计算机断层血管成像

计算机断层血管成像（精选4篇）

计算机断层血管成像 篇1

血管内超声(intravascular ultrasound,IVUS)在冠状动脉介入诊疗中的应用价值已得到公认,可以判断斑块性质、评价斑块的稳定性、发现不稳定病变(斑块破裂、夹层、血栓等)[1];评价狭窄的严重程度、病变累及的范围及钙化的范围、深度,并作为介入干预的决策依据[2]。光学相干断层成像(optical coherence tomography,OCT)是目前国内外较新的冠状动脉内影像技术,分辨率约为10μm,是IVUS分辨率的10倍,其在冠脉内介入诊疗中的作用及价值尚不明确。本研究拟分析OCT和IVUS在冠脉介入诊疗中的应用,初步探讨OCT在评价冠脉病变中的应用价值。

1资料与方法

1.1研究对象

2008-08~2009-07因冠心病不稳定性心绞痛、急性心肌梗死或胸痛(怀疑冠心病诊断)于解放军总医院行冠状动脉介入诊疗并同时行OCT和IVUS检查的17例患者,其中男15例,女2例;年龄24~74岁,平均(52±14)岁。共检查19支血管,其中前降支12支、回旋支2支、右冠状动脉5支。

1.2仪器

(1)IVUS:使用美国波士顿公司血管超声仪(Boston Scientific,GalaxyTM2)进行检查。血管内超声探头为3.2F,频率40MHz。(2)OCT:使用美国Light Lab Imaging公司血管内OCT成像仪(Model M2Cardiology)。

1.3检查方法

患者经桡动脉或股动脉进行冠状动脉造影检查。对冠状动脉造影显示的“靶病变”部位或造影正常但根据临床判断可能有病变的部位进行IVUS及OCT检查。检查前经静脉给予肝素100U/kg、冠状动脉内注射硝酸甘油200μg。

1.3.1 IVUS检查

将IVUS导管冲水排气后与主机连接,并连接自动回撤装置,回撤速度为0.5mm/s。在X线透视下,插入0.014英寸导丝至目标冠状动脉远端。测试IVUS成像满意后,沿导丝送入IVUS导管达靶病变远端至少5mm处,回撤导管并记录图像。

1.3.2 OCT检查

将OCT成像导丝与主机连接并进行成像校正。在X线透视下,插入0.014英寸导丝至目标冠状动脉远端,沿导丝送入4F Helios阻塞球囊导管至血管靶病变远端。退出导丝,沿阻塞球囊导管送入与OCT成像系统相连的1.4F成像导丝至靶病变远端至少5mm处。成像导丝到位后,回撤阻塞球囊导管至靶病变近端5mm处。低压压力泵与阻断球囊导管连接后以0.5~0.7个大气压扩张阻断球囊导管以阻断血流,同时通过阻断球囊导管中心腔以0.5~1.5ml/s向冠状动脉内注射肝素化乳酸林格液,排除目标血管内血液后进行OCT成像。成像导丝以1mm/s自动回撤,每次成像的血管长度约为30mm,长病变进行分段成像。

1.4图像分析

由2名医师分别独立完成IVUS和OCT图像的采集和分析。应用Light Lab系统配备的软件进行OCT图像分析;应用GalaxyTM2系统配备的软件进行IVUS图像分析。以冠状动脉造影为标准,选择靶病变远端的分支血管及病变近段的分支血管为解剖学标志。IVUS及OCT检查起始位置定位在远端分支血管处,成像近端在近端血管分支处。参照病变距离近、远端分支血管的长度来对应IVUS及OCT图像。

1.5诊断标准

IVUS和OCT图像中,斑块分为脂质斑块、钙化斑块和纤维斑块。IVUS斑块分类标准:(1)正常血管壁为单层结构或仅见内膜轻度增厚的3层结构;(2)脂质斑块:回声强度低于血管外膜回声的“软斑块”;(3)钙化斑块:病变回声强,超过外膜组织的回声,并伴有声影;(4)纤维斑块:回声强度与外膜相似或高于血管外膜回声,但无声影。IVUS血栓标准[3]:管腔内的团块状回声,可呈层状或叶状。OCT斑块分类标准[4]:(1)正常血管壁为规则的3层结构,不伴有内膜增厚;(2)脂质斑块为内膜增厚,呈边界模糊的低信号区;(3)纤维钙化斑块为内膜增厚,呈轮廓明显、边界清晰的低信号区;(4)纤维斑块为内膜增厚,呈明亮、均一的强信号区。OCT血栓标准[5]:白色血栓为突入或漂浮于管腔内强信号物体,呈明亮的透光体,反射弱,无阴影;红色血栓为突入管腔内的物体,反射强,呈半透光,伴阴影。

1.6统计学方法

用CHISS 2004软件,计数资料采用χ2检验,OCT和IVUS判断斑块种类的一致性行Kappa检验,P<0.05表示差异有统计学意义。

2 结果

2.1 操作结果及图像获取

IVUS检查失败1例,OCT检查中操作困难1例,其余患者均操作顺利并获得满意的IVUS及OCT图像。IVUS检查过程中患者无不适;OCT检查过程中4例出现胸闷,3例出现心电图ST段抬高,13例出现巨大T波倒置,检查结束后患者胸闷缓解,心电图ST段及T波恢复到检查前水平。

2.2 OCT和IVUS对不同斑块识别的比较

共分析40个斑块,脂质斑块、钙化斑块和纤维斑块的IVUS和OCT对比图像见图1。IVUS和OCT识别不同斑块的符合率为72.5%(29/40),一致性较好(Kappa=0.50,P<0.01),见表1。

