螺旋CT三维重建技术对孤立性肺结节征象的研究进展

王 霞，孙琼芳，涂 蓉，陈东东，王圣恩，史华莉，李胜达，刘旭俊

（1.海南医学院，海南 海口 570311；2.海南医学院附属医院放射科，海南 海口 570102）

·综 述·

螺旋CT三维重建技术对孤立性肺结节征象的研究进展

王 霞1，孙琼芳2，涂 蓉2，陈东东1，王圣恩1，史华莉1，李胜达1，刘旭俊1

（1.海南医学院，海南 海口 570311；2.海南医学院附属医院放射科，海南 海口 570102）

在孤立性肺结节的病变中，良、恶性的鉴别诊断一直是影像学诊断的热点和难点。随着MSCT技术革命开始，特别是三维重建技术近年来快速发展，使能够通过图像特征有效表示肺部结节病理特性，从而快速准确诊断孤立性肺部结节良、恶性得到了历史性提高。

三维重建；肺结节征象；进展；综述

孤立性肺结节(Solitary pulmonary nodule，SPN)[1]是指肺内直径在3 cm以内的类圆形病灶，无肺不张、肺炎、卫星灶和局部淋巴结肿大，其常见疾病为周围型肺癌、结核瘤、炎性假瘤及错构瘤、转移瘤、肺囊肿等。长期以来，国内外学者对孤立性结节内部、结节-肺界面及结节邻近结构做了广泛研究[1-7]，尤以结节内部特征研究比较深入。

螺旋CT三维重建技术对肺结节征象的显示把肺结节疾病的影像学诊断从二维图像的单一形态学诊断拓展到层次分明的立体图像，同时携载更多诊断信息的多方位形态学诊断的新领域。近年来，肺癌的发病率有明显上升趋势，CT是发现肺癌最重要、最可靠的检查方法[8-10]。在目前螺旋CT三维重建技术已日趋成熟，如何规范CT三维重建技术来展示肺结节的征象并在临床中作为影像学诊断肺结节的标准来推广，以提高肺结节的良、恶性的鉴别，达到术前更多采取无创的CT三维重建代替有创的病理活检的目的。本文主要综述螺旋CT三维重建方法对孤立性肺结节表现征象的显示价值及对其征象所象征的良恶性诊断。征象反映病变的生长方式和病变内部结构特点[11-14]。征象显示越多，诊断价值越大，病变的定性就越准确[15-16]。孤立性肺结节的征象直接关系到其所象征的性质诊断和疗效的评价[2，9，12]。

三维重建技术包括多平面重组(Multiplanar reformation，MPR)、容积再现(Volume rendering，VR)、表面遮盖显示(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)。三维重建技术的应用对SPN表现的各种征象的判断有很大的帮助。如MPR的多次、任意角度旋转能更准确、全面地显示SPN本身的征象和SPN与周围组织的确切关系[17-18]，为SPN的判断、鉴别诊断提供重要的依据[15]。VR具有密度层次、三维空间关系的伪彩影像，能充分显示肺结节的形态特征[19]，让其在近年来得到较好的发展。但由于周围结构的重叠对细微结构的影响，部分征象未能达到诊断要求，所以在临床上常结合MPR等方法应用。MIP可以完整显示病灶供血血管走行及病变与血管的关系[20]。SSD是最早应用的三维图像后处理技术[21-22]，易受阈值的影响，一般作为补充应用。若阈值选择准确[22-25]，其对胸膜凹陷征的敏感性较横断面高10%以上[23，26]。MinIP能更好显示支气管分支及狭窄范围，观察气道内腔显影情况[27]，但不能显示病灶的解剖细节。此外，MIP、miniP和MPR重建技术还可以鉴别在HRCT上小的不规则边缘结节与细支气管紧邻可能被误为“树芽征”，同时提高了空间分辨率。螺旋CT多层面重建及三维重建的立体、多层面、多角度观察病灶，为临床诊断提供更多信息，对指导外科手术治疗有很大帮助。虽然近年来三维重建技术的应用频繁，但其方法还不够完善，局限性较大，常需结合几种方法以清晰显示病变的细微结构，仅作为临床辅助。期待将来无创的三维重建技术能代替有创的病理活检成为临床中诊断孤立性肺结节的金标准。

