CT仿真内窥镜技术的模型研究
作者：潘振宇 张镭 顾华 王亚杰 翟仁友 丁毅 梁颖
单位：100020 北京，首都医科大学附属北京红十字朝阳医院放射科
关键词：体层摄影术，X线计算机；图像处理，计算机辅助；评价研究
中华放射学杂志000816 【摘要】 目的 系统分析主要扫描参数对CT仿真内窥镜(CTVE)图像质量的影响，寻找可获得较好图像质量的扫描参数组合。评价CTVE对不同大小、形态的模拟病变的分辨能力，进一步确定图像的真实性。方法 应用不同扫描参数分别对不同组别模拟病变的模型进行扫描，观察图像质量及模拟病变的分辨情况。结果 准直器宽度、螺距、重叠重建率及重建方式的变化均会不同程度地影响CTVE图像质量。在准直器宽度≤3 mm、螺距1.0～2.0、重叠重建率60%、标准(STD)重建方式的参数范围内可获得较满意的图像质量，并具有可分辨微小结构及较真实显示结构形态的能力。结论 适当选择扫描参数、有效分辨伪影及变形，CTVE技术将成为显示空腔脏器病变及结构的有效方法之一。
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The study of CT virtual endoscopy in an artificial phantom
PAN Zhenyu, ZHANG Lei, GU Hua, et al.
(Department of Radiology, Red Cross Chaoyang Hospital, Capital University of Medical Sciences, Beijing 100020, China)
【Abstract】 Objective To analyze systematically the influence of different scan parameters on CT virtual endoscopy (CTVE) and to explore the optimal scan parameters. Additionally, we evaluated the ability of CTVE in detecting the simulated lesions and discuss the accuracy of the image. Methods The artificial phantom was created by 5 groups of simulated lesions with different size and shape. The special shape of simulated lesion (group 1) was scanned by SCT at different parameters (collimation 1-10 mm, pitch 0.5-3.0, overlapping 0-90%, and reconstruction mode soft-lung) to determine the optimal scanning parameters. Subsequently, simulated lesions of different sizes and shapes (group 2-5) were scanned using the optimized parameters. Results The image quality of the virtual endoscopy depends on different scan parameters (collimation, pitch, overlapping, and reconstruction mode). The optimal scanning parameters of the artificial phantom were: collimation≤3 mm, pitch 1.0-2.0, overlapping 60%, and a reconstruction mode of STD. CTVE was feasible for ordinary simulated lesions(height, depth≥1 mm) detection≥3 mm in diameter and flat lesions(height, depth=0.5 mm) detection ≥4 mm in diameter. It delineated the shape of the lesions precisely. Conclusion With proper selection of scan parameters, CTVE could be a useful tool in the visualization of the anatomical structures and detection of luminal lesions of hollow organs.
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【Key words】 Tomography, X-ray computed; Image processing, computer assisted; Evaluation studies
