Differences in Volume Rendering Imaging Based on Different Algorithms in Assisting Detection of Linear Fracture of Nasal Bone Area
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摘要:
目的：探索最佳的容积再现成像（VR）重建算法，以提高对鼻区线性骨折的诊断效能。方法：回顾性纳入2022年8月至2023年8月的成人鼻骨CT影像资料，随机选取100例鼻区线性骨折和35例无骨折患者，分别行平滑算法（Smooth）、标准算法（Standard）、锐利算法（Sharp）、骨算法（Bone）的VR后处理。两名放射医师以双盲法对VR有无骨折、鼻骨孔显示及图像质量进行评分。采用相同协议对CT质控模体进行扫描，并测量不同重建算法模体图像的噪声功率谱（NPS），任务传递函数（TTF）和可检测性指数（
$ d'$ ）。结果：医师对鼻区线性骨折的诊断效能在VR_Standard、VR_Sharp和VR_Bone之间存在差异，VR_Sharp的鼻骨孔显示评分高于VR_Standard，并且VR_Sharp的图像质量评分高于VR_Standard和VR_Bone；随着重建算法锐利程度的增加，噪声量和空间分辨力逐渐增加；Standard组、Sharp组和Bone组的NPS峰值和TTF50%分别为（225.85 HU2·mm2，0.42），（416.67 HU2·mm2，0.53）和（1 888.20 HU2·mm2，0.8）。当待测目标直径为1 mm时，Sharp组的$d' $ 值最高。结论：VR_Sharp对鼻区线性骨折的诊断效能最佳，能更好的发挥VR在辅助诊断中的价值。Abstract:Objective: To explore the optimal reconstruction algorithm for volume rendering imaging (VR), improving the diagnostic efficacy of linear fractures of nasal bone area. Methods: Adult CT images of the nasal bone from August 2022 to August 2023 were retrospectively included, and 100 patients with linear fracture and 35 patients without fracture in the nasal region were randomly selected and underwent post-processing of VR with Smooth, Standard, Sharp, and Bone algorithms, respectively. Two radiologists scored the VR with and without fracture, the display of the nasal foramen, and the image quality in a double-blind method. The CT phantom was used for measuring the noise power spectrum (NPS), task transfer function (TTF) and detectability index
$(d') $ of the CT images of different reconstruction algorithms using the same scanning protocol. Results: The diagnostic efficacy for linear nasal fractures varied between VR_Standard, VR_Sharp, and VR_Bone, with higher scores for the display of the nasal foramen in VR_Sharp than in VR_Standard and higher image quality scores in VR_Sharp than in VR_Standard and VR_Bone. As the sharpness of the reconstruction algorithm