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医学影像成像原理

 

近年来,随着CT机器设备硬件及软件的不断升级,CT结肠成像的检查技术和临床应用研究均取得了显著的进展,对结肠疾病的检测和诊断发挥着重要作用。

一、成像原理

CT结肠成像的基础是利用螺旋CT采集容积数据和计算机图像后处理技术,重建结肠的二维和三维图像,从而作出结肠疾病的诊断。

1.多平面重组技术(MultiplanarReformation,MPR)将原始容积数据经小间隔重建处理,然后利用图像处理软件进行冠状位、矢状位及任意角度斜面的二维图像重组,可显示肠腔内、外及肠壁的结构。

2.表面遮盖显示(ShadedSurfaceDisplay,SSD)SSD可显示整个结肠外形及病变肠管的狭窄,并结合切割法较好地显示病变向肠腔内突出的情况。该技术快速简便,但被观察物表面下方的结构缺乏解剖细节。

3.透明显示技术(RaySum)该技术是将透视法与容积再现技术结合起来,把视点置于充气结肠腔内,建成自内部观察结构的三维图像,产生类似结肠气钡双重造影效果,能清楚显示管腔狭窄、肠壁增厚及肠腔内软组织肿块。

4.仿真内窥镜(VirtualEndoscopy,VE)在最初的二维横断面和重建的冠状位及矢状位图像上确定辅助导航的中心线,结合三维重建技术通过水平和垂直算法使视点在腔内延伸;观察者可以沿着已定义的三维空间坐标,用鼠标进行交互操作,以便改变观察方向;所观察的路径上产生基准图像,每一基准图像记录着观察者所处的位置、方向、扫描野、不透光值及色彩,这些基准图像决定着复杂的“漫游”路径。结合远景投影和调整物屏距,可以使图像达到具有深度远景和运动的感觉,将观察者的视野置于空腔器管之内,按人眼工作方式观察目标。

二、检查技术

1.肠道准备CT结肠成像成功与否与肠道准备情况密切相关,一般要求肠道清洁、干燥、充分扩张,按结肠镜和结肠气钡双重造影检查要求清洁肠道。国外多于检查前1日口服4L稀释的聚乙二醇电解质溶液。Macari等通过与聚乙二醇电解质溶液对比发现口服磷酸钠能明显减少肠腔残留液体,减少了肠腔内残留液体引起的假阴性,所以部分学者主张应用口服磷酸钠进行肠道准备。国内一般于检查前2日无渣饮食控制,检查前1日流质饮食,检查前晚口服硫酸镁50~100g,并饮水1000~2000ml。也有检查前晚口服20%甘露醇500ml配加5%GNS1000ml。由于目前尚无一种完美的肠道准备方法,各种方法均有多少不等的粪渣和液体残留,会掩盖部分病灶和误认为粪渣为病变。为减少假阳性和假阴性,Lefere等通过粪便标记法(FecalTagging),让患者于检查前48h口服2.1%钡悬液和低渣饮食,使对比剂与粪便混合进行粪便标记,由于被标记的粪便呈较高密度,采用调节阈值或数字减影软件进行区别粪便和病变。与传统聚乙二醇法对比,结肠息肉检测敏感度和特异度均达到88%,而传统准备法为77%和85%,特异度明显提高,而敏感度无显著差异。而且粪便标记法使患者的耐受性明显改善,痛苦减少。Zalis等应用数字减影肠道清洁术(DigitalSubtractionBowelCleansing)也能明显帮助识别病变和粪渣,但经数字减影后的结肠内壁会出现羽毛样伪影,通过计算机结肠黏膜重组,可减少边缘伪影而获得较光整的肠腔内壁影像,目前这一技术优势尚需进一步完善和临床证实。

2.低张剂的使用研究表明扫描前10min肌内注射654-210~20mg,可以降低胃肠道张力,抑制肠蠕动,减轻肠痉挛,改善肠道扩张,从而提高图像质量。因此,若无心血管、尿潴留等禁忌症应使用平滑肌松弛剂改善图像质量。

3.检查体位一般采用仰卧位,也有联合应用仰卧位和俯卧位,使肠腔内残留的粪便、液体或肠管内气体再分布,也有利于萎陷肠管的复张,从而区分肠腔内容物和病变,提高敏感度,减低假阳性、假阴性。

4.肠腔内对比剂的应用为了使肠管扩张充分,检查时必须引入一定量的对比剂,包括低密度对比剂(空气、CO2和脂类液体),等密度对比剂(如水),高密度对比剂(有机碘溶液和稀释钡剂)。一般根据患者的耐受程度,左侧卧位,经直肠导管(最好为带气囊导管)注入空气1000~2000ml。

5.静脉内对比剂的应用部分作者通过与平扫对比,使用高压注射器快速静脉团注碘剂,一次获得动脉期、门脉期及平衡期(加扫平衡期有利于实质脏器病灶的定性,视具体情况而定)图像。发现肠壁强化后有利于较小病变的识别,对肠道准备较差者有利于病灶的检出;而且多期相图像容易鉴别腹部脏器和淋巴结有无转移以及肠周情况,有助于结肠癌的分期,从而选择适当的治疗方案。造影剂剂量一般为1.5ml/kg左右,通常以2~3ml/s速度注射。

6.扫描参数一般采用管电压120kv,管电流70~290mA,矩阵512(512,FOV30~49cm,螺距1~2,重建层厚1.25~3mm,重建间隔1.25~3mm。Gelder等采用100mAs的低毫安扫描也达到理想的检测结果,检出≥5mm息肉的敏感度达到90%,甚至30mAs也能达到74%,认为低剂量虽降低了图像质量,但无明显损害敏感度和特异度,用于结肠普查可大大减少致癌的危险性。扫描范围:包括直肠、盲肠和整个结肠;也可以根据解决问题的需要扫描特定部分。

