螺旋CT三維重建技術(shù)對(duì)孤立性肺結(jié)節(jié)征象的研究進(jìn)展

王 霞，孫瓊芳，涂 蓉，陳東東，王圣恩，史華莉，李勝達(dá)，劉旭俊

（1.海南醫(yī)學(xué)院，海南 海口 570311；2.海南醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院放射科，海南 ?？?570102）

·綜 述·

螺旋CT三維重建技術(shù)對(duì)孤立性肺結(jié)節(jié)征象的研究進(jìn)展

王 霞1，孫瓊芳2，涂 蓉2，陳東東1，王圣恩1，史華莉1，李勝達(dá)1，劉旭俊1

（1.海南醫(yī)學(xué)院，海南 ?？?570311；2.海南醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院放射科，海南 海口 570102）

在孤立性肺結(jié)節(jié)的病變中，良、惡性的鑒別診斷一直是影像學(xué)診斷的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。隨著MSCT技術(shù)革命開始，特別是三維重建技術(shù)近年來快速發(fā)展，使能夠通過圖像特征有效表示肺部結(jié)節(jié)病理特性，從而快速準(zhǔn)確診斷孤立性肺部結(jié)節(jié)良、惡性得到了歷史性提高。

三維重建；肺結(jié)節(jié)征象；進(jìn)展；綜述

孤立性肺結(jié)節(jié)(Solitary pulmonary nodule，SPN)[1]是指肺內(nèi)直徑在3 cm以內(nèi)的類圓形病灶，無肺不張、肺炎、衛(wèi)星灶和局部淋巴結(jié)腫大，其常見疾病為周圍型肺癌、結(jié)核瘤、炎性假瘤及錯(cuò)構(gòu)瘤、轉(zhuǎn)移瘤、肺囊腫等。長(zhǎng)期以來，國內(nèi)外學(xué)者對(duì)孤立性結(jié)節(jié)內(nèi)部、結(jié)節(jié)-肺界面及結(jié)節(jié)鄰近結(jié)構(gòu)做了廣泛研究[1-7]，尤以結(jié)節(jié)內(nèi)部特征研究比較深入。

螺旋CT三維重建技術(shù)對(duì)肺結(jié)節(jié)征象的顯示把肺結(jié)節(jié)疾病的影像學(xué)診斷從二維圖像的單一形態(tài)學(xué)診斷拓展到層次分明的立體圖像，同時(shí)攜載更多診斷信息的多方位形態(tài)學(xué)診斷的新領(lǐng)域。近年來，肺癌的發(fā)病率有明顯上升趨勢(shì)，CT是發(fā)現(xiàn)肺癌最重要、最可靠的檢查方法[8-10]。在目前螺旋CT三維重建技術(shù)已日趨成熟，如何規(guī)范CT三維重建技術(shù)來展示肺結(jié)節(jié)的征象并在臨床中作為影像學(xué)診斷肺結(jié)節(jié)的標(biāo)準(zhǔn)來推廣，以提高肺結(jié)節(jié)的良、惡性的鑒別，達(dá)到術(shù)前更多采取無創(chuàng)的CT三維重建代替有創(chuàng)的病理活檢的目的。本文主要綜述螺旋CT三維重建方法對(duì)孤立性肺結(jié)節(jié)表現(xiàn)征象的顯示價(jià)值及對(duì)其征象所象征的良惡性診斷。征象反映病變的生長(zhǎng)方式和病變內(nèi)部結(jié)構(gòu)特點(diǎn)[11-14]。征象顯示越多，診斷價(jià)值越大，病變的定性就越準(zhǔn)確[15-16]。孤立性肺結(jié)節(jié)的征象直接關(guān)系到其所象征的性質(zhì)診斷和療效的評(píng)價(jià)[2，9，12]。