increased, the amount of noise and spatial resolution gradually increased. The NPSpeak and TTF50% for the Standard, Sharp, and Bone groups were (225.85 HU2·mm2, 0.42), (416.67 HU2·mm2, 0.53), and (1888.20 HU2·mm2, 0.8), respectively. The Sharp group had the highest$d' $ value when the diameter of the target to be measured was 1 mm. Conclusion: VR_Sharp has the best diagnostic efficacy for linear fractures in the nasal region, which better utilizes the value of VR in aiding diagnosis.-
Keywords:
- tomography /
- nasal bone /
- linear fracture /
- volume rendering (VR)
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消化道出血（gastrointestinal bleeding，GIB）是临床常见急腹症，其中急性上GIB是急诊常见危急重症之一，病死率高达2%~15%[1]，快速诊断有无GIB并进行精准定位是临床关注的焦点。
近年来MSCT飞速发展，作为一种非侵袭性、快速的检查方法，被广泛应用于GIB的诊断[2]。大量的研究表明MSCT对于GIB的诊断存在优势，其诊断效能优于消化道内镜检查[3-5]，但关于MSCT如何对GIB精准定位的方法研究报道较少。
本文将接受CT增强扫描的GIB患者130例列为样本进行研究，分别通过依据肠管分布、依据肠管分布联合肠系膜血管走行两种阅片方式定位出血部位，通过评价MSCT依据肠管分布联合肠系膜血管走行对GIB精准定位的能力，旨在为消化道出血的定位诊断提供一种新的诊断思路，以期为临床后续治疗提供更多的影像学证据。
1. 资料与方法
1.1 一般资料
搜集2021年1月至2023年9月于华北理工大学附属医院临床诊断GIB行腹部CT增强扫描，并经手术或内窥镜确诊GIB病例的临床及影像资料。
所有患者均符合GIB的相关诊断标准，临床症状包括呕血、黑便、鲜血便、腹痛腹胀、全血细胞减少等，并详细询问病史排除非胃肠道出血因素，如咯血与吐血、口鼻腔及咽喉部出血、食物及药物引起的黑便等。
按照纳入及排除标准共收集130例，其中经MSCT诊断GIB 109例，平均年龄（63.29±12.42）岁，包括男性68例，女性41例。
1.2 检查方法
扫描设备：GE Revolution CT。扫描方法：患者采用仰卧位、从头侧到足侧扫描。扫描范围：从横膈至耻骨下支。扫描序列：行平扫及双增强扫描。
扫描参数。管电流260 mA，管电压120 kV，螺距1.0；扫描层厚及层间距：均为5 mm，重建图像层厚及层间距均为1.25 mm。
对比剂碘海醇（300 mgI/mL），注射剂量1.5 mL/kg；采用高压注射器经肘静脉，注射流率3.5 mL/s；采用对比剂智能跟踪（smart prep）技术确定扫描时间；感兴趣区（region of interest，ROI）内CT值达到120 HU时，自动触发动脉期增强扫描，再延迟35 s进行静脉期扫描。
1.3 观察指标
由两名观察者分别独立采用双盲法回顾性分析所有病例的MSCT薄层轴位图像，记录有无GIB，意见不一致时协商解决。
MSCT诊断GIB的直接征象是增强扫描与平扫比较胃肠腔内出现高密度的对比剂外溢，CT值＞90 HU。
间接征象包括胃肠腔内高密度凝血块、肠管局限性扩张、局灶性肠壁增厚及异常强化、肠周脂肪水肿、肠壁肿物及憩室等[6]。
MSCT检出GIB的病例分别采用两种观察方法确定出血部位。A组（依据肠管分布）：采用曲面重组（curved planar reformation，CPR）、多平面重组（multi planar reformation，MPR）后处理及技术观察平扫及增强图像。B组（依据肠管分布联合肠系膜血管走行），在A组观察方法的基础上，运用动脉期薄层图像进行最大密度投影（maximum intensity projection，MIP）重组，观察显示肠系膜动脉血管，包括肠系膜上动脉、胰十二指肠上动脉、空肠动脉和回肠动脉、中结肠动脉、右结肠动脉、回结肠动脉、肠系膜下动脉、左结肠动脉、乙状结肠动脉和直肠上动脉等，通过观察供血的肠系膜血管有无病变，进而追踪到相应病变肠管，结合肠管分布综合判断出血部位。
