引用本文： 白萬晶, 李真林, 寧剛, 李學勝, 陳錫建. 螺旋CT容積再現和最大強度投影技術在兒童骨骼異常中的臨床應用. 華西醫學, 2016, 31(1): 82-86. doi: 10.7507/1002-0179.20160021 復制
螺旋CT不僅掃描速度快，還具有強大的圖像后處理功能。容積再現（VR）和最大強度投影（MIP）是兩種常見的CT三維重組技術，能從整體上顯示成像區域的空間立體結構[1-3]，已廣泛應用于各類血管、骨折以及手術前的綜合評估[1-13]。然而，VR和MIP在兒童骨骼異常，尤其是不同內科疾病導致骨骼改變中的應用報道并不多見。本研究的目的在于探討VR和MIP兩種三維重組技術在評價不同疾病導致兒童骨骼異常中的應用價值。現報告如下。
1 資料與方法
1.1 一般資料
納入標準：2014年3月－6月在四川大學華西第二醫院檢查的患兒中，螺旋CT橫斷層圖像及多平面重組（MPR）診斷為骨骼異常者。排除標準：因運動偽影無法進行三維重組者。收集符合上述標準的患兒18例，其中男11例，女7例；年齡16 d ～ 10歲，平均（3.38±4.11）歲；佝僂病導致肋骨異常3例，漏斗胸3例，不明原因骨質缺損或凹陷6例，結核導致骨質破壞2例，急性白血病導致多處骨質破壞1例，朗格漢斯細胞組織細胞增多癥導致骨質破壞1例，腫瘤轉移導致多發骨質破壞1例，寰樞椎半脫位1例。以上基礎疾病以兒童內科疾病為主，其骨骼異常多為代謝性疾病所致。
1.2 掃描方法及圖像后處理技術
采用Philips Brilliance 6層螺旋CT（荷蘭飛利浦公司）進行數據采集。掃描參數：管電壓120 kV；管電流根據部位設定，顱腦為150 ～ 200 mAs，胸部為30 ～ 50 mAs，腹部為60 ～ 90 mAs。準直寬度6×1.5 mm，螺距0.9，掃描層厚與層距均為5 mm。將所有原始數據進行薄層重建，重建層厚2 mm，層距 1 mm。對所有薄層圖像進行VR和MIP。
1.3 圖像評價
由2名放射科醫師獨立評價所有三維圖像（獨立評分），以CT橫斷層圖像及MPR的診斷結果作為參考，能完全診斷者評4分，診斷程度≥50%者評3分，診斷程度＜50%者評2分，完全不能診斷者評1分。評分不一致者，2名醫師討論后重新評分，作為最終評分。
1.4 統計學方法
使用SPSS 16.0軟件進行統計分析。對2名醫師獨立評分結果進行一致性檢驗，計算Kappa值；對VR和MIP的最終評分的比較采用Wilcoxon秩和檢驗。檢驗水準α=0.05。
2 結果
兩名醫師獨立評價VR和MIP的Kappa值分別為0.730和0.593，均有統計學意義（P＜0.001），具有高度和中度一致性。VR與MIP對18例患兒CT三維圖像診斷的最終評分分別為（3.28±0.96）分和（2.89±0.90）分，兩者差異無統計學意義（Z=-1.732，P=0.125）。
