陈兴灿，张永强，刘淼，赵凯宇，何东

·非血管介入Non-vascular intervention·

纠正CT引导外定位穿刺点误差的方法

陈兴灿，张永强，刘淼，赵凯宇，何东

目的研究一种纠正CT引导外定位穿刺点误差的方法。方法在GE Prospeed F IICT机上行CT引导介入诊疗术201例，为容易理解函数关系的描述，取CT机架角度为0°、5°、10°和20°的4种状态，其中取0°的患者30例；5°的50例；10°的80例；20°的41例。为方便穿刺点皮肤标记，采用外定位线。反复CT扫描法被用于纠正CT引导外定位穿刺点误差，水模实验法测量实际误差值，两者证实公式法纠正CT引导外定位穿刺点误差的正确性。结果当机架角度为0°时，床坐标与图层坐标之间的函数关系为TWM=S190+M，TWM是对应图层移动到外定位点的床坐标值，M为图层坐标值；当机架角度不为0（角度变量为θ）时，用反复CT扫描法成功证实床坐标与图层坐标之间的函数关系为TWM-1=S190/Cosθ+ M。机架角度与误差X之间的函数关系为X=|190（1/Cosθ-1）|，公式法计算误差值与反复CT扫描法和水模实验法的误差值完全相同。结论公式法能精确计算出目标图层的床坐标值，快速准确纠正CT引导穿刺点的误差，更重要的是，如果把该公式通过软件制作于CT机内部，让其自身在机架有角度的状态下纠正误差，为医师赢得宝贵的诊治时间，减少患者所受辐射剂量，具有重要的临床意义。

放射学；介入性；体层摄影术；X线计算机；研究技术

CT引导经皮穿刺术具有定位准确，安全性高，创伤小等优点，被广泛应用于临床［1-5］。但我们在大量的临床实践中发现，当CT机架角度为0°时穿刺点定位完全正确，而当机架角度不为0°时，穿刺点定位会出现误差，且随着机架角度增大，误差值也增大，纠正误差的唯一方法就是通过反复CT扫描，我们把这种纠正方法称为反复CT扫描法，很明显，这种方法增加患者的辐射剂量。为解决这个问题，我们用水模做实验进行了研究，即实验法，终于发现机架角度与误差之间的函数关系，即公式法。通过公式计算，能快速纠正CT引导穿刺点的误差，大大提高了工作效率，现综合报道如下。

1 材料与方法

自2002年10月—2011年10月，在GE Prospeed F IICT机上行CT引导介入诊疗患者450例，包括CT引导穿刺活检术、腰椎间盘造影术、经皮腰椎间盘纤维环成形术、经皮椎体成形术等。为更容易理解函数关系的描述，取其中CT机架角度为0°、5°、10°和20°的201例患者作研究对象，其中0°的30例；5°的50例；10°的80例；20°的41例。CT检查参数层厚，层距均为3 mm，机架倾斜角为0°～20°（前倾或后倾）。

1.1 CT机架角度为0°的定位几何原理

CT引导介入检查和治疗一般在CT机架角度为0°的状态下进行，为方便穿刺点皮肤标记，都采用外定位线，因为内定位线在CT机架的中央，很难准确标记皮肤穿刺点。因此，当CT机架角度为0°时，外定位的几何原理可描述如下。

1.1.1 内外定位系统GE Prospeed F IICT采用内外双平面激光定位，内定位线的横断面即为CT体层X线摄影平面，外定位线则为患者CT扫描检查设定的解剖参考点，内外定位横断面间的距离为190mm（图1）。

图1 内外定位线示意图

1.1.2 床坐标系GE Prospeed F IICT的床坐标系如图2所示，内定位点N为原点，S、I分别表示床上各点相对N点的外侧（外定位侧）和内侧，距离N的值就是床坐标的坐标值。一般设定外定位参考点（W点）后，床坐标值即为S190。图2中，若将参考点W移至A点，则床坐标值显示为I150。同理，将参考点W移至B点，则床坐标值显示为S350。由此可见，设定参考点后，床坐标值是人体各点与原点N的距离。

