3D与实影渲染技术在围产期腹盆部疾病中的价值

背    景

CT 扫描仪的发明，以及 1971 年第一张 CT 图像的采集，彻底改变了医学实践和医学成像艺术（参见：回望：CT五十年（1968-2018））。随着 CT 从 20 世纪 80 年代的 5 至 10 毫米切片发展到今天的亚毫米切片，出现了多种后处理技术，这些技术已被证明对图像分析和解释非常有益。 3D 重建，其中容积渲染是最常用的技术，自从传统的单层螺旋 CT 实施以来就已经可用，并且仅随着多探测器 CT 实现的更高分辨率显示而得到改进。此前， 3D 重建的产生受到长时间的后处理时间和高计算需求的阻碍，但随着技术的发展， 3D 图像可以在 PACS 或专用工作站中实时呈现，因此非常适合临床使用。 3D 重建允许改善解剖结构及其空间关系的可视化，这是单凭轴位截面无法实现的。 2016 年，实影渲染技术被引入。实影渲染（ Cinematic rendering ）是一种以皮克斯动画工作室（ Pixar Animation Studios ）命名并受其启发的技术，它从 CT 数据中生成逼真的 3D 图像。导致传统 3D 重建的体绘制技术与实影渲染之间的主要区别是基于用于图像重建的光模型。正是这种差异使得实影渲染能够生成看起来更自然的图像，并实现更真实的阴影、增强的深度和形状感知（更多内容参见：实影渲染技术的基本原理；实影渲染技术的临床价值）。

三维体绘制技术

可以使用 CT 、超声或 MRI 数据进行 3D 成像。基本和最常见的 3D 图像可视化方法包括最大密度投影、容积渲染和表面渲染，这些方法在大多数标准显示控制台上都可用。体绘制是一种用于图像可视化的技术，涉及处理 CT 体数据以生成可实时调整的图像，以从不同角度描绘解剖关系。该技术有三个基本步骤：采样、每个体素的分类和图像投影。采样涉及沿着穿过体积的光线的不同特定点的累积和计算。接下来，通过传递函数为每个采样点分配颜色和不透明度值，这决定了每个点对图像像素值的贡献。为了区分不同的组织类型，例如骨骼和软组织，每个组织类型都使用梯形。最终图像投影步骤是通过数学公式累积采样步骤期间分配的颜色和不透明度值来完成的，以生成每个像素的最终投影。可以通过调整附加效果来改善所生成的 3D 图像的解释，例如将代表每种组织类型的梯形向较低或较高的 Hounsfield 单位滑动，这将包括具有相应 Hounsfield 单位的更多结构。总体而言，容积渲染忽略了复杂的光路，仅使用局部照明模型，其中只有局部属性影响生成的图像。包括散射和消光在内的特性被排除在外，这导致图像具有更人工的外观。（更多内容参见：VRT模板参数入门）。

实影渲染技术

实影渲染是 FDA 批准的一种相对较新的技术，通过这种技术，可以生成具有真实感质量的体渲染图像。它的灵感来自于动画行业在创造逼真图像方面的成功。实影渲染使用体积 CT 数据中的体素，与容积渲染相同，使用更复杂的全局照明模型。与容积渲染（其中每个像素由单个光线形成）不同，实影渲染使用基于路径跟踪和上述全局照明模型的算法。全局照明模型模拟了光子在数据集中沿所有方向传播的不同路径，这产生了一个像素。在创建实影渲染图像时用于照明的光图具有高动态范围，有助于实现数据的自然照明，而不是使用合成光源的体绘制。

路径跟踪是一种数字渲染算法，其中跟踪数千条光线以创建图像。它是由蒙特卡洛积分公式创建的，该公式解决了每个粒子的多维和非连续渲染方程，因为光线可以通过无限多的方式传播，因此该算法非常必要。通过使用另一种并行化和优化算法，可以对光的散射、反射和反弹进行建模。生成的最终图像本质上是图像序列的结果，这些图像序列会聚以解决蒙特卡洛积分的基本积分。

