糾正CT引導(dǎo)外定位穿刺點誤差的方法

陳興燦，張永強(qiáng)，劉淼，趙凱宇，何東

·非血管介入Non-vascular intervention·

糾正CT引導(dǎo)外定位穿刺點誤差的方法

陳興燦，張永強(qiáng)，劉淼，趙凱宇，何東

目的研究一種糾正CT引導(dǎo)外定位穿刺點誤差的方法。方法在GE Prospeed F IICT機(jī)上行CT引導(dǎo)介入診療術(shù)201例，為容易理解函數(shù)關(guān)系的描述，取CT機(jī)架角度為0°、5°、10°和20°的4種狀態(tài)，其中取0°的患者30例；5°的50例；10°的80例；20°的41例。為方便穿刺點皮膚標(biāo)記，采用外定位線。反復(fù)CT掃描法被用于糾正CT引導(dǎo)外定位穿刺點誤差，水模實驗法測量實際誤差值，兩者證實公式法糾正CT引導(dǎo)外定位穿刺點誤差的正確性。結(jié)果當(dāng)機(jī)架角度為0°時，床坐標(biāo)與圖層坐標(biāo)之間的函數(shù)關(guān)系為TWM=S190+M，TWM是對應(yīng)圖層移動到外定位點的床坐標(biāo)值，M為圖層坐標(biāo)值；當(dāng)機(jī)架角度不為0（角度變量為θ）時，用反復(fù)CT掃描法成功證實床坐標(biāo)與圖層坐標(biāo)之間的函數(shù)關(guān)系為TWM-1=S190/Cosθ+ M。機(jī)架角度與誤差X之間的函數(shù)關(guān)系為X=|190（1/Cosθ-1）|，公式法計算誤差值與反復(fù)CT掃描法和水模實驗法的誤差值完全相同。結(jié)論公式法能精確計算出目標(biāo)圖層的床坐標(biāo)值，快速準(zhǔn)確糾正CT引導(dǎo)穿刺點的誤差，更重要的是，如果把該公式通過軟件制作于CT機(jī)內(nèi)部，讓其自身在機(jī)架有角度的狀態(tài)下糾正誤差，為醫(yī)師贏得寶貴的診治時間，減少患者所受輻射劑量，具有重要的臨床意義。

放射學(xué)；介入性；體層攝影術(shù)；X線計算機(jī)；研究技術(shù)

CT引導(dǎo)經(jīng)皮穿刺術(shù)具有定位準(zhǔn)確，安全性高，創(chuàng)傷小等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于臨床［1-5］。但我們在大量的臨床實踐中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)CT機(jī)架角度為0°時穿刺點定位完全正確，而當(dāng)機(jī)架角度不為0°時，穿刺點定位會出現(xiàn)誤差，且隨著機(jī)架角度增大，誤差值也增大，糾正誤差的唯一方法就是通過反復(fù)CT掃描，我們把這種糾正方法稱為反復(fù)CT掃描法，很明顯，這種方法增加患者的輻射劑量。為解決這個問題，我們用水模做實驗進(jìn)行了研究，即實驗法，終于發(fā)現(xiàn)機(jī)架角度與誤差之間的函數(shù)關(guān)系，即公式法。通過公式計算，能快速糾正CT引導(dǎo)穿刺點的誤差，大大提高了工作效率，現(xiàn)綜合報道如下。

1 材料與方法

自2002年10月—2011年10月，在GE Prospeed F IICT機(jī)上行CT引導(dǎo)介入診療患者450例，包括CT引導(dǎo)穿刺活檢術(shù)、腰椎間盤造影術(shù)、經(jīng)皮腰椎間盤纖維環(huán)成形術(shù)、經(jīng)皮椎體成形術(shù)等。為更容易理解函數(shù)關(guān)系的描述，取其中CT機(jī)架角度為0°、5°、10°和20°的201例患者作研究對象，其中0°的30例；5°的50例；10°的80例；20°的41例。CT檢查參數(shù)層厚，層距均為3 mm，機(jī)架傾斜角為0°～20°（前傾或后傾）。

1.1 CT機(jī)架角度為0°的定位幾何原理

CT引導(dǎo)介入檢查和治療一般在CT機(jī)架角度為0°的狀態(tài)下進(jìn)行，為方便穿刺點皮膚標(biāo)記，都采用外定位線，因為內(nèi)定位線在CT機(jī)架的中央，很難準(zhǔn)確標(biāo)記皮膚穿刺點。因此，當(dāng)CT機(jī)架角度為0°時，外定位的幾何原理可描述如下。

1.1.1 內(nèi)外定位系統(tǒng)GE Prospeed F IICT采用內(nèi)外雙平面激光定位，內(nèi)定位線的橫斷面即為CT體層X線攝影平面，外定位線則為患者CT掃描檢查設(shè)定的解剖參考點，內(nèi)外定位橫斷面間的距離為190mm（圖1）。