2.3 OCT和IVUS对斑块破裂和血栓的识别

17例患者中11例明确诊断为急性冠脉综合征(ACS),其中急性心肌梗死6例、支架后反复心绞痛5例。OCT发现8例共10处血栓,IVUS仅发现2例2处血栓。ACS患者中,OCT的血栓发现率明显高于IVUS(72.7%对18.2%,P<0.05)。红血栓和白血栓的IVUS和OCT图像对比见图2。OCT显示红血栓表面明亮、极不规则,其下为低信号暗区,呈火焰状。白血栓整体明亮、可规则亦可不规则。IVUS显示血栓为管腔内不规则的模糊影像,不能对血栓性质进行区分。

OCT在11例ACS患者中发现5处斑块破裂,IVUS仅发现其中2处。斑块破裂的IVUS和OCT图像对比见图3。OCT可清楚显示斑块的薄纤维帽、破口的位置及斑块内的附壁血小板血栓,并可精确测量纤维帽的厚度,最薄处60μm。IVUS则仅见经斑块破口进出斑块腔的血流。OCT和IVUS对血栓、斑块破裂的识别比较见表2。

A.光学相干断层成像示红血栓(5~7点);B.血管内超声示血栓(5~7点);C.光学相干断层成像示支架贴壁不良,7点处见白色血栓;D.血管内超声示支架贴壁不良,未显示血栓。

A.光学相干断层成像示薄纤维帽斑块(箭),空腔内附壁血栓(星号);B.光学相干断层成像示斑块纤维帽中央破裂(箭),腔内白血栓(星号);C.光学相干断层成像示斑块纤维帽中央破裂(箭),内容流空,形成空腔(星号);D.血管内超声不能显示小的斑块破裂(箭)

3 讨论

3.1 OCT和IVUS的成像技术原理

IVUS导管外径2.5~3.5F(0.84~1.17mm),沿导丝送入冠状动脉内,通过头端的超声探头发射并接收高频超声信号(20~45MHz)成像,轴向分辨率100~150μm,侧向分辨率150~300μm。OCT成像导丝外径仅1.4F(0.47mm),送入冠状动脉内通过发射近红外光脉冲成像,因光波波长短,成像分辨率高,轴向分辨率10~20μm,侧向分辨率25~30μm。

3.2 OCT和IVUS的操作优劣及安全性比较

IVUS检查失败1例,因IVUS导管直径较大,未能通过严重狭窄的靶病变。OCT检查中操作困难1例,因光纤虽细,但阻断球囊直径大,光纤导丝操控性差,右冠状动脉第一弯曲处支架贴壁不良,进入支架中央腔困难,多次尝试后通过支架与管壁的缝隙,再通过支架网眼进入支架中央腔内完成检查。

IVUS检查过程中患者无不适,心电图无改变,因其不阻断血流,可以安全地用于开口病变、左主干病变的检查。但IVUS机械探头在检查过程中旋转造成的机械振动对斑块稳定性的影响是潜在的安全问题,而电子探头则无此问题。OCT检查过程中胸闷、胸痛、心电图ST段抬高和T波倒置的发生率较高。ST段抬高与阻断球囊阻断冠状动脉血流的时间长短有关;T波倒置除与血流阻断有关外,还可能与灌注液的温度低于血液,引起室壁复极顺序发生变化有关。

因此,IVUS和OCT在操作上各有优劣。虽然本组OCT检查并未发生严重并发症,但由于其要完全阻断血流,虽然时间很短(<30s),理论上有引发严重心律失常(如室扑、心室颤动及其他严重心脏事件)的可能,当患者心功能较差时,发生不良事件的风险会更大。

3.3 OCT和IVUS对不同斑块识别的比较

本研究中无论是OCT还是IVUS,脂质斑块占所发现斑块的绝大多数,分别为60%(24/40)和63%(25/40),而钙化斑块(OCT 20%,IVUS 18%)和纤维斑块(OCT 23%,IVUS 18%)较少,并且钙化较表浅、范围较小,与研究人群中ACS患者占绝大多数(64.7%,11/17)有关。

本研究结果显示,OCT和IVUS在判断斑块性质上虽然一致性较好(Kappa=0.50),但符合率仅为72.5%。在脂质斑块、钙化斑块和纤维斑块之间OCT和IVUS均发生误诊。与病变性质有关的误诊原因有:(1)OCT发现较小的脂质斑块,IVUS不能识别而误诊为纤维斑块;(2)IVUS发现较厚纤维帽的脂质斑块,OCT不能透过厚纤维帽看到后面的脂质而误诊为纤维斑块;(3)IVUS发现较小、较深的钙化斑块,OCT不能发现而误诊为纤维斑块;(4)IVUS发现大的纤维斑块,OCT因穿透力有限,信号发生衰减后,误诊为厚纤维帽的脂质斑块;(5)IVUS发现的脂质斑块在OCT上显示为低信号区,当边界清楚时误诊为钙化斑块。

与影像技术本身有关的误诊原因包括:(1)IVUS、OCT对不同斑块识别的标准是描述性的:IVUS依赖于对斑块回声强度的描述,OCT依赖于信号明亮度和边界形态的描述,识别的归类主观性较大,不可避免地受到判读者能力及经验的影响,因此具有较大的偶然误差。如IVUS界定脂质斑块和纤维斑块是依靠肉眼观察斑块回声与外膜回声相比的强弱,回声强弱除受组织密度影响外,还受超声导管与斑块的相对位置及角度的影响。因此,IVUS易于将脂质斑块和纤维斑块混淆,同时容易忽略小的脂质斑块。IVUS发现脂质斑块的敏感性较低(24%)[6]。脂质和钙化在OCT中均表现为低信号区,通过肉眼观察低信号区的边界是否清晰区别脂质斑块和钙化斑块,易发生误判[7]。(2)OCT的透射深度有限,最大探测深度仅1.25mm,对于斑块深层成分不能显示,只能根据显示的表层成分进行判断,容易造成误判。

