基于多层螺旋ct的人体索条状组织同层显示成像方法

专利名称：基于多层螺旋ct的人体索条状组织同层显示成像方法
技术领域：
5 本发明涉及一种适用于人体内索条状组织的成像方法，尤其涉及
一种利用多层螺旋CT实现的人体内索条状组织如脊神经、肌腱、韧
带等的同层显示成像方法，属于医学影像技术领域。
背景技术：
CT是计算机X射线断层造影术(Computerized Tomography)的 10简写，它分为常规CT和多层螺旋CT两种。常规CT存在扫描速度较 慢、成像效果欠佳的缺陷，已经逐渐被多层螺旋CT (multislice spiral CT，MSCT)所取代。多层螺旋CT于1998年下半年应用于临床，是继 滑环(螺旋)技术以来CT史上又一个重要里程碑。
多层螺旋CT通过横轴扫描三维采集数据，以进行多种方向上的 15重建。三维扫描重建是目前非常成熟的技术，可以实现比较高的空间 和时间分辨率，以及高质量的多维重建图像，从而从任意角度观察病 变和组织结构。另外，多层螺旋CT可以获得具有良好各向同性的CT 图像。所谓各向同性是指在横轴三维采集数据后，重建出的轴位像、 冠状切面和矢状切面都具有一致的空间分辨率。所以在任意方向重建 20出的图像质量都是一致的。
现有的多层螺旋CT技术已经发展到可以一次扫描多层(现有技 术已经达到256层)，并且在快速薄层扫描的基础上进行图像重建。 利用这一技术，在相同的扫描条件和图像质量的前提下，扫描速度可 以提高了多倍，扫描范围可相应增大，从而使高清晰度图像、快速扫 25描、最大扫描范围三者之间的矛盾得到完美的解决。
虽然现有的多层螺旋CT技术已经相当成熟，但它在人体内某些 特殊组织结构的医学成像上仍然存在不少的技术盲点。脊神经的成像 就是其中典型的一例。
目前，针对脊神经的影像学断面解剖研究多选择横切面，并且多局 30限在椎管内，而对椎管外脊神经的走行极少研究。使用多层螺旋CT技 术仅能显示脊神经的横切面或斜切面，但因神经本身细长，所切的截面
积更小，且走行多与血管或其它组织交错，造成其识别上的困难。就一 段长度的脊神经而言，用横切面或斜切面，将其全长扫完可需要几十 层，多则上百层。在用于临床诊断时，这些横断面需要人为进行三维 空间的构像、整合，重构一个整体的神经干，以便与脊神经的整体形 5态相符合，但实现这一目的十分困难。其主要原因在于脊神经的走行 在三维空间中延伸，行程长，有时会弯曲或分支成角，加之本身细小， 在部分容积效应的作用下，显示不清或不显示。同时因脊神经属于实 心结构，与可引入造影剂的血管不同，因无法采用人工造影的方法使 其远离椎管的脊神经显示，致使目前对脊神经的研究远远落后于血管 10成像的研究。
另一方面，由于人们在医学知识水平上存在差异，可造成对脊神 经解剖学上的辨认产生差异性，给图像分析及诊断上造成困难。现有 的多层螺旋CT虽然可以任意两维平面成像。然而，目前人们仍然局 限在传统的横断扫描的思维方式上，而未从神经纵行的切面去探索， 15因此迄今为止，未见有影像学成像方法攻克这一难关。
不仅上述的脊神经如此，包括肌腱、韧带等在内的其它人体内索条 状组织也会遇到同样的医学成像问题。

发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种利用多层螺旋CT技术 20实现的人体内索条状组织同层显示成像方法。该方法采用沿索条状组 织的走行方向纵向相切的方式，获得多个纵行切面，然后将这些纵行 切面显示在同一层面上，以便进行其大小、走行方向、毗邻关系等的 分析。
为实现上述的发明目的，本发明采用下述的技术方案-25 —种基于多层螺旋CT的人体索条状组织同层显示成像方法，其
特征在于
a. 使用多层螺旋CT进行容积扫描；
b. 利用所述多层螺旋CT的薄层扫描功能，把CT调整成两维平面 与索条状组织走行的某一平面相切，得到一个或数个脊神经的纵行切面；
30 c.利用所述多层螺旋CT的三维重建功能，通过几何运算将各个纵