CT仿真内窥镜(CT virtual endoscopy, CTVE)成像技术近年来得到迅速发展，已开始应用在鼻腔、咽喉、气管、胃肠道、膀胱、血管等空腔脏器的检查[1-9]。但如何获得高质量的CTVE图像，以及如何认识和分析图像表征仍存在诸多问题。本模型研究的目的在于系统分析主要扫描参数对CTVE图像质量的影响，寻找可获得较好图像质量的扫描参数，评价CTVE对不同模拟病变的分辨能力，进一步确定CTVE图像的真实性。
材料与方法
1.模型制作：将可塑泥制成的5组大小、形态不等的模拟病变置于一圆柱形玻璃容器中(底直径105 mm、高 125 mm)。第1组：特殊形态模拟病变1枚(图1)。第2、3组：水平直径分别为1、2、3、4、5 mm的凹陷及隆起型模拟病变，深度及高度与水平直径相等。第4、5组：水平直径分别为1、2、3、4、5、10、20、40 mm的表浅凹陷及隆起型模拟病变，深度及高度均为0.5 mm。
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2.使用仪器：GE Hispeed CT/i螺旋CT扫描机，Sun Sparc 20工作站，GE Advantage Windows 2.0图像分析软件下挂的Navigator软件包。
3.实验方法：(1)实验1：第1组模型的容积扫描(特殊形态模拟病变)。管电压80 kV、管电流40 mAs、重建孔径(DFOV)300 mm、图像矩阵512×512等固定不变，按以下参数扫描：①改变准直器宽度：分别以1、3、5、7、10 mm的不同准直器宽度进行容积扫描，固定螺距为1.0、重叠重建率为60%、重建方式为标准方式(STD)。②改变螺距：分别以0.5、1.0、1.3、1.5、1.7、2.0、2.5、3.0的螺距进行容积扫描，固定准直器宽度为3 mm、重叠重建率为60% 、重建方式为STD。③改变重叠重建率：分别以90%、80%、60%、50%、40%、20%、0的重叠重建率重建图像，固定准直器宽度3 mm、螺距为1.0、重建方式为STD。④改变重建方式：分别以软组织、STD、细节(detail)、骨、肺5种重建方式重建图像，固定准直器宽度为3 mm、螺距为1.0、重叠重建率为60%。应用图像分析软件重建CTVE三维图像，依次比较模型的变形、边缘清晰度、伪影的种类和程度以及微细结构的显示能力。⑵实验2：从实验1选出图像质量较满意的扫描组合参数，用于第2～5组模拟病变模型的扫描。管电压、管电流、DFOV、图像矩阵与实验1相同。分别采用正位(与基底面成90°)、侧位(与基底面成30°) 2个角度，观察CTVE对不同大小、形态模拟病变的空间分辨能力。并经3名放射医师共同进行评判。评判标准：清晰锐利(+++)，清晰可分辨(++)，隐约可分辨(+)，不可分辨(-)。
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结果
一、 实验1
准直器宽度、螺距、重叠重建率、重建方式对图像质量的影响：
1.准直器宽度：由1 mm增至10 mm，模型逐渐出现沿Z轴方向上的伸长变形；环形阶梯状伪影粗大模糊；边缘清晰度及表面微细结构显示明显下降。准直器宽度≥5 mm时伸长变形明显，表面相邻微细结构因伸长变形而相互融合难以分辨(图1～4 )。
2.螺距：由0.5增至3.0，环形阶梯状伪影由细小到粗大变化明显，致模型出现环绕Z轴的螺旋状扭曲变形，螺距>2.0时变形明显；模型沿Z轴方向的伸长变形较小、边缘清晰度及表面微细结构的显示轻度下降。螺距为0.5时，图像质量仅见微小改善(图5～8) 。
3.重叠重建率：重叠重建率<50%时，模型边缘清晰度下降明显，环形阶梯状伪影粗大模糊，沿Z轴方向的伸长变形及微细结构显示下降程度不明显；重叠重建率≥80%时，环形阶梯状伪影细小清晰(图9～12)。
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4.重建方式：由软组织变化为肺，模型表面勾勒出逐渐明显的边缘线，使微细结构突出易于辨认，同时出现与Z轴方向相同且平行排列的条形伪影，与环形阶梯状伪影交错呈网状，图像光滑程度下降，以骨、 肺重建方式最为明显；在STD重建方式时条形伪影和边缘线均不明显；软组织较STD重建方式模型边缘更显柔和(图13～16)。
二、 实验2
根据实验1结果可知采用准直器宽度≤3 mm、螺距1.0～2.0、60%的重叠重建率及STD重建方式可以获得质量较好的CTVE图像。将此参数范围扫描成6组不同的扫描参数：准直器宽度/螺距分别为1 mm/1.0、1 mm/1.5、1 mm/2.0、3 mm/1.0、3 mm/1.5、3 mm/2.0，重叠重建率为60%、重建方式为STD，对2～5组模拟病变模型进行扫描。
1.CTVE对2～5组模拟病变的分辨能力：结果见表1～4。
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2.不同角度观察模型阴影特点：(1)正位观察光线投射于模型正中，阴影不明显；侧位观察光线投射于模型的一侧，在边缘部分可以获得明显的阴影。(2)侧位观察凹陷型模拟病变阴影位于病变内部近光源一侧;隆起型模拟病变阴影位于病变外部远光源一侧。