本組3例漏斗胸患兒，CT橫斷層圖像僅能顯示該層面上凹陷的部分胸骨（圖 1a），但VR和MIP能更全面地顯示胸骨的整體形態和走行（圖 1b、1c），不僅能顯示越往下走行逐漸凹陷的整塊胸骨，還能顯示與整個骨性胸廓的關系，能夠完全診斷漏斗胸，因此評分都為4分。而多種代謝性疾病對骨骼造成的某些細微改變，只能在CT橫斷層圖像上顯示。本組3例佝僂病患兒，與CT橫斷層圖像（2a）相比，VR和MIP能同時顯示多個肋骨前端的膨大、凹陷（圖 2b、2c），但斷端模糊、毛刷狀改變、骨密度降低這些細微征象卻只能在CT橫斷層圖像上顯示，所以VR和MIP對佝僂病導致肋骨改變的診斷程度達不到100%，只能評3分。本組2例結核患兒，其中1例因結核導致右側骶髂關節面下微小骨質破壞，CT橫斷層圖像上能清晰顯示微小骨質破壞（圖 3a），但VR和MIP圖像上未見異常（圖 3b、3c），完全不能診斷，評分為1分，因此診斷時應該以二維圖像為基礎，不能只評價三維圖像。另外，同樣是三維圖像，本研究中VR的評分略高于MIP的評分。以1例顱骨局部骨質缺損3處的患兒為例，對于CT橫斷層圖像顯示的3處骨質缺損（圖 4a～4c），VR顯示了全部缺損及其相互之間的位置關系（圖 4d），評分為4分；MIP僅顯示了其中的1處（圖 4e），評分為2分。
圖1
出生24 d女性漏斗胸患兒胸部CT圖像 1a. 橫斷層圖像，示凹陷的部分胸骨（白箭） 1b、1c. 分別為VR和MIP像，示越往下走行逐漸凹陷的整塊胸骨（黑箭），及其與整個骨性胸廓的關系? ?圖 21歲女性佝僂病患兒胸部CT圖像 2a. 橫斷層圖像，顯示斷端模糊、毛刷狀改變、骨密度降低（白箭） 2b、2c. 分別為VR和MIP像，同時顯示多根肋骨前端膨大、凹陷（白箭）? ?圖 314歲女性結核患兒盆腔CT圖像 3a. 橫斷層圖像，顯示右側骶髂關節面下微小骨質破壞（白箭） 3b、3c. 分別為VR和MIP像，均未見異常? ?圖 41歲男性骨質缺損患兒頭部CT像 4a～4c. 橫斷層圖像，顯示左側顱骨3處骨質缺損（白箭） 4d. VR圖像，完整顯示了3處骨質缺損（黑箭），以及相互之間的位置關系 4e. MIP圖像，僅顯示了其中1處骨質缺損（白箭）
3 討論
VR又名體積重建法、體繪制法，它視體素為半透明物質，從完全透明到完全不透明之間無截然分割，而是漸變的，記錄每一條光線通過所有體素的信息，并累計合成得到容積數據，因此能最大限度地再現各體素的空間結構[14]。其優點在于利用了全部體素，同時顯示了高密度物質和低密度物質；因其視三維數據為半透明，所以保留了源圖像中的模糊信息[14]。其主要缺點為，由于VR直接顯示體數據，未對物體表面進行重建，因此不能進行測量[14]。而MIP利用投影成像原理，將三維數據向任意方向投影，取每一條投影線經過的所有體素中最大的體素值作為投影圖像的像素值，由所有投影線對應的若干個最大密度的像素組成圖像[14]。其顯示的是三維信息中密度最高的結構，因此對骨骼、鈣化、充滿碘對比劑的血管顯示良好。但由于MIP取最大密度值成像，難免丟失低密度數據[14]。
由此可知，VR和MIP的共同點在于對三維數據進行處理，得到立體圖像，顯示整體結構。對三維立體圖像進行360°任意旋轉[1]，可以從不同方向、不同角度觀察，更加全面、準確地顯示病變，這是二維圖形無法比擬的優勢。對于本研究中的漏斗胸和部分明顯的骨質缺損，VR和MIP能比CT二維圖像更好地顯示其全貌。然而它們的區別在于，VR利用了全部體素，而MIP只顯示了最大密度，因此診斷效能略低于VR。劉剛等[15]研究脊柱側彎時發現，VR的評價效果優于MIP。本研究中VR評分也略高于MIP評分，符合二者的理論差異。本研究中1例CT橫斷層圖像顯示顱骨局部骨質缺損3處的患兒，VR顯示了全部缺損及其相互之間的位置關系，評分為4分；MIP僅顯示了其中的1處，評分為2分。所以，盡管二者評分差異在統計學上無意義，但在臨床上是有意義的。也許正是因為MIP缺乏低密度數據，干擾了醫師對圖像的評價，導致了其一致性值低于VR。