考虑到实影渲染在物理上模拟光扩散，使用环境因素、阴影、景深、次表面散射、折射、环境遮挡、色散和软阴影等效果来创建具有高动态范围的照片级真实感图像。

考虑到生成实影渲染图像所需的计算的复杂性，它目前不是 PACS 系统的标准功能。实影渲染可以在配备西门子 syngo .via （ VB40 ）实影渲染软件的独立工作站上完成。通常，任何能够生成高分辨率各向同性数据集的扫描仪都可以用于创建这些图像。可以创建了一系列模板，这些模板包含了个体患者因素，包括体型、造影剂推注时间和解剖结构内的对比度，放射科医生可以手动调整。经验丰富的放射科医生可以在大约五分钟内生成大多数病例的实影渲染图像，然后将其导出到 PACS ，供临床医生参考。

（更多内容参见：实影渲染技术的基本原理；实影渲染技术的临床价值）。

产科患者的CT检查

如今， CT 在医疗实践中的应用日益增多，这引发了人们对孕妇胎儿辐射暴露的可能性的担忧，因为发育中的胎儿对电离辐射的影响尤其敏感，尤其是在器官发生的孕早期。在受孕后约 15–56 天，如果胎儿暴露于 100–200 mGy 的辐射，细胞耗竭可能会导致器官畸形和全身生长迟缓。对胎儿进行电离辐射的可能性最大的诊断检查是腹部和骨盆的 CT 扫描。 “ 合理可能尽量低 ” （ ALARA ）原则指出，应尽一切努力减少儿童的电离辐射剂量，这也包括胎儿。然而，在某些临床场景或诊断困境中， CT 是必要的，没有可行的替代方案。一般来说，孕妇应避免进行盆腔 CT 检查，除非正在对患者进行紧急情况评估，需要立即干预或治疗。孕妇 CT 成像最常见的适应症是腹痛。当怀疑急性阑尾炎且超声没有结论时，应尝试 MRI ， MRI 在诊断急性阑尾炎方面具有 100% 的敏感性和 94% 的特异性。 MRI 也是对疑似异位妊娠、妊娠残留产物和妊娠滋养细胞疾病的孕妇进行的选择检查。

在外伤的情况下， CT 是所有三个妊娠期的首选成像方式。 CT 还应用于评估胎儿骨骼发育不良和疑似血管急症，或评估可能存在潜在血管综合征的孕妇。 CT 还可用于评估围产期和产后并发症，如子宫穿孔、产后出血、子宫内膜炎、肺栓塞和 HELLP 综合征。如果怀孕患者认为有必要进行腹部或骨盆 CT 检查，应记录书面或口头的知情同意书，并应包括对患者和胎儿的有限风险以及检查益处的讨论。

实影渲染的诊断价值

实影渲染有无数的应用，包括改进损伤的可视化和检测，增强对解剖关系的理解，医生之间的沟通，向患者传达结果，以及医学教育。在文献中，实影渲染已用于描述多种病变，包括但不限于遗传性出血性毛细血管扩张症中的肝动静脉畸形、局灶性肝脏肿块、肾上腺肿瘤和胰腺肿瘤。在耳鼻喉科、神经外科、颅面外科、胰腺外科和整形外科中，已经描述了实影渲染在可视化复杂解剖结构以进行手术规划中的应用，并且可能在所有外科子专业中发挥作用。一项研究表明，与传统 CT 相比，实影渲染与更好地理解解剖有关，这使得该技术对外科医生特别有用。实影渲染可以帮助以更容易理解的方式显示复杂的解剖结构，从而促进医生和患者之间的发现交流。学生和受训者也可以从实影渲染作为教育工具的使用中受益。一项研究表明，与传统 CT 相比，肌肉骨骼解剖的实影渲染与更好地理解材料相关。（更多内容参见：实影渲染技术的基本原理；实影渲染技术的临床价值）。