三維重建技術(shù)包括多平面重組(Multiplanar reformation，MPR)、容積再現(xiàn)(Volume rendering，VR)、表面遮蓋顯示(Surface shaded display，SSD)、最大密度投影(Maximum intensity projection，MIP)和最小密度投影(Minimum intensity projection，MinIP)。三維重建技術(shù)的應(yīng)用對(duì)SPN表現(xiàn)的各種征象的判斷有很大的幫助。如MPR的多次、任意角度旋轉(zhuǎn)能更準(zhǔn)確、全面地顯示SPN本身的征象和SPN與周圍組織的確切關(guān)系[17-18]，為SPN的判斷、鑒別診斷提供重要的依據(jù)[15]。VR具有密度層次、三維空間關(guān)系的偽彩影像，能充分顯示肺結(jié)節(jié)的形態(tài)特征[19]，讓其在近年來得到較好的發(fā)展。但由于周圍結(jié)構(gòu)的重疊對(duì)細(xì)微結(jié)構(gòu)的影響，部分征象未能達(dá)到診斷要求，所以在臨床上常結(jié)合MPR等方法應(yīng)用。MIP可以完整顯示病灶供血血管走行及病變與血管的關(guān)系[20]。SSD是最早應(yīng)用的三維圖像后處理技術(shù)[21-22]，易受閾值的影響，一般作為補(bǔ)充應(yīng)用。若閾值選擇準(zhǔn)確[22-25]，其對(duì)胸膜凹陷征的敏感性較橫斷面高10%以上[23，26]。MinIP能更好顯示支氣管分支及狹窄范圍，觀察氣道內(nèi)腔顯影情況[27]，但不能顯示病灶的解剖細(xì)節(jié)。此外，MIP、miniP和MPR重建技術(shù)還可以鑒別在HRCT上小的不規(guī)則邊緣結(jié)節(jié)與細(xì)支氣管緊鄰可能被誤為“樹芽征”，同時(shí)提高了空間分辨率。螺旋CT多層面重建及三維重建的立體、多層面、多角度觀察病灶，為臨床診斷提供更多信息，對(duì)指導(dǎo)外科手術(shù)治療有很大幫助。雖然近年來三維重建技術(shù)的應(yīng)用頻繁，但其方法還不夠完善，局限性較大，常需結(jié)合幾種方法以清晰顯示病變的細(xì)微結(jié)構(gòu)，僅作為臨床輔助。期待將來無創(chuàng)的三維重建技術(shù)能代替有創(chuàng)的病理活檢成為臨床中診斷孤立性肺結(jié)節(jié)的金標(biāo)準(zhǔn)。

1 CT三維重建及其方法

在醫(yī)學(xué)影像學(xué)診斷中，CT二維斷層圖像是醫(yī)生診斷疾病的常規(guī)方式。CT三維重建技術(shù)是輔助醫(yī)師對(duì)病變體和周圍組織進(jìn)行分析和顯示的有效工具，它極大地提高了影像學(xué)診斷的準(zhǔn)確性和科學(xué)性。肺結(jié)節(jié)的三維重建把肺結(jié)節(jié)與周圍組織間相互關(guān)聯(lián)情況，展示非常清晰，對(duì)肺結(jié)節(jié)的良惡性診斷起到十分重要的作用。CT三維重建常用方法有MPR、VR、SSD、MIP和MinIP。

2 CT三維重建檢查方法對(duì)孤立性肺結(jié)節(jié)診斷的各自優(yōu)勢(shì)

MPR多平面及多角度功能在顯示肺部病變征象(空泡征[13]、分葉征[13]、血管集束征[28]、細(xì)短毛刺征[15]及空氣支氣管征)，較橫斷面有明顯的優(yōu)勢(shì)[15]，結(jié)合VR重建技術(shù)還能鑒別分葉征和棘突征[29]。VR技術(shù)對(duì)于肺部結(jié)節(jié)表現(xiàn)的分葉征及血管集束征的顯示均比橫斷面圖像高[19，23]。SSD重建技術(shù)具有顯示肺結(jié)節(jié)的胸膜凹陷征[13]最佳優(yōu)勢(shì)[20]，對(duì)深分葉征[15]、血管集束征的顯示較橫斷面高，但易受閾值影響[19，23]。MIP重建技術(shù)在顯示肺部病變的周圍血管征最為敏感[20，30]。MinIP重建技術(shù)雖能整體直觀顯示氣管支氣管阻塞和狹窄范圍及程度，但對(duì)病灶解剖細(xì)節(jié)顯示差，特別是對(duì)早期小病灶及小支氣管改變有一定限制[25，28]。

