醫(yī)學(xué)影像成像理論第六章 第四節(jié) CT圖像后處理

1、第四節(jié) CT圖像后處理1CT值再加工主要內(nèi)容一、顯示功能處理二、測量興趣區(qū)域三、二維重組四、三維重建2表面陰影顯示最大密度投影及最小密 度投影容積再現(xiàn)仿真內(nèi)鏡定義：指CT掃描產(chǎn)生的CT值數(shù)字化圖像，經(jīng)計算機技術(shù)對其進行再加工并從定性到定量對圖像進行分析的過程稱為CT圖像后處理技術(shù)。實質(zhì)：對檢測出的CT值進行相應(yīng)的數(shù)學(xué)變換和計算。3 CT值是構(gòu)成CT圖像的基礎(chǔ)！任何圖像后處理技術(shù)都會丟失信息！ 4圖像后處理的功能普通CT常配備：窗口技術(shù)、在圖像任何位置測量或顯示CT值、隨意選擇ROI、在ROI內(nèi)進行統(tǒng)計學(xué)評價、測量（距離、角度）、計算面積和體積、同時存儲幾個測量區(qū)、圖像中以某一基線作出鏡面像、圖

2、像位移與旋轉(zhuǎn)、圖像放大或縮小、多幅圖像顯示等。螺旋CT：二維多層面重組、三維重建、最大密度投影、最小密度投影、表面陰影顯示、容積再現(xiàn)、仿真內(nèi)鏡。5一、顯示功能處理1、窗口技術(shù)CT是灰度圖像，一個CT值對應(yīng)圖像平面上的一個灰度。CT圖像的CT值達2000個，從全黑到全白分成2000個不同黑白程度。如果每個CT值對應(yīng)顯示器的一個灰階不能實現(xiàn)，顯示器不能顯示那么多灰階的CT圖像。CT裝置顯示圖像根據(jù)所觀測人體不同組織的CT值范圍，作出與顯示器顯示灰階（2n）相對應(yīng)的安排。(灰階為64級,512或256HU)6人眼在全灰度標（從全黑到全白）范圍內(nèi)，當(dāng)兩個像素的灰度相差60HU時，才能分辨出它們有不同的

3、黑白程度，這相當(dāng)于人眼在全灰度標內(nèi)（從全黑到全白）只能分辨大約40個不同的黑白分級。由于人眼對黑白程度的分辨能力低，很多CT圖像表現(xiàn)出的信息無法識別。7窗口技術(shù)： 指CT機放大某段范圍內(nèi)灰度的技術(shù)，即把放大灰階范圍的上限增強為全白，把放大灰階范圍的下限增強為全黑，這樣就放大或增強了局部灰度范圍內(nèi)不同灰度之間黑白對比度。窗口：被放大或增強的灰度范圍。窗寬（window width，WW）：放大的灰度范圍上下限之差。窗位（window level，WL）：放大的灰度范圍的平均值，即放大灰度范圍的灰度中心值。89窗寬、窗位及顯示灰階WW=CTmax-CTminWL=(CTmax+CTmin)/210

4、不同組織選擇不同的WL、WW。低密度組織：窄WW密度差別大的組織：寬WW合理使用窗口技術(shù)，只能獲取組織結(jié)構(gòu)差異的最佳顯示，不改變?nèi)梭w組織結(jié)構(gòu)上的真實差異。11預(yù)設(shè)窗口組織 LevelWindowLung -550 HU 1600Soft Tissue 100 400Bone 800 10000-1000 HUOutput gray levels2560 (black)10000 HU20001000 HU12Effect of window width and level on CT image display. (a) Level = -600; Width = 1700. (b) Leve

5、l = -60; Width = 400. 2、圖像反轉(zhuǎn)原理：灰度值的線性變換 g(x,y)=255-f(x,y)13便于顯示鈣化、腫塊與周圍組織的關(guān)系。3、圖像增強單器官增強改善圖像視覺效果，方便特征觀察144、銳化處理15加強圖像輪廓，降低模糊度，增加對比度。5、偽彩色顯示16多器官偽彩增強顯示（基于圖像分割）單器官偽彩顯示胸部X光片偽彩色圖像，其中a圖顯示的是胸部原始圖像，b圖與c圖為偽彩色圖，增大了不同的結(jié)構(gòu)間對比度，有利于觀察與診斷。17 a b c二、測量興趣區(qū)域（ROI，region of interest）主要目的：提取出對臨床診斷有用的定量信息。1、確定興趣區(qū)域為觀察圖像中的

