腹部螺旋CT血管成像技術(shù)

亞秒級的螺旋CT(spiral CT，SCT)和隨后出現(xiàn)的多層螺旋CT(multi-sliceCT，MSCT)為CT技術(shù)的進(jìn)步和臨床應(yīng)用提供了的機(jī)遇，其中有影響力的進(jìn)步之一就是CT血管成像(CTA)的發(fā)展，它使用薄層掃描及多種三維重建技術(shù)等影像后處理技術(shù)獲取血管圖像，在許多臨床應(yīng)用中可以與傳統(tǒng)血管造影相媲美甚至略勝一籌[1]，CTA在評價血管疾病方面已經(jīng)成為一種重要的診斷工具[2]。CTA在腹部的應(yīng)用已不再局限于對腹部大血管本身的病變的診斷和評價，而是開始逐漸擴(kuò)展到中小血管，螺旋CT血管造影特別是多層螺旋CT血管造影(SCTA、MSCTA)能清晰地顯示胰周血管、門靜脈、腸系膜血管的分支等細(xì)管徑血管，對胰腺癌術(shù)前評價、腸缺血的早期診斷、腸Crohn病活動性的評價、肝切除術(shù)、肝移植術(shù)、肝灌注化療前計劃、各種原因所致門靜脈擴(kuò)張的治療前評價等方面顯示出其獨(dú)特的價值。三維CTA已經(jīng)成為入侵性小的血管成像新形式之一[3]。CTA的成像技術(shù)對CTA成功與否及其圖像質(zhì)量關(guān)系密切，相應(yīng)地開始得到越來越多地關(guān)注。

獲取高質(zhì)量CTA圖像所涉及因素較多，主要包括兩方面：掃描技術(shù)和后處理技術(shù)，具體涉及CT掃描儀的技術(shù)水平、準(zhǔn)直器寬度(collimation)(層厚)、螺距(helical pitch)、曝光參數(shù)、掃描野、重建間隔(reconstruction increment)、內(nèi)插運(yùn)算方法(linear interpolation algorithm，

LIA)、后處理技術(shù)、背景密度與血管密度的差值、小血管走行方向與掃描層面的關(guān)系、對比劑的應(yīng)用和生理病理因素的影響等。上述各種因素對CT血管造影圖像質(zhì)量的影響程度和方式不同，且各因素之間相互影響。

1 CTA掃描技術(shù)\r

專業(yè)的掃描技術(shù)對CTA數(shù)據(jù)的獲取及疾病研究至關(guān)重要[2，4，5]，具體如下：

1.1 螺旋CT及多層CT進(jìn)行CTA檢查的優(yōu)勢 SCT和MSCT能快速獲得薄層圖像，實(shí)現(xiàn)了從層掃描模式向容積掃描模式的飛躍，其三維圖像不是單層圖像的疊加而是真正的容積圖像，在此基礎(chǔ)上的三維重建技術(shù)能清晰地顯示細(xì)小血管的形態(tài)及管腔有無狹窄、異常血管存在與否及其位置，還能改變后處理參數(shù)以同時顯示多種組織(如同時顯示胰腺腫塊和腸系膜上動脈) [1]。

然而單層螺旋CT Z軸方向僅有一排探測器，因此單位時間內(nèi)的掃描范圍(長度)不足以適應(yīng)腹部大范圍檢查的需要，如果在一次屏氣內(nèi)掃描完長距離的整個腹部，只能犧牲圖像質(zhì)量采用較大的螺距或者較厚的準(zhǔn)直寬度，如此則無法滿足診斷的要求。MSCT由于Z軸方向的探測器由單排變?yōu)槎嗯藕筒捎昧诵碌膱D像重建技術(shù)，使掃描速度明顯提高，在胸腹部應(yīng)用時，SCT能避免呼吸運(yùn)動造成的病灶遺漏并保持掃描層面的連續(xù)性，有利于顯示血管及其與周圍臟器的關(guān)系，同時空間分辨力特別是Z軸上的空間分辨力明顯提高，相應(yīng)圖像質(zhì)量也得到明顯改善，有利于進(jìn)行CTA檢查。其優(yōu)勢主要表現(xiàn)在以下四點(diǎn)：①短時間內(nèi)大范圍掃描適應(yīng)了腹部血管檢查的需要；②掃描速度的提高可減少對比劑的用量，相應(yīng)不良反應(yīng)減少；③能多期相分別獲取動脈和靜脈的成像數(shù)據(jù)；④允許對圖像進(jìn)行薄間距再重建，從而能在無需延長掃描時間和增加對比劑的情況下，獲得更高質(zhì)量的重建圖像[6]。

