利用表面遮蓋法做頭頸部CTA聯(lián)合去骨成像的骨質(zhì)閾值設(shè)定探討

林 偉，湯化民，賀 倩，張波利

(成都市第一人民醫(yī)院放射科，四川 成都 610041)

·論著與研究·

利用表面遮蓋法做頭頸部CTA聯(lián)合去骨成像的骨質(zhì)閾值設(shè)定探討

林 偉，湯化民，賀 倩，張波利

(成都市第一人民醫(yī)院放射科，四川 成都 610041)

目的：探討利用表面遮蓋重建(surface shaded display，SSD)進(jìn)行頭頸部CTA去骨成像的重建閾值設(shè)定。方法：選取在同一單位工作的30位體檢人員，測(cè)定其頸椎平均CT值、L3～5椎體平均骨質(zhì)密度(bone mineral density，BMD)，并以BMD值為參照，進(jìn)行頸椎平均CT值、性別及年齡的兩兩對(duì)照及多元回歸擬合，建立回歸方程，與前期顱骨骨質(zhì)密度研究結(jié)果進(jìn)行比較。同時(shí)收集本院11例頭頸部CTA檢查患者的相關(guān)資料，將回歸方程得到的預(yù)估CT值作為SSD重建的閾值進(jìn)行去骨成像，評(píng)價(jià)去骨后的圖像質(zhì)量，驗(yàn)證其可行性。結(jié)果：經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析，顱骨與頸椎骨質(zhì)密度相差過大，采用重建閾值最小化原則，利用頸椎CT值作為SSD重建的閾值進(jìn)行去骨成像，所有患者圖像質(zhì)量評(píng)分均為5分，可視為去骨成功。結(jié)論：利用SSD重建進(jìn)行頭頸部CTA去骨成像的方法是可行的。

頭頸部CT血管成像；表面遮蓋重建；去骨成像；閾值設(shè)定

螺旋CT血管成像作為無創(chuàng)血管成像技術(shù)已得到廣泛應(yīng)用，但由于頭頸部骨質(zhì)遮擋干擾對(duì)該部位血管的顯示，進(jìn)而影響到對(duì)疾病的診斷。本院使用的飛利浦公司Brilliance 64排螺旋CT提供了多序列間的表面遮蓋重建(surface shaded display，SSD)，為利用SSD遮蓋進(jìn)行CTA去骨提供了可能。該去骨方法在預(yù)實(shí)驗(yàn)中[1]取得了較好的效果，并且在隨后的頭部CTA去骨成像的臨床研究中得到了進(jìn)一步的應(yīng)用。但在實(shí)際的臨床應(yīng)用中，有較多的患者同時(shí)進(jìn)行頭頸部聯(lián)合掃描，提高了對(duì)SSD遮蓋重建去骨的要求，因此如何合理地設(shè)置頭頸部骨質(zhì)的SSD重建閾值顯得尤為重要。因此本文將在既往研究的顱骨閾值設(shè)定的基礎(chǔ)上[2]，進(jìn)一步探討頭頸部聯(lián)合去骨的可行性，同時(shí)利用本院頭部CTA檢查患者圖像質(zhì)量的評(píng)估結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。

1 材料與方法

1.1 研究方法 骨質(zhì)的相關(guān)代謝是全身性反應(yīng)，除特定的骨病外，全身各骨的骨質(zhì)密度變化具有趨同性，但不同部位的骨質(zhì)密度變化不均一。如骨質(zhì)疏松是全身性的改變，但往往以腰椎的變化更為顯著。除腰椎外，全身其他各骨的CT骨質(zhì)密度測(cè)定缺乏標(biāo)準(zhǔn)，因此在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中引入了腰椎平均骨密度(bone mineral density，BMD)的測(cè)量作為中間載體，了解顱骨及頸椎的骨質(zhì)密度變化。