3.4 OCT和IVUS在ACS中对“罪犯”病变的对比观察

本研究显示,对于ACS患者,OCT检查冠状动脉血栓的发现率明显高于IVUS(72.7%对18.2%,P<0.05),与文献[8]报道的在急性心肌梗死患者中OCT的血栓发现率为100%,而IVUS仅为33%相似。对于血栓的识别,IVUS可以看到整个血栓,呈突入管腔的不规则模糊影像,但无法识别红血栓还是白血栓。只能根据体积的大小粗略判断大的是红血栓,小的附壁的是白血栓。受分辨率的限制,小血栓的识别对于IVUS来说很困难。而OCT由于其高分辨率和红细胞的不透光性,可以清楚地显示血栓,并根据透光性的不同区别红血栓和白血栓,甚至可以根据光强度的衰减程度判断血栓的陈旧及成分[5]。红血栓表面极不规则、明亮,其下为暗区,呈“火焰状”。白血栓整体明亮、可规则亦可不规则,有时与内膜撕脱不易鉴别,要参考周围内膜是否完整来判断。

本研究显示,对于斑块破裂的识别,OCT明显优于IVUS,与文献[8]报道的在急性心肌梗死患者中OCT的斑块破裂发现率为73%,而IVUS仅为40%一致。IVUS可以发现较大的斑块破裂,但识别小的斑块破裂非常困难,另外对斑块破裂伴发的附壁血栓也往往不能识别。OCT不仅可以清楚地显示斑块破裂,还可以精确地测量纤维帽的厚度,明确破口的位置及伴随的附壁血栓等情况。OCT最大的局限性在于穿透力弱,最大探测深度仅1.25mm;而IVUS则为5mm。但与不稳定相关的斑块特征大都体现在管腔面500μm范围内,因此,就研究易损斑块及斑块破裂来说,OCT的探测深度已足够[9]。

由于在斑块破裂、血栓,尤其是附壁血栓的识别上具有明显优势,OCT对不稳定病变、“罪犯”血管和“罪犯”病变的确立优于IVUS,具有重要临床意义,尤其是在冠状动脉造影不能明确诊断时。对于静息性心绞痛而冠状动脉造影不能明确诊断或冠脉造影显示多支病变而不能确定罪犯血管时,应优先考虑行OCT检查。

参考文献

[1]Hong MK,Mintz GS,Lee CW,et al.Comparison of virtual histology to intravascular ultrasound of culprit coronarylesions in acute coronary syndrome and target coronary lesions in stable angina pectoris.Am J Cardiol,2007,100(6):953-959.

[2]McDaniel MC,Eshtehardi P,Sawaya FJ,et al.Contemporary clinical applications of coronary intravascular ultrasound.JACC Cardiovasc Interv,2011,4(11):1155-1167.

[3]Mintz GS,Nissen SE,Anderson WD,et al.American College of Cardiology clinical expert consensus document on standards for acquisition,measurement and reporting of intravascular ultrasound studies(IVUS).A report of the American College of Cardiology task force on clinical expert consensus documents.J Am Coll Cardiol,2001,37(5):1478-1492.

[4]Stamper D,Weissman NJ,Brezinski M.Plaque characterization with optical coherence tomography.J Am Coll Cardiol,2006,47(8Suppl):C69-79.

[5]Kume T,Akasaka T,Kawamoto T,et al.Assessment of coronary arterial thrombus by optical coherence tomography.Am J Cardiol,2006,97(12):1713-1717.

[6]Low AF,Kawase Y,Chan YH,et al.In vivo characterisation of coronary plaques with conventional grey-scale intravascular ultrasound:correlation with optical coherence tomography.Euro Intervention,2009,4(5):626-632.

[7]Manfrini O,Mont E,Leone O,et al.Sources of error and interpretation of plaque morphology by optical coherence tomography.Am J Cardiol,2006,98(2):156-159.

[8]Kubo T,Imanishi T,Takarada S,et al.Assessment of culprit lesion morphology in acute myocardial infarction:ability of optical coherence tomography compared with intravascular ultrasound and coronary angioscopy.J Am Coll Cardiol,2007,50(10):933-939.

[9]Jang IK,Bouma BE,Kang DH,et al.Visualization of coronary atherosclerotic plaques in patients using optical coherence tomography:comparison with intravascular ultrasound.J Am Coll Cardiol,2002,39(4):604-609.