如前所述，VR和MIP顯示立體結構有優勢，但對于本研究中佝僂病等代謝性疾病對骨骼的某些細微改變，其顯示程度不如CT橫斷層圖像及MPR。褚志剛等[1]研究先天性心臟病時發現，VR能全面、直觀、整體地顯示心外血管病變，但對房間隔缺損、室間隔缺損等心內微小病變顯示率為0。呂冬亮等[10]認為，VR圖像由于容積效應和表面光滑處理，分辨率不如MPR。所以，CT三維圖像是斷層圖像的補充[1, 9]，因此本研究對圖像評分時以CT橫斷層圖像及MPR的診斷結果作為參考。本研究1例患兒因結核導致右側骶髂關節面下微小骨質破壞，CT橫斷層圖像上顯示清晰（圖 3a），但VR和MIP圖像上未見異常（圖 3b、3c），完全不能診斷，評分為1分，因此診斷時應該以二維圖像為基礎，不能只評價三維圖像。另外，CT三維圖像漏掉細節的原因，除了分辨率不如MPR，還可能是包含體素多，信息量大，因顯示立體結構，前后重疊多，掩蓋了細節。
本研究中18例患兒的骨骼異常由不同的基礎疾病造成，每一種疾病導致骨骼改變的特點不同，相應的診斷要點也有所差異。如果骨骼異常的診斷要點傾向于整體結構的改變，那么VR和MIP的診斷效能就會增加，評分也會相應增加；如果該診斷要點注重骨骼的細微改變，CT二維圖像的貢獻就會增加，而VR和MIP對病變的顯示程度就會下降。本研究的基礎疾病有漏斗胸、佝僂病、骨質缺損、結核、白血病、腫瘤等。其中，漏斗胸的診斷要點在于胸骨逐漸凹陷的整體走形，因此VR和MIP能100%診斷，評分都為4分。張琳等[16]用CT研究兒童先天性胸廓畸形時發現，VR圖像可以立體顯示胸廓整體形態，與本研究結果類似。對于漏斗胸患兒，VR圖像還可以用于觀察術后緩解程度[16]。佝僂病的診斷不僅需要在整體上顯示多個肋骨末端膨大、凹陷，還需要顯示斷端模糊、毛刷狀改變、局部骨密度降低的細微改變，所以VR和MIP的顯示程度就下降，評分都為3分；而結核、白血病、腫瘤等導致的骨骼異常多為細微改變，如骨皮質不連續，細微的骨質破壞，這些在VR和MIP上顯示較差，所以評分為2分，甚至1分。縱觀本研究18例患兒，由代謝性疾病導致的骨骼異常占多數，因此VR和MIP的平均評分在3分左右；由于兩種三維重組技術原理上的差異，MIP提供的信息少于VR，因此平均評分略低于VR。
內科疾病，尤其是代謝性疾病往往累及多系統甚至全身，由此引起的骨骼異常也通常是多個骨骼同時受累，雖然CT斷層圖像能顯示細微的骨骼改變，但難以顯示其全貌，因此有必要生成三維圖像，通過多角度、多方位旋轉，最大程度顯示病變的全貌。有文獻報道，三維圖像尤其是VR圖像，能直觀的顯示骨感染性病變和腫瘤病變引起的多處骨質破壞或骨質缺損[17-18]。本研究結果顯示，與MIP相比，VR圖像一致性較高，對骨骼異常的診斷程度≥50%，是真正的全容積三維重組[10, 15]，因此在實際臨床中進行三維重組時，使用VR更好。