6、某一區(qū)域，人為的設(shè)定這一區(qū)域范圍，進行區(qū)域內(nèi)圖像放大、CT值分布計算、面積或體積計算等，劃定這一區(qū)域為ROI(region of interest )。確定ROI可以選擇矩形、圓形、橢圓形或任意形狀區(qū)域，使用光筆或電阻筆在模擬的屏幕板上劃定，顯示器屏幕上即可標出所畫定的ROI。18192、測量興趣區(qū)域在顯示的圖像中能比較精確地了解到所確定ROI內(nèi)的平均CT值，并且可在屏幕上顯示出CT值分布曲線、面積或體積等。20確定ROI，圖像下方顯示出ROI內(nèi)CT值分布曲線。如果發(fā)現(xiàn)這一區(qū)域內(nèi)有異常的CT值出現(xiàn)時，從CT值分布的數(shù)值大小能判斷出病變組織位置及性質(zhì)。21三、二維重組1、二維多層面重組(Mult

7、iplanar Reconstruction ,MPR)MPR是指容積掃描以像素為單位的圖像，重建成以體素為單位的數(shù)據(jù)后，利用任意截面截取三維體數(shù)據(jù)形成任意剖面的二維重建圖像。即在CT圖像(橫斷面)上按需要任意劃線，然后沿該線將一系列橫斷層面重組，獲得該劃線平面的二維重建圖像，包括冠狀面、矢狀面和任意角度斜面圖像。 22232、曲面重建（Cured Multiplanar Reformation，CMPR）CMPR是指在容積數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，沿感興趣器官劃一條曲線，計算指定曲面的所有像素的CT值，并以二維的圖像形式顯示出來。 能夠使走行迂曲甚至不在同一平面的同一臟器重建、展現(xiàn)在同一平面上。 242

8、5不能依靠CMPR圖像判斷管腔狹窄程度！血 管 拉 直3、計算容積重建(Computer volume rendering, CVR)是MPR的另一種特殊方式。它通過適當(dāng)增加冠狀、矢狀、橫軸面和斜面圖像的層厚，以求能夠較完整地顯示與該平面平行走行的組織器官結(jié)構(gòu)的形態(tài)，如：血管、支氣管等，同時也可以增加圖像的信噪比。26CT機具有多層面重建和曲面重建的功能，適用于全身各個部位，特別是對顱腦、喉部、縱隔、腹腔、椎管、腹膜后及盆腔的病變，較好的顯示解剖結(jié)構(gòu)與病變的空間定位和相鄰關(guān)系；常作為橫斷面掃描的補充，以提高病變的診斷率。27四、三維圖像后處理經(jīng)三維可視化處理后的圖像，可為醫(yī)生提供器官和組織的三

9、維結(jié)構(gòu)信息和分析工具，提高醫(yī)療診斷的準確性。包括：三維表面重建(SSD) 、最大密度投影（MIP）、最小密度投影（MinIP）、容積重建（VR） 、仿真內(nèi)窺鏡（VE）等。28（一）三維重建將多個層面平面圖像合成三維圖像的方法，獲得立體圖像的效果。3D重建利用CT多層面掃描的圖像數(shù)據(jù)進行處理和重組，形成人體的表面圖像、割面圖像以及表面、割面或組織斷面合成在一起的圖像。圖像有解剖形象，表示出各個器官或組織在三維空間上的位置關(guān)系，適用于神經(jīng)外科、矯形外科手術(shù)、模擬手術(shù)效果等方面。29原理：將CT得到的多層二維灰階數(shù)據(jù)，經(jīng)計算機處理，得到X、Y、Z三維灰階數(shù)據(jù)，并顯示三維解剖結(jié)構(gòu)。CT容積掃描數(shù)據(jù)X、

10、Y軸分辨力高，Z軸低。三維重建必須在相鄰層面間插入假想層面，使Z軸方向與X、Y軸方向等間隔，形成三維立方體的體素。插入層面的像素值用插值法計算得出。3031+3233（二）表面陰影顯示(shaded surface display，SSD)SSD又稱為表面遮蓋重建法，通過計算機使被掃描物體表面大于某個確定閾值的所有相關(guān)像素連接起來的一個表面數(shù)學(xué)模型成像。方法：要求預(yù)先設(shè)定一個閾值，計算機將鄰近像素的CT值與這個閾值進行比較，凡是高于這個閾值的像素確定為白色，作等密度處理，低于這個閾值的像素則確定為黑色，作舍棄處理，并用陰影技術(shù)進行處理，從而得到可以從任意角度投影成像的三維表面輪廓影像。3435