讨论
CTVE作为一项CT诊断的新技术，自1994
表1 不同准直器宽度/螺距时第2组模拟病变的分辨能力 准直器宽度(mm)
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注：第2组模拟病变为水平直径与深度相等的凹陷型病变
图1～4 准直器宽度增大图像质量下降。准直器宽度≥5 mm，图像沿Z轴方向的伸长变形明显，微细结构出现沿Z轴方向的融合，难以分辨
图5～8 螺距增大图像质量下降。螺距>2.0时环形阶梯状伪影粗大,图像出现螺旋状扭曲变形。螺距=0.5时图像质量仅见微小改善(长箭示环形阶梯状伪影)
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图9～12 重叠重建率的变化对图像质量的影响。重叠重建率≥80%时，环形阶梯状伪影细小清晰，重叠重建率<50%时图像边缘清晰度下降
图13～16 重建方式的变化对图像质量的影响。骨、肺重建方式微细结构因边缘线出现更易辨认(短箭示边缘线)，图像出现条形伪影，与环形阶梯状伪影交错呈网状，形成假性结节影(长箭示条形伪影)
图17 准直器宽度为1 mm, 螺距为1.0, 重叠重建率为60%, 重建方式为STD时CTVE对不同大小、形态模拟病变的分辨能力。正位观察凹陷型(白短箭示)及隆起型 (白长箭示)病变；正位观察表浅凹陷型(黑短箭示)及隆起型(黑长箭示)病变；侧位观察表浅凹陷型(白三角箭头示)及隆起型(黑三角箭头示)病变。侧位观察分辨能力优于正位观察
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图18 准直器宽度为3 mm, 螺距为1.5, 重叠重建率为60%, 重建方式为STD时CTVE对不同大小、形态模拟病变的分辨能力。白箭、黑箭、箭头所示与图17相同
表2 不同准直器宽度/螺距时第3组模拟病变的分辨能力 准直器宽度(mm)
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注：第3组模拟病变为水平直径与高度相等的隆起型病变表3 不同准直器宽度/螺距时第4组模拟病变的分辨能力 准直器宽度
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注：第4组模拟病变为水平直径不同的凹陷型模拟病变，深度为0.5 mm表4 不同准直器宽度/螺距时第5组模拟病变的分辨能力 准直器宽度
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注：第5组模拟病变为水平直径不同的表浅隆起型模拟病变，高度为0.5 mm
年Vining等[10]首次报道以来，国内外学者对其进行了不同部位的临床应用[1-9]及少量体外模型的研究[11-14]。如何获得高质量的三维图像、CTVE对微小病变的分辨能力及CTVE图像的真实性等诸多问题的探讨成为此技术在临床得到广泛应用的前提。
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1.扫描参数的选择：(1)准直器宽度≥5 mm时模型出现明显的沿Z轴方向的伸长变形。因此，所选准直器宽度应≤3 mm。(2)螺距>2.0时环形阶梯状伪影明显，模型出现螺旋状扭曲变形；螺距<1时会明显增加曝光时间，且对图像质量的改善较少。因此，所选螺距范围应为1.0～2.0。(3)保持≥50%的重叠重建率可维持图像一定的清晰度和光滑性；过高的重建率(≥80%)会明显增加重建图像层数，延长后处理时间，同时环形阶梯状伪影变得清晰，内镜影像表面更不光滑。因此，所选重叠重建率应为60%。(4)应用STD重建方式，模型边缘线及条形伪影均不明显，内镜影像表面相对光滑。因此，采用准直器宽度≤3 mm、螺距1.0～2.0、重叠重建率60%、STD重建方式进行扫描可获得较满意的三维图像。
2.CTVE对微小结构的分辨能力(图17，18)：通过实验2可知采用准直器宽度3 mm、螺距1.5、60%重叠重建率、STD重建方式进行扫描并不同角度观察已可清晰分辨直径≥2 mm的凹陷及隆起型模拟病变、直径≥3 mm表浅型模拟病变(图18)，可满足诸如胃肠道、气管、大血管等一般检查部位的需要；如扫描范围较大，可适当增加螺距至2.0，尚可清晰分辨直径≥3 mm凹陷及隆起型模拟病变及直径≥4 mm的表浅型模拟病变。但要观察直径1 mm左右的微小结构，诸如声带、细小血管等，则应采用准直器宽度1 mm、螺距1.0～1.5、60%重叠重建率、STD重建方式进行扫描(图17)。
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3.CTVE图像的观察方法：通过实验2发现同一模拟病变侧位观察较正位观察其显示清晰度提高0～2级。由于Navigator软件使用正面光为默认光照方向，侧位观察较正位观察可获得更多的投射阴影，可通过明显的阴影提示病变的存在；同时侧位观察时凹陷及隆起病变各有不同投影特点及凹陷型模拟病变阴影位于病变内部近光源一侧，隆起型模拟病变阴影位于病变外部远光源一侧，更易于病变形态的区别。因此CTVE应采用不同角度观察，特别对于表浅病变，在没有足够高度及深度的情况下可利用投射阴影发现病变并判定形态。
