IMR重建與iDose4迭代重建技術對腸系膜動脈圖像質量影響的對比研究

王帥，李劍，石明國，陳寒，姜文龍，吳志斌，劉從偉，石磊

空軍軍醫大學西京醫院 a. 放射科；b. 骨科，陜西 西安 710032

引言

腸系膜動脈等細小動脈CT血管成像已在臨床上廣泛應用[1]，如何在更低輻射劑量的同時獲得更高的圖像質量一直是人們關注的焦點，以往在腸道CTA成像方面的研究更多是關于掃描參數的優化以及部分迭代重建算法的應用，而全模型迭代重建（Whole Model Iterative Reconstruction，IMR）技術在腸系膜動脈CTA鮮為應用。IMR技術是新一代的迭代重建算法，具有降低圖像噪聲和提高圖像分別率的優點[2]，本研究旨在探討在相同掃描參數以及注射方法情況下，IMR與iDose4技術對腸系膜動脈圖像質量影響。

1 資料與方法

1.1 一般資料

將2017年10月至12月在本院Philips Brilliance 256 iCT行腸道CTA掃描的60例患者的動脈期掃描數據納入本次研究，其中男36例，女24例，年齡34～75歲，掃描結束后對60例患者的動脈期原始掃描數據分別進行IMR重建和iDose4重建。排除標準：碘對比劑過敏者，妊娠及哺乳期婦女，體質量指數BMI＞25 kg/m，嚴重心肝腎功能不全者，有明顯呼吸運動偽影者。本次研究經本院倫理委員會同意，所有患者檢查前均簽署知情同意書。

1.2 儀器與方法

所有患者均用Philips公司的Philips Brilliance 256 iCT螺旋CT掃描儀，患者取仰臥位，掃描范圍由膈頂至恥骨聯合下方，掃描參數：管電壓80 kV，管電流為自動管電流調制技術（Dose Right，Philips Healthcare），球管旋轉速度0.75 s/rot，準直128×0.625 mm，矩陣512×512，螺距0.798。掃描技術采用對比劑推送跟蹤技術，監測層面為腹主動脈，閾值150 HU，經外周注射對比劑70 mL，流速3.5 mL/s，注射前后分別以3.5 mL/s流速注射40 mL鹽水。掃描結束后分別采用IMR和iDose4兩種重建算法對動脈期的原始數據進行重建，重建層厚1 mm，層間距0.5 mm，IMR重建Level為1，iDose4重建Level為3。

1.3 圖像評價

由兩名具有10年以上影像診斷經驗的放射科醫生在不知實驗分組情況下分別對軸位軟組織圖像、腸系膜上動脈、腸系膜下動脈的最大密度投影（Maximum Density Projection，MIP）和VR圖像進行雙盲評估，評估內容包括主觀評分，數據計算以及客觀測量。

1.3.1 主觀評分

采用相同的窗寬、窗位，對腸系膜上動脈、腸系膜下動脈的VR、MIP圖像進行評估，評價內容包括圖像噪聲、血管分支顯示、血管平滑度、組織結構顯示[2]。綜合以上圖像情況，以4分法對圖像質量進行評分，評分標準：1分（差）圖像噪聲大，腸系膜動脈血管分支顯示不佳，血管邊緣不光滑，組織結構顯示不清，不能滿足診斷要求；2分（一般）圖像噪聲較大，腸系膜動脈血管分支顯示能顯示清楚，血管邊緣欠光滑，組織結構顯示欠佳，基本能滿足診斷要求；3分（良好）圖像噪聲尚可，能清晰顯示腸系膜動脈血管主干以及分支，血管邊緣光滑，組織結構顯示清楚，完全能滿足診斷要求；4分（優秀）圖像噪聲小，能夠清晰顯示腸系膜動脈主干以及細小分支，血管邊緣光滑，組織結構顯示清晰，對比度好，完全能滿足診斷要求。

1.3.2 客觀評價

將兩組重建后的圖像傳至Philips IntelliSpace Portal v7.0.6.40181后處理工作站，對動脈期薄層數據進行后處理，測量腸系膜上動脈、腸系膜下動脈CT值，SD噪聲以及同層面肌肉CT值，肌肉噪聲SD值，以及肌肉的SD值作為背景噪聲，測量標記的ROI統一為15 mm2，置于腸系膜上動脈、腸系膜下動脈和同層肌肉層面的中心位置，避開鈣化、斑塊以及密度不均勻區域，取三次測量平均值，所有數據的測量都在重建圖像的相同層面，相同位置進行。計算腸系膜上動脈信噪比（Signal Noise Ratio，SNR）=腸系膜上動脈CT值/腸系膜上動脈噪聲SD，對比噪聲比（Contrastto-Noise，CNR）=腸系膜上動脈CT值-肌肉CT值/肌肉SD；腸系膜下動脈SNR=腸系膜下動脈CT值/腸系膜下動脈噪聲SD，CNR=腸系膜下動脈CT值-肌肉CT值/肌肉SD。

1.4 統計學分析

采用SPSS 19.0統計學軟件進行統計學分析，符合正態分布的劑量用表示，不同重建方法圖像質量評價內容比較采用配對樣本t檢驗P＜0.05為差異有統計學意義。采用Kappa檢驗觀察不同醫生間評分結果一致性[3]（Kappa值0～0.20一致性低，0.21～0.40一致性一般，0.41～0.6一致性中等，0.61～0.80一致性較高，0.81～1.0一致性高）。