图2 床坐标系示意图

1.1.3 图层坐标系图层坐标系不同于床坐标系，它是以外定位线设定的人体参考点W为原点的，S、I分别标示头侧环绕足侧（CT默认的头进体位），其坐标值是人体各点与人体参考点W的距离。如图3所示，N点的图层坐标值为S190，W点的图层坐标值为S0，A点的图层坐标值为S340，B点的图层坐标值为I160。

图3 图层坐标系示意图

1.1.4 图层坐标系和床坐标系的几何函数关系机架角度为零时，结合图2和图3，可知2个坐标系原点之间的距离为190mm，并且方向相反，可得出两者的关系式：

其中，T为床坐标值，M为图层坐标值，若用S标示，则为正值，I标示则为负值。

由于临床实际穿刺点是在外定位点，根据图2所示，即要求得出目标图层移动到W点的床坐标值TWM，根据图层坐标的含义，相对于床坐标为S190再移动M值后的床位置即TWM，所以有以下公式：

其中，M为图层坐标值，若用S标示，则为正值，I标示则为负值。TWM为对应图层移动到外定位点的床坐标值。

1.2 CT机架角度为0°、5°、10°和20°时的水模实验方法

水模作为实验体，在CT机架角度为0°、5°、10°和20°时，水模上可显示出实际误差，用标尺测量并记录其误差值。

2 结果

2.1 机架角度为0°时

30例机架角度为0°，CT定位皮肤穿刺点没有误差，其原理为，如图3所示，A点的M为S340，则利用公式（2）可求得对应的床坐标值TWM为S530，将床移动至S530，外定位点标记的W点为人体上的A点，即皮肤的穿刺点，然后，用不透X线物作为标志，再行CT扫描证实该穿刺点的精确度，经过反复验证，利用公式（2）求得的床边坐标与实际穿刺点完全符合。

2.2 机架角度不为0°时（5°、10°、20°）

171 例机架需要不同角度时，CT定位皮肤穿刺点出现误差，为了纠正误差，我们采用反复CT扫描法，发现机架角度为5°（50例）时的误差为0.8mm；机架角度为10°（80例）的误差为2.9mm；机架角度为20°（41例）的误差为12.1mm，见图4。

图4 机架角度20°时，反复CT扫描误差纠正实图

2.3 水模实验测量误差值

机架角度为0°时无误差；5°时的误差为0.8mm；10°为2.9 mm；20°为12.1mm，见图5。

图5 机架角度为20°的a，b测量误差值为12.1mm

2.4 公式法纠正CT引导穿刺点的误差

反复的临床实验，我们得到了当机架角度不为0°时，皮肤穿刺点误差出现的规律，即当机架角度为5°、10°、20°时的误差分别为0.8 mm、2.9 mm和12.1mm。为了揭示这个规律，我们进行了测算，见图6。

当机架角度不为0°时，即机架有θ角度，如果外定位线的投影点在W′，根据直角三角形斜边大于直角边的定理，即W′N大于任意一条直角边，所以与内外定位点之间的距离始终保持190 mm相矛盾。故内外定位线的投影点必须偏至W，才能保持WM=W′N。因此公式（2）计算的结果必定带来一定的误差。根据三角函数理论，WN=WM/Cosθ= S190/Cosθ，则结合公式（2），可得到：

图6 机架有θ角时内外定位线变化示意图

其中，M为图层坐标值，θ为机架角度，TWM-1为对应图层移动到外定位点的床坐标值。

由图6的直角三角形WMN中可知：Cosθ= WM/WN=190/（WW′+190），若θ代表机架角度，引起的误差WW′用X表示，则误差计算公式为：

为了验证机架角度不为0°时公式（3）的正确性，笔者分别把机架角度为5°、10°和20°的状态代入公式（3）进行验证。如图3所示，如机架角度为20°时A点的M为S340，如利用机架角度为0时的公式（2）可求得的床坐标值TWM为S530，即皮肤穿刺点位置为S530，但穿刺点位置发生了偏移，因为反复CT扫描法显示正确穿刺点的实际床坐标应该在S542.1的位置，实际误差为12.1。而利用公式法，即公式（3）可求得的床坐标值TWM-1，TWM-1=S190/ Cos20°+S340=S202.12+S340=S542.12，正好与实际床坐标符合。用相同的方法，验证了机架角度分别为5°和10°时，反复CT扫描法所得实际穿刺点的床坐标值与公式法所求得的数值完全符合（表1）。