1.2 樣本納入標(biāo)準(zhǔn) 骨質(zhì)密度受年齡、疾病及生活環(huán)境等多種因素影響，為了盡可能排除外界因素的干擾，選取了在同一單位工作體檢人員，共同點(diǎn)包括：(1)我院為該單位的定點(diǎn)體檢醫(yī)院，在歷年體檢中，所有納入研究對(duì)象均無重大疾病的發(fā)生，身高、體質(zhì)量指數(shù)(body mass index，BMI)均在正常范圍內(nèi)；(2)均為行政管理人員，在辦公條件較好的市區(qū)上班，收入穩(wěn)定；(3)體檢項(xiàng)目均包含腰椎CT，頭或者頸椎CT占其一。

1.3 觀察、測(cè)量的相關(guān)數(shù)據(jù) (1)前期研究[2]：在成人顱骨表面遮蓋重建理想閾值設(shè)定的探討中，按照上述納入標(biāo)準(zhǔn)及研究方法，進(jìn)行了顱骨平均CT值、腰椎骨質(zhì)密度、性別及年齡的兩兩對(duì)照及多元回歸擬合，從而建立了預(yù)估顱骨平均CT值的多元回歸方程。將這部分既往研究成果86例患者設(shè)為“頭部組”。(2)本次研究：按照上述標(biāo)準(zhǔn)，收集相關(guān)體檢人員共30人，設(shè)為“頸椎組”，并測(cè)量頸椎平均CT值及L3～5椎體的平均BMD值，采用在2D圖像上逐層確認(rèn)的方式。所有的數(shù)據(jù)測(cè)量均通過飛利浦EBW4.0工作站完成。(3)對(duì)研究結(jié)果驗(yàn)證：根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道[3-6]，收集我院2013年7月至2014年10月符合數(shù)據(jù)匹配要求的11例頭頸部CTA檢查患者，設(shè)為“患者組”，使用上述研究結(jié)果預(yù)估SSD重建閾值，并采用文獻(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)[7]進(jìn)行圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)。11例患者中：男5例，女6例；年齡18～87歲，平均60.9歲。CT掃描參數(shù)：平掃80 kV，100 mA，轉(zhuǎn)速0.75 s/圈，層厚0.67 mm，Pitch 0.526；增強(qiáng)為120 kV，200 mA，余與平掃一致。對(duì)比劑：碘帕醇100 mL。增強(qiáng)使用“smart”掃描，感興趣區(qū)放置于雙側(cè)頸內(nèi)動(dòng)脈，當(dāng)一側(cè)頸內(nèi)動(dòng)脈CT值達(dá)到150 Hu后，自動(dòng)觸發(fā)掃描。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析 由于“頭部組”及“頸椎組”樣本納入不一致，故首先檢驗(yàn)2組樣本的均衡性，比較項(xiàng)目包括年齡、腰椎BMD值。如均衡性一致，則進(jìn)行顱骨、頸椎、腰椎BMD值之間的分析，進(jìn)行多元回歸模型擬合。所有統(tǒng)計(jì)均采用SAS9.2統(tǒng)計(jì)軟件分析。

2 結(jié) 果

2.1 頭部組與頸椎組一般情況 詳見表1。

表1 頭部組與頸椎組年齡和腰椎BMD值的比較

注：1)與頸椎組比較P>0.05

2組樣本年齡和腰椎BMD值無顯著性差異，說明2組樣本采集具有均衡性。

2.2 頸椎的平均CT值與椎體BMD值pearson相關(guān)性分析 相關(guān)系數(shù)r=0.618，P<0.01，具有極顯著性差異，兩者中度相關(guān)。

2.3 多元回歸模型擬合 性別是腰椎骨質(zhì)密度的影響因素，且頸椎的平均CT值與腰椎BMD值存在相關(guān)性，因此將性別作為控制因素，將頸椎的平均CT值作為因變量，年齡及性別(男性設(shè)為1，女設(shè)為2)作為自變量，進(jìn)行多元回歸模型擬合：頸椎的平均CT值=395.528-37.758×性別-1.945×年齡。對(duì)該模型進(jìn)行F檢驗(yàn)，F(xiàn)=4.769，P<0.05，模型具有顯著性差異。

