1-4)。操作者還可以取一定的厚度、從不同的角度沿這條中心線360°展示CPR圖像。自動CPR常見于高級血管分析軟件中,為全程顯示迂曲血管的最佳平面成像技術,能避開骨性結構的遮擋,評價管腔狹窄可靠。其缺點是,一次重組只可顯示單條血管,血管以外的結構出現(xiàn)扭曲變形,且手動CPR的準確性受操作者的人為因素影響較大。
圖3-1-1 多平面重組技術原理示意圖
圖3-1-2 腹主動脈多平面重組圖像
圖3-1-3 腎動脈的手動曲面重組技術
A.在水平面圖像上沿腎動脈走行繪制中心線;B.雙側腎動脈同時顯示的冠狀曲面成像
圖3-1-4 腹主動脈的自動曲面重組技術
A.沿血管走行自動繪制中心線;B.腹主動脈至髂外動脈全程顯示的曲面成像
MPR和CPR圖像中保留了物體的X線衰減特性,反映的是實際的CT值信息,其提供的血管平面圖像可準確地反映血管壁的情況,顯示血管與周圍組織的毗鄰關系,并可用于CT值和徑線的測量。因此二者通常作為評價血管性疾病的不可缺少的基本顯示方法,也是從這個特點上彌補了數(shù)字減影血管造影(digital subtraction angiography,DSA)技術不能顯示血管壁與周圍組織的缺陷,體現(xiàn)出CT血管成像(computed tomography angiography,CTA)的獨特優(yōu)勢。
二、最大密度投影技術
最大密度投影(maximum intensity projection,MIP)是利用投影成像原理,將由若干源圖像組成的三維體數(shù)據(jù)朝向任意方向進行投影,設想有許多條平行投影線穿過三維體數(shù)據(jù),取每條投影線經(jīng)過的所有體素中最大的一個體素值作為投影結果圖像的像素值(圖3-1-5)。MIP圖像是對三維信息進行的二維投影顯示,相近密度的組織結構在同一投影方向,會產(chǎn)生前后物體影像的重疊,可通過選擇不同的投影角度,對組織結構進行多方位觀察。MIP技術在血管后處理中的優(yōu)勢在于,可顯示更多的細小分支血管和管壁鈣化,也用于強化不佳的血管成像(圖3-1-6)。其缺點是,空間立體感不強,易與骨骼等高密度結構重疊顯示等。
圖3-1-5 最大密度投影技術原理示意圖
圖3-1-6 腹主動脈最大密度圖像
三、表面陰影顯示技術
表面陰影顯示(surface shaded display,SSD)是指通過相應的算法和選定的閾值,獲取三維體數(shù)據(jù)中物體的輪廓表面幾何信息,并用虛擬光源加上明暗陰影,呈現(xiàn)出立體感較強的三維效果。SSD又稱作表面再現(xiàn)或表面繪制,利用中心投影原理,判斷投影線上的體素值是否第一次達到或超過閾值,超過者被保留下來,低于閾值的體素CT值被舍棄。因為SSD技術僅處理物體表面信息,運算量較小、繪制速度較快,在計算機能力有限的早期階段,用于顯示血管開口、分支的空間位置關系(圖3-1-7)。其缺點是,結果圖像顯示準確性受圖像分割參數(shù)(即閾值)的影響較大,可能過高或過低估計血管狹窄;且不能顯示物體內(nèi)部結構,無法區(qū)分內(nèi)膜鈣化和腔內(nèi)的對比劑。故目前高級CT中,SSD已經(jīng)逐漸被容積再現(xiàn)技術取代,但仍可用在多對象組合成像、組織器官的體積測量軟件和虛擬內(nèi)鏡顯示技術中。
圖3-1-7 腹主動脈表面陰影顯示圖像
四、容積再現(xiàn)技術