行切面组合成索条状组织的医学影像。 其中，在所述步骤b中，CT扫描的两维平面厚度小于所要相切的
索条状组织的纵行厚度。
所述索条状组织包括但不限于人体的脊神经、肌腱或者韧带。
所述索条状组织为人体脊神经时，所述二维平面的层厚为0.625毫 5米，层间距为0.6毫米。
所述索条状组织为人体脊神经时，所述多层螺旋CT的窗宽为200 100，窗位为10 5。
所述索条状组织为人体脊神经时，所述多层螺旋CT的视野选择为 10 25FOV。
10 所述索条状组织为人体膝关节的肌腱或者韧带时，所述多层螺旋
CT的视野选择在10 15FOV。
所述索条状组织为人体脊神经时，重建图像采用心脏、肠道或肝脏 重建模式。
所述索条状组织为人体膝关节的肌腱或者韧带时，重建图像采用 15踝关节重建模式。
所述多层螺旋CT为GE LightSpeed系列中的任意一种。 本发明所提供的人体内索条状组织同层显示成像方法，将其三维 空间走行难以显示的索条状解剖组织，变成了两维空间的平面图形而 显示，特别适合人体脊神经、肌腱、韧带等组织的医学成像。通过本 20发明，横切面难以量化分析的索条状组织可以实现整体形态学的体现， 从而为临床诊断提供了有依据性的量化指标。


下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步的说明。 图1为在沿索条状组织的纵行方向上，以平面相切的示意图； 25 图2为现有技术中脊神经一幅横切面图3为利用本发明实现的脊神经"同层显示"图像； 图4为膝关节的常规CT机扫描图像；
图5和图6为经本发明所提供的方法处理后的示后膝关节交叉韧带 示意30 图7为经本发明所提供的方法处理后的膝关节示前交叉韧带的示意图。
具体实施例方式
本发明提供了一种利用多层螺旋CT实现的人体内索条状组织同 层显示成像方法。这里的索条状组织主要包括人体的脊神经、肌腱、 韧带等。下面，分别以脊神经和膝关节的肌腱、韧带为例，对本发明的 具体实施步骤展开详细的说明。 5 [实施例1]脊神经医学成像
人体内的脊神经呈圆索条状，类似树枝样在三维空间走行及分支， 由粗变细，但其走行及分支呈现类似直线、兼有不同程度的弧形表现。 在其走行长轴上，它们至少一次能出现在同一个平面上。类似直线走行 的脊神经出现在同一个平面上的机会更多。另外，脊神经在同一平面上 10的切面形态也必然呈索条状。
根据脊神经的上述特点，本发明利用多层螺旋CT所具有的多平面 重建功能(即能够在任意两维平面上成像)，先将要扫描的脊神经组织 进行容积扫描，获得体数据；然后利用多层螺旋CT所具有的薄层扫描功 能(即可以进行任意两维平面的扫描)，把CT调整成两维平面与脊神经 15走行的某一平面相切，从而得到一个或数个脊神经的纵行切面，每一纵 行切面的整体被命名为"同层显示"，如图l所示。脊神经越粗，则切面越 多，反之亦然。获得了各个纵行切面之后，再利用多层螺旋CT所具有的 三维重建功能，通过相应的几何运算，将各个纵行切面组合成一个完整 的脊神经医学影像。 20 图2为现有技术所提供的一幅脊神经横切面图。该图中难以识别神
经，因神经断面小，与周围组织分界不清。图3为利用上述方法所实现 的脊神经"同层显示"图像。该图可以十分清晰地显示神经的全长，并可进 行大小、走行方向、角度及整体的毗邻关系的观察。 实现脊神经同层显示成像必须满足下列几项条件 25 1.调整CT的两维扫描平面，使其厚度小于所要相切的呈圆索条状
的脊神经纵行的厚度，这样它可在脊神经走行的纵行方向上以平面相切； 2.尽量将除直线以外走行呈不同弧形弯曲度的脊神经变成类似直线 状态，以便与CT重建的两维平面相切，这可以通过扫描时校正脊柱的曲 度来达到；
30 3.根据需要调整CT机的设置，使脊神经具有较高的清晰度及对比度。