4.CTVE图像的真实性：CTVE图像与真实模型形态上的差异主要表现为伪影及变形两方面。伪影包括：环形阶梯状伪影和条状伪影。环形阶梯状伪影与Z轴方向垂直，其产生原因在于使用较大的重建间隔和不对称内插运算方法。条形伪影与Z轴方向平行，常与环形阶梯状伪影交错呈网状，出现于使用高空间分辨率算法的重建方式(如骨、肺)。环形阶梯状伪影和条状伪影相互垂直分割物体表面形成假性的结节影像，应引起注意。认识上述伪影的基本形态可避免在实际应用中将伪影误诊为病变，并有助于在伪影的背景中分辨出微小病变。两者的区别在于前者呈规律性的网格分布，且主要见于高空间分辨率算法时，后者则无此规律。图像变形包括：沿Z轴方向上的伸长变形和环绕Z轴的螺旋状扭曲变形。沿Z轴伸长变形的原因为每个体素Z轴值大于X-Y轴值，致Z轴方向部分容积效应较X-Y轴明显，因此准直器宽度越大，Z轴伸长变形越明显。环绕Z轴的螺旋状扭曲变形的原因在于重建采用不对称内插运算方法，因此螺距越大，环绕Z轴的螺旋状扭曲变形越明显。因此改善扫描条件可控制伪影及变形程度，使CTVE图像真实显示结构形态。
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小结：通过模型研究发现准直器宽度、螺距、重叠重建率及重建方式等诸多因素会对CTVE图像质量产生不同程度的影响，采用准直器宽度≤3 mm、螺距1.0～2.0、重叠重建率60%、STD重建方式的组合参数可获得微小结构分辨良好，伪影及变形较不明显的三维图像。
参考文献
1，李子平，许达生，孟悛非. CT仿真内窥镜成像技术临床应用的初步探讨. 中华放射学杂志，1998,32:104-107.
2，韩萍，Brambs HJ, Sokiranski R. CT仿真内窥镜对鼻腔结构与病变显示能力的研究. 中华放射学杂志，1999,33:7-11.
3，Rodenwaldt J, Kopka L, Roedel R, et al. 3D virtual endoscopy of the upper airway: optimization of the scan parameters in a cadaver phantom and clinical assessment. J Comput Assist Tomogr,1997,21:405-411.
, http://www.100md.com
4，Summers RM. Navigational aids for real-time virtual bronchoscopy. AJR,1997,168:1165-1170.
5，郭凡,王仪生,李炎秋,等. CT仿真支气管内窥镜的临床应用研究. 中华放射学杂志，1999,33:16-19.
6，王伟中,钱民,谢敬霞,等. 支气管三维重建和仿真内窥镜的应用价值和限度. 中华放射学杂志，1999,33:828-830.
7，Lee DH, Ko YT. Gastric lesions: evaluation with three-dimensional images using helical CT. AJR, 1997,169:787-789.
8，张镭，翟晓力，李杰，等. CT仿真结肠内窥镜的临床应用研究. 中华放射学杂志，1999,33:171-174.
, http://www.100md.com
9，Fenlon HM, Bell TV, Ahari HK, et al. Virtual cystoscopy: early clinical experience. Radiology, 1997,205:272-275.
10，Vining DJ, Gelfand DW, Bechtold RE, et al. Technical feasibility of colon imaging with helical CT and virtual reality (abstract). AJR,1994,162(Suppl):104.
11，赵殿辉，洪泳，沈天真. 电子束CT内镜结肠模拟息肉的实验研究. 中国医学计算机成像杂志, 1998,4:153-155.
12，Hara AK, Johnson CD, Reed JE, et al. Colorectal polyp detection with CT colography: two-versus three-dimensional techniques. Work in progress.Radiology, 1996,200:49-54.
13，Sheppard DG, Iyer RB, Herron D, et al. Substraction CT colongraphy: feasibility in an animal model. Clin Radiol， 1999,54:126-132.
14，Springer P, Dessl A, Giacomuzzi SM, et al. Virtual computed tomography gastroscopy: a new technique. Endoscopy， 1997,29:632-634.