3 孤立性肺結(jié)節(jié)CT三維重建檢查方法

3.1 從MPR的角度對(duì)孤立性肺結(jié)節(jié)的三維重建 MPR即多平面重組，是指在橫斷層面上按需要任意確定一個(gè)剖面的位置，計(jì)算機(jī)將一系列橫斷層面重組，獲得該剖面斷層層面的2D重組圖像，包括冠狀層面、矢狀層面和任意角度斜位層面的2D圖像。研究發(fā)現(xiàn)多層螺旋CT的掃描優(yōu)于橫斷面薄層掃描主要表現(xiàn)之一是征象顯示率高。從陳廣等[17]的研究中表明分葉征、棘突征、毛刺征和支氣管血管集束征在MPR的顯示率明顯高于橫斷面薄層掃描。在對(duì)于文獻(xiàn)的追蹤過程中也有研究表明利用64排MSCT對(duì)SPN行MPR，結(jié)果腫瘤的CT支氣管征、血管集束征、深分葉征、葉間胸膜凹陷征及破壞征的顯示率差異經(jīng)配對(duì)χ2檢驗(yàn)具有顯著的統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)[15]；尤其對(duì)胸膜切跡征及陽性支氣管征的顯示顯著。深分葉征、毛刺征、棘狀突起征、胸膜凹陷征、胸膜切跡征及陽性支氣管征一般作為惡性結(jié)節(jié)的診斷，而深分葉征[24]在惡性結(jié)節(jié)中的特異性最高，空泡征在良惡性結(jié)節(jié)中無顯著差異。這有力地證明MPR對(duì)于SPN某些征象的顯示率明顯高于橫斷面薄層掃描。另一方面，MPR還較好地顯示組織或器官內(nèi)復(fù)雜的解剖關(guān)系，利于病變的定位，例如在對(duì)于某些SPN結(jié)節(jié)中的血管集束征的顯示中，有文獻(xiàn)表明MPR可以平行血管走向重建圖像[28]，因此能夠清晰顯示血管束進(jìn)入病灶內(nèi)部或在病灶邊緣繞行，降低了橫斷面掃描的假陽性率。對(duì)于病灶與血管的各種關(guān)系，如緊貼、侵犯、包埋、癌栓形成等，利用MPR與MIP結(jié)合能直觀顯示[31]。再者，MPR冠、矢狀面的多方位和任意角度斜位觀察腫瘤與氣管支氣管的關(guān)系時(shí)，利用不同的灰階來反映不同密度的組織，密度分辨率高，對(duì)氣管支氣管管腔內(nèi)外的軟組織毗鄰關(guān)系顯示就清晰，不僅顯示狹窄的部位、形態(tài)、內(nèi)部特征、程度，從而有助于肺癌的早期發(fā)現(xiàn)和氣管腫瘤的顯示[32]；還能準(zhǔn)確測(cè)量狹窄沿管壁長(zhǎng)軸的累及范圍、部位、嚴(yán)重程度、狹窄與氣管隆突的距離，利于手術(shù)定位和確定手術(shù)范圍[33]。此外，MPR結(jié)合VR可以病灶為中心點(diǎn)，行矢狀、冠狀、斜位任意角度重組，尋找出各基本征象的最佳顯示圖像和病灶最大截面圖像，證實(shí)在理論上能使假陰性率明顯降低[20]。綜上所述MPR對(duì)于肺結(jié)節(jié)的征象可以多層面、多方位顯示，利于了解結(jié)節(jié)與支氣管、血管、胸膜等的關(guān)系，從而在臨床應(yīng)用中對(duì)惡性結(jié)節(jié)進(jìn)行早期診斷。

