利用表面遮盖法做头颈部CTA联合去骨成像的骨质阈值设定探讨

林 伟，汤化民，贺 倩，张波利

(成都市第一人民医院放射科，四川 成都 610041)

·论著与研究·

利用表面遮盖法做头颈部CTA联合去骨成像的骨质阈值设定探讨

林 伟，汤化民，贺 倩，张波利

(成都市第一人民医院放射科，四川 成都 610041)

目的：探讨利用表面遮盖重建(surface shaded display，SSD)进行头颈部CTA去骨成像的重建阈值设定。方法：选取在同一单位工作的30位体检人员，测定其颈椎平均CT值、L3～5椎体平均骨质密度(bone mineral density，BMD)，并以BMD值为参照，进行颈椎平均CT值、性别及年龄的两两对照及多元回归拟合，建立回归方程，与前期颅骨骨质密度研究结果进行比较。同时收集本院11例头颈部CTA检查患者的相关资料，将回归方程得到的预估CT值作为SSD重建的阈值进行去骨成像，评价去骨后的图像质量，验证其可行性。结果：经统计分析，颅骨与颈椎骨质密度相差过大，采用重建阈值最小化原则，利用颈椎CT值作为SSD重建的阈值进行去骨成像，所有患者图像质量评分均为5分，可视为去骨成功。结论：利用SSD重建进行头颈部CTA去骨成像的方法是可行的。

头颈部CT血管成像；表面遮盖重建；去骨成像；阈值设定

螺旋CT血管成像作为无创血管成像技术已得到广泛应用，但由于头颈部骨质遮挡干扰对该部位血管的显示，进而影响到对疾病的诊断。本院使用的飞利浦公司Brilliance 64排螺旋CT提供了多序列间的表面遮盖重建(surface shaded display，SSD)，为利用SSD遮盖进行CTA去骨提供了可能。该去骨方法在预实验中[1]取得了较好的效果，并且在随后的头部CTA去骨成像的临床研究中得到了进一步的应用。但在实际的临床应用中，有较多的患者同时进行头颈部联合扫描，提高了对SSD遮盖重建去骨的要求，因此如何合理地设置头颈部骨质的SSD重建阈值显得尤为重要。因此本文将在既往研究的颅骨阈值设定的基础上[2]，进一步探讨头颈部联合去骨的可行性，同时利用本院头部CTA检查患者图像质量的评估结果进行验证。

1 材料与方法

1.1 研究方法 骨质的相关代谢是全身性反应，除特定的骨病外，全身各骨的骨质密度变化具有趋同性，但不同部位的骨质密度变化不均一。如骨质疏松是全身性的改变，但往往以腰椎的变化更为显著。除腰椎外，全身其他各骨的CT骨质密度测定缺乏标准，因此在实验设计中引入了腰椎平均骨密度(bone mineral density，BMD)的测量作为中间载体，了解颅骨及颈椎的骨质密度变化。

1.2 样本纳入标准 骨质密度受年龄、疾病及生活环境等多种因素影响，为了尽可能排除外界因素的干扰，选取了在同一单位工作体检人员，共同点包括：(1)我院为该单位的定点体检医院，在历年体检中，所有纳入研究对象均无重大疾病的发生，身高、体质量指数(body mass index，BMI)均在正常范围内；(2)均为行政管理人员，在办公条件较好的市区上班，收入稳定；(3)体检项目均包含腰椎CT，头或者颈椎CT占其一。

1.3 观察、测量的相关数据 (1)前期研究[2]：在成人颅骨表面遮盖重建理想阈值设定的探讨中，按照上述纳入标准及研究方法，进行了颅骨平均CT值、腰椎骨质密度、性别及年龄的两两对照及多元回归拟合，从而建立了预估颅骨平均CT值的多元回归方程。将这部分既往研究成果86例患者设为“头部组”。(2)本次研究：按照上述标准，收集相关体检人员共30人，设为“颈椎组”，并测量颈椎平均CT值及L3～5椎体的平均BMD值，采用在2D图像上逐层确认的方式。所有的数据测量均通过飞利浦EBW4.0工作站完成。(3)对研究结果验证：根据相关文献报道[3-6]，收集我院2013年7月至2014年10月符合数据匹配要求的11例头颈部CTA检查患者，设为“患者组”，使用上述研究结果预估SSD重建阈值，并采用文献标准[7]进行图像质量评价。11例患者中：男5例，女6例；年龄18～87岁，平均60.9岁。CT扫描参数：平扫80 kV，100 mA，转速0.75 s/圈，层厚0.67 mm，Pitch 0.526；增强为120 kV，200 mA，余与平扫一致。对比剂：碘帕醇100 mL。增强使用“smart”扫描，感兴趣区放置于双侧颈内动脉，当一侧颈内动脉CT值达到150 Hu后，自动触发扫描。

1.4 统计学分析 由于“头部组”及“颈椎组”样本纳入不一致，故首先检验2组样本的均衡性，比较项目包括年龄、腰椎BMD值。如均衡性一致，则进行颅骨、颈椎、腰椎BMD值之间的分析，进行多元回归模型拟合。所有统计均采用SAS9.2统计软件分析。