(收稿日期：1999-08-10), 百拇医药
单位：100020 北京，首都医科大学附属北京红十字朝阳医院放射科
关键词：体层摄影术，X线计算机；图像处理，计算机辅助；评价研究
中华放射学杂志000816 【摘要】 目的 系统分析主要扫描参数对CT仿真内窥镜(CTVE)图像质量的影响，寻找可获得较好图像质量的扫描参数组合。评价CTVE对不同大小、形态的模拟病变的分辨能力，进一步确定图像的真实性。方法 应用不同扫描参数分别对不同组别模拟病变的模型进行扫描，观察图像质量及模拟病变的分辨情况。结果 准直器宽度、螺距、重叠重建率及重建方式的变化均会不同程度地影响CTVE图像质量。在准直器宽度≤3 mm、螺距1.0～2.0、重叠重建率60%、标准(STD)重建方式的参数范围内可获得较满意的图像质量，并具有可分辨微小结构及较真实显示结构形态的能力。结论 适当选择扫描参数、有效分辨伪影及变形，CTVE技术将成为显示空腔脏器病变及结构的有效方法之一。
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The study of CT virtual endoscopy in an artificial phantom
PAN Zhenyu, ZHANG Lei, GU Hua, et al.
(Department of Radiology, Red Cross Chaoyang Hospital, Capital University of Medical Sciences, Beijing 100020, China)
【Abstract】 Objective To analyze systematically the influence of different scan parameters on CT virtual endoscopy (CTVE) and to explore the optimal scan parameters. Additionally, we evaluated the ability of CTVE in detecting the simulated lesions and discuss the accuracy of the image. Methods The artificial phantom was created by 5 groups of simulated lesions with different size and shape. The special shape of simulated lesion (group 1) was scanned by SCT at different parameters (collimation 1-10 mm, pitch 0.5-3.0, overlapping 0-90%, and reconstruction mode soft-lung) to determine the optimal scanning parameters. Subsequently, simulated lesions of different sizes and shapes (group 2-5) were scanned using the optimized parameters. Results The image quality of the virtual endoscopy depends on different scan parameters (collimation, pitch, overlapping, and reconstruction mode). The optimal scanning parameters of the artificial phantom were: collimation≤3 mm, pitch 1.0-2.0, overlapping 60%, and a reconstruction mode of STD. CTVE was feasible for ordinary simulated lesions(height, depth≥1 mm) detection≥3 mm in diameter and flat lesions(height, depth=0.5 mm) detection ≥4 mm in diameter. It delineated the shape of the lesions precisely. Conclusion With proper selection of scan parameters, CTVE could be a useful tool in the visualization of the anatomical structures and detection of luminal lesions of hollow organs.