容積再現(xiàn)(volume rendering,VR)技術利用投影成像原理,將穿過三維體數(shù)據(jù)后每條投影線上的所有體素值,經(jīng)傳遞函數(shù)加權運算后,以不同的阻光度和顏色表示各CT值區(qū)間,繪制在結果圖像中。VR又稱作體積再現(xiàn)或體繪制,無論是從顯示原理還是從性能效果方面都比前述的MIP和SSD具有優(yōu)勢,它保留了所有體素中的大量細節(jié)信息,最大限度地再現(xiàn)了組織結構的空間關系,立體效果逼真。
圖3-1-8 阻光度的調(diào)節(jié)示意圖
VR的主要特點就是阻光度的調(diào)節(jié)。阻光度又稱不透明度,反映體素不透明的程度,取值范圍從0~1,0代表完全透明,1代表完全不透明。體素的密度值與阻光度之間的對應關系可由用戶指定,通常用一個可以調(diào)節(jié)斜邊的梯形來表示(圖3-1-8)。斜邊表示隨著體素值的增高,阻光度逐漸變化,而不像閾值那樣截然的分開,這種調(diào)節(jié)方法又稱為模糊閾值。它保留了源圖像中的模糊信息,譬如,較薄的面顱骨在SSD顯示為骨缺損的假空洞,在VR中則呈現(xiàn)為半透明的狀態(tài)。體素的顏色也用類似的方法調(diào)節(jié)。一般廠家VR軟件中都預設了各種已經(jīng)調(diào)整好阻光度和顏色等參數(shù)的參考模式圖(通常所稱的模板),用戶可以根據(jù)不同解剖部位和組織顯示需要選用廠家模板圖,也可自行調(diào)整參數(shù)并保存為模板圖(圖3-1-9)。
VR技術已經(jīng)成為臨床上最為常用的一種血管后處理顯示方法,可立體逼真地顯示血管形態(tài)、走行及其與周圍組織復雜的空間關系(圖3-1-10)。其缺點是,不能觀察血管壁的情況,血管顯露受閾值調(diào)節(jié)的影響,且無法區(qū)分密度相近的鄰近結構。
圖3-1-9 偽彩色與阻光度的參數(shù)圖
圖3-1-10 腹主動脈容積再現(xiàn)圖像
五、CT仿真內(nèi)鏡技術
仿真內(nèi)鏡(virtual endoscopy,VE)技術利用源圖像生成的體數(shù)據(jù),通過SSD或VR重組得到管道結構內(nèi)表面的三維成像,再運用計算機空腔導航技術模擬光學纖維內(nèi)鏡進行腔內(nèi)觀察。仿真內(nèi)鏡主要用于呼吸道、充氣的腸道、鼻竇以及增強血管等管狀結構內(nèi)壁表面的立體觀察,顯示管腔內(nèi)異物、新生物、鈣化及管腔狹窄較好。還可用于有創(chuàng)檢查或外科手術的模擬導航和教學演示。操作時,將視點置入結構內(nèi)部,調(diào)整視角、景深,旋轉視向,自動或手動進行視點漫游,對視點前方結構進行動態(tài)實時顯示(圖3-1-11)。血管后處理時,利用VE技術可從血管腔內(nèi)立體觀察血管分支開口、管壁鈣化、支架以及管腔狹窄或閉塞等。其缺點是,血管腔外結構無法顯示,且同樣受閾值影響,測量不可靠(圖3-1-12)。
圖3-1-11 仿真內(nèi)鏡路徑示意圖
圖3-1-12 腹主動脈仿真內(nèi)鏡圖像
綜上所述,各種圖像顯示技術均有其優(yōu)勢和不足。在CT血管成像后處理的實際運用中,操作者應根據(jù)其各自技術特點,結合具體情況,靈活把握,聯(lián)合運用這幾種圖像顯示技術,既有平面展示又有立體顯示。而實際上,大多數(shù)廠家的圖像工作站也都具備對同一三維體數(shù)據(jù),通過一鍵式操作在幾種不同的圖像顯示技術間即時切換顯示的功能。
(陳 偉)
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