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编号:10206032
螺旋CT动脉门脉成像三维重建在肝占位性病变中的应用
http://www.100md.com 《中国医学影像技术》 2000年第2期
     林曰增(综述) 张雪林(审校)

     关键词:螺旋CT 3D重建技术 肝占位性病变 应用1 引言

    原发性肝癌或肝转移瘤基本治疗是行肿瘤切除。外科医生不能观察到肝脏血管和肿瘤的关系,制定肝切除术时经常受到限制。随着肝脏外科学的发展,一个肝段内,某一亚段切除,另一亚段可保留,即肝段、亚肝段甚至楔形切除已成为现实,这就要求依靠现代影像学手段,术前精确确定肝脏病变的解剖部位与切除平面。目前,依靠成像获得和显示的新技术,有条件创造有助于制定手术计划的肝脏血管图像。螺旋CT可在一次屏气状态下完成整个肝脏的容积扫描,消除了因呼吸运动而造成的漏扫或重复扫描,而CTAP扫描是探查局限性肝肿瘤最敏感的非手术成像方法,敏感度达81%~91%。两者结合即螺旋CTAP(HCTAP)在肝占位病变检查中呈现出极大的优势。本文就有关HCTAP作一综述。

    2 HCTAP原理
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    螺旋CT(spiral CT or helical CT)是将高压发生装置移入扫描架内,解除了高压电缆对X线管球的束缚,通过滑环系统向X线管供电。根据滑环提供电力的情况,分为高压滑环和低压滑环。前者高压发生器与普通CT一致,位于扫描机架外,高压经滑环输送到球管内;后者滑环为低压电力,高压发生器由于技术上的进步,体积可以很小,置于扫描架旋转部分内。由于在机械部分采用低压滑环(slip-ring)技术,实现了旋转部分与静止部分接触式连接,即采用电刷和滑环平行接触,可保证高压装置、球管和探测器在机架内连续旋转,从而消除了每次扫描的减速和加速过程,使工作周期缩短,使无间断立体数据采集成为可能,故又名容积数据采集CT(volume acquisition CT)。所谓螺旋形连续扫描(spiral continuous scanning)是指扫描器的旋转运动与扫描床纵向推进是同步进行的,且是连续的,床或病人向头端方向匀速推进时,从球管发出的X线通过人体的线束不是一个切面,而是螺旋形的,故谓之螺旋扫描(spiral or helical scanning)。如病人一次屏气时间坚持24~32 s,采用8 mm层厚,螺距(Pitch)=1,即扫描床的移动速度为8 mm/s,可扫描的范围(Z轴长度)为19.2~25.6 cm,可包括整个肝脏。容积扫描数据获得以后,即可在Z轴的任何位置和任何间隔重建,包括层面中心调整(使病灶恰好位于中心),层面间隔调整,以及3D重建等。可由计算机独立诊断工作站(independent diagnostic workstation)来进行。
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    以上提及的是常规螺旋CT,近来,多层螺旋CT已应用于临床。多层螺旋CT(multislice helical CT)简称多层CT(multislice CT),是利用宽探测器技术,即把探测器列数(detector arrays)增加至8~34列,扫描时利用可调节宽度的锥形线束(cone-beam),而不是扇形线束(fan-beam)。多层CT利用可选择层厚的多排探测器在Z轴不同位置上同时获得容积数据,目前多排探测器旋转一周可采集4层数据。在保证图像质量与常规螺旋CT相同情况下,一次可采集4层螺旋CT在Z轴扫描速度是常规螺旋CT的2~3倍,而管球电流降低43%~57%。多层CT的优点:①节省X线管球的损耗;②扫描速度明显提高;③容积分辨力和时间分辨力(time or temporal resolution)提高;④增强扫描可节省对比剂用量;⑤3-D重建时间缩短,图像质量提高。目前多层CT对肝模型低对比度病灶的检出能力高于常规螺旋CT。