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CT仿真内窥镜(CT virtual endoscopy, CTVE)成像技术近年来得到迅速发展，已开始应用在鼻腔、咽喉、气管、胃肠道、膀胱、血管等空腔脏器的检查[1-9]。但如何获得高质量的CTVE图像，以及如何认识和分析图像表征仍存在诸多问题。本模型研究的目的在于系统分析主要扫描参数对CTVE图像质量的影响，寻找可获得较好图像质量的扫描参数，评价CTVE对不同模拟病变的分辨能力，进一步确定CTVE图像的真实性。
材料与方法
1.模型制作：将可塑泥制成的5组大小、形态不等的模拟病变置于一圆柱形玻璃容器中(底直径105 mm、高 125 mm)。第1组：特殊形态模拟病变1枚(图1)。第2、3组：水平直径分别为1、2、3、4、5 mm的凹陷及隆起型模拟病变，深度及高度与水平直径相等。第4、5组：水平直径分别为1、2、3、4、5、10、20、40 mm的表浅凹陷及隆起型模拟病变，深度及高度均为0.5 mm。
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2.使用仪器：GE Hispeed CT/i螺旋CT扫描机，Sun Sparc 20工作站，GE Advantage Windows 2.0图像分析软件下挂的Navigator软件包。
3.实验方法：(1)实验1：第1组模型的容积扫描(特殊形态模拟病变)。管电压80 kV、管电流40 mAs、重建孔径(DFOV)300 mm、图像矩阵512×512等固定不变，按以下参数扫描：①改变准直器宽度：分别以1、3、5、7、10 mm的不同准直器宽度进行容积扫描，固定螺距为1.0、重叠重建率为60%、重建方式为标准方式(STD)。②改变螺距：分别以0.5、1.0、1.3、1.5、1.7、2.0、2.5、3.0的螺距进行容积扫描，固定准直器宽度为3 mm、重叠重建率为60% 、重建方式为STD。③改变重叠重建率：分别以90%、80%、60%、50%、40%、20%、0的重叠重建率重建图像，固定准直器宽度3 mm、螺距为1.0、重建方式为STD。④改变重建方式：分别以软组织、STD、细节(detail)、骨、肺5种重建方式重建图像，固定准直器宽度为3 mm、螺距为1.0、重叠重建率为60%。应用图像分析软件重建CTVE三维图像，依次比较模型的变形、边缘清晰度、伪影的种类和程度以及微细结构的显示能力。⑵实验2：从实验1选出图像质量较满意的扫描组合参数，用于第2～5组模拟病变模型的扫描。管电压、管电流、DFOV、图像矩阵与实验1相同。分别采用正位(与基底面成90°)、侧位(与基底面成30°) 2个角度，观察CTVE对不同大小、形态模拟病变的空间分辨能力。并经3名放射医师共同进行评判。评判标准：清晰锐利(+++)，清晰可分辨(++)，隐约可分辨(+)，不可分辨(-)。
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结果
一、 实验1
准直器宽度、螺距、重叠重建率、重建方式对图像质量的影响：
1.准直器宽度：由1 mm增至10 mm，模型逐渐出现沿Z轴方向上的伸长变形；环形阶梯状伪影粗大模糊；边缘清晰度及表面微细结构显示明显下降。准直器宽度≥5 mm时伸长变形明显，表面相邻微细结构因伸长变形而相互融合难以分辨(图1～4 )。
2.螺距：由0.5增至3.0，环形阶梯状伪影由细小到粗大变化明显，致模型出现环绕Z轴的螺旋状扭曲变形，螺距>2.0时变形明显；模型沿Z轴方向的伸长变形较小、边缘清晰度及表面微细结构的显示轻度下降。螺距为0.5时，图像质量仅见微小改善(图5～8) 。
3.重叠重建率：重叠重建率<50%时，模型边缘清晰度下降明显，环形阶梯状伪影粗大模糊，沿Z轴方向的伸长变形及微细结构显示下降程度不明显；重叠重建率≥80%时，环形阶梯状伪影细小清晰(图9～12)。
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4.重建方式：由软组织变化为肺，模型表面勾勒出逐渐明显的边缘线，使微细结构突出易于辨认，同时出现与Z轴方向相同且平行排列的条形伪影，与环形阶梯状伪影交错呈网状，图像光滑程度下降，以骨、 肺重建方式最为明显；在STD重建方式时条形伪影和边缘线均不明显；软组织较STD重建方式模型边缘更显柔和(图13～16)。
二、 实验2
根据实验1结果可知采用准直器宽度≤3 mm、螺距1.0～2.0、60%的重叠重建率及STD重建方式可以获得质量较好的CTVE图像。将此参数范围扫描成6组不同的扫描参数：准直器宽度/螺距分别为1 mm/1.0、1 mm/1.5、1 mm/2.0、3 mm/1.0、3 mm/1.5、3 mm/2.0，重叠重建率为60%、重建方式为STD，对2～5组模拟病变模型进行扫描。
1.CTVE对2～5组模拟病变的分辨能力：结果见表1～4。
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2.不同角度观察模型阴影特点：(1)正位观察光线投射于模型正中，阴影不明显；侧位观察光线投射于模型的一侧，在边缘部分可以获得明显的阴影。(2)侧位观察凹陷型模拟病变阴影位于病变内部近光源一侧;隆起型模拟病变阴影位于病变外部远光源一侧。
讨论
CTVE作为一项CT诊断的新技术，自1994