安全事项概述:计算机断层成像 篇2

1 辐射剂量

剂量无疑是与CT有关的主要危害。来自CT的辐射剂量是诊断图像技术中最高的。根据一个国际专家委员会估计, 一次典型的CT检查导致癌症的几率为千分之一, 尽管确切风险仍然未知。值得庆幸的是, 公众对此问题的醒觉意识日益提高, 供应商也在采取重要措施应对这个问题。但是, 这并不意味着问题已经解决。我们在Health Device 2007年2月刊《CT辐射剂量:为何值得关注?我们该怎么办?》文章里详细概述了这个情况。

随后, 我们在2010年4月份又发表了文章《CT辐射剂量:理解及控制风险》, 提出了将剂量控制在恰当水平的实际建议。这些建议可以分为5大类:医院应优先处理剂量降低问题、优化方案以避免不必要的暴露、审查CT检查对于特定患者的适宜性、确定技术人员执行了降低剂量的恰当步骤, 以及将剂量监控作为常规质量控制的一部分。

自从我们于2007年12月开始发布“十大医疗技术危害列表”, CT剂量问题每年都会出现在列表里。我们最新的列表可在“十大危害资源中心”查询。

2 造影剂注射风险

进行CT检查的时候, 通常使用电动注射器来注射显影剂以使脉管系统可视化。造影剂注射的重大风险之一是外渗问题, 造影剂在注射位置渗出静脉, 这会严重损害周围组织。另一个风险是形成空气栓塞, 虽然这较为罕见。静脉中的栓塞虽然不如动脉中那么严重, 但CT注射导致的空气栓塞在一些案例中曾经出现致命情况。

遵守良好规范并有效安全地使用造影注射器对维护患者安全大有助益。我们在2010年5月份期刊中评估了三种主流CT造影注射器的安全特征。我们发现, 它们都很有效, 但是有些在安全措施上比另外一些更好。

关于CT造影剂注射时空气栓塞问题的延伸讨论, 请参见Health Device 2010年5月份第162页方框内的文章《为何CT造影注射器要有空气探测器》。

3 扫描仪的物理问题

扫描仪经常发生会危及患者的机械故障情况。最典型的问题是导致患者床面脱落的故障。有关此类事故的描述可以在医疗设备警戒数据库找到。

附加文献资源:专家委员会的剂量文献估计发表于:国家学院《低水平电离辐射医疗风险 (BEIR) VII—phase 2》。华盛顿 (特区) :国家学术出版社/2006。

如欲获得关于CT的各种信息链接, 包括在本文中提及的Health Device杂志文献, 请参考ECRI研究院的“计算机断层成像资源中心”。

计算机断层血管成像 篇3

1 资料与方法

1.1 一般资料

从2010~2011年入住广州医学院第一附属医院的200个以肿瘤为主要诊断的患者中以随机数字表抽出20例,其中男性14例,女性6例;年龄21~80岁,平均60.5±15.4岁。其中4例获得融合效果比较显著,患者1,女性,54岁,右乳腺癌双肺癌转移;患者2,男性,38岁,右肺中央型肺癌;患者3,男性,53岁,左上肺癌右股骨转移;患者4,男性,57岁,左肺癌。PET(型号GE Discover-ST8)扫描前40min注射5.5mbq/kg正电子核素氟标记脱氧葡萄糖(fl uoro D-glucose,18F-FDG或FDG)为示踪剂,CT(型号Toshiba Aquilion TSX-101A)操作前在选定的框位以铅点作荧光标记,定位框的选择通常是体表标志点,既可大致提醒扫描范围,又可为下一步成像后的配准提供定位参考。扫描时患者取仰卧位,以人体真空垫塑模固定双下肢、专用线圈固定头部,使体位保持统一,减少定位框架在不同时段逐一施行PET、CT扫描时位置的偏差,按常规扫描获得横断扫描图像,经多平面重建(multi-plane reformation,MPR)获得矢状位、冠状位图像[5]。

1.2 数据处理

1.2.1 [PET+CT]的二维配准

在成像工作站Mim-ics-14平台上导入PET和CT图像数据,来自不同设备不同切层厚度的异源影像经过DICOM通用格式的数据传递、转换、生成初步重建的单模3D(PET“箭”体或CT“靶”体)后,实行“3面9点”配准,包括:(1)“3面”原则。在三维箭图上,根据人体特殊结构(其中以骨性标志为首选)确立3个外部特征点,在穿越该“特征点”的3簇平面中,经过点选、(虚拟)“切割”,依次从第1簇中分离出冠状面,从第2簇中分离出矢状面,从第3簇中分离出横断面,共获3个二维特征面;同理,在三维靶图上点选、(虚拟)“切割”出横断、矢状及冠状3个2D薄层。(2)“9点”原则。参照3.2所述的具体操作步骤在每个“特征面”上确立3个混合特征点,即从3×3=9个“对焦点”出发,让来自此机的3个“此层”与来自彼机的3个“彼层”彼此一一“咬合”。

1.2.2 [PET+CT]的二维融合

在以上“9点3面”立体对准的基础上将PET图像关联映射到CT图像上。在Mimics-14融合界面下对定位图像进行融合选择,影像讯号的叠加有加、减、乘、除、差异、最大、最小、平均等12种方法,本研究按照早期发现的临床需要选择了加法(针对讯号结果而言,不管源于何种组织,其算法与声学、光学上各类不同频率、波长的正弦、余弦波相遇时的量值叠加原理相似,以便把早期出现的细微异常讯号“放大”),按信息交互自动融合(叠加值的即时显像)模式进行图像融合。

1.2.3 [PET+CT]的三维重建

把1.2.2融合出来的二维图像输入逆向软件Mimics,输出三角网格和点云,在实时工作站经反求工程对网格进行光顺、填充、压缩、删除等编辑,再经布尔差运算组建计算机辅助设计(computer aided design,CAD)模型,重构出非均匀有理B样条(non-uniform rational B-splines,NURBS)内外曲面,然后将多个曲面缝合成实体模型。其中数据处理次序1.2.2、1.2.3可以倒置,即先经1.2.3重建PET和CT的三维图,然后参照1.2.2的操作把这两幅立体图融合成[PET+CT]三维图。