7.计算机辅助诊断(Computer-aidedDetection,CAD)由于CT结肠成像产生大量数据,需要大量人力和时间去分析诊断。为了快速、准确分析大量的CT数据,产生了计算机辅助诊断系统。许多学者依据“病变”形态、透光性、结构、活动性和部位来设计计算机辅助诊断系统,以便区别结肠肿瘤、正常结构和肠腔内容物。一套优良的计算机辅助诊断系统需要合适的敏感度和特异度,假阳性率高不能有效减少分析诊断时间,假阴性率高会增加漏诊率。Mang等研究认为CAD系统能大大提高经验一般医师检测结肠息肉的能力,敏感度从76%提高到91%;对经验丰富的专家帮助较小,敏感度从91%提高到96%,而且CAD系统阅片时间比裸眼阅片时间长2.1min。

三、临床应用

1.CTC在结直肠息肉性病变中应用CTC可显示肠腔内壁和黏膜皱襞,可观察起源于结肠袋内、结肠半月襞近侧面和盲肠内侧壁上的病变(如息肉、肿瘤)等,能较全面地观察结肠肿瘤、息肉等病变的形状、大小和密度等形态特征,结合轴位、MPR图像可显示结肠壁厚度和肠周间隙情况,鉴别起源于结肠壁内、外的占位抑或外来压迫性病变,从而对病变进行准确的定位。以目前公认的传统结肠镜(ConventionalColonoscopy,CC)为金标准,大多数关于结肠癌高危人群的研究显示对于检测直径≥10mm的结肠息肉病变,CTC具有良好的敏感度和特异度,对直径≤5mm的病变,其敏感度较低。Pickhardt等对1233例无症状的低危人群中的CTC检查结果与传统结肠镜结果分析,CTC检测直径≥6mm的腺瘤性息肉和非腺瘤性息肉的敏感度分别为85.7%和73.1%,≥10mm的分别为92.2%和73.3%。对1065例结肠镜未发现息肉的病例,CTC发现具有一个≥6mm非腺瘤性息肉63例,≥10mm15例。

Macari等对68例无症状的普通人群CTC和CC检查结果对比认为:CTC对直径≥10mm息肉的敏感度和特异度很高,真阴性率也较高(达到89.7%),而对于直径≤5mm和6mm~9mm的息肉不够理想,敏感度分别为11.5%和52.9%。国内学者李智勇等利用16层螺旋CT进行CT结肠成像获得理想效果,对直径为2~5mm、5~10mm息肉的敏感度分别为89.1%和100%。

2.CTC在结肠癌中的作用CTC多种成像方法为结肠癌分型提供了依据,仿真结肠镜(VirtualColonoscopy)图像从肠腔内观察到类似结肠镜所见的立体图像,可显示肿块表面情况及测量其中心凹陷的深度和溃疡口部的宽度。SSD类似钡灌肠的三维图像,可充分显示病灶的长度和整体轮廓。Raysum类似气钡双对比的黏膜像,使肠腔透明显示管壁内表面情况,对浸润型所引起的肠壁狭窄显示明确并可测量其长度。结合MPR二维成像和原始轴位图像能清晰显示组织密度、肿瘤侵犯肠壁的范围和相邻脏器是否受累、腹腔淋巴结及远处脏器有否转移,为临床对肿瘤进行分型分期提供依据,从而选择恰当的治疗方案。

3.在结肠镜和气钡双重造影失败病人中的应用由于部分患者肠腔闭塞或狭窄,不能完成结肠镜和气钡双重造影检查,狭窄近端肠腔情况无法观察。CT结肠成像能显示病灶的形态、范围以及近端结肠的伴发病变。Neri等对34例结肠镜检查失败的病人进行CT结肠成像,显示全部病例均能顺利完成检查,结肠镜漏检10个肿瘤和3个伴发肿瘤,CTC全部检测出。由于结肠癌不全性肠管狭窄结肠镜检查对其的检测敏感度和特异度仅为56%和92%,而CTC分别为100%和90%,明显优于结肠镜。

4.结肠外病变CT结肠成像不仅能显示结肠腔内病变,而且能显示结肠外的腹腔、盆腔情况,这是其他结肠检查方法不具有的优点。诸如:肝脏、卵巢、淋巴结等组织器官有无转移;腹主动脉瘤、肾癌、囊肿等伴发疾病。有些发现具有重要临床意义,影响治疗计划和治疗方案,也有利于结肠癌的术前评估和分期。

四、CT结肠成像的优缺点及其展望

CT结肠成像具有检查快捷、安全、耐受性好、几乎无严重并发症,为患者乐于接受;对于肠腔狭窄患者,也能完成全结肠成像;在显示肠管本身病变的同时显示肠腔外情况,有利于病变分期和治疗计划的制定等优点。

同时,CT结肠成像要求较高的肠道准备,对于直径<5mm的病变及扁平病变敏感度低,容易漏诊;不能显示肠黏膜的充血、水肿情况,对炎性病变检测具有一定的局限性;不具备结肠镜的治疗和活检作用;具有一定的电离辐射等局限性。

CT结肠成像的应用还处于初级阶段,随着扫描前准备、扫描技术及诊断水平的提高,随着CT设备和计算机技术的发展,CT结肠成像将会成为结肠疾病的一种重要检测手段,尤其对那些不能完成结肠镜检查的患者,发挥着重要作用。

 
 

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