表1 不同准直器宽度/螺距时第2组模拟病变的分辨能力 准直器宽度(mm)
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注：第2组模拟病变为水平直径与深度相等的凹陷型病变
图1～4 准直器宽度增大图像质量下降。准直器宽度≥5 mm，图像沿Z轴方向的伸长变形明显，微细结构出现沿Z轴方向的融合，难以分辨
图5～8 螺距增大图像质量下降。螺距>2.0时环形阶梯状伪影粗大,图像出现螺旋状扭曲变形。螺距=0.5时图像质量仅见微小改善(长箭示环形阶梯状伪影)
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图9～12 重叠重建率的变化对图像质量的影响。重叠重建率≥80%时，环形阶梯状伪影细小清晰，重叠重建率<50%时图像边缘清晰度下降
图13～16 重建方式的变化对图像质量的影响。骨、肺重建方式微细结构因边缘线出现更易辨认(短箭示边缘线)，图像出现条形伪影，与环形阶梯状伪影交错呈网状，形成假性结节影(长箭示条形伪影)
图17 准直器宽度为1 mm, 螺距为1.0, 重叠重建率为60%, 重建方式为STD时CTVE对不同大小、形态模拟病变的分辨能力。正位观察凹陷型(白短箭示)及隆起型 (白长箭示)病变；正位观察表浅凹陷型(黑短箭示)及隆起型(黑长箭示)病变；侧位观察表浅凹陷型(白三角箭头示)及隆起型(黑三角箭头示)病变。侧位观察分辨能力优于正位观察
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图18 准直器宽度为3 mm, 螺距为1.5, 重叠重建率为60%, 重建方式为STD时CTVE对不同大小、形态模拟病变的分辨能力。白箭、黑箭、箭头所示与图17相同
表2 不同准直器宽度/螺距时第3组模拟病变的分辨能力 准直器宽度(mm)
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注：第3组模拟病变为水平直径与高度相等的隆起型病变表3 不同准直器宽度/螺距时第4组模拟病变的分辨能力 准直器宽度
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注：第4组模拟病变为水平直径不同的凹陷型模拟病变，深度为0.5 mm表4 不同准直器宽度/螺距时第5组模拟病变的分辨能力 准直器宽度
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注：第5组模拟病变为水平直径不同的表浅隆起型模拟病变，高度为0.5 mm
年Vining等[10]首次报道以来，国内外学者对其进行了不同部位的临床应用[1-9]及少量体外模型的研究[11-14]。如何获得高质量的三维图像、CTVE对微小病变的分辨能力及CTVE图像的真实性等诸多问题的探讨成为此技术在临床得到广泛应用的前提。
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1.扫描参数的选择：(1)准直器宽度≥5 mm时模型出现明显的沿Z轴方向的伸长变形。因此，所选准直器宽度应≤3 mm。(2)螺距>2.0时环形阶梯状伪影明显，模型出现螺旋状扭曲变形；螺距<1时会明显增加曝光时间，且对图像质量的改善较少。因此，所选螺距范围应为1.0～2.0。(3)保持≥50%的重叠重建率可维持图像一定的清晰度和光滑性；过高的重建率(≥80%)会明显增加重建图像层数，延长后处理时间，同时环形阶梯状伪影变得清晰，内镜影像表面更不光滑。因此，所选重叠重建率应为60%。(4)应用STD重建方式，模型边缘线及条形伪影均不明显，内镜影像表面相对光滑。因此，采用准直器宽度≤3 mm、螺距1.0～2.0、重叠重建率60%、STD重建方式进行扫描可获得较满意的三维图像。
2.CTVE对微小结构的分辨能力(图17，18)：通过实验2可知采用准直器宽度3 mm、螺距1.5、60%重叠重建率、STD重建方式进行扫描并不同角度观察已可清晰分辨直径≥2 mm的凹陷及隆起型模拟病变、直径≥3 mm表浅型模拟病变(图18)，可满足诸如胃肠道、气管、大血管等一般检查部位的需要；如扫描范围较大，可适当增加螺距至2.0，尚可清晰分辨直径≥3 mm凹陷及隆起型模拟病变及直径≥4 mm的表浅型模拟病变。但要观察直径1 mm左右的微小结构，诸如声带、细小血管等，则应采用准直器宽度1 mm、螺距1.0～1.5、60%重叠重建率、STD重建方式进行扫描(图17)。
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3.CTVE图像的观察方法：通过实验2发现同一模拟病变侧位观察较正位观察其显示清晰度提高0～2级。由于Navigator软件使用正面光为默认光照方向，侧位观察较正位观察可获得更多的投射阴影，可通过明显的阴影提示病变的存在；同时侧位观察时凹陷及隆起病变各有不同投影特点及凹陷型模拟病变阴影位于病变内部近光源一侧，隆起型模拟病变阴影位于病变外部远光源一侧，更易于病变形态的区别。因此CTVE应采用不同角度观察，特别对于表浅病变，在没有足够高度及深度的情况下可利用投射阴影发现病变并判定形态。