圖1 內(nèi)外定位線示意圖

1.1.2 床坐標(biāo)系GE Prospeed F IICT的床坐標(biāo)系如圖2所示，內(nèi)定位點N為原點，S、I分別表示床上各點相對N點的外側(cè)（外定位側(cè)）和內(nèi)側(cè)，距離N的值就是床坐標(biāo)的坐標(biāo)值。一般設(shè)定外定位參考點（W點）后，床坐標(biāo)值即為S190。圖2中，若將參考點W移至A點，則床坐標(biāo)值顯示為I150。同理，將參考點W移至B點，則床坐標(biāo)值顯示為S350。由此可見，設(shè)定參考點后，床坐標(biāo)值是人體各點與原點N的距離。

圖2 床坐標(biāo)系示意圖

1.1.3 圖層坐標(biāo)系圖層坐標(biāo)系不同于床坐標(biāo)系，它是以外定位線設(shè)定的人體參考點W為原點的，S、I分別標(biāo)示頭側(cè)環(huán)繞足側(cè)（CT默認(rèn)的頭進(jìn)體位），其坐標(biāo)值是人體各點與人體參考點W的距離。如圖3所示，N點的圖層坐標(biāo)值為S190，W點的圖層坐標(biāo)值為S0，A點的圖層坐標(biāo)值為S340，B點的圖層坐標(biāo)值為I160。

圖3 圖層坐標(biāo)系示意圖

1.1.4 圖層坐標(biāo)系和床坐標(biāo)系的幾何函數(shù)關(guān)系機(jī)架角度為零時，結(jié)合圖2和圖3，可知2個坐標(biāo)系原點之間的距離為190mm，并且方向相反，可得出兩者的關(guān)系式：

其中，T為床坐標(biāo)值，M為圖層坐標(biāo)值，若用S標(biāo)示，則為正值，I標(biāo)示則為負(fù)值。

由于臨床實際穿刺點是在外定位點，根據(jù)圖2所示，即要求得出目標(biāo)圖層移動到W點的床坐標(biāo)值TWM，根據(jù)圖層坐標(biāo)的含義，相對于床坐標(biāo)為S190再移動M值后的床位置即TWM，所以有以下公式：

其中，M為圖層坐標(biāo)值，若用S標(biāo)示，則為正值，I標(biāo)示則為負(fù)值。TWM為對應(yīng)圖層移動到外定位點的床坐標(biāo)值。

1.2 CT機(jī)架角度為0°、5°、10°和20°時的水模實驗方法

水模作為實驗體，在CT機(jī)架角度為0°、5°、10°和20°時，水模上可顯示出實際誤差，用標(biāo)尺測量并記錄其誤差值。

2 結(jié)果

2.1 機(jī)架角度為0°時

30例機(jī)架角度為0°，CT定位皮膚穿刺點沒有誤差，其原理為，如圖3所示，A點的M為S340，則利用公式（2）可求得對應(yīng)的床坐標(biāo)值TWM為S530，將床移動至S530，外定位點標(biāo)記的W點為人體上的A點，即皮膚的穿刺點，然后，用不透X線物作為標(biāo)志，再行CT掃描證實該穿刺點的精確度，經(jīng)過反復(fù)驗證，利用公式（2）求得的床邊坐標(biāo)與實際穿刺點完全符合。

2.2 機(jī)架角度不為0°時（5°、10°、20°）

171 例機(jī)架需要不同角度時，CT定位皮膚穿刺點出現(xiàn)誤差，為了糾正誤差，我們采用反復(fù)CT掃描法，發(fā)現(xiàn)機(jī)架角度為5°（50例）時的誤差為0.8mm；機(jī)架角度為10°（80例）的誤差為2.9mm；機(jī)架角度為20°（41例）的誤差為12.1mm，見圖4。

圖4 機(jī)架角度20°時，反復(fù)CT掃描誤差糾正實圖

2.3 水模實驗測量誤差值

機(jī)架角度為0°時無誤差；5°時的誤差為0.8mm；10°為2.9 mm；20°為12.1mm，見圖5。

圖5 機(jī)架角度為20°的a，b測量誤差值為12.1mm

2.4 公式法糾正CT引導(dǎo)穿刺點的誤差

反復(fù)的臨床實驗，我們得到了當(dāng)機(jī)架角度不為0°時，皮膚穿刺點誤差出現(xiàn)的規(guī)律，即當(dāng)機(jī)架角度為5°、10°、20°時的誤差分別為0.8 mm、2.9 mm和12.1mm。為了揭示這個規(guī)律，我們進(jìn)行了測算，見圖6。

