多层面螺旋CT图像后处理技术.docx

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多层面螺旋CT图像后处理技术

第三章多层面螺旋CT图像后处理技术

中国医科大学第一临床学院放射科朱玉森

CT图像后处理是80年代末伴随螺旋CT的应用而出现的图像综合分析和处理技术，是将原始横轴位图像以二维或三维图像形式再现的过程。

图像后处理需要局域网络、图像工作站、图像后处理软件和相应的后处理图像输出设备。

图像后处理技术包括二维（多平面重建）、三维（容积重建、表面重建）和CT仿真内窥镜等多种重建方法。

后处理图像的质量主要取决于原始数据的采集和原始图像的重建质量，以及图像后处理软件的算法。

图像后处理的临床意义在于它从多方位、多角度为影像专业和临床医生提供了更完整、更直观和更易读的反映人体内部组织器官解剖结构和病变情况的影像学信息。

与普通螺旋CT后处理图像不同的是，多层面螺旋CT后处理图像具有更高的图像品质和更广的图像范围，为临床诊断和治疗提供的影像信息更精确、更可靠。

随着影像数据采集和后处理设备以及软件技术的不断发展和完善,图像后处理技术在医学影像学诊断领域会发挥越来越重要的作用。

第一节图像后处理工作站

大多数螺旋CT制造商如：

GE、Siemens、Toshiba、Marconi等公司都开发了专用的图像后处理工作站和图像后处理软件。

以Toshiba的SGIO2（ImagesPost-ProcessingWork-StationSGIO2）工作站为例，它是以Toshiba协议或DICOM标准通过以太网络与CT、MR等系统进行数据传输并通过软件系统进行二维和三维图像重建的计算机辅助医学影像诊断系统，它由硬件系统和软件系统两部分组成。

一、硬件系统部分

为了快速获得高质量的后处理图像，多层面螺旋CT通常以1.0-3.0mm的层厚采集原始数据，并以0.5-1.0mm的间隔对其进行重叠重建，从而产生大量的（一般为100-600幅）原始横轴面图像。

因此，工作站硬件系统的配置水平就决定了图像后处理的能力和速度。

SGIO2硬件系统的配置为：

（一）中央处理器：

R1000064bitRISC1,270MHz

（二）主存储器容量：

1Gb

（三）数据高速缓冲存储器容量：

32Kb

（四）硬盘容量：

27Gb（512×512矩阵的图像大约可存储22,500幅，256×256矩阵的图像大约可存储900,000幅）

（五）图像监视器：

21英寸彩色监视器，视频输出1280×1024，7503Hz

（六）磁光盘驱动器：

5英寸，可驱动0.6/2.6Gb的可读写磁光盘（0.6Gb磁光盘：

512×512矩阵的图像大约可存储2,200幅；256×256矩阵的图像大约可存储8,800幅，2.6Gb磁光盘：

512×512矩阵的图像大约可存储9,000幅；256×256矩阵的图像大约可存储36,000幅）

（七）彩色打印机：

通过以太网连接的彩色打印机可输出高质量的彩色图片

（八）视频输出：

支持NTSC和PAL两种标准，可以将正在处理中的屏幕图像以视频信号的方式输出

二、软件系统部分

图像后处理的目的是为临床诊断和治疗提供完整、丰富、和直观、易读的影像信息。

软件系统为此通过先进的算法（Algorithm）提供了对原始图像的处理、分析和输出等功能。

（一）系统软件：

IRIX版本6.5

（二）应用软件：

Alatoview版本1.42。

它是一种可以将CT、MR、NM（NuclearMedicine）和数字X-ray设备采集和重建的断层图像处理成各种二维和三维图像的医学图像后处理应用软件系统。

主要功能包括图像文件管理、二维图像后处理、三维图像后处理、仿真内窥镜、后处理图像输出等。

Alatoview支持通过以太局域网络用Toshiba协议和DICOM标准与Toshiba或非Toshiba的CT和MR等影像数据采集设备进行数据通讯。

第二节图像后处理方法

常规横轴面图像仅显示人体横断面解剖的影像信息。

诊断时，需要由有经验的影像专业医生对大量的图像进行逐层面的分析，同时要将观察到的连续影像在大脑中建立起组织器官的立体和空间关系概念才能判断病变的位置、范围和与周围组织器官之间的关系。