1.4 统计学分析
采用SPSS 19.0进行分析，计数资料用n/%表示，用卡方检验。以P＜0.05为差异有统计学意义。
2. 结果
共搜集临床诊断GIB并行腹部CT增强扫描且经手术或内窥镜确诊GIB病例的临床及影像资料130例（包括经手术确诊GIB 43例，内窥镜确诊GIB 87例），MSCT诊断GIB 109例，准确率83.85%，其中102例由两名观察者分别独立诊断且诊断结果一致，有7例由于MSCT诊断GIB的间接征象存疑，经协商后达成一致诊断。
GIB的定性诊断。包括炎症（急慢性炎症、糜烂、溃疡等）35例；机械因素（憩室继发感染出血、胃肠道黏膜脱落）4例；血管因素（食管或胃底静脉曲张破裂出血、血管畸形、血管栓塞）19例；肿瘤（消化道的良恶性肿瘤）49例；其他病因2例（表1）。
表 1 GIB病因分布情况（n/%）Table 1. Etiological distribution of GIB (n/%)N 炎症 机械因素 血管因素 肿瘤 其他 109 35（32.11） 4（3.67） 19（17.43） 49（44.95） 2（1.83） GIB的定位诊断。A组和B组个别病例观察到多部位出血，遂分别记录了出血部位及出血点。A组（依据肠管分布）：定位出血部位71例（出血点72个），定位准确率为65.14%；B组（依据肠管分布联合肠系膜血管走行）：定位出血部位85例（出血点88个），定位准确率为77.98%。两种方法的定位准确率存在统计学差异，依据肠管分布联合肠系膜血管走行对GIB的定位准确率高于单纯依据肠管分布（表2）。
表 2 A组、B组对GIB精准定位的能力比较（n/%）Table 2. Comparison of the accuracy of groups A and B to locate GIB (n/%)组别 N 食管或胃底 胃腔 十二指肠 空肠 回肠 回盲部 结直肠 精准定位 A组 109 11 21 1 1 0 1 37 71（65.14） B组 109 11 22 5 4 3 3 40 85（77.98） $\chi^2 $ − − − − − − − − 4.418 P − − − − − − − − 0.036 注：P＜0.05差异有统计学意义。 3. 讨论
GIB是指从食管到肛门的消化管道出血，包括食管、胃、十二指肠、空肠、回肠、盲肠、结肠及直肠的某个或多个部位的出血[7]。轻症可无明显症状，重症可表现为血容量下降、休克等，严重威胁患者生命安全，早期精准的定位及定性诊断是目前临床关注的重点。
3.1 GIB的诊断方法
GIB较为常见的检查方法有：内镜检查、胶囊内镜、数字减影血管造影（digital subtraction angiography，DSA）、放射性核素检查以及MSCT[8]。
内镜检查前需要进行肠道准备，不适合活动性出血患者的检查，且出血较多时会影响内镜的观察，同时由于小肠冗长，对下消化道出血患者的检查存在一定的局限性。胶囊内镜弥补了内镜检查在小肠检查方面的不足，但其价格昂贵，临床难推广，且容易发生嵌顿[9]。放射性核素检查不适合急诊检查且定位不准确。DSA被认为是胃肠道出血放射学诊断的金标准，但其属于有创检查，急诊应用具有局限性。
相较于造影和内镜检查只能观察黏膜及腔内情况、DSA只能观察血管，MSCT能够全面的观察肠腔内外情况以及毗邻血管，对GIB诊断的优势更加显著，且MSCT属于无创检查，患者的耐受程度更高，适用范围更广，近年来越来越受到临床医生的关注。
3.2 MSCT诊断GIB的研究进展
MSCT利用多排螺旋CT血管成像技术进行多期扫描，具有简单、无创、扫描范围大、快速、明显降低运动和呼吸伪影、敏感度的特点[10]。梁韬等[3]通过研究发现：CT诊断出血部位的准确率为88.5%，出血原因的准确率为88.5%，高于内镜检查的73.1%和73.1%，DSA检查的80.7%和76.9%，提示CT检查能够较准确掌握患者GIB的原因和出血部位，这与潘亚菊[4]的研究结果基本一致。MSCT是诊断GIB快捷、简便、无创及有效的影像学方法，可较准确诊断出血的部位和出血的原因，可作为内镜、DSA及外科干预手术前的一种综合术前筛选检查手段，为治疗方案的制订提供重要的参考信息，具有重要的实际临床指导意义。
