犬心电子束CT的计算机三维重建
作者：李文生 亓文 宋志坚
单位：李文生 上海医科大学解剖教研室；亓 文 宋志坚 计算机网络中心，上海 200032
关键词：心脏；图像处理；计算机辅助；体层摄影术；X线计算机；狗
安徽医科大学学报990304 摘要 目的 研究电子束CT对犬心脏的三维重建。方法 犬静脉注射造影剂Ultravist后，经电子束CT增强容积扫描得到犬心脏断面图像，采用表面重建法，在PentiumⅡ主机上，完成心脏三维重建。结果 由于克服了配准等缺点，因此重建出的三维心脏精确，光滑，且能任意角度旋转。结论 为临床人体器官的重建提供了一个切实可行的方法。
中国图书资料分类法分类号 R322.11
Research of 3-D computerized reconstruction
, 百拇医药
of dog heart from electron beam CT
Li Wensheng, Qi Wen, Song Zhijiang
(Dept of Anatomy, Shanghai Medical University 200032)
Abstract Objective To reconstruct the 3-D image of dog heart from electron beam CT (EBCT). Methods After injecting Ultravist to dogs vein, a series of dog heart section image was obtained by using enhanced volume scanning of EBCT. Then surface reconstruction was applied to reconstruct 3-D image of whole heart with PentiumⅡ computer. Results Owing to overcome registration, 3-D image looks like realistic and can be viewed in any orientation. Conclusion The method may be practical in reconstructing clinical human organs.
, 百拇医药
MeSH heart; image processing, computer-assisted; tomography, X-ray computed; dogs
随着计算机技术的发展，利用计算机对人体器官组织进行三维重建已广泛应用于形态学及医学影像诊断学研究中。心脏是人体重要的器官，在其二维资料的基础上进行三维重建已有多篇报道，但在目前的研究中关于心脏二维资料的收集大致有两种方法，一种是采用临床检测方法〔1～3〕，如CT、核磁共振、心脏超声等，来收集二维资料进行三维重建，但由于受这些器械本身条件的限制，如扫描时间较长，导致呼吸、心脏搏动对图像产生影响，断层过厚，超声声窗的限制等，因此，重建出的图像精度不尽如意；另一种方法是采用离体心脏冰冻大体切片和组织切片〔4，5〕，来获取二维资料进行三维重建，由于切片厚度薄，能收集到详细二维资料，重建出的心脏精确度高，能显示出心脏的心外膜、心肌层和心腔的外形轮廓，但是由于使用组织形态学方法收集资料，在临床上不能直接采用。本研究使用电子束CT收集在体犬心的二维资料，结合自行设计的软件，进行三维重建，以期更好地为临床影像诊断提供有价值的资料。
, 百拇医药
1 材料和方法
1.1 动物模型制作 成年健康犬2只，体重20～25 kg，♀♂不限。以戊巴比妥钠静脉麻醉，剂量为25～30 mg.kg-1，心电监护并记录心电图，气管插管接电动呼吸机呼吸，以控制自主呼吸。
1.2 电子束CT扫描 电子束CT为Imatron C-150型，美国Imatron公司生产，本校华山医院提供。为使断面扫描能沿心脏长轴进行，便于三维重建，将动物右侧位卧于扫描台上，头部抬高35°，逆时针旋转40°，经股静脉注射非离子型造影剂(Ultravist，含碘300 g.L-1)，注射量1 ml.kg-1，注射速度1.2 ml.s-1，造影剂注射后12 s开始心电触发(触发点控制在R-R波间隔80%处，位于心脏舒张期内)。自心底到心尖容积增强连续扫描，共25层，层厚3 mm，每幅扫描时间0.1 s，扫描过程中关闭电动呼吸机，图像数据经压缩拷贝至磁盘。
, 百拇医药
1.3 计算机三维重建 在Pentium Ⅱ微机(主频266 M，内存128 M，显存8 M)上，利用Photostyler 2.0软件对原始图像进行噪声消除与识别，即把心脏周围组织如脊柱、肋骨、肺等用底色消除，以排除重建时这些组织的光源干扰。自行设计的三维重建软件采用表面重建法，根据3次参数样条曲线理论，对断面进行非线性插值。
2 结果
通过计算机对犬心25层EBCT图像进行三维重建，重建出的心脏边缘光滑，可见左右心室腔、室间隔，且能多角度旋转。见图1。
图1 心脏三维重建图
a正面观； b上面观； c膈面观
3 讨论
, 百拇医药
3.1 心脏由于不停地搏动以及由此引起的外形变化，使得普通CT、核磁共振很难在极短时间内扫描整个心脏，因此无法对相邻的图像进行配位。电子束CT是近年发展的新型快速CT，主要特点是扫描速度快，每层仅需0.1 s，断层厚度薄，常规层厚3 mm，但能达到1 mm，特别是采用了心电触发技术，从而能够使心脏在某一相同位置下完成扫描，同时控制犬自主呼吸，在硬件上克服了心脏搏动以及呼吸对图像的影响。