綜上所述，VR和MIP兩種CT三維重組技術的優勢在于顯示空間立體結構，尤其有利于高密度骨骼的顯示，能輔助CT橫斷層圖像及MPR，更加全面、綜合的評估兒童骨骼異常。
螺旋CT不僅掃描速度快，還具有強大的圖像后處理功能。容積再現（VR）和最大強度投影（MIP）是兩種常見的CT三維重組技術，能從整體上顯示成像區域的空間立體結構[1-3]，已廣泛應用于各類血管、骨折以及手術前的綜合評估[1-13]。然而，VR和MIP在兒童骨骼異常，尤其是不同內科疾病導致骨骼改變中的應用報道并不多見。本研究的目的在于探討VR和MIP兩種三維重組技術在評價不同疾病導致兒童骨骼異常中的應用價值。現報告如下。
1 資料與方法
1.1 一般資料
納入標準：2014年3月－6月在四川大學華西第二醫院檢查的患兒中，螺旋CT橫斷層圖像及多平面重組（MPR）診斷為骨骼異常者。排除標準：因運動偽影無法進行三維重組者。收集符合上述標準的患兒18例，其中男11例，女7例；年齡16 d ～ 10歲，平均（3.38±4.11）歲；佝僂病導致肋骨異常3例，漏斗胸3例，不明原因骨質缺損或凹陷6例，結核導致骨質破壞2例，急性白血病導致多處骨質破壞1例，朗格漢斯細胞組織細胞增多癥導致骨質破壞1例，腫瘤轉移導致多發骨質破壞1例，寰樞椎半脫位1例。以上基礎疾病以兒童內科疾病為主，其骨骼異常多為代謝性疾病所致。
1.2 掃描方法及圖像后處理技術
采用Philips Brilliance 6層螺旋CT（荷蘭飛利浦公司）進行數據采集。掃描參數：管電壓120 kV；管電流根據部位設定，顱腦為150 ～ 200 mAs，胸部為30 ～ 50 mAs，腹部為60 ～ 90 mAs。準直寬度6×1.5 mm，螺距0.9，掃描層厚與層距均為5 mm。將所有原始數據進行薄層重建，重建層厚2 mm，層距 1 mm。對所有薄層圖像進行VR和MIP。
1.3 圖像評價
由2名放射科醫師獨立評價所有三維圖像（獨立評分），以CT橫斷層圖像及MPR的診斷結果作為參考，能完全診斷者評4分，診斷程度≥50%者評3分，診斷程度＜50%者評2分，完全不能診斷者評1分。評分不一致者，2名醫師討論后重新評分，作為最終評分。
1.4 統計學方法
使用SPSS 16.0軟件進行統計分析。對2名醫師獨立評分結果進行一致性檢驗，計算Kappa值；對VR和MIP的最終評分的比較采用Wilcoxon秩和檢驗。檢驗水準α=0.05。
2 結果
兩名醫師獨立評價VR和MIP的Kappa值分別為0.730和0.593，均有統計學意義（P＜0.001），具有高度和中度一致性。VR與MIP對18例患兒CT三維圖像診斷的最終評分分別為（3.28±0.96）分和（2.89±0.90）分，兩者差異無統計學意義（Z=-1.732，P=0.125）。
本組3例漏斗胸患兒，CT橫斷層圖像僅能顯示該層面上凹陷的部分胸骨（圖 1a），但VR和MIP能更全面地顯示胸骨的整體形態和走行（圖 1b、1c），不僅能顯示越往下走行逐漸凹陷的整塊胸骨，還能顯示與整個骨性胸廓的關系，能夠完全診斷漏斗胸，因此評分都為4分。而多種代謝性疾病對骨骼造成的某些細微改變，只能在CT橫斷層圖像上顯示。