能谱成像作为CT的一项新技术实现了混合成像向单能量成像的转变，拥有更高的图像质量、信噪比及对比噪声比[11]。刘文冬等[12]、胡伟杰等[13]实验表明，利用能谱CT可以提高微量活动性出血的诊断阳性率，另外在出血定量方面，能谱CT基物质碘（水）基图具有一定的可行性。能谱CT在诊断GIB方面较传统MSCT具有一定优越性，但目前临床应用较少，大多用于实验室研究，因此，本研究主要讨论常规MSCT。
3.3 MSCT对GIB定位的诊断价值
有些研究认为，GIB的处理需要影像科室与相关临床科室积极配合，必须及时知道出血部位和原因，从而达到针对性的处理。GIB作为消化道急症，疾病发展迅速，若不能快速定位并控制出血灶，随之而来的血容量下降和休克会严重危及患者生命，甚至导致患者死亡。
在急诊处理中，临床医生最关心最迫切的信息就是GIB的定位问题，特别是小肠的病变，通过影像检查获取定位并进行及时有效地处理达到止血的目的从而快速稳定患者的生命体征无疑是对GIB患者的最优解，下一步的诊疗过程才是明确出血原因及性质，在此基础上开展更具针对性的治疗，保证患者预后。
小肠起自胃幽门，最后进入盲肠的回盲部，包括十二指肠、空肠及回肠，在影像上一般通过肠管解剖分布及粘膜皱襞来定位肠管。
十二指肠位置较为固定，状如C形包绕胰头，容易区分。空肠起自十二指肠空肠曲，一般将空回肠全长的近端五分之二称为空肠，余下部位称为回肠，两者之间无明显分界。空肠一般位于左上腹和右上腹，回肠在右下腹、左下腹及盆腔，但由于小肠相互重叠、活动度大、疾病种类多（例如肿瘤性病变会推挤肠管移位，炎症性病变可能出现肠管粘连，血管性病变会导致肠管坏死等），根据肠管解剖分布往往不能获得准确定位。空肠管径较粗，一般约4 cm，管壁较厚，粘膜皱襞密且多，呈弹簧状或鱼肋状，皱襞间多保持平衡距离贯穿肠壁；回肠管径细，一般约3.5 cm，管壁较空肠薄，粘膜皱襞浅且稀疏，扩张状态下可呈光滑的空管状。
但GIB属于急腹症，往往患者在接受CT检查时是没有时间做好肠道准备的，导致肠管充盈欠佳，粘膜皱襞显示欠清，因此通过管径、肠壁厚度及粘膜皱襞也不能很好的区分空回肠。综上，单纯依据肠管分布不能很好定位。
以MSCT薄层轴位图像为基础，结合VR、MIP等重建技术对肠系膜血管进行观察可以得到更多肠外影像征象。
MIP图像类似于传统血管造影，对比度很高，能够较真实反应组织的密度差异，显示血管壁上的钙化和对比剂充盈的血管腔，观察血管狭窄、扩张及充盈缺损等，借此可以显示细小的肠系膜分支血管以及病变小血管的位置。从腹腔干、肠系膜上、下动脉三大主支开始向下逐级追踪肠系膜血管走行，观察肠系膜血管是否显影、有无迂曲扩张、有无走行异常及共干，观察管腔内有无充盈缺损以及血管壁有无斑块、钙化[14]，通过观察供血的肠系膜血管有无病变，进而追踪相应的供血肠管有无异常[15]。
肠系膜上动脉约平第1腰椎的高度起自腹主动脉前壁，此动脉向右发出胰十二指肠下动脉、中结肠动脉、右结肠动脉和回结肠动脉，供应了右半结肠及大部横结肠；向左发出约12~18条空、回肠动脉，供应所有小肠，由于小肠长且扭曲，活动度大的解剖特点，小肠部位的疾病通常起病隐匿且病变部位深而不固定，诊断较困难，内镜、钡餐等诊断价值有限[16]，通过重建显示肠系膜血管走行，可以更好的显示血管解剖及病变，再依据血管解剖来推断出肠管具体部位，可以更好的显示肠管相互套叠的小肠病变（图1和图2），为后续介入或外科手术治疗提供影像学支持[17]。
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图 1 患者男性，51岁，黑便数日，检查当日便鲜血约500 mL注：（a）和（b）为平扫横断位图像，（c）和（d）为动脉期横断位图像，肠管内可见对比剂外溢；（e）~（g）为肠系膜血管MIP图像，可见肠管内对比剂外溢及事件血管；（h）为术中快速冰冻切片，提示肠黏膜相关淋巴组织边缘区B细胞淋巴瘤。Figure 1. A 51-year-old man, black stools for several days, approximately 500 mL of fresh blood upon examination![]()
图 2 男性，21岁，多次便血约400 mL注：（a）为平扫横断位图像，（b）和（c）分别为动脉期、静脉期横断位图像，动脉期可见肠管内对比剂外溢，静脉期肠管内对比剂外溢增多；（d）为肠系膜血管MIP图像，可见回肠末端对比剂外溢及事件血管；（e）为术中快速冰冻切片，提示良性淋巴组织增生症。Figure 2. A 21-year-old man, with multiple rectal bleeding of approximately 400 mL从病因学分析，小肠出血的病因和年龄有关，就全年龄段而言，小肠出血病因以血管畸形最为常见，这也支持了利用MSCT进行小肠出血的定位诊断时，依据肠管分布联合肠系膜血管走行可以获取更多影像学信息，帮助消化道出血定位诊断。