但是，对于复杂的部位和器官（如：

腹部和盆腔，以及微细的血管结构）往往会给分析带来困难，甚至造成错误的判断。

图像后处理方法则通过对原始图像的二维和三维重建，以任意平面和任意角度的立体图像为影像专业医生和临床医生提供了完整、直观和易于精确定位的影像信息。

不同厂商开发的图像后处理软件功能各异，Alatoview应用软件系统的主要图像后处理功能见表1。

表1多层面螺旋CT图像后处理软件Alatoview功能分类

二维图像后处理

1.多平面重建（MultiPlanarReconstruction-MPR）

2.冠状面（CoronaryPlanarReconstruction）

3.矢状面（SagittalPlanarReconstruction）

4.横轴面（TransverseaxialPlanarReconstruction）

5.斜面（ObliquePlanarReconstruction-OPR）

6.曲面（CurvedPlanarReconstruction-CPR）

7.计算容积重建（ComputedVolumeReconstruction-CVR）

三维图像后处理

三维容积重建（Three-dimensionalvolumereconstruction）

1.遮盖容积重建（Shadedvolumereconstruction-SVR）

2.密度容积重建（Intensityvolumereconstruction-IVR）

3.最大密度投影（MaximumIntensityprojection-MIP）

4.最小密度投影（MinimumIntensityprojection-Min-IP）

5.X-线模拟投影（X-rayprojection-X-rayProj）

6.透明化X-线模拟投影（TransparencyX-rayprojection-4D）

三维表面重建（Three-dimensionalsurfacereconstruction）

1.遮盖表面重建（Shadedsurfacedisplay-SSD）

2.Texture-All

3.Texture-Exp

仿真内窥镜

1.仿真内窥镜（Fly-through）

2.腔器官铸型（Fly-around）

一、

二维图像后处理（TwoDimensionalImagesPost-Processing）

（一）多平面重建（MPR）

图3-2-1MPR重建屏幕

MPR是从原始横轴位图像获得人体相应组织器官任意层面的冠状、矢状、横轴面和斜面的二维图像的后处理方法。

图3-2-1所示为生成冠状、矢状、横轴和斜面二维图像的操作屏幕界面。

在冠状、矢状和横轴面框内均有相互垂直的两条光标线（冠状面框内还有一条斜面光标线），用鼠标拖动光标线至不同的位置即可得到相应方位和平面的图像。

点击鼠标右键可以将冠状面框内的斜面光标线移至其它框内，通过调整斜面光标线的位置和角度则可以得到任意斜面的图像。

MPR适用于显示全身各个系统组织器官的形态学改变，尤其是对判断颅底、颈部、肺门、纵隔、腹部、盆腔内、动静脉血管等解剖结构复杂部位和器官的病变性质、侵及范围、毗邻关系和小的骨折缝隙及骨折碎片和动脉夹层破口及胆道、输尿管结石的定位诊断具有明显的优势（图3-2-2,3）（图3-2-2,3-2-3）。

国外文献作者认为横轴位图像是CT影像诊断的“金标准”，而多层面螺旋CT以0.5mm的薄层采集容积数据大大提高了沿躯体长轴方向的分辨率，重建后的MPR图像具有各向同性（Isotropic）的特点，即各方位不同层面的图像具有完全（几乎）相同的空间分辨率和信噪比。

