第四節(jié) CT圖像重建與后處理

一、重建

運(yùn)用一定的物理技術(shù)，采集X線在受檢體內(nèi)的吸收系數(shù)，采用特殊的數(shù)學(xué)方法，經(jīng)計(jì)算機(jī)處理求解出吸收系數(shù)在受檢體某剖面上的二維分布矩陣，再應(yīng)用電子技術(shù)將此二維分布矩陣轉(zhuǎn)變?yōu)閳D像畫面上的灰度分布，重新構(gòu)建成體層圖像謂之重建（reconstruction）。

重建是一個相當(dāng)復(fù)雜的過程，不同廠家、不同時期應(yīng)用了不同的方法。傳統(tǒng)二維圖像重建方法較多，如直接矩陣求解法（又稱聯(lián)立方程組求解法）、反投影法（又稱總和法）、二維傅里葉變換重建法、卷積反投影法、迭代法（又稱逐次近似法）等，每種方法各有其特色。直接求解法為早期的基本方法，但很繁瑣；反投影法較簡單，但圖像質(zhì)量稍遜于其他方法；二維傅立葉變換法以及由傅立葉變換法演變出來的利用卷積進(jìn)行圖像重建應(yīng)用較多；迭代法比直接矩陣求解法計(jì)算速度大為提高，比反投影法精度提高，也有較廣泛應(yīng)用。

傳統(tǒng)的二維圖像重建通常用于單層CT，需要X線處于一個平面上并垂直于Z軸，多層螺旋CT的X線束呈錐形，所以探測器排列層面越靠外，相應(yīng)平面上的X線就越不能垂直于Z軸，這就是所謂錐形線束問題，4層以下CT限于問題的復(fù)雜、費(fèi)用及X線錐形較小，所以予以忽略。但16層以上CT的錐形束問題如忽略將導(dǎo)致不可接受的圖像偽影，必須予以解決。

三維反投影重建技術(shù)考慮了X線錐形角的問題，理論上可以解決但技術(shù)復(fù)雜，需要專用的三維反投影處理器硬件模塊才能達(dá)到可以接受的圖像重建速度。更好的重建技術(shù)是適應(yīng)性多平面重建技術(shù)（AMPR），通過螺距和探測器的布局來定義圖像平面，以一系列二維圖像重建組出所需的圖像，它充分利用已經(jīng)發(fā)展成熟并且處理速度非?？斓亩S圖像重建技術(shù)。將用于重建圖像的多層螺旋數(shù)據(jù)根據(jù)檢查床的速度分成多個重疊的360°扇區(qū)，每個扇區(qū)根據(jù)螺旋的局部曲率重建成1～5幅半幀圖像構(gòu)成雙摺的傾斜圖像面，最后重建成的橫斷面圖像是通過對半幀圖像的Z軸方向內(nèi)插得到的，理論上，圖像重建不只是在Z軸方向上，對任意角度采集的數(shù)據(jù)都可以重建成圖像，也就解決了多層螺旋CT的X線錐形束問題。

二、回顧性重建

回顧性重建（retrospective reconstruction）是對所得的原始圖像數(shù)據(jù)根據(jù)需要再次有針對性地進(jìn)行重建，得到更好圖像質(zhì)量，更多有利于診斷的圖像信息，或克服某些不足。如較厚層厚掃描可以用較薄層厚回顧性重建出較薄圖像，為得到更多細(xì)節(jié)可以改變重建間距，在單位范圍內(nèi)得到更多圖像，更好顯示組織結(jié)構(gòu)和病變；對較小結(jié)構(gòu)如乳突、鼻竇、眼、腎上腺、脊柱等可以選擇最佳視野和矩陣放大重建顯示興趣區(qū)或多個興趣區(qū)（圖1-4-1）。還可以一次掃描根據(jù)需要選擇特定的算法重點(diǎn)顯示不同組織，如胸部掃描肺組織算法顯示雙側(cè)肺野，軟組織算法顯示縱隔，小視野、骨重建顯示脊柱骨質(zhì)細(xì)節(jié)（圖1-4-2）；在回顧性重建中可以進(jìn)一步根據(jù)目的加平滑、銳利、去骨偽影等處理方法處理圖像；在一定范圍內(nèi)如掃描偏離中心可以重新選擇視野中心回顧性重建，如難配合的病人適度偏離中心，脊柱掃描定位偏離中心等都可以通過回顧性重建予以矯正（圖1-4-3）

三、CT圖像重組

日常工作中，大量常規(guī)診斷仍然依賴軸位斷面圖像，但螺旋CT，尤其是多層螺旋CT的掃描可以獲取大范圍容積信息，設(shè)備的發(fā)展使圖像質(zhì)量在Z軸方向上的分辨率明顯提高，可以滿足各向同性體素的要求，為CT后處理技術(shù)的發(fā)展與提高創(chuàng)造了條件。我們可以利用各種后處理軟件對所掃描的全部數(shù)據(jù)或感興趣的部分?jǐn)?shù)據(jù)根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行各種后處理，多角度、多層面、多方式地顯示解剖結(jié)構(gòu)和病變。