利用上述公式，計(jì)算出18～80歲人群的理論平均頸椎CT值為244.67±82.299 Hu。前期研究已知顱骨的平均CT值=753.28-1.13×性別-2.14×年齡。利用上述公式，計(jì)算出18～80歲人群的理論平均顱骨CT值為642.41±37.325 Hu。理論平均顱骨CT值與平均頸椎CT值經(jīng)t檢驗(yàn)，t=24.108，P<0.01。

2.4 實(shí)際應(yīng)用研究 經(jīng)上述理論研究，顱骨的骨質(zhì)密度與頸椎骨質(zhì)密度相差過大，提示在實(shí)際應(yīng)用中，很難找到合適的重建閾值完整通過SSD重建包含顱骨及頸椎的所有骨質(zhì)，可能會(huì)導(dǎo)致利用SSD遮蓋進(jìn)行頭頸部CTA去骨失敗。因此根據(jù)SSD重建的原理，采用閾值最小化，即利用上述公式將11例患者的頸椎預(yù)估CT值作為SSD重建的閾值，進(jìn)行去骨成像。

采用文獻(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)[7]進(jìn)行圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)，11例患者圖像質(zhì)量評(píng)分均為5分，可視為去骨成功。但在這11例患者中，有4例在減影后頭部血管三維圖像局部表面出現(xiàn)了淡薄的稍高密度影，但可通過工作站剪切功能去掉，沒有對(duì)圖像的整體質(zhì)量造成干擾，但頸部血管未發(fā)現(xiàn)此現(xiàn)象。這4例患者年齡均大于50歲。

3 討 論

目前主流的頭頸部CTA去骨成像技術(shù)是利用增強(qiáng)后的二維圖像像素減去平掃的二維圖像像素，得到強(qiáng)化的血管二維圖像后再進(jìn)行三維重建，其本質(zhì)可以理解為“減影”。SSD-CTA技術(shù)則是：(1)通過頭頸部平掃數(shù)據(jù)、利用SSD構(gòu)建顱骨及頸椎三維模型；(2)直接通過增強(qiáng)序列進(jìn)行頭頸部的VR重建(包括強(qiáng)化的血管及骨骼)；(3)將平掃SSD圖像與增強(qiáng)VR圖像進(jìn)行重疊，利用平掃與增強(qiáng)序列骨骼的重建閾值不會(huì)出現(xiàn)顯著變化，通過工作站的“隱藏”(hide)功能，將骨骼對(duì)應(yīng)的閾值隱蔽，從而直接得到血管的VR圖像，其本質(zhì)可以理解為“遮蓋、隱藏”，SSD重建的目的是為了確定骨骼的閾值，并將該閾值范圍內(nèi)的像素隱藏，但最終的血管圖是VR圖像。該去骨方法與學(xué)者Jayakaishnan等[8]提出的半自動(dòng)數(shù)字減影技術(shù)具有相似之處，均是通過3D圖像的相互遮蓋去骨，但半自動(dòng)數(shù)字減影技術(shù)需在2D圖像上，對(duì)所有層面的顱骨進(jìn)行“膨脹”“人工勾畫”，進(jìn)行平掃與增強(qiáng)圖像的匹配，操作復(fù)雜、耗時(shí)。

SSD重建閾值的設(shè)定與骨質(zhì)密度密切相關(guān)，通過理論研究顯示顱骨的骨質(zhì)密度與頸椎骨質(zhì)密度相差過大，提示在實(shí)際應(yīng)用中，很難找到合適的重建閾值完整通過SSD重建包含顱骨及頸椎的所有骨質(zhì)，但在隨后的臨床實(shí)際應(yīng)用中，利用頸椎的CT值作為重建閾值，通過11例患者的驗(yàn)證，去骨也獲得了成功。其原因可能是：(1)顱骨為扁平骨骼，有兩層致密的板障(致密骨)，其內(nèi)有一層間較淺薄的松質(zhì)骨，而頸椎松質(zhì)骨的范圍更大，僅在椎體外緣有骨皮質(zhì)包繞。我院的CT后處理軟件對(duì)于骨質(zhì)密度的測(cè)定感興趣區(qū)位于椎體中央，不包含骨皮質(zhì)，因此測(cè)量的顱骨CT值遠(yuǎn)高于頸椎。(2)SSD重建原理為確定需重建的組織閾值后，將高于該閾值的所有組織做等密度處理，并將低于此閾值的所有組織進(jìn)行淡化處理，即SSD具有明確的“閾值分界線”。因此我們采用了最小閾值設(shè)定，即以頸椎的平均CT值作為重建閾值，利用頸椎與顱骨的密度差，向上包括顱骨的范圍，實(shí)際臨床使用驗(yàn)證了該想法的正確性與可行性。