有一部分肠管病变导致的GIB由于病变部位相对表浅，如病变位于浆膜层，病理结构改变细微，即使开腹也难以发现病变位置，易被漏诊或误诊，剖腹探查的失败率很高。依据肠管分布联合肠系膜血管走行的方法在术前进行准确定位，对于传统外科手术治疗，可以明确切口位置，从而缩短开腹之后寻找病变肠管的时间，对于介入治疗，可以缩短介入时间，减少辐射剂量。
大量研究[3-4]表明MSCT对消化道出血的诊断存在优势，其诊断效能优于传统消化道内镜检查，临床上消化道病变进行MSCT检查时往往需要肠道适度扩张，消化道出血作为急腹症通常没有时间进行肠道准备，影像医师往往依据肠管分布对消化道出血进行定位，但是没做肠道准备的肠管绝大部分是空虚状态，尤其是小肠。此外，血管源性消化道出血由于出血量大、难以定位，一旦发病进展迅速且预后不良，这些因素无疑增加了消化道出血检出和定位诊断的难度。
本次研究结果显示单纯依据肠管分布定位GIB的准确率为65.14%，依据肠管分布联合肠系膜血管走行定位GIB的准确率为77.98%，通过重建MIP等能够提供更多详细的肠系膜血管系统的三维图像，从而可以更加直观地观察血管解剖和病变，帮助影像医师快速检出及定位出血。
本研究的不足之处在于采用回顾性研究且纳入研究的病例过少。在以后的研究中，扩大样本量并结合前瞻性研究会更具有临床应用价值。关于本次研究扫描期相的选择，常规选用平扫及双期增强扫描，部分学者认为延迟期对GIB的诊断亦有很高的价值，未将延迟期纳入研究是为不足。
综上，MSCT依据肠管分布联合肠系膜血管走行对GIB定位的准确性优于依据肠管分布，可以作为探寻GIB部位的一种思路，对后续临床治疗具有重要现实意义。
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图 2 不同重建算法的模体CT图像的MTF值
Figure 2. The MTF of CT phantom images with different reconstruction algorithms
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图 3 不同重建算法的模体CT图像的NPS，TTF和
$d' $ 值Figure 3. The NPS, TTF and
$d' $ values of CT phantom images with different reconstruction algorithms![]()
图 4 基于不同重建算法的VR对鼻区骨折的显示情况
注：女，49岁，右侧鼻骨前端骨折。从左至右依次为VR_Standard（a），VR_Smooth（b），VR_Sharp（c），VR_Bone（d）对骨折的显示（黑箭）。
Figure 4. Display of nasal region fractures by VR based on different reconstruction algorithms
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图 5 基于Standard、Sharp和Bone重建算法的VR对横行骨折的显示情况
注：男，47岁，双侧鼻骨横行骨折。VR_Standard（a），VR_Sharp（b），VR_Bone（c）对鼻骨孔及线性骨折的显示，VR_Bone（c）对鼻骨孔及骨折线显示最好（黑箭），但受噪声影响，冠状面（d）可见横行骨折线（白箭）。
Figure 5. Display of transverse fractures by VR based on standard, sharp and bone reconstruction algorithms
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图 6 基于Bone重建算法的VR在诊断鼻区线性骨折中容易出现假阳性
注：女，57岁，无骨折。VR_Standard（a），VR_Sharp（b）诊断无骨折，VR_Bone（c）将左侧上颌骨额突处（黑箭）误认为线性骨折，假阳性，横断面（d）显示无骨折发生（白箭）。
Figure 6. VR based on Bone reconstruction algorithm is prone to false positives in the diagnosis of linear fractures in the nasal region