圖像后重建，即重組（reformation），分二維和三維兩大類。二維主要有多平面重建、曲面重建、多平面容積重建。三維主要有遮蔽表面顯示、容積再現(xiàn)、仿真內(nèi)鏡等。二維后處理顯示的圖像都位于同一平面，不能顯示多種平面、立體的位置關(guān)系，但處理方便快捷；而三維后處理圖像可以立體地顯示三維空間結(jié)構(gòu)，立體感強(qiáng)，空間關(guān)系明了，但處理過程復(fù)雜，由于閾值的選擇處理也會丟失、遮蔽一些信息。所以各種后處理必須根據(jù)需要綜合運(yùn)用，后處理圖像與軸位圖像結(jié)合觀察方可以獲得全面、正確的診斷信息。

（1）多平面重建（multi-planar reconstruction, MPR）。一種簡單而又常用的后處理技術(shù)，在軸位圖像的基礎(chǔ)上，對任意平面體素元進(jìn)行重組，得到冠狀位、矢狀位及任意角度興趣平面的圖像。多平面重建不進(jìn)行任何閾值和CT值的處理，快捷而簡單，可以從冠、矢狀位及任何感興趣平面顯示組織結(jié)構(gòu)、病變形態(tài)及與周圍關(guān)系，彌補(bǔ)了軸位圖像的不足（圖1-4-4）。當(dāng)然在立體結(jié)構(gòu)和空間位置觀察上則不及三維重建圖像了。

（2）曲面重建（curved planar reformation, CPR）。曲面重建與多平面重建都是對三維容積數(shù)據(jù)進(jìn)行二維方向的截取，但與多平面重建顯示某一平面不同，曲面重建是顯示不在同一平面走行的感興趣組織，體素元根據(jù)需要所畫曲線重組成該曲面的二維圖像，主要用于使迂曲、弧形、成角走行的血管、支氣管、牙齒等結(jié)構(gòu)伸展顯示在同一平面上以便于觀察（圖1-4-5）。

（3）多平面容積重建（multi-planar volume reformation, MPVR）。與多平面重建截取較薄層面不同，多平面容積重建所截取的雖然仍為容積數(shù)據(jù)的平面，但平面有較大厚度，配合最小密度、最大密度投影等技術(shù)，可以使感興趣密度組織顯示于同一層面，忽略其他密度組織，既可顯示一定厚度、一定密度內(nèi)的較多結(jié)構(gòu)，又可以避免其他組織的重疊干擾（圖1-4-6、圖1-4-7）。

最大密度投影（maximum intensity proj ection, MIP）為截取一定厚度容積后在多平面容積重建的基礎(chǔ)上選取其中最大密度值重建為二維圖像的技術(shù)，多用于血管成像（CTA）和骨骼系統(tǒng)，此外還有泌尿系造影成像、膽系造影成像等（圖1-4-9）。

最小密度成像（minimum intensity proj ection, MIP）原理同MIP，不同的是選取其中最小密度值重建為二維圖像，主要用于氣管、支氣管、咽喉、充氣腸道等含氣腔道的顯示。

（4）遮蔽表面顯示（shaded surface display, SSD）。遮蔽表面顯示是將容積數(shù)據(jù)預(yù)先設(shè)定興趣區(qū)域內(nèi)組織結(jié)構(gòu)的閾值，經(jīng)計(jì)算機(jī)重建處理，形成以圖像灰階編碼構(gòu)成的不同明暗（黑白圖像）、不同色彩（彩色圖像）的表面顯示圖像，可以顯示解剖復(fù)雜、結(jié)構(gòu)重疊組織的表面形態(tài)，常用于骨、增強(qiáng)血管的三維重建，立體空間感強(qiáng)，解剖關(guān)系清楚（圖1-4-8）。由于高于閾值的組織顯示，低于閾值的組織不顯示，常會丟失不少信息。

（5）容積再現(xiàn)（volume rendering, VR）。容積重建技術(shù)是利用全部數(shù)據(jù)，通過設(shè)定不同閾值，對一定范圍高于或低于所設(shè)定閾值的結(jié)構(gòu)進(jìn)行不同透明度顯示處理，使用偽彩色顯示技術(shù)，三維感強(qiáng)烈，比較好的顯示解剖結(jié)構(gòu)的空間關(guān)系（圖1-4-9）。

（6）仿真窺鏡（virtual endoscopy, VE）。CT仿真窺鏡技術(shù)是CT與仿真技術(shù)的結(jié)合，它通過將CT容積數(shù)據(jù)利用計(jì)算機(jī)特殊軟件對生理管腔內(nèi)壁作表面重建，通過調(diào)節(jié)明暗度與色彩，顯示出空腔表面的三維圖像，并可旋轉(zhuǎn)不同角度和沿管腔進(jìn)退動態(tài)觀察管腔內(nèi)壁情況（圖1-4-10）。