    肝脏是由门静脉和肝动脉双重供血的器官,其中门静脉供血占70%。肝脏恶性肿瘤,无论是原发性肝癌或继发性肝转移瘤,肿瘤组织的血液供应主要来自于肝动脉,占90%以上,由于门静脉由肠系膜上静脉和脾静脉汇合而成,经肠系膜上动脉或脾动脉插管注射对比剂后,经肠道或脾循环回流入门静脉至肝脏,故以门静脉供血为主的正常肝组织被明显强化,极大提高了其CT密度值,而肝动脉供血为主的肿瘤组织的密度值没有改变或改变不大,因而两者的密度差异扩大,随之提高了CT检出病变的阳性率。
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    3 HCTAP 3D重建技术及临床应用价值

    采用Seldinger技术,经股动脉穿刺插管,先行动脉门造影对比评估是否有门静脉堵塞或逆流现象,是否有肝动脉解剖的正常变异,譬如副肝动脉或肝动脉直接起源于肠系膜上动脉。对比剂应用最小量,以免对比剂弥散于肿瘤内,降低了CTAP检查时肿瘤的显示。然后,将5~7F导管固定于肠系膜上动脉或脾动脉内,经高压注射器注入对比剂。下框内为推荐的HCTAP扫描模式。

    X线管球

    螺旋模式

    扫描范围

    膈顶至肝下缘(19.2~25.6cm)

    呼吸

    轻微吸气后,单次屏气24~32s
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    进床

    8 mm/s

    层厚

    8 mm

    重建间隔

    4 mm

    对比剂类型

    30%碘对比剂

    容量

    150 ml

    速率

    3 ml/s(高压注射)

    延迟
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    开始注射后30秒扫描

    对比剂的种类、剂量、注射速率、延迟扫描时间,均可影响肝实质强化的程度和到达峰值的时间以及个体差异性。掌握最佳扫描时间是HCTAP成功的一个重要因素。只有在门脉期对比剂浓度达高峰时扫描才能获得最佳门脉像。于是开发了一种新设备——自动密度跟踪系统,即监视扫描,利用小毫安扫描监视早期增强情况,当选定的兴趣区的CT值达到所设定的阈值时,即开始系列扫描。这样就可根据每个病人的不同情况,选择理想的时间窗进行扫描,避免了机械地固定延迟时间而影响扫描质量。

    HCTAP结束对肝脏的容积扫描,并完成一系列有部分重叠的小间隔重组图像,信号数据输送到独立的工作站(work station),借助3D软件进行3D重建。主要方法有最大强度投影(maximum intensity projection;MIP),表面遮盖显示(shaded surface display;SSD)和容积显示(volume rendering;VR)。
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    3.1 MIP 是通过计算机,沿着穿过被扫描物体的每条射线上遇到的最大象素强度进行图像重组。即用最大值做编码从某一特定方向对容积数据进行每一投射束的投影,合成一帧投影图像。将最大密度的结构取出来成像,而将密度低的组织结构尽可能除掉。如将门静脉显影的峰值期的图像取出来进行3D重建,其血管的显示十分清楚。可以沿某一轴任意重建、旋转,可多角度连续观察,了解深层或前后重叠的血管关系,每隔若干角度做一帧MIP图像,也可依次在荧光屏上以电影形式显示MIP图像,动态观察3D关系。可显示血管狭窄的位置、范围、程度及肿瘤对血管的侵蚀范围,可以将管腔与管壁钙化斑区分开。另外,通过计算机技术还能消除血管内对比剂,仅显示血管壁的结构。Soyer等报道能显示门静脉的第5级分支。由于MIP取投射线经过的容积的最大象素值成像,CT值较低的结构如附壁血栓等不能显示。此法对局部增强重叠的血管不能显示,且不能清楚地显示解剖结构的三维空间关系。因病灶的密度远不及血管密度高,其显示往往不满意,即很难达到既能显示血管又能满意显示病灶的目的。对较大的病灶尚可判断两者的空间关系,而对于小的病灶判断则较为困难,因此,只显示血管而不能很好显示肿瘤是其最大的缺陷。
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    3.2 SSD 是通过计算机,使被扫描物表面大于某个确定阈值的所有相关象素连接起来的一个表面数学模式成像。它要求预先设定CT值作为阈值,计算机将邻近象素的CT值与该阈值进行比较,凡是高于此阈值的象素定为白色,当作等密度处理;低于此阈值的象素定为黑色,都被舍弃,并用阴影技术进行处理,得到一个可以从任何成像角度投影的3D表面轮廓像。SSD显示血管结构的3D空间立体感特别强,适用于显示血管相互重叠或扭曲区域复杂的解剖关系。它不表示实际组织的X线衰减值,分辨率受阈值选择的影响,不能区分密度灰阶,故不能显示钙化,因钙化和增强的管腔均高于所选阈值时,则混为一种结构。阈值水平高,血管管径狭窄,反之则血管管径显示较宽,故SSD不适于血管内径的测量。