临床应用

正常妊娠

尽管CT通常不是怀孕患者的首选成像方式，但在某些情况下可能使用CT，因此放射科医生应熟悉CT上怀孕子宫的正常外观。CT上最早的可见发现非常细微，包括非特异性子宫内膜异质性，随后是充满液体的孕囊，直到孕早期结束，胎儿部分才清晰可见。在妊娠约14周时，可见胎儿中轴骨和四肢骨骼的骨矿化。到了孕晚期，可以识别出单个胎儿器官。鉴于妊娠患者很少使用CT，目前尚无基于CT孕龄的胎儿发育标准测量方法。关于胎盘，直到妊娠中期才可靠地观察到，其附着物呈低密度新月形，随着其逐渐成熟，外观越来越不均匀，静脉湖和胎盘囊肿通常表现为低密度。图1显示了容积渲染和实影渲染的图像，这些图像非常详细地显示了胎盘血管图。

图1妊娠35周的28岁孕妇出现腹痛、排尿困难和血红蛋白下降。对胸部、腹部和盆腔进行CTA以评估出血情况。冠状位静脉期CT显示妊娠晚期正常，无腹内出血迹象。b显示胎盘和髂血管系统正常的容积渲染图。c-d胎儿的3D渲染图和血管图显示胎盘和腹盆血管系统正常，无出血迹象。图像d中显示胎盘和腹部侧支血管。

多胎妊娠

多胎妊娠的CT表现与单胎妊娠相似。图2显示了三胞胎妊娠。实影渲染效果图使每个胎儿及其与其他胎儿的关系易于可视化。

图2 37岁体外受精妊娠18周的孕妇出现恶心、呕吐、血压升高和急性肾损伤。冠状位静脉期成像显示右肾盂增厚和强化（白色箭头），伴有大量右肾周积液和条索影（白色细箭头），与肾集合系统破裂和肾盂肾炎（a）一致。矢状位排泄期CT显示尿漏和妊娠期小血肿（白色箭头）（b）。冠状位容积渲染图像（c）、矢状位（d）和冠状位（e）实影渲染效果图显示右肾发现和正常的三绒毛膜三胞胎妊娠。

腹腔异位妊娠

腹腔异位妊娠发生在腹腔，这种情况极为罕见，据报道，不到1%的异位妊娠会发生。腹部妊娠与较高的母体和胎儿发病率和死亡率相关，因为胎盘分离或滋养层侵入母体器官会导致严重出血。图3和图4描述了两例腹部异位妊娠。3D和实影渲染图像在血管标测中非常有用。

图3 31岁患者在妊娠13周时出现腹腔内异位妊娠出血。腹部和骨盆CTA初步成像显示可能与右髂内动脉相通。a腹部和骨盆的冠状位容积渲染图和b冠状位MIP图像，显示位于子宫上方的厚壁腹内异位妊娠（星号），血管系统充血（箭头），与右髂血管无关。c-d骨盆的轴位增强CT显示中度腹腔积血（白色箭头）。e矢状位CT显示子宫（U）、异位妊娠（星号）和胎盘（黄色箭头）。

患者随后接受了妊娠期内甲氨蝶呤注射和右子宫动脉栓塞，症状稳定，β-HCG逐渐下降。

图4 48岁患者，妊娠28周，在腹内妊娠的情况下临产和分娩，准备产前入院。a冠状位静脉期图像、b-c冠状位实影渲染效果图和d 3D重建显示腹内异位妊娠（U=子宫，F=胎儿，P=胎盘）。胎盘中央的血管主要由左侧卵巢动脉和左侧子宫动脉提供，后者直接通过胎儿颅骨下方（箭头）。在手术中，在孕周28周时，发现一个巨大的异位活妊娠沿着左侧结肠旁沟和盆腔侧壁植入，并累及盆腔和骶骨组织。

穿透型胎盘

胎盘植入性疾病（PAS）是用来描述胎盘滋养层与子宫肌层异常粘附的总体术语。在这一范围内有三种分类：粘连型胎盘（胎盘附着在子宫肌层上而不受侵犯）、植入型胎盘（胎盘侵入子宫肌层）和穿透型胎盘（通过子宫肌层的胎盘侵入子宫浆膜或子宫浆膜外，可能侵犯周围结构）。这可能导致严重出血，因为分娩后胎盘不会正常从子宫分离。由于组织特征有限，CT在评估胎盘植入性疾病方面的作用传统上有限，首选超声和MRI。图5显示了实影渲染如何非常详细地描述血管募集的程度。