3.2 從VR的角度對(duì)孤立性肺結(jié)節(jié)的三維重建 VR即容積再現(xiàn)技術(shù)，是指利用螺旋CT容積掃描的體素?cái)?shù)據(jù)，根據(jù)每個(gè)體素的CT值及其表面特征，使成像容積內(nèi)所有的體素均被賦予不同的顏色和不同的透明度，通過圖像重組和模擬光源照射，從而顯示出具有立體視覺效果的器官或組織結(jié)構(gòu)的全貌。VR圖像不僅能顯示病灶的表面形態(tài)，而且可根據(jù)觀察者的需要，顯示病灶內(nèi)部任何層次的形態(tài)，幫助確定病灶與周圍重要結(jié)構(gòu)間的位置關(guān)系。因包含所有容積資料，幾乎無信息丟失的VR重建技術(shù)還可同時(shí)顯示血管和腫瘤，進(jìn)行不同表面的切割旋轉(zhuǎn)，很好顯示腫瘤以及侵犯血管的位置、范圍[34]。VR是目前MSCT 3D圖像后處理最常用的技術(shù)之一，它能彌補(bǔ)MPR、CPR圖像的不足，對(duì)腫瘤組織進(jìn)行準(zhǔn)確定位，直接觀察腫瘤和血管的表面形態(tài)及管腔內(nèi)遠(yuǎn)、近端情況[35-36]，從而為手術(shù)提供準(zhǔn)確的肺血管解剖關(guān)系和肺癌的CT定位。通過VR圖像能夠很好地顯示血管集束征，由于集中的血管多是肺動(dòng)脈和肺靜脈，且以斜行分布為主，因此結(jié)節(jié)-肺門方向的圖像能夠最大限度的顯示受累血管，根據(jù)血管走行還能區(qū)分肺靜脈和肺動(dòng)脈，故在以結(jié)節(jié)-肺門連線為軸的VR圖像顯示最佳[23]。VR不僅對(duì)血管集束征的敏感性高于橫斷薄層、對(duì)分葉征敏感性也較高。李惠民等[19]發(fā)現(xiàn)在VR像上分葉征出現(xiàn)了兩種未見于良性病變的表現(xiàn)：一種是在VR橫軸面特殊顯示下表現(xiàn)的“多結(jié)節(jié)樣”，由于技術(shù)上的差異，這種表現(xiàn)無法在SSD或其他圖像上得到顯示。另一種是僅見于VR圖像而未見于橫斷面和MPR圖像，VR表現(xiàn)為結(jié)節(jié)表面多個(gè)小丘狀凸起，呈“細(xì)結(jié)節(jié)樣”，橫斷面和MPR上這些小凸起卻僅表現(xiàn)為結(jié)節(jié)表面輕度的凹凸不平而無明顯的切跡。這與閆巧煥等所做研究的結(jié)果相符，從而證明VR對(duì)早期的周圍型小肺癌具有明顯的診斷價(jià)值[20]。