所以，多层面螺旋CT的MPR图像均可以作为CT图像诊断的“金标准”。

但是，前提是采用薄层采集数据、选用适当的螺距、重叠重建、滤过重建函数（软组织或骨函数）和去除骨伪影的参数（RASP）等。

图3-2-2髂总动脉瘤MPR图像图3-2-3

曲面重建（CPR）是MPR的一种特殊方式。

图3-2-4所示为生成曲面图像的操作屏幕界面。

可选择在冠状、矢状和横轴面框内按靶器官走行方向用鼠标追踪点击划出一条通过该器官轴线的曲线，即可将曲线所经过层面的体元数据重建成一幅拉直展开的图像。

曲面重建适用于展示人体曲面结构的器官（如：

颌面骨、骶骨、走行迂曲的动脉血管、支气管和胰腺等）的全貌（图3-2-5,6）（图3-2-5,3-2-6）。

重建后的曲面图像同样具有各向同性（Isotropic）的特点。

但是，曲面图像的客观性和准确性受操作者点划曲线的准确性影像较大。

特别是用该方法测量的直径和长度等结果有一定的误差。

图3-2-4曲面重建屏幕

图3-2-5上颌埋伏牙曲面重建图像图3-2-6右肾动脉狭窄曲面重建图像

计算容积重建（CVR）是MPR的另一种特殊方式。

它主要是通过适当地增加冠状、矢状、横轴面和斜面图像的重建层厚，以求能够较完整地显示与该平面平行走性的组织器官结构的形态，如：

血管、支气管等等（图3-2-7,8）（图3-2-7,3-2-8），同时也可以增加图像的信/噪比。

但是，过分增加重建层后（厚）也会（因降低空间分辨率而）掩盖小的病灶或（病变或正常组织的微细构造）结构。

采

图3-2-7前颅窝底脑膜瘤CP（V）R图像（左下图）图3-2-8（肺转移瘤的CVR图像）

采集数据要求：

1）摆正体位；2）头颈部器官和骨骼采集层厚≤1.0mm/每层，胸腹部器官采集层厚≤3.0mm/每层，重叠50%重建；3）重建函数选用FC10（软组织）/FC30（骨骼）；4）对手、脚掌骨及关节等部位在确保扫描范围足够的情况下，尽量采用小视野放大扫描；5）胸锁关节、肩关节及髋关节等部位重建图像时须选用RASP参数以除去伪影干扰；6）对（欲了解）骨骼肿瘤需了解周围软组织受侵及范围和程度时须注射对比剂。

图像后处理技术要点：

1）根据要显示的靶器官（诊断目的）适当调整窗宽、窗位；2）采用小间隔（<2mm）生成轴位预览图像以找出病变所在位置和范围；3）针对已确定的病变范围根据需要调整层间隔、层厚和图像帧数（，）分别生成轴位、冠状位和矢状位图像；4）如果采集数据时病人体位不正，须用斜面重建方式进行调整以获得对称图像（；5）要提高图像信噪比或是强调病变与周围血管等关系时，制作CVR图像；如有特殊需要，如要追踪血管或输尿管等时，制作CPR图像。