1.3 统计学方法

采用SPSS 16.0软件进行分析,用双组、多组配对样本资料的Fridman(非参数)检验法,P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 显像效果

2.1.1 异机融合

根据成像系统各自的特长(PET长于定性而短于定位,CT长于定位而短于定性),[PET+CT]的影像融合被赋予了两重意义:了解PET所发现的异常代谢组织的明确位置;了解CT所发现的异常病灶的代谢情况。这种融合后的二模综合图像包含着来自CT和PET各自的讯号特征,携带着互补的医学信息,例如,清晰的代谢区域如图1A、2A、3A,明亮的骨质显像如图1B、2B、3B,融合图像吸取了CT和PET的优点,生成了同时体现躯干结构和代谢状况的影像如图1C、2C、3C,为放射诊断提供更加充分的依据。

图1 A.躯干PET横断面;B.躯干CT横断面;C.躯干PET+CT断面。图2 A.躯干PET矢状面;B.躯干CT矢状面;C.躯干PET+CT矢面。图3 A.躯干PET3D剖面;B.躯干CT3D剖面;C.躯干PET+CT 3D剖面

2.1.2 同机融合

异机融合时,有时用于对位的解剖结构信息不多,导致体表轮廓、病变摄取显映不够,可以通过添加“伪彩”来突显,这一流程由同机融合来完成的效果比异机融合更加鲜明(图4)。患者2,男性,38岁,因咳嗽伴咯血2个月余就诊。躯干CT扫描如图4A中的左上图所示:右肺门2.9cm×2.7cm结节状高密度影,注入对比剂增强后可见结节呈片状不均匀强化,初步诊断“右肺中央型肺癌”;进一步躯干PET扫描如图4A中的右上图所示:右肺下叶基底2.9cm×2.7cm团块,放射性摄取SUV最大值为9.0,高度浓聚,隆突下可见1.5cm×1.3cm肿大淋巴结,异常摄取增高灶SUV=4.5,获得比CT更详细的诊断“右肺中央型肺癌、隆突下淋巴结转移”;更深入的躯干[PET+CT]同机融合影像如图4A中的左下图所示:(在以上2图所见的基础上)右肺门可见0.9cm×1.0cm淋巴结,异常放射性摄取增高灶SUV=3.7,右后下胸膜增厚,放射性浓集SUV=4.1,至此获得比PET更明确的最终诊断“右肺中央型肺癌右后下胸膜转移、右肺门淋巴结转移、隆突下淋巴结转移”;在稍后的检查中,如图4B的上半图所示,相继发现癌肿腹部转移。另外2个病例分别以[PET+CT]同机融合为依据确诊出其他影像学检查所漏诊的“(左肺上叶前段肺癌)右股骨下内踝转移”(图4B),和“(左肺癌)颅脑转移”(图4C)。

A.胸部横断面;B.腹膝横断面;C.头部横断面

2.2 影像分析

在视觉层面上,从以上例证可以归纳出PET/CT及其各种组合的融合显像特征,见表1。

在统计学层面上,挑选3名放射科副主任医师和2名核医学科副主任医师组成资历相仿、水平相近的5人专业团队,采用盲法(隐去临床资料,各自阅片,互不交流),对这20例中PET/CT及其各类融合的影像效果进行分析。每位医师对每幅图像的评估将统一从“肯定阳性、可疑阳性、肯定阴性、可疑阴性、不能识别”等5种论断中选择一个,这样,每一类图源的效果都被专业评分而集成20×5=100份估值,见表2。把显像的识别程度分别归结为“不能识别”=“难辨”、“可疑阳性+可疑阴性”=“可疑”、“肯定阳性+肯定阴性”=“确切”3类将其所属的份数相加见表3。

至于特异性、灵敏度、正确率等真实性指标,由于三种设备的影像原理不同,人体头、胸、腹、膝内部所纳并非同一(软、硬)组织,临床取向各异的设备(PET/CT)针对各类实验对象(器官)而提供的信息侧重不同的(结构、代谢)“倾向”,其以融合图像检测病种的特异性也各异,不易比较,所以实验检测的设计仅限于粗略统计(难辨、可疑、确切等)可靠性指标,即至显像指标“符合率”为止。以上调查结果以更鲜明的曲线表达见图5。

多组配对样本资料的Fridman(非参数)检验显示,鉴辨单模、多模融合结果的“难易度”不尽相同(P<0.001)。

对图5中的异机[PET+CT]显像模式需要进一步两两比较,从表4~6中可发现3个P值均大于检验水准,配对检验比较结果无区别。

注:Z=-5.710,P=0.000

注:Z=-2.583,P=0.010

注:Z=-5.971,P=0.000

结果表明,异机[PET+CT]的“检出率”(54%)远远落后于同机[PET+CT](98%),甚至不如单模影像。

3 讨论

3.1 影像融合的现状

从同源单模融合到异源多模融合,从二维融合到高维融合,从黑白到彩色融合,从形态图像到功能图像融合,国内外涌现出的算法越来越丰富[6~8],融合级数越来越高,有基于像素级[9]、特征级、决策级等融合[10]。例如,朱朝晖等[11]以“MPItool”软件操作,通过调整PET的三维容积图像寻找与CT、MRI匹配的PET断面,融合的[PET+CT]稍清晰但[PET+MR]较模糊;杨星等[12]以Syntegra软件手动配准工具进行细微调整,不足之处是由于该“软件只接受轴位图像的融合,而冠状位和矢状位图像是基于轴位的重建图像,因此后两者的解剖图像欠清晰”;张锦翔等[13]通过Chamfer Matching软件以图像边缘为配准内特征,无论选择多少个对准点,其边缘都属于同一个平面,对位的精确度也不会超越“9点3面立体对准”,因而融合结果清晰度也受限;与张祥松等[14]所实验的[PET+MR]一样,以上都只是通过“三维容积”调整[15],最终合成的是二维图像而非三维图像;李坤成等[16]通过三维配准融合,但其10年前的旧式SGI/SPM图形工作站实际应用图像存在着不同程度的失真模糊、容量过大、运算缓慢、流程繁琐、操作不便等问题。