3.2 利用连续组织切片进行三维重建，图像准确配位是重建出高精度三维图像的基础〔6〕。由于在包埋、切片、图像摄入过程中会造成切片移位、旋转、重叠等变化，因此在重建前必须对相邻的切片图像进行重新配位，以使它们与实际位置一致。为解决这一问题，一些作者〔4，7，8〕分别采用埋入参照物法、插针留孔法及相邻图像两条对应轮廓线的Fourier系数表示法等，但很难完全克服此问题。本研究使用电子束CT进行快速扫描，自动摄片，不存在重新配位问题，因而重建的图像准确，边缘光滑，精确度高。
, 百拇医药
3.3 具有临床意义的医学图像三维重建一个主要特点是要求重建时间尽可能短，为诊断和治疗提供及时依据。目前三维图像的重建方法主要有体素重建法、表面重建法、彩色分域法、截面重建法等，每种方法各有优缺点，分别适合不同的器官组织三维重建。我们对心脏运用表面重建法，但考虑其取值多，计算量大，因此采用快速Phong算法和汇编语言，大大提高运行速度，为临床人体心脏三维重建提供了一条可行的方法。
基金项目：上海市科技发展基金资助(编号975114026)
作者简介：李文生，男，31岁，讲师，硕士生
宋志坚，男，36岁，副教授，博士，硕士生导师
参考文献
1 Herman GT. Three-dimensional imaging on a CT or MR scanner. J Comput Assist Tomogr, 1988;12(3):450～458
, 百拇医药
2 Vannier MW, Gutierrez FR, Laschinger JC. Three-dimensional magnetic resonance imaging. Top Magn Reson Imaging, 1990;2(2):61～65
3 Pandian NG, Nanda NC, Schwartz SL et al. Three-dimensional and four-dimensional transesophageal echocardiographic imaging of the heart and aorta in humans using a computed tomographic imaging probe. Echocardiography, 1992;9(6):677～687
4 黄泽奇，左焕琛，刘卫民. 人心计算机三维重建和显示的研究. 解剖学杂志， 1991；14(4)：318～321
, 百拇医药
5 宋志坚，吴国强，左焕琛等. 心脏解剖断面的三维重建与计算方法. 上海医科大学学报， 1996；23(5)：351～354
6 徐微苑，庄天戈，左焕琛等. 从断层图像重建人体脏器的三维结构. 中国生物医学工程学报， 1991；10(2)：106～112
7 路 伟，左焕琛，赵淑民等. 人体动脉连续组织切片的计算机三维重建. 解剖学杂志， 1996；19(6)：469～471
8 章 明，韩水坚，汪国昭等. 人喉的计算机三维重建及显示. 解剖学杂志， 1997；20(3)：205～207
1998-12-16收稿，1999-04-13修回, 百拇医药
单位：李文生 上海医科大学解剖教研室；亓 文 宋志坚 计算机网络中心，上海 200032
关键词：心脏；图像处理；计算机辅助；体层摄影术；X线计算机；狗
安徽医科大学学报990304 摘要 目的 研究电子束CT对犬心脏的三维重建。方法 犬静脉注射造影剂Ultravist后，经电子束CT增强容积扫描得到犬心脏断面图像，采用表面重建法，在PentiumⅡ主机上，完成心脏三维重建。结果 由于克服了配准等缺点，因此重建出的三维心脏精确，光滑，且能任意角度旋转。结论 为临床人体器官的重建提供了一个切实可行的方法。
中国图书资料分类法分类号 R322.11
Research of 3-D computerized reconstruction
, 百拇医药
of dog heart from electron beam CT
Li Wensheng, Qi Wen, Song Zhijiang
(Dept of Anatomy, Shanghai Medical University 200032)
Abstract Objective To reconstruct the 3-D image of dog heart from electron beam CT (EBCT). Methods After injecting Ultravist to dogs vein, a series of dog heart section image was obtained by using enhanced volume scanning of EBCT. Then surface reconstruction was applied to reconstruct 3-D image of whole heart with PentiumⅡ computer. Results Owing to overcome registration, 3-D image looks like realistic and can be viewed in any orientation. Conclusion The method may be practical in reconstructing clinical human organs.