1 CT三维重建及其方法

在医学影像学诊断中，CT二维断层图像是医生诊断疾病的常规方式。CT三维重建技术是辅助医师对病变体和周围组织进行分析和显示的有效工具，它极大地提高了影像学诊断的准确性和科学性。肺结节的三维重建把肺结节与周围组织间相互关联情况，展示非常清晰，对肺结节的良恶性诊断起到十分重要的作用。CT三维重建常用方法有MPR、VR、SSD、MIP和MinIP。

2 CT三维重建检查方法对孤立性肺结节诊断的各自优势

MPR多平面及多角度功能在显示肺部病变征象(空泡征[13]、分叶征[13]、血管集束征[28]、细短毛刺征[15]及空气支气管征)，较横断面有明显的优势[15]，结合VR重建技术还能鉴别分叶征和棘突征[29]。VR技术对于肺部结节表现的分叶征及血管集束征的显示均比横断面图像高[19，23]。SSD重建技术具有显示肺结节的胸膜凹陷征[13]最佳优势[20]，对深分叶征[15]、血管集束征的显示较横断面高，但易受阈值影响[19，23]。MIP重建技术在显示肺部病变的周围血管征最为敏感[20，30]。MinIP重建技术虽能整体直观显示气管支气管阻塞和狭窄范围及程度，但对病灶解剖细节显示差，特别是对早期小病灶及小支气管改变有一定限制[25，28]。

3 孤立性肺结节CT三维重建检查方法

3.1 从MPR的角度对孤立性肺结节的三维重建 MPR即多平面重组，是指在横断层面上按需要任意确定一个剖面的位置，计算机将一系列横断层面重组，获得该剖面断层层面的2D重组图像，包括冠状层面、矢状层面和任意角度斜位层面的2D图像。研究发现多层螺旋CT的扫描优于横断面薄层扫描主要表现之一是征象显示率高。从陈广等[17]的研究中表明分叶征、棘突征、毛刺征和支气管血管集束征在MPR的显示率明显高于横断面薄层扫描。在对于文献的追踪过程中也有研究表明利用64排MSCT对SPN行MPR，结果肿瘤的CT支气管征、血管集束征、深分叶征、叶间胸膜凹陷征及破坏征的显示率差异经配对χ2检验具有显著的统计学意义(P＜0.05)[15]；尤其对胸膜切迹征及阳性支气管征的显示显著。深分叶征、毛刺征、棘状突起征、胸膜凹陷征、胸膜切迹征及阳性支气管征一般作为恶性结节的诊断，而深分叶征[24]在恶性结节中的特异性最高，空泡征在良恶性结节中无显著差异。这有力地证明MPR对于SPN某些征象的显示率明显高于横断面薄层扫描。另一方面，MPR还较好地显示组织或器官内复杂的解剖关系，利于病变的定位，例如在对于某些SPN结节中的血管集束征的显示中，有文献表明MPR可以平行血管走向重建图像[28]，因此能够清晰显示血管束进入病灶内部或在病灶边缘绕行，降低了横断面扫描的假阳性率。对于病灶与血管的各种关系，如紧贴、侵犯、包埋、癌栓形成等，利用MPR与MIP结合能直观显示[31]。再者，MPR冠、矢状面的多方位和任意角度斜位观察肿瘤与气管支气管的关系时，利用不同的灰阶来反映不同密度的组织，密度分辨率高，对气管支气管管腔内外的软组织毗邻关系显示就清晰，不仅显示狭窄的部位、形态、内部特征、程度，从而有助于肺癌的早期发现和气管肿瘤的显示[32]；还能准确测量狭窄沿管壁长轴的累及范围、部位、严重程度、狭窄与气管隆突的距离，利于手术定位和确定手术范围[33]。此外，MPR结合VR可以病灶为中心点，行矢状、冠状、斜位任意角度重组，寻找出各基本征象的最佳显示图像和病灶最大截面图像，证实在理论上能使假阴性率明显降低[20]。综上所述MPR对于肺结节的征象可以多层面、多方位显示，利于了解结节与支气管、血管、胸膜等的关系，从而在临床应用中对恶性结节进行早期诊断。