3.2 配准融合的体会

阮春等[17]、Brown[18]总结出图像转换、图像定位等配准“两步曲”:(1)图像转换通过平移、旋转、定标、反射等方式确保异源性图像的每个像/体素表达同样大小的实际空间区域,转换算法通常有:刚性转换;仿射转换;多项式转换(polynominal transformation)(本文选择后者)。(2)至于图像定位,本文兼用基于外部特征(总体包括定标架法、面膜法、皮肤标记法)和基于内部特征[18](总体包括基于标记、基于分割、基于体素相似性)两大方式[17],遵循特征提取、图像对位的步骤,从标记、分割内部特征入手提取特征(由于Mimics的自动化程度和斜面匹配技术在计算距离变换上的优势,这种分割配准法具有免除像素变换的特色),并实施“循点择面、循面分割”。

定位配准是图像融合的先决条件,是通过空间浮动让一幅图像与另一幅图像在空间上一一对应,最后达成人体某一解剖点在两幅匹配的图像上具备相同的坐标位置的过程,其操作步骤是:在由每个人体“特征点”所选择的平面上,通过平移、旋转使两幅图像的质心和主轴对齐,并在切面(该平面与体表结构线交汇绌合之内的区域)自动生成(类坐标)轴线,延长该轴线使之与切面边缘或脏器边缘相交,至少存在4个交叉点(内部“特征点”),加上被平面穿越的那个原有的人体外部“特征点”,(内外)混合“对焦点”便可至少5(4+1=5)中选3。就定位精确度而言,已完成“选面”使命的人工化外部“特征点”此时较数字化“交叉点”相形见拙,对焦选点时对它可选可不选。这样一共获得由3个外部“特征点”所决定的3个特征面,又在每个特征面上选择3个对焦点作为配准点,当成像工作站精准预判到3×3=9个对焦点的坐标偏差平方和为最小值得时,九九对应的2个3D被全部锁定。立体几何学上的物体甲(如CT像)以及相对应的物体乙(如PET像)的互动关系有:若简单地对某1个方向的每层(如横断水平面)固定,甲乙出现一前一后或一左一右(或同时并存);若沿某2个方向的每层(如矢、冠面的前后左右)添维“加固”,甲乙仍然出现一上一下。这样,两者都造成甲乙朝开放性空间游走,使PET/CT两像无缘吻合。由此可见:首先,“3面9点”方案较其他配准方法的优势在“3点锁面、3面锁体”的科学定理中获得确立;其次,人体解剖学上的“横、矢、冠”3面,成90°相交成3线1点,对人体组织达到最大限度的贯穿,比任何非90°的3面相交涵盖更广,因而虚拟“切割”、三维重建、(PET/CT)二“体”吻合时更具生理效果。融合集成的方式有两种:将一幅图像的信息提取出来,融合到另一幅图像中去;两幅图像的信息提取出来后,同时映射到一个新的图像空间中去。本文预选前者,以提供解剖结构主要信息的CT图作为目标“靶”图,以提供代谢功能辅助信息的PET图作为参考“箭”图,PET像中的异常区域被提取并投射到以CT像为背景的基图上。匹配以后的融合创建方式可分两类:基于图像像素的融合,基于图像特征的融合[17],本文选择后者,即依靠特征提取与边缘检测而不依赖像素变换来实现。本研究在立体对准的基础上按照临床需要选用了特征信息叠加法,在融合的12种方法中,以图像叠加来完成融合(叠加值的即时显像)的技术最为成熟。

3.3 异机融合的展望

相互融合不仅使PET和CT两者的共通信息在同一图像上方便地显示出来,确定病灶的位置及与组织的性质,而且融合过程中可能出现的新发现往往使得诊断更加明确、治疗更加具体:首先在治疗前期为放射治疗靶区、手术切除范围提供精准的量值,其次在治疗中期及时了解肿瘤对治疗的反应而帮助治疗方案的调整,最后在治疗后期还能为疗效评估和复发检测提供统计依据。在[PET+CT]联机设备尚未普及,尤其是[PET+CT]3D融合仍未实现的情况下,这种[PET+CT]异机3D融合是[PET+CT]同机2D融合技术功用的必要补充。

摘要：目的 尝试一种基于特征定位的三维图像配准方法,实现正电子发射断层成像(PET)与计算机断层扫描(CT)异机三维(3D)图像的精确融合。资料与方法输入PET/CT的DICOM数据后,经过三维重建和虚拟“切割”,寻找人体“内部特征点”,结合预选的“外部特征点”以供下一步的混合“对焦”,遵循“特征提取”、“图像对位”的步骤,实施“循点择面、循面分割”。这一“9点3面”立体定位配准方案的设计首先在几何学上被证明理论可行,并在实时工作站Mimics通过信息交互自动融合模式和讯号叠加技术使图像融合最终实现。结果 以肿瘤患者为例试验[PET+CT]3D图像的异机融合,生成了同时呈现代谢状况和解剖结构的互补3D影像,获得54%的检出率,虽在定量分析方面低于2D同机[PET+CT]的检出率,但在定性分析角度具备同机[PET+CT]所没有的视觉功用。结论 在[PET+CT]联机设备尚未普及尤其是[PET+CT]立体融合仍未实现的状况下,[PET+CT]异机3D融合是同机[PET+CT]2D融合功能的必要的技术补充。