具体而言，对于多层螺旋CT扫描所获得的体图像，首先采用标准法 减薄图像。这是因为经扫描后的图像为原始图像，属原始信息，它是将 检査的人体某部按照较厚的层面扫描所得到的是某段的容积信息，还必 须将它减薄，传到工作站进一步重建。重建应根据不同的需要而采取不 5同的厚度。对脊神经的成像，本发明人在使用美国GE公司的LightSpeed 系列16层螺旋CT机时，所采用的减薄层厚为0.625毫米，层间距为0.6 毫米，这样可获得较高的图像清晰度。在使用其它种类的多层螺旋CT机 时，也可以根据该设备的实际情况采用合理的减薄层厚，但在原则上应 该采用最薄的层面。
io 此外，减薄的方法也关系到图像的清晰度。它有软组织法、骨组织
法、标准法，本发明人采用的是标准法，它比另外两种方法效果好，因 为神经走行的部位有软组织、骨组织及脂肪等。单独釆用软组织或骨组 织法均不能综合这些因素，而标准法则可做到。
CT的窗宽及窗位共设有骨窗、纵隔窗、肺窗、软组织窗，这些供重
15建使用，脊神经属于软组织。在使用美国GE公司提供的Light speed 16 层螺旋CT机时，通常用软组织窗宽及窗位窗宽(350)、窗位(50)。 但本发明人发现应用此软组织窗宽、窗位达不到所需要的清晰度，应用 窗宽(200 100)、窗位(15 5)，便能得到十分理想的清晰度，特别 是脊神经边缘可十分清晰的显示，因宽窗及窗位縮小后，组织的黑化度
20增加，与周围的对比度也相应的增加。
在重建图像时，图像的视野选择也非常重要。因为神经为软组织， 所以尽量采用小的重建视野，以增加清晰度。对于脊神经的重建，实际 中采用10 20FOV最为理想。
另外，现有的多层螺旋CT一般都设有几十种重建的模式。按常规的
25做法，神经组织应该使用腰骶椎重建模式，但在本发明中，发明人采用 心脏、肠道或肝脏重建模式。因它们均为软组织重建，与神经密度接近， 其清晰度明显高于不用此模式的图像。
如图像较黑，则采用最大密度投影可获得明显的改善，如还不理想， 根据图像是否清晰，可采用平均最大密度投影或小窗宽窗位加平均最大
30密度投影法，后者可明显增加脊神经的清晰度及对比度，使细小的脊神 经显影，这一方法对投照条件差者可有明显的改善。 另外，在重建神经影像时，CT重建的角度及层面必须与脊神经解剖 学上的角度及层面一致，否则难以成像。为达此目的，必须注意到脊神 经的空间三维走行方向，只有明确方向及走行，才能在重建的平面上找 到神经，使其成像。为了便于跟踪脊神经的三维走行，本发明人采用重 5建光标定位点的方式(这是多层螺旋CT普遍具有的功能)，在重建的脊
神经起点开始跟踪神经的走行，从而可确定无疑地认定所检査的脊神经。 此方法可靠性很高。
上面主要介绍了 CT扫描后的图像处理步骤，它是实现本发明的关键 所在。但是，在CT扫描前进行的准备工作也是必不可少的。这些准备工 10作主要包括以下几个方面
1. 将腰部在脐部水平测量厚度，根据不同的体厚采用不同的条件可 获得较满意的图像清晰度。但对是否肥胖者应做轻微的调整，腹部脂肪
多明显隆起应减少3 5KV，脂肪少腹部平坦而肌肉相对丰满，相应增加 3 5KV，这是因为脂肪吸收X线量较肌肉饱满者相对少。根据实践经验， 15这样可增加神经的清晰度及对比度。
2. 扫描视野应限制在最小范围内根据病人的体高而定，高者范围 加大，矮范围小，尽量使扫描的范围在要检査的部位内，这样相对縮短 扫描时间，可使局部的二次射线减少，可以相对增加了图像的清晰度。
3. 病人必须清洁灌肠因肠道内的粪便或气体会产生伪影，后者干 20扰神经的清晰度，使其变模糊。
4. 受检者扫描时必须屏气和静态不动这样可以减少由于腹部的运 动产生伪影，造成神经的清晰度下降。根据本发明人的观察，此点特别 重要，尤其腹部肥胖者，多用腹式呼吸，如不屏气伪影特别大，应用此 法十分有效。
25 5.受检者的体位因脊神经从椎管发出，呈三维空间延伸，可呈一
定程度的弯曲，根据不同的脊柱节段可采取不同的体位。检査颈神经， 头部垫高；胸神经头部免枕；腰椎头部垫高；坐骨神经膝部垫高。采取 一定的体位目的是使神经在同一平面上，并拉直，以便与重建CT平面相 切，达到"同层显示"。