11例患者中有4例患者在減影后頭部血管三維圖像局部表面出現(xiàn)了一層顯示非常淡薄的稍高密度影，且這4例患者年齡均大于50歲。筆者考慮原因如下：(1)患者年齡偏大，不除外存在早期骨質(zhì)疏松的可能，而骨質(zhì)疏松往往以松質(zhì)骨更為明顯；(2)與頸椎松質(zhì)骨不同，顱骨內(nèi)外板障間的松質(zhì)骨內(nèi)存在著大量的板障靜脈，松質(zhì)骨成分較頸椎偏少；(3)顱骨板障間的松質(zhì)骨形態(tài)淺而薄，CT掃描更容易受到容積效應(yīng)的干擾。基于上述3點(diǎn)，我們有理由認(rèn)為這層單薄的稍高密度影是受到板障容積效應(yīng)干擾，骨質(zhì)密度與重建閾值相似而得以保留的部分板障間松質(zhì)骨。

另外，需要指出的是隨著科技的進(jìn)步，目前出現(xiàn)了更多、更先進(jìn)的CT及成像技術(shù)[9]，但受限于設(shè)備價(jià)格因素，尚不能廣泛應(yīng)用于臨床。因此如何使用現(xiàn)有主流的64排螺旋CT進(jìn)行更好的頭部CTA去骨，值得深入研究和應(yīng)用。

綜上所述，我們利用表面遮蓋法進(jìn)行頭頸部CTA去骨成像是可行的，并具有臨床實(shí)用性的。還需強(qiáng)調(diào)，為了保護(hù)患者，在實(shí)際的掃描過程中應(yīng)采用低輻射掃描方式[10-11]，并保證平掃與增強(qiáng)數(shù)據(jù)的匹配，必要時(shí)可以采用支架進(jìn)行患者頭部固定[4-6,10]。

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Threshold Setting of Boneless CTA for Skull and Neck with Surface Shaded Display Technique

LIN Wei,TANG Huamin,HE Qian,ZHANG Boli

(Department of Radiology,Chengdu No.1 People’s Hospital,Sichuan Chengdu 610041,China)

Objective:To investigate the threshold setting of boneless CTA for skull and neckwith surface shaded display technique.Methods:30 persons received physical examination andworked in the same unit.Their average CT values of skull and cervical spine and bone mineral density (BMD) of L3～5vertebrae were measured.Took the BMD value as a reference,average CT value of neck,the gender and age in the two groups were gotten and established a multiple regression equation for estimating the average CT value of skull on gender and age.Simultaneously,the previous skull bone density study results were compared with.Moreover,collected 11 cases of CTA examination in our hospital,the CT value was estimated with the equation and the SSD reconstruction threshold value for completing the boneless imaging,and the image quality and feasibility of boneless imaging were verified.Results:After statistical analysis,the skull and cervical spine bone mineral density difference were much large,the use of reconstruction threshold value minimization principle,cervical spine CT reconstruction SSD as a threshold value were used to boneless imaging,and the all of image quality scores are 5,which could be regarded as the boneless successful.Conclusion:It is feasible for using gender and age to estimate average CT value of the skull.

CT angiography of head and neck;surface shaded display;remove bone;threshold setting

四川省衛(wèi)生廳科研課題(110004)

林偉，626761186@qq.com

R814.42 <[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A class="emphasis_bold">[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A DOI:10.11851/j.issn.1673-1557.2015.04.002[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A

10.11851/j.issn.1673-1557.2015.04.002

A DOI:10.11851/j.issn.1673-1557.2015.04.002

http://www.cnki.net/kcms/detail/51.1688.R.20150721.1700.006.html

2015-03-17)