本組3例佝僂病患兒，與CT橫斷層圖像（2a）相比，VR和MIP能同時顯示多個肋骨前端的膨大、凹陷（圖 2b、2c），但斷端模糊、毛刷狀改變、骨密度降低這些細微征象卻只能在CT橫斷層圖像上顯示，所以VR和MIP對佝僂病導致肋骨改變的診斷程度達不到100%，只能評3分。本組2例結核患兒，其中1例因結核導致右側骶髂關節面下微小骨質破壞，CT橫斷層圖像上能清晰顯示微小骨質破壞（圖 3a），但VR和MIP圖像上未見異常（圖 3b、3c），完全不能診斷，評分為1分，因此診斷時應該以二維圖像為基礎，不能只評價三維圖像。另外，同樣是三維圖像，本研究中VR的評分略高于MIP的評分。以1例顱骨局部骨質缺損3處的患兒為例，對于CT橫斷層圖像顯示的3處骨質缺損（圖 4a～4c），VR顯示了全部缺損及其相互之間的位置關系（圖 4d），評分為4分；MIP僅顯示了其中的1處（圖 4e），評分為2分。
圖1
出生24 d女性漏斗胸患兒胸部CT圖像 1a. 橫斷層圖像，示凹陷的部分胸骨（白箭） 1b、1c. 分別為VR和MIP像，示越往下走行逐漸凹陷的整塊胸骨（黑箭），及其與整個骨性胸廓的關系? ?圖 21歲女性佝僂病患兒胸部CT圖像 2a. 橫斷層圖像，顯示斷端模糊、毛刷狀改變、骨密度降低（白箭） 2b、2c. 分別為VR和MIP像，同時顯示多根肋骨前端膨大、凹陷（白箭）? ?圖 314歲女性結核患兒盆腔CT圖像 3a. 橫斷層圖像，顯示右側骶髂關節面下微小骨質破壞（白箭） 3b、3c. 分別為VR和MIP像，均未見異常? ?圖 41歲男性骨質缺損患兒頭部CT像 4a～4c. 橫斷層圖像，顯示左側顱骨3處骨質缺損（白箭） 4d. VR圖像，完整顯示了3處骨質缺損（黑箭），以及相互之間的位置關系 4e. MIP圖像，僅顯示了其中1處骨質缺損（白箭）
3 討論
VR又名體積重建法、體繪制法，它視體素為半透明物質，從完全透明到完全不透明之間無截然分割，而是漸變的，記錄每一條光線通過所有體素的信息，并累計合成得到容積數據，因此能最大限度地再現各體素的空間結構[14]。其優點在于利用了全部體素，同時顯示了高密度物質和低密度物質；因其視三維數據為半透明，所以保留了源圖像中的模糊信息[14]。其主要缺點為，由于VR直接顯示體數據，未對物體表面進行重建，因此不能進行測量[14]。而MIP利用投影成像原理，將三維數據向任意方向投影，取每一條投影線經過的所有體素中最大的體素值作為投影圖像的像素值，由所有投影線對應的若干個最大密度的像素組成圖像[14]。其顯示的是三維信息中密度最高的結構，因此對骨骼、鈣化、充滿碘對比劑的血管顯示良好。但由于MIP取最大密度值成像，難免丟失低密度數據[14]。
由此可知，VR和MIP的共同點在于對三維數據進行處理，得到立體圖像，顯示整體結構。對三維立體圖像進行360°任意旋轉[1]，可以從不同方向、不同角度觀察，更加全面、準確地顯示病變，這是二維圖形無法比擬的優勢。對于本研究中的漏斗胸和部分明顯的骨質缺損，VR和MIP能比CT二維圖像更好地顯示其全貌。然而它們的區別在于，VR利用了全部體素，而MIP只顯示了最大密度，因此診斷效能略低于VR。劉剛等[15]研究脊柱側彎時發現，VR的評價效果優于MIP。本研究中VR評分也略高于MIP評分，符合二者的理論差異。本研究中1例CT橫斷層圖像顯示顱骨局部骨質缺損3處的患兒，VR顯示了全部缺損及其相互之間的位置關系，評分為4分；MIP僅顯示了其中的1處，評分為2分。所以，盡管二者評分差異在統計學上無意義，但在臨床上是有意義的。也許正是因為MIP缺乏低密度數據，干擾了醫師對圖像的評價，導致了其一致性值低于VR。
