第四节 CT图像重建与后处理

一、重建

运用一定的物理技术，采集X线在受检体内的吸收系数，采用特殊的数学方法，经计算机处理求解出吸收系数在受检体某剖面上的二维分布矩阵，再应用电子技术将此二维分布矩阵转变为图像画面上的灰度分布，重新构建成体层图像谓之重建（reconstruction）。

重建是一个相当复杂的过程，不同厂家、不同时期应用了不同的方法。传统二维图像重建方法较多，如直接矩阵求解法（又称联立方程组求解法）、反投影法（又称总和法）、二维傅里叶变换重建法、卷积反投影法、迭代法（又称逐次近似法）等，每种方法各有其特色。直接求解法为早期的基本方法，但很繁琐；反投影法较简单，但图像质量稍逊于其他方法；二维傅立叶变换法以及由傅立叶变换法演变出来的利用卷积进行图像重建应用较多；迭代法比直接矩阵求解法计算速度大为提高，比反投影法精度提高，也有较广泛应用。

传统的二维图像重建通常用于单层CT，需要X线处于一个平面上并垂直于Z轴，多层螺旋CT的X线束呈锥形，所以探测器排列层面越靠外，相应平面上的X线就越不能垂直于Z轴，这就是所谓锥形线束问题，4层以下CT限于问题的复杂、费用及X线锥形较小，所以予以忽略。但16层以上CT的锥形束问题如忽略将导致不可接受的图像伪影，必须予以解决。

三维反投影重建技术考虑了X线锥形角的问题，理论上可以解决但技术复杂，需要专用的三维反投影处理器硬件模块才能达到可以接受的图像重建速度。更好的重建技术是适应性多平面重建技术（AMPR），通过螺距和探测器的布局来定义图像平面，以一系列二维图像重建组出所需的图像，它充分利用已经发展成熟并且处理速度非常快的二维图像重建技术。将用于重建图像的多层螺旋数据根据检查床的速度分成多个重叠的360°扇区，每个扇区根据螺旋的局部曲率重建成1～5幅半帧图像构成双摺的倾斜图像面，最后重建成的横断面图像是通过对半帧图像的Z轴方向内插得到的，理论上，图像重建不只是在Z轴方向上，对任意角度采集的数据都可以重建成图像，也就解决了多层螺旋CT的X线锥形束问题。

二、回顾性重建

回顾性重建（retrospective reconstruction）是对所得的原始图像数据根据需要再次有针对性地进行重建，得到更好图像质量，更多有利于诊断的图像信息，或克服某些不足。如较厚层厚扫描可以用较薄层厚回顾性重建出较薄图像，为得到更多细节可以改变重建间距，在单位范围内得到更多图像，更好显示组织结构和病变；对较小结构如乳突、鼻窦、眼、肾上腺、脊柱等可以选择最佳视野和矩阵放大重建显示兴趣区或多个兴趣区（图1-4-1）。还可以一次扫描根据需要选择特定的算法重点显示不同组织，如胸部扫描肺组织算法显示双侧肺野，软组织算法显示纵隔，小视野、骨重建显示脊柱骨质细节（图1-4-2）；在回顾性重建中可以进一步根据目的加平滑、锐利、去骨伪影等处理方法处理图像；在一定范围内如扫描偏离中心可以重新选择视野中心回顾性重建，如难配合的病人适度偏离中心，脊柱扫描定位偏离中心等都可以通过回顾性重建予以矫正（图1-4-3）

三、CT图像重组

日常工作中，大量常规诊断仍然依赖轴位断面图像，但螺旋CT，尤其是多层螺旋CT的扫描可以获取大范围容积信息，设备的发展使图像质量在Z轴方向上的分辨率明显提高，可以满足各向同性体素的要求，为CT后处理技术的发展与提高创造了条件。我们可以利用各种后处理软件对所扫描的全部数据或感兴趣的部分数据根据实际需要进行各种后处理，多角度、多层面、多方式地显示解剖结构和病变。

图像后重建，即重组（reformation），分二维和三维两大类。二维主要有多平面重建、曲面重建、多平面容积重建。三维主要有遮蔽表面显示、容积再现、仿真内镜等。二维后处理显示的图像都位于同一平面，不能显示多种平面、立体的位置关系，但处理方便快捷；而三维后处理图像可以立体地显示三维空间结构，立体感强，空间关系明了，但处理过程复杂，由于阈值的选择处理也会丢失、遮蔽一些信息。所以各种后处理必须根据需要综合运用，后处理图像与轴位图像结合观察方可以获得全面、正确的诊断信息。

（1）多平面重建（multi-planar reconstruction, MPR）。一种简单而又常用的后处理技术，在轴位图像的基础上，对任意平面体素元进行重组，得到冠状位、矢状位及任意角度兴趣平面的图像。多平面重建不进行任何阈值和CT值的处理，快捷而简单，可以从冠、矢状位及任何感兴趣平面显示组织结构、病变形态及与周围关系，弥补了轴位图像的不足（图1-4-4）。当然在立体结构和空间位置观察上则不及三维重建图像了。

（2）曲面重建（curved planar reformation, CPR）。曲面重建与多平面重建都是对三维容积数据进行二维方向的截取，但与多平面重建显示某一平面不同，曲面重建是显示不在同一平面走行的感兴趣组织，体素元根据需要所画曲线重组成该曲面的二维图像，主要用于使迂曲、弧形、成角走行的血管、支气管、牙齿等结构伸展显示在同一平面上以便于观察（图1-4-5）。

（3）多平面容积重建（multi-planar volume reformation, MPVR）。与多平面重建截取较薄层面不同，多平面容积重建所截取的虽然仍为容积数据的平面，但平面有较大厚度，配合最小密度、最大密度投影等技术，可以使感兴趣密度组织显示于同一层面，忽略其他密度组织，既可显示一定厚度、一定密度内的较多结构，又可以避免其他组织的重叠干扰（图1-4-6、图1-4-7）。

最大密度投影（maximum intensity proj ection, MIP）为截取一定厚度容积后在多平面容积重建的基础上选取其中最大密度值重建为二维图像的技术，多用于血管成像（CTA）和骨骼系统，此外还有泌尿系造影成像、胆系造影成像等（图1-4-9）。

最小密度成像（minimum intensity proj ection, MIP）原理同MIP，不同的是选取其中最小密度值重建为二维图像，主要用于气管、支气管、咽喉、充气肠道等含气腔道的显示。

（4）遮蔽表面显示（shaded surface display, SSD）。遮蔽表面显示是将容积数据预先设定兴趣区域内组织结构的阈值，经计算机重建处理，形成以图像灰阶编码构成的不同明暗（黑白图像）、不同色彩（彩色图像）的表面显示图像，可以显示解剖复杂、结构重叠组织的表面形态，常用于骨、增强血管的三维重建，立体空间感强，解剖关系清楚（图1-4-8）。由于高于阈值的组织显示，低于阈值的组织不显示，常会丢失不少信息。

（5）容积再现（volume rendering, VR）。容积重建技术是利用全部数据，通过设定不同阈值，对一定范围高于或低于所设定阈值的结构进行不同透明度显示处理，使用伪彩色显示技术，三维感强烈，比较好的显示解剖结构的空间关系（图1-4-9）。

（6）仿真窥镜（virtual endoscopy, VE）。CT仿真窥镜技术是CT与仿真技术的结合，它通过将CT容积数据利用计算机特殊软件对生理管腔内壁作表面重建，通过调节明暗度与色彩，显示出空腔表面的三维图像，并可旋转不同角度和沿管腔进退动态观察管腔内壁情况（图1-4-10）。