1.2 CTA掃描參數(shù)的選擇 CTA掃描參數(shù)的選擇應(yīng)兼顧掃描區(qū)域的長度(或體積)、興趣血管的直徑及其走行方向、個體差異、受檢者所能摒氣的時間等因素的影響。SCT掃描長度＝準(zhǔn)直寬度×螺距×連續(xù)掃描時間，因此準(zhǔn)直寬度和螺距是兩個重要的選擇因素，它們通過層敏感曲線(section sensitivity profile，SSP)影響空間分辨力。SSP決定Z軸方向像素的大小及特征，準(zhǔn)直寬度增加，SSP寬度增加，有效層厚加大，部分容積效應(yīng)增加，空間分辨力下降。掃描參數(shù)的選擇對后期的三維重建等圖像后處理也有重要影響[7]。

1.2.1 準(zhǔn)直寬度(層厚)的選擇 準(zhǔn)直寬度和層厚是兩個完全不同的概念，二者關(guān)系密切。準(zhǔn)直寬度指準(zhǔn)直器間距，有效層厚指一幅CT圖像所代表的人體實(shí)際厚度。對非螺旋CT來說二者大小相等；對螺旋CT來說二者大小不等，一般來說有效層厚大于準(zhǔn)直寬度，二者存在正相關(guān)，增大準(zhǔn)直寬度，層厚相應(yīng)增大，反之亦然。二者對圖像質(zhì)量的影響結(jié)果是一致的；CT機(jī)和照片上所標(biāo)記的層厚有的是準(zhǔn)直寬度，有的是有效層厚，實(shí)際工作中使用者經(jīng)常將二者混為一談，許多學(xué)者所說的層厚往往是指準(zhǔn)直寬度，而不是有效層厚。值得注意的是有效層厚在準(zhǔn)直寬度相等的條件下，受螺距和重建算法的不同而產(chǎn)生大小的不同變化，其影響是間接的，因此本文以準(zhǔn)直寬度為準(zhǔn)討論二者對圖像質(zhì)量的影響和選擇。

準(zhǔn)直寬度是影響CTA空間分辨力的重要因素[8]。腹部血管的走行很多都與身體長軸平行(與掃描面垂直、與Z軸平行)或斜行，因此Z軸的空間分辨力對血管成像質(zhì)量的影響非常大，合適的準(zhǔn)直寬度是獲得良好重建圖像質(zhì)量的關(guān)鍵。準(zhǔn)直寬度越小，SSP寬度越小，有效層厚越薄，空間分辨力越高。同時減小準(zhǔn)直寬度還可降低部分容積效應(yīng)[9]。若興趣血管與掃描層面平行，理論上準(zhǔn)直寬度應(yīng)小于興趣血管直徑的一半，則部分容積效應(yīng)對重建圖像質(zhì)量影響較小，所得重建血管清晰。國外文獻(xiàn)報道，腹部CTA宜采用3 mm準(zhǔn)直寬度(單螺旋CT)、1-2.5 mm準(zhǔn)直寬度(MSCT) [1]；國內(nèi)文獻(xiàn)報道，一般采用5mm準(zhǔn)直寬度(單螺旋CT)、3 mm準(zhǔn)直寬度(MSCT)。有學(xué)者認(rèn)為不應(yīng)一味追求準(zhǔn)直寬度超薄，因?yàn)檫@樣將同時伴有圖像噪聲增大、密度分辨力降低、掃描時間延長(受檢者屏氣時間延長)。并導(dǎo)致血管內(nèi)對比劑濃度下降(或需要較大量的對比劑來保持血管內(nèi)的濃度)，從而影響重建圖像質(zhì)量，而且受檢者輻射劑量也會相應(yīng)增加。

多層螺旋CT在這方面有著不可替代的優(yōu)勢，既能采取較薄的層厚以保證血管成像的高質(zhì)量，又不會延長掃描時間，同時節(jié)約了對比劑。

1.2.2 螺距的選擇 螺距是影響密度分辨力的重要因素。準(zhǔn)直寬度不變時，減小螺距，密度分辨力增加，Z軸分辨力提高(better longitudinal resOlUtiOns) [10]；增大螺距，單位時間內(nèi)進(jìn)床距離增大，可縮短給定掃描長度的總掃描時間或延長Z軸掃描范圍(長度) [11]，但同時圖像分辨力(主要是密度分辨力)下降，部分容積效應(yīng)明顯[9]，重建圖像梯形偽影發(fā)生率增加。但當(dāng)準(zhǔn)直寬度小到一定程度(≤3mm)時，螺距從1.0增加到2.0，掃描速度提高一倍，而重建圖像的密度分辨率下降不明顯。