计算机断层血管成像 篇4

目前对宫颈癌的分期大多是采用国际妇产科联盟( FIGO) 2009年的分期标准。该标准重点对癌灶的范围做出了阐述,但缺乏对一些重要预后因素( 如淋巴结侵袭) 的描述。如今,随着正电子发射断层显像X线计算机体层成像 ( positron emission tomography computered tomography,PET / CT) 的广泛应用,其成为了评估宫颈癌的一种重要成像方法[1]。与CT等其他从解剖层面上成像的影像学方法比较,PET/CT利用大多数肿瘤对葡萄糖的高特异性和敏感性,通过检测局部放射性的含量来确定细胞的葡萄糖代谢状况,从而达到对疾病诊断的目的[2]。本文就近些年来PET CT在宫颈癌中应用的研究进展作一综述。

1PET/CT概述

PET是将微量的正电子核素示踪剂[常用葡萄糖类似物氟-18标记的2-氟-2-脱氧-D-葡萄糖( FDG) ]注射到人体内,然后采用特殊的体外探测仪探测这些正电子核素在人体各脏器的分布情况,通过计算机断层显像的方法显示人体的主要器官的生理代谢功能,是一种非侵入性的分子功能成像方式。CT的基本原理是图像重建,根据人体各种组织( 包括正常和异常组织) 对X线吸收不等这一特性,将人体某一选定层面分成许多立方体小块( 也称体素) ,X线穿过体素后, 用迭代方法求出每一体素的X线衰减值并进行图像重建,得到该层面不同密度组织的黑白图像。

PET与CT两种不同成像原理的设备同机组合, 不是其功能的简单相加,而是在此基础上进行图像融合。融合后的图像既有精细的解剖结构又有丰富的生理、生化功能信息,从而在对肿瘤进行精确定位的同时为肿瘤的定性、定量诊断提供依据。PET/CT对了解宫颈癌患者的分期、预后和复发以及指导宫颈癌的治疗都有积极的作用。

2PET/CT在原发宫颈癌分期中的价值

PET / CT可以用来对肿瘤进行定性和定量分析, 靶肿瘤对FDG的最大标准摄取值( SUVmax) 反映了肿瘤的葡萄糖代谢水平。Herrera等[3]的研究发现, SUVmax是预测不同分期、不同组织学特性及不同肿瘤分化患者淋巴结侵袭风险的重要生物指标,可以利用原发肿瘤的SUVmax值来判断患者治疗后是否持续存在疾病、有无盆腔复发以及预测患者的整体生存情况。特别是在对宫颈癌的诊断中,相比于FIGO标准, SUVmax值能够更好地评估宫颈癌的预后。其他代谢定量指标包括代谢肿瘤体积( MTV) 和总损伤糖酵解 ( TLG) ,MTV为摄取FDG的肿瘤体积,TLG是MTV和平均标准摄取值( SUVmean) 的乘积。

PET / CT对宫颈癌原发肿瘤的局部侵犯、淋巴结侵犯以及远处转移均有检测作用,表现为典型的高FDG摄取。然而,其最大的优势之一是能够显示一个更清晰的淋巴结和远处转移的状态,从而对宫颈癌分期提供依据。

2. 1PET / CT对宫颈癌局部侵犯的检测癌组织局部浸润,向邻近器官及组织扩散为宫颈癌最常见的转移方式。相比于单独使用CT或MRI,PET/CT能够更清楚地勾画出当宫颈肿瘤向上侵袭进入宫腔和向下延伸进入阴道时肿瘤边缘的状态。Kitajima等[4]最近将MRI与PET/CT结合起来用于宫颈癌局部侵犯的诊断,结果显示: 将MRI与PET/CT结合起来诊断宫颈癌局部侵犯的准确率( 83. 3% ) 要比单独使用PET/ CT的准确率要高( 53. 3% ) ,因此,认为对宫颈癌局部侵犯的诊断,利用PET/CT联合MRI更为准确。

2. 2 PET / CT对宫颈癌淋巴结转移的检测癌灶局部浸润后累及淋巴管,形成瘤栓,并随淋巴引流扩散进入局部淋巴结。淋巴结转移一级组包括宫旁、宫颈旁、闭孔、髂内、髂外、髂总、骶前淋巴结; 二级组为腹股沟深浅、腹主动脉旁淋巴结。在对宫颈癌患者的诊断中,淋巴结状态是最重要的预后指标[5]。Leseur等[6]对90例宫颈癌患者在术前行PET/CT检测,认为PET/CT在检测盆腔内及腹主动脉旁淋巴结侵犯中具有高敏感性,而且原发宫颈癌的PET/CT参数能为患者预后提供非常有用的信息。Im等[7]对217例FIGO分期在IA2 ~ IVA期的宫颈癌患者进行回顾性研究,所有患者在治疗前均接受了PET/CT检测,结果显示: PET/CT能检出所有患者的腹主动脉旁淋巴结转移、16例患者的腿部淋巴结转移和9例患者的锁骨上淋巴结转移。由此可以看出,PET/CT在对盆腔内、外淋巴结转移的检测中均具有重要作用,因此,在术前对患者行PET/CT检测有助于患者的准确分期。