3.2 从VR的角度对孤立性肺结节的三维重建 VR即容积再现技术，是指利用螺旋CT容积扫描的体素数据，根据每个体素的CT值及其表面特征，使成像容积内所有的体素均被赋予不同的颜色和不同的透明度，通过图像重组和模拟光源照射，从而显示出具有立体视觉效果的器官或组织结构的全貌。VR图像不仅能显示病灶的表面形态，而且可根据观察者的需要，显示病灶内部任何层次的形态，帮助确定病灶与周围重要结构间的位置关系。因包含所有容积资料，几乎无信息丢失的VR重建技术还可同时显示血管和肿瘤，进行不同表面的切割旋转，很好显示肿瘤以及侵犯血管的位置、范围[34]。VR是目前MSCT 3D图像后处理最常用的技术之一，它能弥补MPR、CPR图像的不足，对肿瘤组织进行准确定位，直接观察肿瘤和血管的表面形态及管腔内远、近端情况[35-36]，从而为手术提供准确的肺血管解剖关系和肺癌的CT定位。通过VR图像能够很好地显示血管集束征，由于集中的血管多是肺动脉和肺静脉，且以斜行分布为主，因此结节-肺门方向的图像能够最大限度的显示受累血管，根据血管走行还能区分肺静脉和肺动脉，故在以结节-肺门连线为轴的VR图像显示最佳[23]。VR不仅对血管集束征的敏感性高于横断薄层、对分叶征敏感性也较高。李惠民等[19]发现在VR像上分叶征出现了两种未见于良性病变的表现：一种是在VR横轴面特殊显示下表现的“多结节样”，由于技术上的差异，这种表现无法在SSD或其他图像上得到显示。另一种是仅见于VR图像而未见于横断面和MPR图像，VR表现为结节表面多个小丘状凸起，呈“细结节样”，横断面和MPR上这些小凸起却仅表现为结节表面轻度的凹凸不平而无明显的切迹。这与闫巧焕等所做研究的结果相符，从而证明VR对早期的周围型小肺癌具有明显的诊断价值[20]。

3.3 从SSD的角度对孤立性肺结节的三维重建 SSD即表面遮盖显示，是通过计算被观察物体的表面所以相关体素的最高和最低CT值，保留所选的CT阈值范围内体素内的影像，但超出限定的CT阈值的体素被透明处理。SSD是应用较早的三维图像后处理技术，与遮盖容积显示(SVR)不同的是SSD是对高于所设定阈值的表面数据进行遮盖成像，对含气的组织气管很敏感[37]。有学者认为短细毛刺在3D上因阈值选择不当致部分毛刺信息丢失，因此SSD对毛刺征远不及MPR。而范国华等[22]对SPN的研究中发现，选择适当的阈值将SPNs、血管、支气管、胸膜等进行三维重建，并进行任意角度旋转，发现通过不同阈值的选择可以观察到SPN的形态、截面内部的构造，血管和支气管可显示出其表面和狭窄的情况，而胸膜的形态、增厚的情况和受侵部位、范围的显示最佳，有利于对病变进行早期的定位。范国华等[22]还根据SPN立体形态表现将其分为4型：分叶型、棘突型、波浪型、圆球型。而分叶型、棘突型多见于恶性肿瘤，波浪型和圆球型多见于良性病变。在分析SPN相邻血管的3DCT表现中，将SPNs分为3型：肺动脉优势型、无优势型(肺动、静脉同时进入SPN，优势血管难以区分)、肺静脉优势型。而肺动脉优势型多见于良性，肺静脉优势型多见于恶性，肺动脉无优势型则难区分。在观察SPN相邻胸膜3DCT表现时将其分为3型：岛屿型、弹坑型、浅凹型。而岛屿型多见于恶性，尤其胸膜呈泡沫状改变仅见于恶性。浅凹型多见于良性，多表现为平浅凹陷或酒窝状凹陷；恶性的浅凹型见于平浅凹陷多伴胸膜不规则增厚或局部缺损、裂隙状改变。弹坑型良、恶性近似，恶性者边缘多不光滑，良性者边缘光整多见。3DCT还显示胸膜改变类型良、恶性有显著性差异，对SPN相邻胸膜三维形态改变的显示率为92%。还有另一方面，由于SSD表面解剖清晰，使其适用于空腔结构和肿瘤的表面形态的显示，利于病灶的定位和判断侵犯的范围。在谭理连等[38]的研究中气管支气管树SSD成像可整体直观显示中央型肺癌气管、支气管变窄或阻塞的表面成像情况，但被认为不能真实反映气管支气管阻塞程度。气管支气管树MinIP成像可显示气管及较大支气管内腔病灶及其变窄阻塞程度，图像类似支气管断层，但对腔壁、腔外病灶及较小支气管显示较差。根据查阅大量资料，VR可以从不同的角度显示支气管树，发现管腔的微小变化以及气管支气管的复杂病变。运用SSD、VR、MinIP这三种方法结合可以对气管支气管的早期病变进行诊断。