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图 7 基于Standard重建算法的VR在诊断鼻区线性骨折中容易出现假阴性
注：女，41岁，右侧上颌骨额突骨折。VR_Standard（a），VR_Sharp（b），VR_Bone（c）对鼻区线性骨折的显示，VR_Standard（a）易将右侧上颌骨额突处（黑箭）线性骨折漏掉，假阴性，横断面（d）可见骨折断端（白箭）。
Figure 7. VR based on the Standard reconstruction algorithm is prone to false negatives in the diagnosis of linear fractures in the nasal region
表 1 不同重建算法模体CT图像的高对比分辨力
Table 1 The high contrast resolution of CT phantom images with different reconstruction algorithms
Smooth Standard Sharp Bone 线对数LP/cm 8 9 10 10 
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表 2 两名医师对不同重建算法VR的主观评价得分和一致性分析
Table 2 Subjective evaluation scores and consistency analysis of VR with different reconstruction algorithms by two radiologists
项目 组别 医师A/例 医师B/例 评分/％ 一致性分析 3分 2分 1分 3分 2分 1分 3分 2分 1分 Kappa P 图像质量评分 VR_Standard组 95 33 7 83 41 11 65.93 27.41 6.67 0.652 ＜0.001 VR_Sharp组 121 14 0 119 14 2 88.89 10.37 0.74 0.628 ＜0.001 VR_Bone组 96 36 3 94 28 13 70.37 23.70 5.93 0.637 ＜0.001 鼻骨孔显示评分 VR_Standard组 61 62 12 60 56 19 44.81 43.70 11.48 0.751 ＜0.001 VR_Sharp组 83 51 1 91 39 5 64.44 33.33 2.22 0.767 ＜0.001 VR_Bone组 95 33 7 99 28 8 71.85 22.59 5.56 0.645 ＜0.001
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表 3 医师在VR_Standard、VR_Sharp、VR_Bone中对鼻区骨折的诊断效能比较
Table 3 Comparison of diagnostic efficacy for linear fractures in the nasal region between two radiologists in VR_Standard, VR_Sharp, and VR_Bone
医师 效能指标 VR_Standard VR_Sharp VR_Bone 三者总体
差异PVR_Standard
vs VR_Sharp
差异校正PVR_Standard
vs VR_Bone
差异校正PVR_Sharp
vs VR_Bone
差异校正P医师A 敏感度 0.84（84/100） 0.92（92/100） 0.92（92/100） 0.039 0.043 1.000 0.199 特异度 0.83（29/35） 0.86（30/35） 0.69（24/35） 准确率 0.84（113/135） 0.90（122/135） 0.85（116/135） 医师B 敏感度 0.85（85/100） 0.95（95/100） 0.95（95/100） 0.034 0.028 0.447 0.745 特异度 0.80（28/35） 0.77（27/35） 0.66（23/35） 准确率 0.84（113/135） 0.90（122/135） 0.87（118/135）
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