图5 31岁患者，妊娠中期超声诊断为胎盘过多。术前MRI显示可能侵犯膀胱穹窿、左侧阴道穹窿和左侧颈阴道血管丛，提示CTA。骨盆的动脉相轴位CT图像显示胎盘血管系统的子宫外延伸（箭头），与左侧阴道穹窿和颈阴道血管丛难以区分。b冠状位容积渲染图像显示左半骨盆胎盘血管系统（箭头）充盈。c矢状位3D渲染图，显示左侧盆腔血管充血，并延伸至上阴道（箭头）。d冠状位动脉期实影渲染效果图，显示子宫肌层变薄和胎盘隆起，膀胱穹窿邻接（箭头）。

盆腔动脉假性动脉瘤

当动脉壁的部分缺陷导致管腔外空间的血液积聚时，就会出现假性动脉瘤。子宫动脉及其分支的假性动脉瘤罕见，最常见的是继发于剖宫产、阴道分娩或子宫肌瘤切除术、子宫切除术或扩张和刮宫术的医源性假性动脉瘤。在CT上，假性动脉瘤表现为一个清晰的圆形区域，在动脉期增强，在静脉期大小和形状保持不变，在延迟期消退。这些是不稳定的血管损伤，可破裂、再出血或导致动脉血栓形成，并可能导致远端栓塞。图6和图7显示了盆腔动脉假性动脉瘤，并显示了最大密度投影（MIP）在显示血管解剖方面的价值。

图6 39岁患者，近期颈椎器械植入后出现盆腔疼痛和阴道出血。超声图像显示宫颈低回声病变（a），多普勒成像显示典型的“阴阳”外观（b）与假性动脉瘤相似。血管供应似乎来自右附件，提示需要CTA检查。c冠状位MIP、（d）轴位增强CT和e盆腔的轴位MIP图像，显示右髂内动脉分支引起的宫颈假性动脉瘤（黄色箭头）（红色箭头）。患者随后进行了右子宫动脉栓塞。

图7 45岁患者，在择期终止7周前3周进行了抽吸扩张和刮宫术，表现为新发侧腹疼痛。轴位平面上的动脉（a）和静脉（b）期成像以及冠状位静脉期显示子宫内与动脉相连的圆形增强区域，与假性动脉瘤兼容（黄色箭头）。轴位（d）和冠状位（e）MIP图像显示右子宫动脉分支产生的假性动脉瘤（黄色箭头）（红色箭头）。

子宫破裂和穿孔

子宫破裂是先前剖宫产疤痕部位常见的并发症。它被定义为子宫内膜、子宫肌层和子宫内膜的不完全分裂。它通常是无症状的，只有在手术中才能发现。子宫破裂的CT表现是非特异性的，包括子宫肌层破裂、全层间隙和边缘不清，以及相关体征，如游离液体、膀胱瓣血肿、胸腔积液和肠扩张。图8显示了剖宫产术后阴道分娩后子宫破裂的情况。子宫穿孔描述了医源性子宫壁损伤，导致子宫和腹腔直接相通，最常见于子宫底或子宫前壁。CT可显示子宫穿孔、子宫内或子宫外积液以及穿孔道沿线空气处的低衰减区域。图9显示了一例医源性子宫穿孔。

图8 32岁患者剖宫产术（VBAC）后阴道分娩后立即出现腹痛，产后出血大于预期。a腹部和骨盆的矢状增强CT和b矢状MIP图像，显示患者剖宫产疤痕部位子宫前体下部（箭头）的局灶性低密度，延伸至浆膜水平。c患者血管图的MIP图像，显示子宫产后血管正常，无出血迹象。d骨盆的轴位CT图像显示了沿着子宫前部的多个空气病灶（箭头），与矢状位重建结果相对应。有人担心子宫破裂。患者通过子宫按摩进行治疗，随后出血消退。