3.4 从MIP的角度对孤立性结节的三维重建 MIP即最大密度投影，是通过计算机处理，从不同的方向对被观察的容积数据进行数学线束透视投影，仅将每一线束所遇密度值高于所选阈值的体素投影在与线束垂直的平面上，并可从任意投影方向进行观察。MIP能通过多视角旋转动态观察肿块的边缘立体形态，与纵隔、周围气管、支气管的关系，结合增强扫描观察毗邻大血管是否受侵及受侵程度，为临床提供可靠治疗依据。根据田岳华等[30]的研究数据表明MIP不仅在肿瘤与邻近组织或器官的关系上显示，尤其在肿瘤与大血管的最大接触面上提供了多方位观察，而且就肿瘤周围受侵犯的情况提供的价值信息有助于手术前评估。王学廷等[20]的研究也提到MIP对于血管的显示及强化血管的显示非常好，能清楚地显示血管进入结节或者血管受压情况。但由于扫描、图像等技术的调节上存在误差，使MIP对肿瘤周围很细小的血管的显示仍存在问题。二维图像对其显示效果远不及MIP在于二维像的血管走行并非平行，因此不能完整展现血管走行及病变与血管的关系。在王忠彬等[39]的研究也提到MIP可以任意厚度空间范围内肿瘤的立体构成及肺动脉、肺静脉、气管、支气管的显示，充分展示了肿瘤的大小、范围及其与周围的相互关系。综上可以证明MIP对病变的周围血管征的显示比2D图像具有显著的优势。

3.5 从MinIP的角度对孤立性肺结节的三维重建 MinIP即最小密度投影，仅将每一投影线束所遇密度值低于所选阈值的像素或密度最低的体素投影到线束垂直的平面上。MinIP善于利用容积数据中在视线方向上密度最小的像元值成像能够排除周围软组织和骨骼对所观察病灶的干扰，清晰显示气管、支气管与周围组织的对比关系[35]。此外，MinIP技术还能更好显示支气管分支及狭窄范围，观察气道内腔显影情况[27]，但图像较粗糙，对病灶解剖细节显示差，对早期的小病灶易漏诊及对小支气管改变有一定局限。谭理连等[38]认为MinlP图像的质量好坏与螺旋CT扫描层厚、螺距、气管支气管大小及含气多少有关，气管及叶以上支气管显示较好，段及段以下支气管显示欠佳。所以认为MinIP成像的价值仅是横断面图像的补充，以三维图像显示病灶，但不能显示病灶的解剖细节。

4 小 结

CT三维重建技术作为一种直观及立体化为一体的无创、较精确诊断方法，在放射、临床中的地位越来越重要，尤在外科已逐渐成为手术前必备的一项工序。尽管3D的应用价值非常高，但其方法还不够完善，单一的一种重建方法难以达到对病灶的直接诊断，如MPR虽在轴、冠、矢及任意斜位成像，显示解剖结构及病变细节清晰，但其图像缺乏整体性，不能反映孤立性肺结节的立体形态，而这种缺陷却能被VR弥补。VR图像直观、立体、逼真，近于解剖，反映病变全貌，从多角度观察病变与邻近结构的空间关系。MIP能理想地显示VR所不能显示的病变并作为术后情况观察、形态确定的一种有效方法。SSD及MinlP因信息丢失多而图像粗糙，需联合MPR来达到病变的显示及诊断。若认为在气管支气管病变时应首选MPR和MinIP[28]。因此CT三维重建技术是一种互补的关系，综合各种方法的优点所得图像及诊断，才能为临床诊断、治疗提供更丰富、准确的信息[40]。

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R445

A

1003—6350（2014）14—2105—04

10.3969/j.issn.1003-6350.2014.14.0815

2013-12-26)

海南省卫生厅课题(编号：琼卫2010-53)；2011年海南医学院大学生创新性实验项目(编号：HYCX201119)；海南医学院2012年国家大学生创新创业训练计划项目(编号：201211810053)。

孙琼芳。E-mail：783775255@qq.com