）

（二）图像滤过处理（ImagesFilteringProcessing）

图像滤过处理是改变图像重建算法以提高后处理图像空间分辨率和密度分辨率的计算机软件技术（图9-10）。

根据滤过效果可以分为平滑、平均和边缘锐化三种方式。

对原始横轴位图像滤过处理的（图像显示）效果与使用相应的滤过重建函数对原始数据（滤过处理再）重建后的图像（显示）效果等同。

但是，前者可以大大缩短主机的图像重建时间，并节省对同一病人的数据用不同滤过重建函数生成的多组图像所占用的硬盘存储空间。

滤过可以针对某一幅图像，也可以对一组图像进行批处理。

图3-2-9滤过前（左）

图3-2-10滤过后（右）

（三）自动电影图像生成（AutomaticMovieImagesGeneration）

自动电影图像生成是二维图像后处理中的一个重要功能。

虽然MPR图像可以为诊断提供任意方位的影像信息，但是其中任一幅仅能反映人体局部某一方位一个层面的解剖图像。

所以，需要观察和分析检查部位范围内连续层面的图像特征才能全面、准确地判断病变以及与周围组织器官的毗邻关系，自动电影图像生成就提供了这样的功能。

生成自动电影图像前，要根据需要确定生成电影图像的范围、层厚和层间隔，并调整好窗宽和窗位。

生成后可以适当的速度回放和通过激光相机打印出胶片，也可以保存到硬盘或磁光盘中。

（四）图像注释和测量（ImagesAnnotationandMeasurementProcessing）

注释和测量是图像分析的辅助功能。

它可以在图像上做文字、直线、折线、箭头、圆、椭圆、矩形框等标注和在适当的位置插入刻度标尺；可以做长度、角度和直径的测量；也可以测量图像中某一点或某一兴趣区的CT值，兴趣区的大小可以任意调整，形状可以选择圆形、椭圆形、矩形或任意形状，可以在图像的任意位置设置一个或多个兴趣区。

测量结果中给出兴趣区内CT值的最大值、最小值、平均值和标准差。

对图像的辅助分析和处理功能详见表2。

表2图像的辅助分析和处理功能

后处理方法

自动电影

注释

测量

滤过

测CT值

缩放

移动

镜像

灰阶调整

MPR

〇

CPR

〇

SVR

〇

IVR

〇

MIP

〇

Min-IP

〇

X-rayProj

〇

SSD

〇

Texture-all

〇

Texture-Exp

〇

Fly-through

Fly-around

〇

注：

〇允许，×不允许

二、三维图像后处理

（一）三维容积重建

1、

图3-2-11SVR重建屏幕

遮盖容积重建（（ShadedVolumeRendering,）SVR）：

主要算法特点是利用采集矩阵中容积数据的全部体元，由灰阶梯度法根据每个像元光源的方向和强度进行遮盖，以8种颜色表达不同的像元值，针对每个像元值调整其透过度。

图像主要的特点是分辨率高，可以同时显示软组织、血管和骨骼，三维空间解剖关系清晰，色彩逼真、任意旋转角度、操作简便和适用范围广，是目前多层面螺旋CT三维图像后处理中最常用的技术之一。

图3-2-11所示为生成SVR图像的操作屏幕界面。

装入（load）原始图像数据后，在显示方式菜单中选择“ShadedVol”，在条件菜单中选择相应的重建部位或器官项（每一个项目中均提供预设的CT值）见表3，即可得到该部位或器官的初步图像。

然后，根据需要可用“平面剪辑-Clliping”、“斜面剪辑-Clliping”、“切割-Cutting”、“钻洞-Drilling”和“电子分离-Seed”等工具对图像进一步加工处理，以使病变和周围的组织最大限度地、完整、清晰地显示出来。

最后，用“不透过度曲线-Opacity”调整图像中不同组织的清晰度、伪彩色、光照亮度，并选择“图像高质量方式-Qualitymode”，即可得到最终的图像。

（自认为理想效果的设定值可以存储在菜单中，以供下次直接选用。

）

表3条件菜单中的预设CT值

部位或器官

预设CT值

表面显示域值

动态范围

下限值（HU）

上限值（HU）

下限值（HU）

上限值（HU）

CT-骨

250

2048

CT-软组织

-200

2048

-300

2048

CT-脑血管

2048

-256

512

CT-胸部、皮肤

-700

-200

-1100

512

CT-腹部、肝脏、盆腔

-120

2048

-512

512

CT-软组织、血管

100

2048

-512

512

MR-脑，FE_T1

350

2048

MR-血管

300

2048

MR-3D_FASE,MRCP

400

2048

3D-血管

2048

SVR图像主要适用于显示以下器官和系统的病变：

1）

骨骼系统：

SVR图像可以立体、直观和清晰地显示正常颅骨、躯干骨和四肢骨的生理性突起（如：

棘、粗隆、结节和嵴等）、凹陷（如：

窝、沟和压迹等）、空腔（如：

腔、窦、管、道、孔等）和膨大（如：

头、颈和髁等），以及关节的骨性结构（如：

关节头和关节盂等）的形态。

对长骨、短骨、扁骨和不规则骨，特别是对显示解剖结构和关系复杂的腕关节、踝关节、肘关节、肩关节、髋关节和脊柱及其附件的骨折，关节脱位，畸形以及骨肿瘤等病变的位置、程度、范围和与周围组织器官的毗邻关系，对骨科和整形外科制定手术方案、预测手术的可能性及评估手术的愈后等都具有很高的临床应用价值（图3-2-12,17）。