4.CTVE图像的真实性：CTVE图像与真实模型形态上的差异主要表现为伪影及变形两方面。伪影包括：环形阶梯状伪影和条状伪影。环形阶梯状伪影与Z轴方向垂直，其产生原因在于使用较大的重建间隔和不对称内插运算方法。条形伪影与Z轴方向平行，常与环形阶梯状伪影交错呈网状，出现于使用高空间分辨率算法的重建方式(如骨、肺)。环形阶梯状伪影和条状伪影相互垂直分割物体表面形成假性的结节影像，应引起注意。认识上述伪影的基本形态可避免在实际应用中将伪影误诊为病变，并有助于在伪影的背景中分辨出微小病变。两者的区别在于前者呈规律性的网格分布，且主要见于高空间分辨率算法时，后者则无此规律。图像变形包括：沿Z轴方向上的伸长变形和环绕Z轴的螺旋状扭曲变形。沿Z轴伸长变形的原因为每个体素Z轴值大于X-Y轴值，致Z轴方向部分容积效应较X-Y轴明显，因此准直器宽度越大，Z轴伸长变形越明显。环绕Z轴的螺旋状扭曲变形的原因在于重建采用不对称内插运算方法，因此螺距越大，环绕Z轴的螺旋状扭曲变形越明显。因此改善扫描条件可控制伪影及变形程度，使CTVE图像真实显示结构形态。
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小结：通过模型研究发现准直器宽度、螺距、重叠重建率及重建方式等诸多因素会对CTVE图像质量产生不同程度的影响，采用准直器宽度≤3 mm、螺距1.0～2.0、重叠重建率60%、STD重建方式的组合参数可获得微小结构分辨良好，伪影及变形较不明显的三维图像。
参考文献
1，李子平，许达生，孟悛非. CT仿真内窥镜成像技术临床应用的初步探讨. 中华放射学杂志，1998,32:104-107.
2，韩萍，Brambs HJ, Sokiranski R. CT仿真内窥镜对鼻腔结构与病变显示能力的研究. 中华放射学杂志，1999,33:7-11.
3，Rodenwaldt J, Kopka L, Roedel R, et al. 3D virtual endoscopy of the upper airway: optimization of the scan parameters in a cadaver phantom and clinical assessment. J Comput Assist Tomogr,1997,21:405-411.
, http://www.100md.com
4，Summers RM. Navigational aids for real-time virtual bronchoscopy. AJR,1997,168:1165-1170.
5，郭凡,王仪生,李炎秋,等. CT仿真支气管内窥镜的临床应用研究. 中华放射学杂志，1999,33:16-19.
6，王伟中,钱民,谢敬霞,等. 支气管三维重建和仿真内窥镜的应用价值和限度. 中华放射学杂志，1999,33:828-830.
7，Lee DH, Ko YT. Gastric lesions: evaluation with three-dimensional images using helical CT. AJR, 1997,169:787-789.
8，张镭，翟晓力，李杰，等. CT仿真结肠内窥镜的临床应用研究. 中华放射学杂志，1999,33:171-174.
, http://www.100md.com
9，Fenlon HM, Bell TV, Ahari HK, et al. Virtual cystoscopy: early clinical experience. Radiology, 1997,205:272-275.
10，Vining DJ, Gelfand DW, Bechtold RE, et al. Technical feasibility of colon imaging with helical CT and virtual reality (abstract). AJR,1994,162(Suppl):104.
11，赵殿辉，洪泳，沈天真. 电子束CT内镜结肠模拟息肉的实验研究. 中国医学计算机成像杂志, 1998,4:153-155.
12，Hara AK, Johnson CD, Reed JE, et al. Colorectal polyp detection with CT colography: two-versus three-dimensional techniques. Work in progress.Radiology, 1996,200:49-54.
13，Sheppard DG, Iyer RB, Herron D, et al. Substraction CT colongraphy: feasibility in an animal model. Clin Radiol， 1999,54:126-132.
14，Springer P, Dessl A, Giacomuzzi SM, et al. Virtual computed tomography gastroscopy: a new technique. Endoscopy， 1997,29:632-634.
(收稿日期：1999-08-10), 百拇医药