    3.3 VR 是从CT数据中产生3D图像的第三种技术,但传统的计算机容量限制了它的使用。目前,数据收集、计算机处理和显示技术已使VR技术可行。它使HCTA变得更精确。它是沿一投射线通过容积数据对所有象素总合的图像显示。它适合于所有要显示的物体。使用标准百分比切割技术将肝实质、病变、血管分开。使用者制定的3D图像,显示血管是白色的,且通过肝实质显示为透明,肝实质施加一伪彩。相邻结构间不施加严格的界限,在物体内层面逐渐遮盖,且通过前面的结构可观察到后面的结构,似乎物体是部分透明的。VR的优点是实时显示(real-time rending),显示血管间的关系比MIP精确性更高。VR利用几乎全部图像数据,(而MIP和SSD使用不到10%的图像数据)可显示重叠结构。产生较少伪影,但它需要更大的计算机容量。
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    Soyer已成功地利用3D HCTAP确定肝段与亚段解剖,显示门静脉主干、分支及其解剖变异。3D CTAP的肝转移瘤术前肝段定位精确度达94%,而2D CTAP只有78%。另外,Woodhouse也成功地利用HCTAP 3D容积显示法制定肿瘤手术切除计划,并为13名单发或多发肝转移瘤患者顺利实施了肿瘤切除术。但目前容积显示的处理和显示过程花费较长的时间,3D HCT的密度分辨率还不高。随着计算机图像软、硬件的开发及计算机容量的扩增,使容积显示实时成像技术和切割技术的改进成为可能。现在3D HCTAP主要是显示肝内门静脉、肿瘤的肝段和亚段定位、以及肿瘤和血管的关系。

    4 CTAP引发的启示及CTSP的建立

    CTAP检查,需要在导管室,利用Seldinger技术,经股动脉插管至肠系膜上动脉或脾动脉,固定导管,然后将病人推入CT室,置于扫描床后再进行CT扫描。这有可能发生导管脱落,且所需设备多(DSA、CT),操作复杂,有创伤性,不能在CT室单独完成此项检查。于是,国内学者张雪林建立了显示肝内占位病变的一种新方法——经脾门静脉造影CT(CT during splenoportography;CTSP),已开展了动物实验与临床应用,并连续发表了其研究成果,其效果与CTAP大致相仿。方法是CT引导下,经过皮肤穿刺脾脏,用压力注射器将对比剂注入脾脏,通过静脉回流至门静脉,其原理与CTAP相似。但CTSP操作简单、创伤小、病人无痛苦。受HCTAP 3D成像的启发,目前该中心组成的课题小组拟在CTSP基础上行HCTSP 3D成像的动物实验及临床应用研究。
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    作者简介:林曰增(1964—),男,山东人,硕士研究生,主治医师。

    林曰增(第一军医大学南方医院影像中心,广州 510515)

    张雪林(第一军医大学南方医院影像中心,广州 510515)

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