當(dāng)機(jī)架角度不為0°時，即機(jī)架有θ角度，如果外定位線的投影點在W′，根據(jù)直角三角形斜邊大于直角邊的定理，即W′N大于任意一條直角邊，所以與內(nèi)外定位點之間的距離始終保持190 mm相矛盾。故內(nèi)外定位線的投影點必須偏至W，才能保持WM=W′N。因此公式（2）計算的結(jié)果必定帶來一定的誤差。根據(jù)三角函數(shù)理論，WN=WM/Cosθ= S190/Cosθ，則結(jié)合公式（2），可得到：

圖6 機(jī)架有θ角時內(nèi)外定位線變化示意圖

其中，M為圖層坐標(biāo)值，θ為機(jī)架角度，TWM-1為對應(yīng)圖層移動到外定位點的床坐標(biāo)值。

由圖6的直角三角形WMN中可知：Cosθ= WM/WN=190/（WW′+190），若θ代表機(jī)架角度，引起的誤差WW′用X表示，則誤差計算公式為：

為了驗證機(jī)架角度不為0°時公式（3）的正確性，筆者分別把機(jī)架角度為5°、10°和20°的狀態(tài)代入公式（3）進(jìn)行驗證。如圖3所示，如機(jī)架角度為20°時A點的M為S340，如利用機(jī)架角度為0時的公式（2）可求得的床坐標(biāo)值TWM為S530，即皮膚穿刺點位置為S530，但穿刺點位置發(fā)生了偏移，因為反復(fù)CT掃描法顯示正確穿刺點的實際床坐標(biāo)應(yīng)該在S542.1的位置，實際誤差為12.1。而利用公式法，即公式（3）可求得的床坐標(biāo)值TWM-1，TWM-1=S190/ Cos20°+S340=S202.12+S340=S542.12，正好與實際床坐標(biāo)符合。用相同的方法，驗證了機(jī)架角度分別為5°和10°時，反復(fù)CT掃描法所得實際穿刺點的床坐標(biāo)值與公式法所求得的數(shù)值完全符合（表1）。

表1 公式法與反復(fù)CT掃描法與實驗法的誤差比較（mm）

從表1可知：在保留10分位的條件下，公式法計算床坐標(biāo)與反復(fù)CT掃描法實際床坐標(biāo)完全符合，同時，與水模實驗測量誤差值完全一致，隨著角度的增大，誤差也逐漸增大。

3 討論

20世紀(jì)70年代具有劃時代意義的X-CT機(jī)的問世，解決了X線平片組織結(jié)構(gòu)重迭的問題，具有高密度分辨率的橫斷位CT圖像，使病變組織的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和與正常組織的界限顯示得非常清楚，從此，臨床病變的治療也走上了CT時代。如今，CT引導(dǎo)下的經(jīng)皮穿刺技術(shù)不僅用于病變的診斷，而且也大量地應(yīng)用于病變的治療［6-8］。眾所周知，大多數(shù)患者在做CT引導(dǎo)穿刺術(shù)，CT機(jī)架不需要轉(zhuǎn)動角度，即為0°的狀態(tài)，用常規(guī)的計算方法公式（2）就能確定正確的穿刺點。但有些部位，如脊柱病變需要經(jīng)皮穿刺活檢和治療時，CT機(jī)架需要轉(zhuǎn)動角度，此時用常規(guī)的計算方法公式（2）不能確定正確的穿刺點，說明床坐標(biāo)與圖層坐標(biāo)之間還存在另外一種關(guān)系，現(xiàn)分析如下。

3.1 CT機(jī)內(nèi)外定位系統(tǒng)的意義

①CT機(jī)內(nèi)外定位系統(tǒng)是為CT檢查而設(shè)計的，并不是為了CT引導(dǎo)經(jīng)皮穿刺術(shù)。外定位線表示CT掃描從此開始，而內(nèi)定位線則表示當(dāng)前CT掃描層面。一般CT檢查都有一定的掃描范圍，如顱腦、胸部等，確定外定位線后，首先掃描出定位圖，然后在定位圖上做掃描計劃，如層厚、間距、層數(shù)等，再進(jìn)行掃描。如果以外定位線作為第1層掃描平面，圖層坐標(biāo)則為0，以后圖層坐標(biāo)依次累增，見圖4a，與圖3對照，可以清楚地發(fā)現(xiàn)圖3床坐標(biāo)中外定位線的位置變成了圖4a圖層坐標(biāo)中內(nèi)定位線的位置，這也是床坐標(biāo)與圖層坐標(biāo)之間的關(guān)系，兩者之間的距離設(shè)定為190 mm，可用公式（1）或（2）表示它們之間的關(guān)系。②CT引導(dǎo)經(jīng)皮穿刺術(shù)需要充分利用內(nèi)外定位系統(tǒng)中的外定位線，雖然內(nèi)定位線是CT當(dāng)前的掃描層面，但因其在CT機(jī)架內(nèi)，皮膚穿刺定位點不容易正確標(biāo)記，而外定位線在CT機(jī)架外，皮膚穿刺定位點則容易正確標(biāo)記，但必須應(yīng)用公式（1）或（2）才能確定外定位線。