表1 公式法与反复CT扫描法与实验法的误差比较（mm）

从表1可知：在保留10分位的条件下，公式法计算床坐标与反复CT扫描法实际床坐标完全符合，同时，与水模实验测量误差值完全一致，随着角度的增大，误差也逐渐增大。

3 讨论

20世纪70年代具有划时代意义的X-CT机的问世，解决了X线平片组织结构重迭的问题，具有高密度分辨率的横断位CT图像，使病变组织的内部结构和与正常组织的界限显示得非常清楚，从此，临床病变的治疗也走上了CT时代。如今，CT引导下的经皮穿刺技术不仅用于病变的诊断，而且也大量地应用于病变的治疗［6-8］。众所周知，大多数患者在做CT引导穿刺术，CT机架不需要转动角度，即为0°的状态，用常规的计算方法公式（2）就能确定正确的穿刺点。但有些部位，如脊柱病变需要经皮穿刺活检和治疗时，CT机架需要转动角度，此时用常规的计算方法公式（2）不能确定正确的穿刺点，说明床坐标与图层坐标之间还存在另外一种关系，现分析如下。

3.1 CT机内外定位系统的意义

①CT机内外定位系统是为CT检查而设计的，并不是为了CT引导经皮穿刺术。外定位线表示CT扫描从此开始，而内定位线则表示当前CT扫描层面。一般CT检查都有一定的扫描范围，如颅脑、胸部等，确定外定位线后，首先扫描出定位图，然后在定位图上做扫描计划，如层厚、间距、层数等，再进行扫描。如果以外定位线作为第1层扫描平面，图层坐标则为0，以后图层坐标依次累增，见图4a，与图3对照，可以清楚地发现图3床坐标中外定位线的位置变成了图4a图层坐标中内定位线的位置，这也是床坐标与图层坐标之间的关系，两者之间的距离设定为190 mm，可用公式（1）或（2）表示它们之间的关系。②CT引导经皮穿刺术需要充分利用内外定位系统中的外定位线，虽然内定位线是CT当前的扫描层面，但因其在CT机架内，皮肤穿刺定位点不容易正确标记，而外定位线在CT机架外，皮肤穿刺定位点则容易正确标记，但必须应用公式（1）或（2）才能确定外定位线。

3.2 CT机架角度不为0°时，公式法快速准确纠正穿刺点误差

当CT机架转到θ角度时，见图4b，根据直角三角形的几何原理，就能得到公式（3），可见这是床坐标与图层坐标之间的另一种函数关系，式中1/Cosθ可以视为机架角度修正系数，也可视为CT机内外定位参考平面之间的距离（S190）在水平面的变化率，其本质是由于CT机内外定位平面之间的距离WN′保持190mm不变，致使在床移动方向实际距离WN是原来（θ为0°时）距离W′N的1/Cosθ倍。公式（3）中，当θ为0°时，Cos0=1，则简化为TWM= S190+M，即公式（2）。因此公式（2）是θ为0°时公式（3）的简化形式。这也就解释了以前CT引导在无机架倾斜角度情况下，利用公式（2）也能计算出正确定位点的原因。

3.3 公式法的真正意义

我们认为发现公式（3）更重要的是，如果把公式（3）应用于CT设备的制造过程中，从而由CT自身纠正机架角度不为0°时的误差，这样一方面提高了CT设备自身的质量，即完善了这方面的功能，另一方面也为医患双方在CT定位穿刺诊疗时带来了极大的方便，既有利于医师节省时间，更有益于患者减少辐射剂量，降低医源性损伤的风险。因此，这才是公式（3）这一发现的真正意义。

综上所述，通过引入机架角度变量，利用几何学原理，公式（3）揭示了床坐标与图层坐标之间的另一种函数关系，因此，公式法能精确计算出目标图层的床坐标值，快速准确纠正CT引导穿刺点的误差，为医师赢得宝贵的诊治时间，为患者减少辐射剂量，具有非常重要的临床意义。

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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）

（本文编辑：俞瑞纲）

10.3969／j.issn.1008-794X.2014.11.009

310013杭州解放军第一一七医院医学影像科

陈兴灿E-mail：genius1174＠163.com