2. 3 PET / CT对宫颈癌远处转移的检测宫颈癌一般沿着阴道 、 子宫 、 膀胱 、 直肠 、 宫旁 、 宫颈旁组织等邻近结构直接转移,还可通过血管侵袭而导致癌细胞的血行转移 。 宫颈癌的血行转移极少见,晚期可转移至肺 、 肝和骨骼等 。PET/CT可通过对这些远处转移器官提供精确信息来提高患者初始分期的准确率 。Akkas等[8] 对47例分期在 ⅡB ~ ⅣA期的宫颈癌患者进行研究,比较PET/CT与MRI对患者淋巴结侵犯及远处转移的检出率 。 结果显示: 在这47例患者中利用PET / CT能检出39例患者的高代谢淋巴结,要优于MRI ; 而且PET / CT检测出13例MRI检测不出的腹主动脉旁淋巴结转移的患者, 10例远处转移的患者以及1例腹膜转移的患者,这说明了PET / CT在检测宫颈癌远处转移中具有明显优势 。

3PET/CT对宫颈癌治疗、预后及复发的价值

3. 1 PET / CT对宫颈癌治疗的指导价值对于早期宫颈癌的患者,手术通常为其首选的治疗方式,然而对于有高危因素的早期宫颈癌患者,常需配合术后的放化疗,以防止疾病的复发。Netzer等[9]对46例手术后患者行PET/CT检测,认为由PET/CT检测得到的SUVmax值能够为早期宫颈癌患者术后是否需要同时接受放化疗提供有用的信息。Nogami等[10]的研究还认为,PET/CT检测能够对病灶准确定位,使放疗辐射能够针对性地运送到FDG阳性淋巴结,从而可以使患者得到适当的放疗而减少对正常组织的损伤。

3. 2PET / CT对宫颈癌 预后评估 的价值Chung等[11]研究由术前PET/CT检测得到的MTV与宫颈癌患者预后的关系,对63例FIGO分期为ⅠB ~ ⅡA的宫颈癌患者在子宫根治术前行PET/CT检测并得到MTV值,结果显示: MTV值是影响其生存率的重要预后因素。此外,Chung等[12]还评估PET/CT在检测宫颈癌患者经治疗后复发中的作用,结果显示: FDG SUVmax是影响宫颈癌患者生存率的另一重要预后因素,因此,对治疗后的宫颈癌患者定期行PET/CT检测能为宫颈癌患者提供有效的预后信息,提高生存率。

3. 3PET / CT对宫颈癌 复发的诊 断价值Chung等[13]对FIGO分期在ⅠB ~ ⅡA的宫颈癌患者在行根治性外科手术前,对患者行PET/CT检测,利用COX比例风险回归分析得出: 术前行PET/CT检测显示盆腔淋巴结FDG SUVmax值与宫颈癌复发之间有着强关联性。Nakamura等[14]对80例宫颈癌患者在化疗前行PET/CT检测的研究同样证实了这个结论。

Chong等[15]对32例治疗后的宫颈鳞状细胞癌伴不明原因肿瘤标志物升高的患者用PET/CT进行检测,结果显示: PET/CT检测复发的敏感性100% 、特异性83. 3% 、阳性预测值82. 4% 、阴性预测值100% 。 Lazzari等[16]回顾性分析了53例病理检查证实为宫颈癌但用CT、MRI等无法确定复发的患者,对他们定期行PET/CT检测,结果显示: 有41例复发,其中局部复发14例、远处复发27例。因此,认为PET/CT在检测宫颈癌患者经治疗后的复发中有着重要作用,定期行PET / CT检测能帮助复发性宫颈癌患者进行监测和管理。

4PET/CT在宫颈癌应用中的局限

虽然PET/CT检测在对宫颈癌的诊断、治疗、预后及复发都有着重要的意义,但PTE /CT检测容易忽略ⅠB期以下患者的淋巴结微转移,因此,其在ⅠB期以下患者的评估作用不明显。而且,其他研究者[17]已经发现,PET/CT检测对大小正常但具有高代谢盆腔淋巴结的早期宫颈癌患者的检测准确率并不高,因此PET / CT检测不能完全代替淋巴结切除。

5总结

PET / CT检测在宫颈癌中的应用为宫颈癌的诊断和治疗带来了新的契机,虽然其对早期宫颈癌的检测存在一定的局限性,但对宫颈癌局部浸润、淋巴结转移、远处转移等具有重要的诊断价值,尤其是对淋巴结转移的准确评估,填补了FIGO分期对于淋巴结描述的空白; 其参数SUVmax、MTV和TLG正在成为宫颈癌的预测指标,并可能作为分期的工具,为宫颈癌的进一步准确分期提供了依据。此外,PET/CT检测在指导宫颈癌患者的治疗、评估患者的预后及复发中发挥着越来越重要的作用,定期行PET/CT检测有助于患者治疗计划的针对性制定和有效实施,提高患者的生存质量。

摘要：近年来宫颈癌在全球妇女中的发病率逐渐升高,成为全球妇女的第二大常见恶性肿瘤。对于宫颈癌在治疗前明确分期以及合理评估患者的预后是至关重要的。目前,正电子发射断层显像/X线计算机体层成像(PET/CT)检测已逐渐成为一种评估宫颈癌的重要成像方法。PET/CT检测对宫颈癌局部浸润、淋巴结转移、远处转移等一系列变化的诊断均具有较明显的优势,有助于明确宫颈癌的分期。对指导宫颈癌患者的治疗、评估患者的预后及复发也具有重要的价值,且有助于结合患者实际制定合理的治疗计划,提高患者的生存率。