2 结 果

2.1 头部组与颈椎组一般情况 详见表1。

表1 头部组与颈椎组年龄和腰椎BMD值的比较

注：1)与颈椎组比较P>0.05

2组样本年龄和腰椎BMD值无显著性差异，说明2组样本采集具有均衡性。

2.2 颈椎的平均CT值与椎体BMD值pearson相关性分析 相关系数r=0.618，P<0.01，具有极显著性差异，两者中度相关。

2.3 多元回归模型拟合 性别是腰椎骨质密度的影响因素，且颈椎的平均CT值与腰椎BMD值存在相关性，因此将性别作为控制因素，将颈椎的平均CT值作为因变量，年龄及性别(男性设为1，女设为2)作为自变量，进行多元回归模型拟合：颈椎的平均CT值=395.528-37.758×性别-1.945×年龄。对该模型进行F检验，F=4.769，P<0.05，模型具有显著性差异。

利用上述公式，计算出18～80岁人群的理论平均颈椎CT值为244.67±82.299 Hu。前期研究已知颅骨的平均CT值=753.28-1.13×性别-2.14×年龄。利用上述公式，计算出18～80岁人群的理论平均颅骨CT值为642.41±37.325 Hu。理论平均颅骨CT值与平均颈椎CT值经t检验，t=24.108，P<0.01。

2.4 实际应用研究 经上述理论研究，颅骨的骨质密度与颈椎骨质密度相差过大，提示在实际应用中，很难找到合适的重建阈值完整通过SSD重建包含颅骨及颈椎的所有骨质，可能会导致利用SSD遮盖进行头颈部CTA去骨失败。因此根据SSD重建的原理，采用阈值最小化，即利用上述公式将11例患者的颈椎预估CT值作为SSD重建的阈值，进行去骨成像。

采用文献标准[7]进行图像质量评价，11例患者图像质量评分均为5分，可视为去骨成功。但在这11例患者中，有4例在减影后头部血管三维图像局部表面出现了淡薄的稍高密度影，但可通过工作站剪切功能去掉，没有对图像的整体质量造成干扰，但颈部血管未发现此现象。这4例患者年龄均大于50岁。

3 讨 论

目前主流的头颈部CTA去骨成像技术是利用增强后的二维图像像素减去平扫的二维图像像素，得到强化的血管二维图像后再进行三维重建，其本质可以理解为“减影”。SSD-CTA技术则是：(1)通过头颈部平扫数据、利用SSD构建颅骨及颈椎三维模型；(2)直接通过增强序列进行头颈部的VR重建(包括强化的血管及骨骼)；(3)将平扫SSD图像与增强VR图像进行重叠，利用平扫与增强序列骨骼的重建阈值不会出现显著变化，通过工作站的“隐藏”(hide)功能，将骨骼对应的阈值隐蔽，从而直接得到血管的VR图像，其本质可以理解为“遮盖、隐藏”，SSD重建的目的是为了确定骨骼的阈值，并将该阈值范围内的像素隐藏，但最终的血管图是VR图像。该去骨方法与学者Jayakaishnan等[8]提出的半自动数字减影技术具有相似之处，均是通过3D图像的相互遮盖去骨，但半自动数字减影技术需在2D图像上，对所有层面的颅骨进行“膨胀”“人工勾画”，进行平扫与增强图像的匹配，操作复杂、耗时。

SSD重建阈值的设定与骨质密度密切相关，通过理论研究显示颅骨的骨质密度与颈椎骨质密度相差过大，提示在实际应用中，很难找到合适的重建阈值完整通过SSD重建包含颅骨及颈椎的所有骨质，但在随后的临床实际应用中，利用颈椎的CT值作为重建阈值，通过11例患者的验证，去骨也获得了成功。其原因可能是：(1)颅骨为扁平骨骼，有两层致密的板障(致密骨)，其内有一层间较浅薄的松质骨，而颈椎松质骨的范围更大，仅在椎体外缘有骨皮质包绕。我院的CT后处理软件对于骨质密度的测定感兴趣区位于椎体中央，不包含骨皮质，因此测量的颅骨CT值远高于颈椎。(2)SSD重建原理为确定需重建的组织阈值后，将高于该阈值的所有组织做等密度处理，并将低于此阈值的所有组织进行淡化处理，即SSD具有明确的“阈值分界线”。因此我们采用了最小阈值设定，即以颈椎的平均CT值作为重建阈值，利用颈椎与颅骨的密度差，向上包括颅骨的范围，实际临床使用验证了该想法的正确性与可行性。

11例患者中有4例患者在减影后头部血管三维图像局部表面出现了一层显示非常淡薄的稍高密度影，且这4例患者年龄均大于50岁。笔者考虑原因如下：(1)患者年龄偏大，不除外存在早期骨质疏松的可能，而骨质疏松往往以松质骨更为明显；(2)与颈椎松质骨不同，颅骨内外板障间的松质骨内存在着大量的板障静脉，松质骨成分较颈椎偏少；(3)颅骨板障间的松质骨形态浅而薄，CT扫描更容易受到容积效应的干扰。基于上述3点，我们有理由认为这层单薄的稍高密度影是受到板障容积效应干扰，骨质密度与重建阈值相似而得以保留的部分板障间松质骨。

另外，需要指出的是随着科技的进步，目前出现了更多、更先进的CT及成像技术[9]，但受限于设备价格因素，尚不能广泛应用于临床。因此如何使用现有主流的64排螺旋CT进行更好的头部CTA去骨，值得深入研究和应用。

综上所述，我们利用表面遮盖法进行头颈部CTA去骨成像是可行的，并具有临床实用性的。还需强调，为了保护患者，在实际的扫描过程中应采用低辐射扫描方式[10-11]，并保证平扫与增强数据的匹配，必要时可以采用支架进行患者头部固定[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

四川省卫生厅科研课题(110004)

林伟，626761186@qq.com

R814.42 <[文献标志码]A class="emphasis_bold">[文献标志码]A DOI:10.11851/j.issn.1673-1557.2015.04.002[文献标志码]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)