如前所述，VR和MIP顯示立體結構有優勢，但對于本研究中佝僂病等代謝性疾病對骨骼的某些細微改變，其顯示程度不如CT橫斷層圖像及MPR。褚志剛等[1]研究先天性心臟病時發現，VR能全面、直觀、整體地顯示心外血管病變，但對房間隔缺損、室間隔缺損等心內微小病變顯示率為0。呂冬亮等[10]認為，VR圖像由于容積效應和表面光滑處理，分辨率不如MPR。所以，CT三維圖像是斷層圖像的補充[1, 9]，因此本研究對圖像評分時以CT橫斷層圖像及MPR的診斷結果作為參考。本研究1例患兒因結核導致右側骶髂關節面下微小骨質破壞，CT橫斷層圖像上顯示清晰（圖 3a），但VR和MIP圖像上未見異常（圖 3b、3c），完全不能診斷，評分為1分，因此診斷時應該以二維圖像為基礎，不能只評價三維圖像。另外，CT三維圖像漏掉細節的原因，除了分辨率不如MPR，還可能是包含體素多，信息量大，因顯示立體結構，前后重疊多，掩蓋了細節。
本研究中18例患兒的骨骼異常由不同的基礎疾病造成，每一種疾病導致骨骼改變的特點不同，相應的診斷要點也有所差異。如果骨骼異常的診斷要點傾向于整體結構的改變，那么VR和MIP的診斷效能就會增加，評分也會相應增加；如果該診斷要點注重骨骼的細微改變，CT二維圖像的貢獻就會增加，而VR和MIP對病變的顯示程度就會下降。本研究的基礎疾病有漏斗胸、佝僂病、骨質缺損、結核、白血病、腫瘤等。其中，漏斗胸的診斷要點在于胸骨逐漸凹陷的整體走形，因此VR和MIP能100%診斷，評分都為4分。張琳等[16]用CT研究兒童先天性胸廓畸形時發現，VR圖像可以立體顯示胸廓整體形態，與本研究結果類似。對于漏斗胸患兒，VR圖像還可以用于觀察術后緩解程度[16]。佝僂病的診斷不僅需要在整體上顯示多個肋骨末端膨大、凹陷，還需要顯示斷端模糊、毛刷狀改變、局部骨密度降低的細微改變，所以VR和MIP的顯示程度就下降，評分都為3分；而結核、白血病、腫瘤等導致的骨骼異常多為細微改變，如骨皮質不連續，細微的骨質破壞，這些在VR和MIP上顯示較差，所以評分為2分，甚至1分。縱觀本研究18例患兒，由代謝性疾病導致的骨骼異常占多數，因此VR和MIP的平均評分在3分左右；由于兩種三維重組技術原理上的差異，MIP提供的信息少于VR，因此平均評分略低于VR。
內科疾病，尤其是代謝性疾病往往累及多系統甚至全身，由此引起的骨骼異常也通常是多個骨骼同時受累，雖然CT斷層圖像能顯示細微的骨骼改變，但難以顯示其全貌，因此有必要生成三維圖像，通過多角度、多方位旋轉，最大程度顯示病變的全貌。有文獻報道，三維圖像尤其是VR圖像，能直觀的顯示骨感染性病變和腫瘤病變引起的多處骨質破壞或骨質缺損[17-18]。本研究結果顯示，與MIP相比，VR圖像一致性較高，對骨骼異常的診斷程度≥50%，是真正的全容積三維重組[10, 15]，因此在實際臨床中進行三維重組時，使用VR更好。
綜上所述，VR和MIP兩種CT三維重組技術的優勢在于顯示空間立體結構，尤其有利于高密度骨骼的顯示，能輔助CT橫斷層圖像及MPR，更加全面、綜合的評估兒童骨骼異常。