3.3 從SSD的角度對(duì)孤立性肺結(jié)節(jié)的三維重建 SSD即表面遮蓋顯示，是通過計(jì)算被觀察物體的表面所以相關(guān)體素的最高和最低CT值，保留所選的CT閾值范圍內(nèi)體素內(nèi)的影像，但超出限定的CT閾值的體素被透明處理。SSD是應(yīng)用較早的三維圖像后處理技術(shù)，與遮蓋容積顯示(SVR)不同的是SSD是對(duì)高于所設(shè)定閾值的表面數(shù)據(jù)進(jìn)行遮蓋成像，對(duì)含氣的組織氣管很敏感[37]。有學(xué)者認(rèn)為短細(xì)毛刺在3D上因閾值選擇不當(dāng)致部分毛刺信息丟失，因此SSD對(duì)毛刺征遠(yuǎn)不及MPR。而范國華等[22]對(duì)SPN的研究中發(fā)現(xiàn)，選擇適當(dāng)?shù)拈撝祵PNs、血管、支氣管、胸膜等進(jìn)行三維重建，并進(jìn)行任意角度旋轉(zhuǎn)，發(fā)現(xiàn)通過不同閾值的選擇可以觀察到SPN的形態(tài)、截面內(nèi)部的構(gòu)造，血管和支氣管可顯示出其表面和狹窄的情況，而胸膜的形態(tài)、增厚的情況和受侵部位、范圍的顯示最佳，有利于對(duì)病變進(jìn)行早期的定位。范國華等[22]還根據(jù)SPN立體形態(tài)表現(xiàn)將其分為4型：分葉型、棘突型、波浪型、圓球型。而分葉型、棘突型多見于惡性腫瘤，波浪型和圓球型多見于良性病變。在分析SPN相鄰血管的3DCT表現(xiàn)中，將SPNs分為3型：肺動(dòng)脈優(yōu)勢(shì)型、無優(yōu)勢(shì)型(肺動(dòng)、靜脈同時(shí)進(jìn)入SPN，優(yōu)勢(shì)血管難以區(qū)分)、肺靜脈優(yōu)勢(shì)型。而肺動(dòng)脈優(yōu)勢(shì)型多見于良性，肺靜脈優(yōu)勢(shì)型多見于惡性，肺動(dòng)脈無優(yōu)勢(shì)型則難區(qū)分。在觀察SPN相鄰胸膜3DCT表現(xiàn)時(shí)將其分為3型：島嶼型、彈坑型、淺凹型。而島嶼型多見于惡性，尤其胸膜呈泡沫狀改變僅見于惡性。淺凹型多見于良性，多表現(xiàn)為平淺凹陷或酒窩狀凹陷；惡性的淺凹型見于平淺凹陷多伴胸膜不規(guī)則增厚或局部缺損、裂隙狀改變。彈坑型良、惡性近似，惡性者邊緣多不光滑，良性者邊緣光整多見。3DCT還顯示胸膜改變類型良、惡性有顯著性差異，對(duì)SPN相鄰胸膜三維形態(tài)改變的顯示率為92%。還有另一方面，由于SSD表面解剖清晰，使其適用于空腔結(jié)構(gòu)和腫瘤的表面形態(tài)的顯示，利于病灶的定位和判斷侵犯的范圍。在譚理連等[38]的研究中氣管支氣管樹SSD成像可整體直觀顯示中央型肺癌氣管、支氣管變窄或阻塞的表面成像情況，但被認(rèn)為不能真實(shí)反映氣管支氣管阻塞程度。氣管支氣管樹MinIP成像可顯示氣管及較大支氣管內(nèi)腔病灶及其變窄阻塞程度，圖像類似支氣管斷層，但對(duì)腔壁、腔外病灶及較小支氣管顯示較差。根據(jù)查閱大量資料，VR可以從不同的角度顯示支氣管樹，發(fā)現(xiàn)管腔的微小變化以及氣管支氣管的復(fù)雜病變。運(yùn)用SSD、VR、MinIP這三種方法結(jié)合可以對(duì)氣管支氣管的早期病變進(jìn)行診斷。

3.4 從MIP的角度對(duì)孤立性結(jié)節(jié)的三維重建 MIP即最大密度投影，是通過計(jì)算機(jī)處理，從不同的方向?qū)Ρ挥^察的容積數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)學(xué)線束透視投影，僅將每一線束所遇密度值高于所選閾值的體素投影在與線束垂直的平面上，并可從任意投影方向進(jìn)行觀察。MIP能通過多視角旋轉(zhuǎn)動(dòng)態(tài)觀察腫塊的邊緣立體形態(tài)，與縱隔、周圍氣管、支氣管的關(guān)系，結(jié)合增強(qiáng)掃描觀察毗鄰大血管是否受侵及受侵程度，為臨床提供可靠治療依據(jù)。根據(jù)田岳華等[30]的研究數(shù)據(jù)表明MIP不僅在腫瘤與鄰近組織或器官的關(guān)系上顯示，尤其在腫瘤與大血管的最大接觸面上提供了多方位觀察，而且就腫瘤周圍受侵犯的情況提供的價(jià)值信息有助于手術(shù)前評(píng)估。王學(xué)廷等[20]的研究也提到MIP對(duì)于血管的顯示及強(qiáng)化血管的顯示非常好，能清楚地顯示血管進(jìn)入結(jié)節(jié)或者血管受壓情況。但由于掃描、圖像等技術(shù)的調(diào)節(jié)上存在誤差，使MIP對(duì)腫瘤周圍很細(xì)小的血管的顯示仍存在問題。二維圖像對(duì)其顯示效果遠(yuǎn)不及MIP在于二維像的血管走行并非平行，因此不能完整展現(xiàn)血管走行及病變與血管的關(guān)系。在王忠彬等[39]的研究也提到MIP可以任意厚度空間范圍內(nèi)腫瘤的立體構(gòu)成及肺動(dòng)脈、肺靜脈、氣管、支氣管的顯示，充分展示了腫瘤的大小、范圍及其與周圍的相互關(guān)系。綜上可以證明MIP對(duì)病變的周圍血管征的顯示比2D圖像具有顯著的優(yōu)勢(shì)。