图3-2-12下颌骨肉瘤SVR图像图3-2-13颈椎结核SVR图像图3-2-14肋骨骨折SVR图像

采集数据要求：

1）摆正体位；2）采集层厚<2.0mm/每层，重叠重建间隔≤0.5mm；3）选用骨骼重建函数FC30；4）对手、脚掌骨及关节等部位在确保扫描范围足够的情况下，尽量采用小视野放大扫描；5）胸锁关节、肩关节及髋关节等部位重建图像时须选用RASP参数以除去伪影干扰；6）颌面部扫描时病人应取张口位（或咬牙垫）；7）对骨骼肿瘤需了解周围软组织受侵及范围和程度时须注射对比剂。

图3-2-15腰椎骨折SVR图像图3-2-16挠骨小头骨折SVR图像图3-2-17骨巨细胞瘤复发SVR图像

图像后处理技术要点：

1）准确选择预设CT值的上下限（见表3），尤其是对较薄的扁骨（如：

肩胛骨）重建时应特别慎重以免造成人为的骨质缺损或破坏的假象；2）必要时可用Clipping、Cutting等工具除去扫描托架、固定石膏等影像的干扰和（，）清晰地显露病变；3）对骨关节可用Seed技术施行电子关节分离，以便更清楚地观察关节头和关节盂；4）适当调整伪彩色和遮盖光线的强度，以使图像更清晰、色彩更逼真；5）在判断解剖结构复杂或细小的骨折缝隙和游离碎片时需要借助MPR图像准确定位；6）多角度旋转图像尽可能清晰、完整地显示病变部位以及与邻近结构的三维空间关系。

2）血管系统：

SVR作为MS-CTA的主要后处理技术在血管系统特别是对动脉血管系统病变可以清晰、确切地显示大范围复杂血管的完整形态、走行和病变，图像立体感强，能以多角度直观地显示病变与血管、血管之间以及血管与周围其它器官之间的三维空间解剖关系，其诊断价值已经被临床医生认可。

对大动脉血管病变如：

动脉瘤、动静脉畸形、狭窄、梗塞、闭塞、夹层和血管壁的钙化等的诊断已经基本取代了（可以避免）DSA检查。

对脑动脉瘤的诊断（，）国、内外有关研究报告证实（认为）3D-CTA具有很高的准确性、敏感性和特异性，可以确切地检出瘤体直径<3mm的脑动脉瘤。

作为一种快速和非创伤性检查手段，可以准确地显示瘤体的位置、形态和大小，评价瘤颈部与瘤体、载瘤动脉和周围血管之间的空间关系，模拟手术入路为选择适当的手术治疗方案提供直观、可靠的依据，可以作为脑动脉瘤的首选影像学诊断方法。

近年来，有许多文献报道主张用3D-CTA取代或部分取代DSA诊断脑动脉瘤。

（图3-2-18,23）（。

）

采集数据要求：

1）采集层厚≤3.0mm/每层；2）重叠重建间隔≤2.0mm；3）选用软组织重建函数，如FC=10/43；4）对比剂用量1.0-2.0ml/kg；5）注射速率2.5-3.0ml/sec.；6）延迟时间15-20sec.，必要时可用对比剂跟踪技术（Sure-Start）；7）扫描方向自下而上（同血流一致）；8）对Willis环动脉瘤扫描范围自第一颈椎向上10cm，并尽量采用放大扫描技术。

图像后处理技术要点：

（以脑动脉瘤诊断为例。

）1）准确选择预设CT值的上下限（见表3），过高或过底均会影像病变（血管）显示的清晰度和真实性。

但是，适当提高（降低）下限值可以（显示微细血管，如在）鉴别后交通动脉是（的）动脉瘤还是（和起始部）漏斗样扩张（时），逐渐改变（降低）域值后，动脉瘤仍保持圆顶，而漏斗样扩张则变成锥形（，尖端会有后交通动脉显现）；2）用Clipping