图9 31岁患者，计划进行子宫内粘连松解术。一天后，患者因腹痛、头晕和心动过速就诊于急诊科。a轴位动脉期、b轴位静脉期、c冠状位静脉期图像和（d）静脉MIP图像显示沿子宫底部的活动外渗区域（黄色箭头）。冠状（e）和矢状（f）实影渲染效果图以精致的细节描绘了右子宫角相关的纹理差异。患者随后被带到手术室，在那里观察到一个1cm的右角穿孔，伴有活动性外渗，以及500mL的腹腔积血。该缺陷经腹腔镜修复。

阴道和阴道旁产后血肿

产后出血是全球孕产妇死亡的主要原因之一，主要的产后出血原因之一是下生殖道创伤。宫颈、外阴和会阴撕裂出血可导致阴道旁血肿。虽然超声是对这些发现进行成像的最常见方式，但当患者出现急性症状时，CT是首选方式，因为它可以帮助确定血肿的程度和活动性动脉出血的任何部位。

血肿将显示清晰的边缘，并且不会随着造影剂的使用而增强。图10和图11分别显示了阴道和外阴血肿。实影渲染可以准确地描绘子宫内血肿和/或产后血液制品的纹理。

图10 22岁无并发症阴道分娩后的患者状态，分娩后4小时出现严重阴道出血。体检时发现左侧阴道血肿。轴位动脉、b轴位静脉期和c冠状静脉期成像显示阴道管内有填塞物，左侧阴道壁有活性造影剂外渗区域（黄色箭头）。动脉期的轴位MIP图像显示血肿内有一条小血管。患者进行了血管造影（e），结果显示左侧颈阴道丛动脉分支出血，随后进行了螺旋和凝胶泡沫栓塞。

图11 39岁的患者在阴道分娩后表现为右侧大阴唇后部肿胀、坚硬的区域，与血肿一致。一小时后，发现外阴血肿明显增大，并进行了CT检查。a轴位和b冠状位静脉期图像显示右侧外阴血肿（黄色箭头）和正常产后子宫。冠状（c）和斜向（d）实影渲染效果图显示右侧外阴血肿和正常产后子宫，无异常盆腔血管或活动性出血。

妊娠期卵巢囊肿

妊娠期附件肿块的发生率为1%至4%，由于常规使用超声波，可能会增加。妊娠期最常见的良性卵巢囊肿是皮样囊肿、囊腺瘤、功能性黄体和子宫内膜异位症。妊娠期卵巢囊肿的并发症包括扭转、梗塞、出血、破裂和分娩受阻。超声是评估和表征妊娠期卵巢囊肿的首选成像方式，由于胎儿辐射暴露和组织分辨率较低，CT不受青睐。图12描述了腹部疼痛孕妇的复杂卵巢囊肿和皮样囊肿。实影渲染在描述囊肿的纹理、内部结构及其与周围结构的关系方面具有优势。

图12 妊娠18周时入院的34岁患者。由于腹部创伤和贫血而接受CT检查。a冠状位和b矢状位静脉期图像显示右半腹部子宫上外侧有一个7厘米的囊性病变，具有薄间隔和点状钙化，与复杂的右卵巢囊肿一致（黄色箭头）。（a）中的白色箭头描绘了具有钙化的皮样囊肿。冠状实影渲染图像（c）显示妊娠子宫增大，胎儿横位，复杂的右卵巢囊肿（黄色箭头）以及皮样囊肿（白色箭头）。轴位实影渲染图像（d）显示了复杂的右卵巢囊肿（黄色箭头）。

结    论

3D重建和实影渲染可用于增强放射科医生对围产期和产后腹盆腔病理的解释。实影渲染的照片级真实感图像质量显示了不同组织和病变的纹理，有助于定义空间关系，并以极好的细节描绘了血管解剖。这些技术在这一独特的患者群体中增强对其他复杂的腹盆病理学的解释方面具有巨大的前景。

文献原文：Ghuman N, Fishman EK, Gomez E. 3D and cinematic rendering of abdominopelvic pathology in the peripartum period. Abdom Radiol (NY). 2022 Nov 16. doi: 10.1007/s00261-022-03743-7.仅供专 业人士交流目的，不用于商业用途。

2023年3月20日

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