, 百拇医药
MeSH heart; image processing, computer-assisted; tomography, X-ray computed; dogs
随着计算机技术的发展，利用计算机对人体器官组织进行三维重建已广泛应用于形态学及医学影像诊断学研究中。心脏是人体重要的器官，在其二维资料的基础上进行三维重建已有多篇报道，但在目前的研究中关于心脏二维资料的收集大致有两种方法，一种是采用临床检测方法〔1～3〕，如CT、核磁共振、心脏超声等，来收集二维资料进行三维重建，但由于受这些器械本身条件的限制，如扫描时间较长，导致呼吸、心脏搏动对图像产生影响，断层过厚，超声声窗的限制等，因此，重建出的图像精度不尽如意；另一种方法是采用离体心脏冰冻大体切片和组织切片〔4，5〕，来获取二维资料进行三维重建，由于切片厚度薄，能收集到详细二维资料，重建出的心脏精确度高，能显示出心脏的心外膜、心肌层和心腔的外形轮廓，但是由于使用组织形态学方法收集资料，在临床上不能直接采用。本研究使用电子束CT收集在体犬心的二维资料，结合自行设计的软件，进行三维重建，以期更好地为临床影像诊断提供有价值的资料。
, 百拇医药
1 材料和方法
1.1 动物模型制作 成年健康犬2只，体重20～25 kg，♀♂不限。以戊巴比妥钠静脉麻醉，剂量为25～30 mg.kg-1，心电监护并记录心电图，气管插管接电动呼吸机呼吸，以控制自主呼吸。
1.2 电子束CT扫描 电子束CT为Imatron C-150型，美国Imatron公司生产，本校华山医院提供。为使断面扫描能沿心脏长轴进行，便于三维重建，将动物右侧位卧于扫描台上，头部抬高35°，逆时针旋转40°，经股静脉注射非离子型造影剂(Ultravist，含碘300 g.L-1)，注射量1 ml.kg-1，注射速度1.2 ml.s-1，造影剂注射后12 s开始心电触发(触发点控制在R-R波间隔80%处，位于心脏舒张期内)。自心底到心尖容积增强连续扫描，共25层，层厚3 mm，每幅扫描时间0.1 s，扫描过程中关闭电动呼吸机，图像数据经压缩拷贝至磁盘。
, 百拇医药
1.3 计算机三维重建 在Pentium Ⅱ微机(主频266 M，内存128 M，显存8 M)上，利用Photostyler 2.0软件对原始图像进行噪声消除与识别，即把心脏周围组织如脊柱、肋骨、肺等用底色消除，以排除重建时这些组织的光源干扰。自行设计的三维重建软件采用表面重建法，根据3次参数样条曲线理论，对断面进行非线性插值。
2 结果
通过计算机对犬心25层EBCT图像进行三维重建，重建出的心脏边缘光滑，可见左右心室腔、室间隔，且能多角度旋转。见图1。
图1 心脏三维重建图
a正面观； b上面观； c膈面观
3 讨论
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3.1 心脏由于不停地搏动以及由此引起的外形变化，使得普通CT、核磁共振很难在极短时间内扫描整个心脏，因此无法对相邻的图像进行配位。电子束CT是近年发展的新型快速CT，主要特点是扫描速度快，每层仅需0.1 s，断层厚度薄，常规层厚3 mm，但能达到1 mm，特别是采用了心电触发技术，从而能够使心脏在某一相同位置下完成扫描，同时控制犬自主呼吸，在硬件上克服了心脏搏动以及呼吸对图像的影响。
3.2 利用连续组织切片进行三维重建，图像准确配位是重建出高精度三维图像的基础〔6〕。由于在包埋、切片、图像摄入过程中会造成切片移位、旋转、重叠等变化，因此在重建前必须对相邻的切片图像进行重新配位，以使它们与实际位置一致。为解决这一问题，一些作者〔4，7，8〕分别采用埋入参照物法、插针留孔法及相邻图像两条对应轮廓线的Fourier系数表示法等，但很难完全克服此问题。本研究使用电子束CT进行快速扫描，自动摄片，不存在重新配位问题，因而重建的图像准确，边缘光滑，精确度高。
, 百拇医药
3.3 具有临床意义的医学图像三维重建一个主要特点是要求重建时间尽可能短，为诊断和治疗提供及时依据。目前三维图像的重建方法主要有体素重建法、表面重建法、彩色分域法、截面重建法等，每种方法各有优缺点，分别适合不同的器官组织三维重建。我们对心脏运用表面重建法，但考虑其取值多，计算量大，因此采用快速Phong算法和汇编语言，大大提高运行速度，为临床人体心脏三维重建提供了一条可行的方法。
基金项目：上海市科技发展基金资助(编号975114026)
作者简介：李文生，男，31岁，讲师，硕士生
宋志坚，男，36岁，副教授，博士，硕士生导师
参考文献
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4 黄泽奇，左焕琛，刘卫民. 人心计算机三维重建和显示的研究. 解剖学杂志， 1991；14(4)：318～321
, 百拇医药
5 宋志坚，吴国强，左焕琛等. 心脏解剖断面的三维重建与计算方法. 上海医科大学学报， 1996；23(5)：351～354
6 徐微苑，庄天戈，左焕琛等. 从断层图像重建人体脏器的三维结构. 中国生物医学工程学报， 1991；10(2)：106～112
7 路 伟，左焕琛，赵淑民等. 人体动脉连续组织切片的计算机三维重建. 解剖学杂志， 1996；19(6)：469～471
8 章 明，韩水坚，汪国昭等. 人喉的计算机三维重建及显示. 解剖学杂志， 1997；20(3)：205～207
1998-12-16收稿，1999-04-13修回, 百拇医药