图3-2-18大脑中动脉瘤SVR图像图3-2-19无名动脉瘤SVR图像图3-2-20弓降部动脉瘤SVR图像

图3-2-21动脉导管未闭SVR图像图3-2-22髂总动脉瘤SVR图像图3-2-23下肢脓肿SVR图像

或Cutting等工具除去下矢状窦、直窦和大脑大静脉以及颅骨等影像的干扰；3）从前后、后前、左右侧位和头侧和脚侧位仔细观察血管形态查找动脉瘤；4）适当调整伪彩色和遮盖光线的强度，以使图像更清晰、色彩更逼真；5）在疑有直径<2.0mm的动脉瘤时需要借助Fly-around技术辅助判定；6）多角度旋转图像尽可能清晰、完整地显示瘤颈部与瘤体、载瘤动脉和周围血管之间的三维空间关系；（。

）7）对于后交通动脉瘤，也可行3D-MRA检查会更好地显露动脉瘤的全貌，而无颅底骨的干扰。

影响后处理图像质量的主要因素：

（1）数据采集层厚：

薄层（<3mm）采集数据可提高其分辨率。

（2）对比剂剂量：

适当的对比剂剂量（100ml左右）可保证血管中有较高的对比剂浓度，使血管影像特别是细小血管的影像更清晰、更真实。

（3）对比剂注射速率：

注射速率应>3.0ml/s，以避免扫描期间血管中对比剂被血流稀释，使其浓度保持较高的峰值状态。

（4）延迟时间：

它是数据采集成败的关键。

过早开始扫描，血管内的对比剂（浓度）尚未达到峰值、未充分与血液混合均匀；反之，对比剂则被血流稀释且过多地进入静脉和血管周围（周身）组织，从而影响靶血管的成像质量。

（5）心脏每搏输出量和循环时间：

心脏功能和循环时间有个体差异，最佳延迟时间也会不同。

因此，在制定扫描计划前应了解病人的心脏功能状况，以便根据具体情况调整延迟时间（，最好应用造影剂示踪技术）。

（6）肩部骨伪影：

弓上分支血管受肩部骨伪影的影响较大。

因此，在扫描计划中应选择RASP参数以除去骨伪影的干扰。

3）泌尿系统：

SVR图像可以清晰地显示经对比剂强化的肾脏、肾盏和肾盂的完整形态，以及全程输尿管的走行和梗阻、狭窄部位和狭窄程度，并能以多角度直观地显示肾脏、输尿管与周围血管以及骨骼之间的解剖关系（图3-2-24）。

4）胆道系统：

与临床胆道系统影像学检查方法“T”型管造影、经皮肝穿胆道造影（PTC）、经内镜逆行胰胆管造影（ERCP）、常规静脉胆道造影、彩色超声多普勒和磁共振胆道造影（MRCP）等比较，SVR是一种无创、无损伤和无痛苦的（胆道造影）（MS-CTC）后处理方法。

经静脉注射或滴注对比剂胆影葡胺后可以多角度、直观、完整地显示胆道系统的三维解剖形态，适于显示胆影胆管树的分布状态，能准确地定位胆道梗阻、狭窄部位、胆囊息肉和解剖变异等（图3-2-25）。

（）采集数据要求：

1）①采集层厚2.0-3.0mm/每层；2）②重叠重建间隔1.0mm；3）③选用软组织重建函数，如FC=10/43；4）④对比剂胆影葡胺用量30ml；5）⑤静脉慢速滴注射（20-30min.滴完为宜）；6）⑥延迟时间30-60min.；7）⑦当病人胆红素明显升高时（>40mmol/L），须增减对比及用量1.5倍

图3-2-24输尿管狭窄SVR图图3-2-25左右；8）⑧当病人总胆红素>85.5mmol/L时，应采用静脉注射血管增强对比剂100-130ml，注

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