3.5 從MinIP的角度對(duì)孤立性肺結(jié)節(jié)的三維重建 MinIP即最小密度投影，僅將每一投影線束所遇密度值低于所選閾值的像素或密度最低的體素投影到線束垂直的平面上。MinIP善于利用容積數(shù)據(jù)中在視線方向上密度最小的像元值成像能夠排除周圍軟組織和骨骼對(duì)所觀察病灶的干擾，清晰顯示氣管、支氣管與周圍組織的對(duì)比關(guān)系[35]。此外，MinIP技術(shù)還能更好顯示支氣管分支及狹窄范圍，觀察氣道內(nèi)腔顯影情況[27]，但圖像較粗糙，對(duì)病灶解剖細(xì)節(jié)顯示差，對(duì)早期的小病灶易漏診及對(duì)小支氣管改變有一定局限。譚理連等[38]認(rèn)為MinlP圖像的質(zhì)量好壞與螺旋CT掃描層厚、螺距、氣管支氣管大小及含氣多少有關(guān)，氣管及葉以上支氣管顯示較好，段及段以下支氣管顯示欠佳。所以認(rèn)為MinIP成像的價(jià)值僅是橫斷面圖像的補(bǔ)充，以三維圖像顯示病灶，但不能顯示病灶的解剖細(xì)節(jié)。

4 小 結(jié)

CT三維重建技術(shù)作為一種直觀及立體化為一體的無創(chuàng)、較精確診斷方法，在放射、臨床中的地位越來越重要，尤在外科已逐漸成為手術(shù)前必備的一項(xiàng)工序。盡管3D的應(yīng)用價(jià)值非常高，但其方法還不夠完善，單一的一種重建方法難以達(dá)到對(duì)病灶的直接診斷，如MPR雖在軸、冠、矢及任意斜位成像，顯示解剖結(jié)構(gòu)及病變細(xì)節(jié)清晰，但其圖像缺乏整體性，不能反映孤立性肺結(jié)節(jié)的立體形態(tài)，而這種缺陷卻能被VR彌補(bǔ)。VR圖像直觀、立體、逼真，近于解剖，反映病變?nèi)?，從多角度觀察病變與鄰近結(jié)構(gòu)的空間關(guān)系。MIP能理想地顯示VR所不能顯示的病變并作為術(shù)后情況觀察、形態(tài)確定的一種有效方法。SSD及MinlP因信息丟失多而圖像粗糙，需聯(lián)合MPR來達(dá)到病變的顯示及診斷。若認(rèn)為在氣管支氣管病變時(shí)應(yīng)首選MPR和MinIP[28]。因此CT三維重建技術(shù)是一種互補(bǔ)的關(guān)系，綜合各種方法的優(yōu)點(diǎn)所得圖像及診斷，才能為臨床診斷、治療提供更豐富、準(zhǔn)確的信息[40]。

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1003—6350（2014）14—2105—04

10.3969/j.issn.1003-6350.2014.14.0815

2013-12-26)

海南省衛(wèi)生廳課題(編號(hào)：瓊衛(wèi)2010-53)；2011年海南醫(yī)學(xué)院大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目(編號(hào)：HYCX201119)；海南醫(yī)學(xué)院2012年國家大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目(編號(hào)：201211810053)。

孫瓊芳。E-mail：783775255@qq.com