利用3D Slicer重建魔幻般的肺部血管

利用3D Slicer重建魔幻般的肺部血管
王奎重 博士

3D Slicer医学重建软件有强大的体绘制(volume rendering)功能,其新的版本预设模块内有专门显示CT-Lung的模板。这里介绍利用利用该模块显示肺部魔幻般的血管影像。

1.打开3D Slicer软件,载入CT薄层扫描图像,这里选择了一个含对比剂的影像。先利用其分割(segmentation)功能,重建出灰度值0以上的血管模型和灰度值0以下的气管支气管模型。这些模型只能显示较粗的血管(红色和蓝色)和支气管(黄色)。

2.打开体绘制(volume rendering)模块,选择CT-AAA2模板,显示心脏和肋骨。

3.选择ROI,把前后的肋骨都遮挡掉,再点击volume propertiers,调整显示重建的边界值最小为0,最大为1000。可以看到蓝色和红色血管模型头端有通过VR新重建血管的延续(黄色小分支)。

4.魔术来了:为了更好的显示细枝末节,通过调整不同的边界值(threshold)、不透明度(opacity)及color mapping,可以看到即便CT值调整到负值以下,这些血管的细枝末节还能显示的更清晰。

3.幻觉来了:为了更好的显示肺部影像,利用3D Slicer强大的分割功能把皮肤、骨头和纵膈内组织都剥离掉,只保留两肺影像。打开体绘制(volume rendering)模块,选择CT-Lung模板,可以看到其预设的边界灰度值为-600至-400,不透明度为0.15。那么3D里面显示的树枝样解剖结构是支气管还是血管?

4.再放大显示,调整不同参数,这些细枝末节应该是血管。可CT-Lung模板重建出的图像为何像支气管一样是空心透明的呢?

5.同一个视角,对右肺血管(红色)进行放大,与CT-Lung模板重建出的图像融合,显示通过对比剂增强显示重建的血管模型与这些中空的“支气管”完全重叠,这说明了CT-Lung模板重建出这些细枝末节主要是血管而非支气管。

6.为何会出现这种魔幻般的图像?考虑主要是CT-Lung模板中边界和不透明度设定问题。-600至-400是一个相对比较窄的边界范围,在CT扫描过程中,一般设定空气的CT值为-1000,骨骼为+1000,因此在连续的CT影像中一定会存在-600至-400范围内的影像。比如气管和支气管与空气接触的表面,肺内血管与肺泡(CT值与空气接近)接触的表面,肺泡与胸膜接触的表面,皮肤与空气接触的表面,检查床与空气接触的表面,利用3D Slicer强大的体绘制(volume rendering)功能,这些都能在3D视窗内显示出来。再加上设置较低的不透明度,这些图像看起来是中空的。

本例采用肺部增强影像进行重建,束主任、曹主任等用肺部非增强的平扫影像重建肺部血管和支气管,也能较好的显示病变与周围结构的关系。当然,无论增强还是平扫图像,这些重建的“肺部血管”也包括了一部分支气管壁,对于重建出的支气管也可以制作虚拟内镜图像。但对于怀疑肺动脉栓塞等病变,微小的血栓密度与血液和血管壁等软组织密度差异不大,还需要注射对比剂来显示血管是否通畅。由于重建及分割步骤较多,这里不再赘述,具体一些操作方法详见社区内一些基础教程。

最后向大家展示一下另外一例支气管(黄色)与肺静脉、左心室、冠脉及主动脉(红色)之间的关系。

支气管(绿色)、肺动脉(蓝色)、肺静脉(暗红色,包括左心室及主动脉)和肺部细小分支血管(褐色)之间的关系。

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