11、適用范圍：適合顯示復(fù)雜區(qū)域解剖結(jié)構(gòu)的關(guān)系，對重構(gòu)三維軟組織影像效果非常好。SSD技術(shù)在骨骼系統(tǒng)、空腔結(jié)構(gòu)、腹腔臟器等方面的應(yīng)用有較高的臨床價值。對同一組織結(jié)構(gòu)，宜采用不同閾值水平作SSD重建成像。36缺點：SSD圖像受閾值影響大，閾值選擇不當(dāng)會掩蓋或丟失大量組織結(jié)構(gòu)的解剖信息，造成假像和偽影，而且無法準確區(qū)分鈣化、金屬支架等。3738長距離SSD成像39（三）最大密度投影MIP及最小密度投影MinIP1最大密度投影（Maximum intensity projection，MIP）MIP是將徑線所通過的容積組織或物體中每個像素的最大強度值（CT值）進行投影。40MIP的投影方向是任意選擇的，常

12、用的有前后位、上下位、側(cè)位以及與上下位垂直的其他角度 。41MIP取每個像素的最大CT值進行投影，反映組織的密度差異，對比度高。廣泛應(yīng)用于具有相對高密度的組織和結(jié)構(gòu)，如顯影的血管、骨骼、肺部腫塊等。如應(yīng)用于CT血管造影（CT angiography，CTA）中。 42432.最小密度投影（MinIP）MinIP是在某一平面方向上對所選取的三維組織層塊中的最小密度進行投影。其余組織結(jié)構(gòu)的影像被除去，并且圖像可以任意選擇投照方向進行觀察，有利于突出顯示具有相同低密度的組織結(jié)構(gòu)。適用范圍：主要用于氣道的顯示，也用于肝臟增強后肝內(nèi)擴張膽管的顯示。45層塊大小的選擇很重要，層塊過小，不利于氣道內(nèi)小的軟組

13、織影顯示；如層塊過大，則氣道周圍的軟組織影與之重疊一般原則為層塊厚度應(yīng)與要顯示的氣道內(nèi)徑大小相接近。如要顯示周圍氣道，層塊宜小。氣道周圍為肺組織，缺乏軟組織對照，MinIP方法受到一定限制。4647 通過對氣管支氣管最小密度投影（MinIP），顯示出氣管狹窄，并可見氣管插管影。 48支擴合并感染(MinIP)（四）容積再現(xiàn)（volume rendering，VR）容積再現(xiàn)（VR）又叫容積漫游，它將每個層面容積資料中的所有體積元加以利用（MIP只利用約10%的容積數(shù)據(jù)）。VR將各層面不同密度的體素分類，指定不同的顏色和阻光度，并計算梯度場來度量不同物質(zhì)間存在的邊界。三維體素陣列被視為半透明，設(shè)想

14、投影光線以任意給定的觀察方向穿過空間，受到半透明體素的衰減和邊界的作用，最終投影在觀察平面上得到圖像。49主要優(yōu)點：不需要閾值，可利用最多的體素，顯示重疊的組織結(jié)構(gòu)，如膽囊、結(jié)腸、輸尿管等空腔臟器。體素分類可以用模糊分類，當(dāng)原圖像的物體邊界模糊時仍然適用。主要缺點：因為半透明投影重疊和模糊的特點，當(dāng)需要明確表達空間關(guān)系時顯得不足。數(shù)據(jù)多占用計算機容量較大，重建較慢。5051結(jié)腸容積再現(xiàn)分類：1. 遮蓋容積重建（SVR） 遮蓋容積重建（Shaded Volume Rendering，SVR）將每個層面容積資料中所有像素的積元都加以利用來完成重建。適用于骨骼、血管系統(tǒng)、泌尿系統(tǒng)、腫瘤等組織結(jié)構(gòu)的觀

15、察。2. 密度容積重建（IVR）密度容積重建（Intensity Volume Rendering，IVR）圖像利用全部體元深度和透過度的信息成像，主要適用于觀察腹部和肺部CT值差別較小的組織器官。52舉例：SVR圖像可以立體、直觀和清晰地顯示正常顱骨、軀干骨和四肢骨的生理性突起、凹陷、空腔、膨大以及關(guān)節(jié)的骨性結(jié)構(gòu)（如：關(guān)節(jié)頭和關(guān)節(jié)盂等）的形態(tài)。 53SVR在血管系統(tǒng)病變中可以清楚地顯示大范圍復(fù)雜血管的完整形態(tài)、走行和病變，能從多角度直觀的顯示病變與血管、血管之間以及血管與周圍其它器官之間的三位空間結(jié)構(gòu)關(guān)系。 54IVR圖像顯示了支氣管與肺部腫瘤之間的關(guān)系，此病例清晰地顯示出肺內(nèi)支氣管及腫瘤組織，并且可以看到腫瘤與支氣管關(guān)系密切。55（五）仿真內(nèi)鏡(Virtual endoscopy，VE)VE是計算機技術(shù)與三維圖像相結(jié)合的結(jié)果，將螺旋CT容積掃描獲得的圖像數(shù)據(jù)進行后處理