30 [实施例2]膝关节的肌腱、韧带成像
目前，多层螺旋CT用于膝关节的检査较多，但对这一部位的韧带及 肌腱的医学成像仍未取得理想的效果。利用本发明所提供的同层显示成 像方法，通过膝关节的肌腱、韧带利用扫描参数的改进及同层显示重建 后处理技术，在韧带及肌腱的纵行切面显示其索条走行，图像的清晰度
及临床应用价值明显有别于常规CT及MR (核磁共振)的检查，从而能 够有效地解决这一问题。 5 下面对肌腱、韧带成像时，CT扫描前的准备工作、CT扫描过程中
的参数选择以及CT扫描后的图像处理分别加以说明。由于肌腱、韧带成 像的技术框架与实施例1中的脊神经成像基本相同，因此两者相同的地 方就不过多说明了，下面主要介绍肌腱、韧带成像时需要特殊处理的内 容。
10 CT扫描前
受检者的体位应采用膝关节伸直位及弯曲位(30 40度)，两种体 位均可得到膝关节的肌腱、韧带的同层显示的纵行切面索条影，伸直位 可观察到前交叉韧带的紧张状态，而后交叉韧带可观察到松弛状态。当 膝关节弯曲位时可观查到前交叉韧带的松弛状态，而后交叉韧带可观察 15到紧张状态。在两种不同的体位下可得到两种韧带的不同功能状态及周 围解剖学的动态变化关系。
CT扫描过程中
膝关节扫描的条件为电压(100 120kV)，电流(100 200mA)， 扫描时间(一般10 15s)，扫描范围在股骨下端与胫骨上端之间。本条
20件扫描可得到十分清晰的膝关节韧带同层显示图像。在这些扫描条件下 图像显示十分清晰，远远超过常规扫描图像的清晰度。特点是韧带的边 界清晰，而周围的脂肪结缔组织密度明显较常规CT扫描所得到的密度 变低，黑化度好，与韧带的边缘分辨率高。 CT扫描后的图像重建
25 在本实施例中，与常规CT重建图像的主要不同在于-
1.采用与韧带走行的角度及方向一致的重建方位，使CT重建的平 面与韧带相切，得到的是韧带的矢状切面的索条影。这样得到的是与韧 带解剖学一致的图像，即整体形态学的表现。利用这一方法同样可得到 前交叉韧带、后交叉韧带、板股韧带、内侧副韧带、外侧副韧带等同层
30全程显示，其显示率达到100%。之所以能够实现这一目标是因为，当膝 关节伸直时，前交叉韧带处于拉直状态，能被CT的切面从韧带走行的纵 向所切，得到同层显示。当膝关节弯曲位时，后交叉韧带拉直，能被CT
的切面从后交叉韧带走行的纵向所切。这一点常规的CT及MR均不能做 至U， MR目前仅能达到后交叉韧带同层显示率70%，前交叉韧带及其它韧 带的显示率更低。
2. 图像的视野选择在10 15FOV，即小视野。它可增加图像的清晰 5度，由于放大率减少相对增加了图像的清晰度。
3. 采用小窗宽及窗位，因韧带的密度低，大窗宽不能突出韧带的密 度，而小窗宽真实的反映了韧带的密度，边界特别清晰。
4. 重建模式选择使用踝关节重建模式而不使用膝关节的重建模式 这一选择可以明显使得韧带的清晰度提高，对比度好。
10 需要说明的是，在本实施例中得到的高清晰度膝关节图像是在人体
安全照射范围内实施的，但所获得图像的清晰度显著高于常规CT扫描， 其原因根据CT医学影像学成像原理，对人体任何组织成像，必须使 受检查组织接受适当的放射量，才能使其达到最佳清晰度及与周围组织 的对比度，过高及过低均影响图像的质量。膝关节是人体最复杂的关节，
15由关节囊、韧带、脂肪结缔组织、关节软骨及半月板、骨性组织等构成， 这些组织的密度不同，而且相互重叠，CT多平面重建时如果扫描时放射 线的穿透力弱，则密度低的组织可被密度高的组织因吸收的放射量多而 被掩盖，因此造成清晰度及对比度差。本发明人在实施例2中所设定的 参数可以使膝关节各组织得到适当的放射量，从而极大提高了图像的清
20晰度和对比度。
图4为常规CT扫描膝关节所获得的图像。其中，示前、后交叉韧带 模糊，图像达不到医学影像诊断的要求。图5和图6为利用本发明所提 供的方法实现的膝关节CT扫描图像，从中可以看出，示后交叉韧带显示 十分清楚，能达到理想的影像学诊断的要求。图7也为利用本发明所提