1.2.3 準(zhǔn)直寬度與螺距的匹配 準(zhǔn)直寬度對SCTA圖像質(zhì)量(主要是空間分辨力)的影響大于螺距對其(主要是密度分辨力)的影響。血管成像主要要求較高的空間分辨力，減小準(zhǔn)直寬度可使空間分辨力增大，以提高細(xì)小血管的顯示能力；螺旋CT血管造影時，血管強(qiáng)化顯著，血管與周圍組織密度差別大，可忍受較大噪聲；加大螺距導(dǎo)致密度分辨力的下降并沒有多少能力影響圖像質(zhì)量的總體水平。因此對給定長范圍的掃描，可盡量選用小準(zhǔn)直寬度、大螺距[10]，以獲取大的Z軸分辨力(主要是空間分辨力) [12]，從而提高SCTA的圖像質(zhì)量。但是，門靜脈成像與其他血管成像不同，門脈期掃描時肝臟強(qiáng)化程度正是高峰，與門靜脈本身的CT差值較小，因此采用過薄的準(zhǔn)直寬度會因密度分辨力的下降而實(shí)際影響門靜脈邊緣的清晰度、降低血管成像的質(zhì)量。

1.2.4 曝光參數(shù)的選擇 增加管電流和(或)管電壓可提高密度分辨力和信噪比。由于CTA采用薄層掃描，要求較高的曝光量才能得到較大的信噪比，CT掃描儀預(yù)設(shè)掃描參數(shù)用于國人已較高，可不必調(diào)整或稍做調(diào)整。一般采用管電流160-220 mAs，管電壓120 kVp。

1.2.5 掃描野的選擇 較小的掃描野可獲得較高的空間分辨力。因此在實(shí)際掃描中要盡量地縮小掃描野，以提高血管成像質(zhì)量。

1.3 對比劑對CTA的影響 對比劑的合理應(yīng)用是決定CTA優(yōu)劣成敗的關(guān)鍵。對比劑合理應(yīng)用的影響因素主要是對比劑的注射流率、總劑量、延遲掃描時間及對比劑種類的選擇。這些因素決定了對比劑在靶血管中的佳強(qiáng)化狀態(tài)。

1.3.1 對比劑的注射流率和劑量的選擇 對比劑在血管內(nèi)保持較高濃度可增大血管與周圍組織的密度差，使二者對比明顯，靶血管容易獲得顯影，重建圖像質(zhì)量高。

對比劑注射流率和總劑量通過影響靶血管強(qiáng)化峰值(maximum contrast enhancement，Imax)、到達(dá)時間(time tomaximum enhancement，Tmax)和持續(xù)時間(time to equilibrium phase，Teq)影響血管成像質(zhì)量。提高注射流率，Imax相應(yīng)增加，所得三維重建圖像優(yōu)于慢速率者，但注射流率過快易導(dǎo)致對比劑外滲等不良反應(yīng)。增大對比劑總量，Imax，Tmax，ＡＮＤTeq相應(yīng)增大[13]，即較大的劑量可在較長時間內(nèi)維持較高的血藥濃度。CTA的對比劑用量大于一般增強(qiáng)所用劑量，單螺旋CT的對比劑用量大于MSCT。

使用相同的對比劑總量和注射流率時，由于生理、病理因素的影響，圖像質(zhì)量水平仍存在個體差異。有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)正常組和肝硬化組門靜脈與肝臟密度差之間存在差異，可能會影響后者的門靜脈血管造影圖像質(zhì)量。肝臟疾患(如肝硬化、門脈高壓、巨塊型肝癌或彌漫性肝癌、門脈栓塞等)可影響門脈強(qiáng)化或使門脈管腔變細(xì)，使血管成像質(zhì)量下降。