3.2 CT機(jī)架角度不為0°時，公式法快速準(zhǔn)確糾正穿刺點誤差

當(dāng)CT機(jī)架轉(zhuǎn)到θ角度時，見圖4b，根據(jù)直角三角形的幾何原理，就能得到公式（3），可見這是床坐標(biāo)與圖層坐標(biāo)之間的另一種函數(shù)關(guān)系，式中1/Cosθ可以視為機(jī)架角度修正系數(shù)，也可視為CT機(jī)內(nèi)外定位參考平面之間的距離（S190）在水平面的變化率，其本質(zhì)是由于CT機(jī)內(nèi)外定位平面之間的距離WN′保持190mm不變，致使在床移動方向?qū)嶋H距離WN是原來（θ為0°時）距離W′N的1/Cosθ倍。公式（3）中，當(dāng)θ為0°時，Cos0=1，則簡化為TWM= S190+M，即公式（2）。因此公式（2）是θ為0°時公式（3）的簡化形式。這也就解釋了以前CT引導(dǎo)在無機(jī)架傾斜角度情況下，利用公式（2）也能計算出正確定位點的原因。

3.3 公式法的真正意義

我們認(rèn)為發(fā)現(xiàn)公式（3）更重要的是，如果把公式（3）應(yīng)用于CT設(shè)備的制造過程中，從而由CT自身糾正機(jī)架角度不為0°時的誤差，這樣一方面提高了CT設(shè)備自身的質(zhì)量，即完善了這方面的功能，另一方面也為醫(yī)患雙方在CT定位穿刺診療時帶來了極大的方便，既有利于醫(yī)師節(jié)省時間，更有益于患者減少輻射劑量，降低醫(yī)源性損傷的風(fēng)險。因此，這才是公式（3）這一發(fā)現(xiàn)的真正意義。

綜上所述，通過引入機(jī)架角度變量，利用幾何學(xué)原理，公式（3）揭示了床坐標(biāo)與圖層坐標(biāo)之間的另一種函數(shù)關(guān)系，因此，公式法能精確計算出目標(biāo)圖層的床坐標(biāo)值，快速準(zhǔn)確糾正CT引導(dǎo)穿刺點的誤差，為醫(yī)師贏得寶貴的診治時間，為患者減少輻射劑量，具有非常重要的臨床意義。

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The correction of puncture point error in CT-guided puncturing biopsy：study of themethods

CHEN Xing-can，ZHANG Yong-qiang，LIU Miao，ZHAO Kai-yu，HE Dong.Department of Medical Imaging，No.117 Hospital of PLA，Hangzhou，Zhejiang Province 310013，China

CHENXing-can，E-mail：genius1174@163.com

ObjectiveTo discuss themethod of correcting the puncture pointerror in performing CT-guided puncturing biopsy.M ethods CT-guided puncture biopsy was performed in 201 cases on a GE Prospeed F IICT scanner.In order to easily understand the function relationship between bed coordinates and scan section coordinates，the gantry slant angles of 0°（n=30），5°（n=50），10°（n=80）and 20°（n= 41）were used separately.Skin-marker was stuck on the skin to indicate the puncture point.CT-guided puncture/biopsy was carried out in all patients.CT scanning was repeated to adjust the puncture point error，and the actual error was estimated by water phantom experiment method.Results A function relationship existed between bed coordinates and scan section coordinates.When the gantry position had no angle，the function formula was：TWM=S190+M.When the gantry had some angle，the function formula was：TWM= S190/Cosθ+M.The function formula between the error value X and the gantry anglewas：X=|190（1/Cosθ-1）|.The error values obtained from function method were completely in agreementwith the values determ ined by repeated CT scanning.Conclusion Functionmethod can precisely calculate the bed coordinates of target layer and quickly adjust the error of CT-guided puncture point.If these function formulas can be built in the scanner’s software and worked automatically to adjust the error when the gantry is in angled state，the operation time aswell as the radiation dose will be reduced.（J Intervent Radiol，2014，23：972-976）

radiology；interventional；tomography；X-ray computed；investigative technique

R736.2

A

1008-794X（2014）-11-0972-05

2014-07-03）

（本文編輯：俞瑞綱）

10.3969／j.issn.1008-794X.2014.11.009

310013杭州解放軍第一一七醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像科

陳興燦E-mail：genius1174＠163.com