25供的方法实现的膝关节CT扫描图像。其中，示前交叉韧带十分清楚，能 达到理想的影像学诊断的要求。
利用本发明所实现的交叉韧带影像具有如下的特点 1.韧带显示的是整体形态，与解剖学上的形态一致，便于整体形态 学的观察及分析；
30 2.便于观察韧带的走行及方向，并可分析及测量其角度；
3.可观察韧带的张力状态，是处于紧张状态还是处于松弛状态；4. 可进行量化分析韧带的长短及宽度，这一点常规CT难以实现， MR因同层显示率低，仍然实现困难；
5. 周围的毗邻关系明确，即韧带与周围组织的整体毗邻关系，接近 人体实际解剖，特别是屈伸两种体位下，韧带发生与周围毗邻关系的相
5对动态变化，是目前任何常规CT及MR难以体现的。
以上对本发明所述的基于多层螺旋CT的人体索条状组织同层显示 成像方法进行了详细的说明。对本领域的一般技术人员而言，在不背离 本发明实质精神的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都将构成对 本发明专利权的侵犯，将承担相应的法律责任。
权利要求
1.一种基于多层螺旋CT的人体索条状组织同层显示成像方法，其特征在于a.使用多层螺旋CT进行容积扫描；b.利用所述多层螺旋CT的薄层扫描功能，把CT调整成两维平面与索条状组织走行的某一平面相切，得到一个或数个脊神经的纵行切面；c.利用所述多层螺旋CT的三维重建功能，通过几何运算将各个纵行切面组合成索条状组织的医学影像。
2.如权利要求1所述的人体索条状组织同层显示成像方法，其特征在于所述步骤b中，CT扫描的两维平面厚度小于所要相切的索条状组织的纵行厚度。
3. 如权利要求1所述的人体索条状组织同层显示成像方法，其特15 征在于所述索条状组织包括但不限于人体的脊神经、肌腱或者韧带。
4. 如权利要求3所述的人体索条状组织同层显示成像方法，其特 征在于所述索条状组织为人体脊神经时，所述二维平面的层厚为0.625毫 20 米，层间距为0.6毫米。
5. 如权利要求3所述的人体索条状组织同层显示成像方法，其特征在于
6.所述索条状组织为人体脊神经时，所述多层螺旋CT的窗宽为200 100，窗位为10 5。 25 6.如权利要求3所述的人体索条状组织同层显示成像方法，其特征在于所述索条状组织为人体脊神经时，所述多层螺旋CT的视野选择为 10 25FOV。
7.如权利要求3所述的人体索条状组织同层显示成像方法，其特征在于所述索条状组织为人体膝关节的肌腱或者韧带时，所述多层螺旋CT的视野选择在10 15FOV。
8. 如权利要求3所述的人体索条状组织同层显示成像方法，其特 征在于5 所述索条状组织为人体脊神经时，重建图像采用心脏、肠道或肝脏重建模式。
9. 如权利要求3所述的人体索条状组织同层显示成像方法，其特征在于所述索条状组织为人体膝关节的肌腱或者韧带时，重建图像采用10踝关节重建模式。
10. 如权利要求1 9中任意一项所述的人体索条状组织同层显示成像方法，其特征在于所述多层螺旋CT为GE LightSpeed系列中的任意一种。
全文摘要
本发明公开了一种基于多层螺旋CT的人体索条状组织同层显示成像方法，包括如下步骤a.使用多层螺旋CT进行容积扫描；b.利用多层螺旋CT的薄层扫描功能，把CT调整成两维平面与索条状组织走行的某一平面相切，得到一个或数个脊神经的纵行切面；c.利用多层螺旋CT的三维重建功能，通过几何运算将各个纵行切面组合成索条状组织的医学影像。本发明将其三维空间走行难以显示的索条状解剖组织，变成了两维空间的平面图形而显示，特别适合人体脊神经、肌腱、韧带等组织的医学成像。通过本发明，横切面难以量化分析的索条状组织可以实现整体形态学的体现，从而为临床诊断提供了有依据性的量化指标。
文档编号A61B6/03GK101161202SQ200610165128
公开日2008年4月16日 申请日期2006年12月13日 优先权日2006年12月13日
发明者李燕英, 林井副 申请人:林井副;李燕英