1.3.2 對比劑種類的選擇 由于不同對比劑的碘濃度和滲透壓不同，使用相同注射流率所得血管強(qiáng)化程度和持續(xù)時間相應(yīng)不同。碘濃度高者的平均峰值強(qiáng)化(mean peak enhancements)比碘濃度低者高，碘濃度相同者平均峰值強(qiáng)化無顯著性差異；碘濃度相同時，低滲者的峰值后血藥濃度衰減比高滲者慢，低滲低碘濃度者與高滲高碘濃度者無顯著性差異。對于CT血管成像，掃描范圍長，使用相同碘濃度對比劑時，選用低滲者所得血管圖像質(zhì)量高[14]。

1.3.3 延遲掃描時間的選擇 選用合理的延遲掃描時間是保證CTA圖像質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一。過早掃描靶血管內(nèi)血藥濃度不夠，過晚掃描則掃描后期血藥峰值已過，二者均導(dǎo)致全部或部分血管顯影不良[7]。延遲時間主要與受檢者循環(huán)時間有關(guān)，受生理、病理影響而存在個體差異。

較準(zhǔn)確的延遲時間可通過小劑量預(yù)實(shí)驗(yàn)技術(shù)估算，亦可采用對比劑追蹤觸發(fā)軟件智能掃描，后者是注入對比劑后，在同一層面用CT透視方式監(jiān)測感興趣區(qū)CT值的變化，當(dāng)達(dá)到預(yù)設(shè)的閾值時，自動啟動掃描程序，更好地顯示靶血管的同時，省去了小劑量實(shí)驗(yàn)，減少了對比劑用量。設(shè)置恰當(dāng)?shù)拈撝凳怯|發(fā)智能掃描成功的關(guān)鍵[15]。

1.3.4 口服對比劑對CTA的影響 陽性胃腸對比劑可干擾強(qiáng)化血管的顯示，尤其是干擾三維后處理圖像質(zhì)量。因此腹部CTA常規(guī)用水作為胃腸標(biāo)記物。

2 CTA的后處理技術(shù)\r

一旦CTA影像數(shù)據(jù)采集、傳輸結(jié)束，可在工作站上進(jìn)行多種圖像后處理，以得到優(yōu)化顯示的血管圖像。

2.1 重建條件

2.1.1 重建算法(reconstruction algorithm) 腹部CTA多采用標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)(stＡＮＤard)算法，既可避免采用銳利函數(shù)所造成的密度分辨力下降，又可避免采用平滑函數(shù)所造成的空間分辨力下降。

2.1.2 重建間隔(reconstruction increment) SCT容積數(shù)據(jù)采樣結(jié)束后，可以從Z軸上任意一點(diǎn)開始重建二維圖像，重建間隔可以任意設(shè)定?？s小重建間隔，部分容積效應(yīng)降低[10]，MPR和三維重建圖像質(zhì)量提高，但重建圖像數(shù)量增加，重建時間延長[11]。在腹部重建間隔宜≥層厚的1／2即可，小于層厚的1／2時數(shù)據(jù)重復(fù)使用超過50％，這對降低部分容積效應(yīng)和提高三維圖像質(zhì)量效果不明顯，所以不必選用過小的重建間隔。

2.1.3 重建視野 減小重建視野或使用靶重建可使單位面積內(nèi)像素增多從而可獲得較高的空間分辨力。

2.2 重建方法 螺旋CT目前主要有以下六種重建方法。

2.2.1 大密度投影(maximum intensity projection，MIP) MIP能反映相應(yīng)像素的X線衰減值，較小的密度變化也能在MIP圖像上顯示，能很好地顯示血管的狹窄、擴(kuò)張、充盈缺損及區(qū)分血管壁上的鈣化與血管腔內(nèi)的對比劑[8]，正確及熟練運(yùn)用MIP技術(shù)可對直徑>2-3 mm血管清晰成像，并能提供較DSA更多的信息，對尋找血管狹窄的病因和治療有一定指導(dǎo)意義；與其他血管重建圖像比較，在血管徑線的測量方面接近實(shí)際數(shù)據(jù)。缺點(diǎn)是不能對深度關(guān)系進(jìn)行編碼，立體感較差，但通過繞軸旋轉(zhuǎn)多角度觀察或放電影式觀察，也能反映血管結(jié)構(gòu)的深度關(guān)系。

2.2.2 表面遮蓋顯示(shaded surfacedisplay，SSD) SSD可以用多個CT閾值進(jìn)行重建，并以不同色彩顯示。例如對于動脈夾層，可利用真假腔之間CT值的差別，分別用不同色彩標(biāo)記，可更清晰顯示動脈夾層的病理改變。優(yōu)點(diǎn)是能多角度觀察，空間立體感強(qiáng)，解剖結(jié)構(gòu)顯示清晰，有利于對病變定位。其缺點(diǎn)是丟失了大量與X線衰減有關(guān)的信息，鈣化斑和增強(qiáng)的血管腔密度都高于所選的閾值時被顯示為同一種結(jié)構(gòu)，而閾值以下的小血管不能被顯示或?qū)е卵苁д?如過度狹窄等)。因此在實(shí)際應(yīng)用中，主要用來顯示血管之間、血管與鄰近其他解剖結(jié)構(gòu)的毗鄰關(guān)系，一般不用于測量血管的徑線或者判斷血管的狹窄程度和血管是否閉塞。

2.2.3 多平面重組技術(shù)(multi planarre formation，MPR) 將直接掃描圖像疊加，沿一定方向重新組合得到任意方向的二維斷層圖像，能反映相應(yīng)原始像素的X線衰減值。在工作站放電影式連續(xù)觀察，可獲得三維印象。容積掃描基礎(chǔ)上的MPR或各向同性MPR圖像質(zhì)量與原始圖像相仿，可作為診斷依據(jù)。由于血管的走行多紆曲，直線的MPR難以顯示血管的長軸，所以血管的多方位重組大多采用曲面重組。

2.2.4 曲面重組(curved planar reformation，CPR) CPR可將扭曲、縮短和重疊的血管伸展拉直展示在一個平面上，缺點(diǎn)是在設(shè)定軌跡時存在人為誤差，空間分辨力不恒定，一幅圖像僅能顯示血管的一個斷面。16層CT后處理軟件可自動沿血管中軸線剖開血管，所得CPR去除了人為影響，還能沿中軸線連續(xù)旋轉(zhuǎn)180°，得到具有多個斷面的動態(tài)CPR圖像。CPR對紆曲血管和血管內(nèi)支架術(shù)后評價有一定價值，對腹腔動脈的復(fù)雜分支CPR無明顯優(yōu)勢。

2.2.5 容積再現(xiàn)(volume rendering，VR) VR能使表面與深部結(jié)構(gòu)同時立體地顯示。VR能檢出由于狹窄的動脈與掃描層面平行而在軸位CT圖像上未清楚顯示的動脈狹窄。李曉兵等[16]報道，MSCTA的VR成像對正常腹腔動脈、腸系膜上動脈、門靜脈主干、脾靜脈、腸系膜上靜脈的顯示率均為100％，對胃十二指腸的顯示率為90．9％。多層CT的VR軟件功能更強(qiáng)大，操作簡單，還可測量非圓形血管(如管壁上有軟斑塊)的截面積，評價狹窄程度更準(zhǔn)確。與其他三維重建方法比較，VR既能顯示血管之間、血管與鄰近組織器官的三維立體關(guān)系，又有一定的透明度，更適合用于觀察血管，VR優(yōu)于MIP和SSD[17]。

2.2.6 CT仿真內(nèi)鏡(CT virtual endoscopy，CTVE) 可顯示血管內(nèi)表面的情況，如管腔內(nèi)的粥樣斑塊，管壁的鈣化、潰瘍，動脈分支與動脈瘤的關(guān)系，動脈瘤的血栓形成及破裂口等。缺點(diǎn)是不能進(jìn)行活檢，閾值的選擇可影響病變的幾何形狀，可產(chǎn)生穿透偽影(pierced surfaceartifact)、漂浮偽影(floating shape artlfact)。

2.3 重建方法的比較與選擇 在腹部CTA中常用VR、MIP、MPR、SSD等容積重建技術(shù)[18]。各向同性MPR可直接作為診斷依據(jù)，其他三維技術(shù)需結(jié)合原始斷層圖像。測量血管直徑和長度時，MPR和／或MIP；判斷血管是否閉塞和血管的狹窄程度時，可選MPR、MIP或VR；VR和SSD的立體感強(qiáng)，而且VR血管細(xì)膩，所顯示細(xì)小分支更多，操作更簡便，需要觀察血管之間、血管與鄰近其他解剖結(jié)構(gòu)的毗鄰關(guān)系時，VR。

總之，CTA的成像技術(shù)對CTA成功與否及其圖像質(zhì)量有直接影響，隨著CTA成像技術(shù)的研究和發(fā)展必將促進(jìn)其圖像質(zhì)量的提高和得到更廣闊的臨床應(yīng)用。