2 結果

本次研究IMR重建組和iDose4重建組患者的一般狀況（年齡、BMI、性別）均來自相同的60例腸系膜動脈血管成像的患者。

2.1 圖像質量的主觀評價結果

兩組軸位、冠狀位軟組織MPR、MIP、VR圖像以及組織結構、血管平滑度主觀評價，見表1。兩名醫師對評價一致性中等以上，兩組醫師對圖像質量的主觀評分均值IMR重建組高于iDose4重建組，經秩和檢驗，兩名醫師對兩組圖像質量評分差異有統計學意義（P＜0.05），見表2。

2.2 兩組圖像客觀評價

所有客觀測量數據除腸系膜下動脈SNR外，方差均具有齊性，腸系膜下動脈SNR數據經過校正t檢驗。采用IMR和iDose4重建算法得到的兩組圖像在血管強化CT值無明顯統計學差異（P＞0.05），腸系膜上動脈、腸系膜下動脈，圖像噪聲IMR重建組＜iDose4重建組，IMR重建相對于iDose4重建圖像噪聲下降，差異有統計學意義（P＜0.05），IMR重建組圖像噪聲相比較iDose4重建組減少47.8%，腸系膜上動脈、腸系膜下動脈SNR，對比噪聲比CNR，IMR重建組均大于iDose4重建組，其中腸系膜上動脈SNR，IMR重建組提高49.1%；對比噪聲比提高49.4%，腸系膜下動脈SNR，IMR重建組提高52.3%，對比噪聲比提高50.9%，差異有統計學意義（P＜0.05），詳細測量分析數據，見表3。

表1 兩名醫師對IMR重建組，iDose4重建組兩組圖像主觀質量評價結果一致性檢驗

表2 兩名醫師對IMR重建組，iDose4重建組兩組圖像主觀質量評分結果比較

腸系膜動脈CTA的IMR重建圖像和iDose4重建圖像，見圖1，可以明顯看出IMR重建圖像噪聲小于iDose4圖像噪聲。IMR全模型迭代重建的腸系膜上動脈、腸系膜下動脈MIP，VR圖像，見圖2。iDose4迭代重建的腸系膜上動脈、腸系膜下動脈MIP，VR圖像，見圖3。IMR重建圖像遠端血管的顯示，血管平滑度均高于iDose4重建圖像，和兩名診斷醫生判斷相符，符合診斷要求。

圖1 腸系膜動脈CTA的IMR重建圖像（a）和iDose4重建圖像（b）

3 討論

腸系膜動脈（SMA，IMA）CT血管成像已在臨床上廣泛應用，他既可以清晰地顯示腸系膜動脈病變管腔內結構特征，還可清晰顯示管腔外的解剖結以及閉塞段遠端的管腔結構。然而基于CT技術的原因腸系膜CT血管成像的效果依然不能完全滿足臨床的需求，其中在成像技術方面影響腸系膜動脈CTA圖像質量的因素很多，如：對比劑用量、濃度、注射流速、延遲時間、CT掃描及原始數據的重建參數和血管成像的后處理方法等。本次研究固定CT掃描參數、對比劑用量、濃度和注射流速、使用相同的重建層厚和重建間隔，主要探討基于原始數據的不同重建算法（IMA重建和iDose4重建）對腸系膜動脈（SMA，IMA）圖像質量的影響。

圖2 IMR全模型迭代腸系膜重建圖像

圖3 iDose4迭代重建的腸系膜重建圖像

表3 不同重建算法客觀評價數據測量結果

本次實驗中iDose4重建圖像的平均噪聲（以腸系膜上動脈為例）為（27.85.67），圖像質量噪聲明顯高于IMR全模型迭代重建組，眾所周知，降低kV，CT掃描會導致射線穿透能力減弱[2-3]，如果管電流不相應增加，勢必會導致圖像質量下降[4-5]，如何在固定管電壓，管電流基礎上得到更好的圖像質量成為人們關注的焦點，IMR迭代重建技術可以有效解決這一問題。IMR技術是一種結合了三維微平板探測器和Knowledge-based多模型重建算法[6-8]，具有強大的降噪功能，以結構化模型為基礎，在重建過程中準確建立數據統計模型以及圖像統計模型，可在重建過程中準確建立數據統計模型和圖像統計模型，通過反復減少原始數據與采集數據間的差異來顯示圖像[9]。目前常用的iDose4重建技術仍基于濾波反投影法（Filtering Back Projection，FBP）圖像進行迭代計算，不可避免地具有FBP重建算法的局限性，降噪能力有限[11-12]。在本次研究中，相同掃描參數情況下，IMR重建組噪聲SD值明顯低于iDose4重建組，噪聲下降百分之47%，而SNR、CNR以及SMA、IMA的VR圖像質量評分明顯高于iDose4重建組，SNR提高49%，CNR提高48%，提示IMR重建不僅能降低圖像噪聲，同時能提高圖像質量分辨率，與已有報道的IMR重建技術可以提高圖像空間分辨率一致[13-16]。

本研究的局限性：① 本次研究在客觀評價未計算圖像優良指數；② 納入本次研究的對象均為標準BMI指數患者，未考慮高BMI指數和低BMI指數患者的重建方案的可行性；③ 本次研究未對除腸系膜上動脈、腸系膜下動脈以外的細小動脈如空腸動脈、回腸動脈、胰十二指腸動脈進行評價，因此不能良好展示全腸道動脈系統的重建效果，有待進一步研究。

綜上所述在進行腸系膜動脈CTA時，掃描參數、注射方案一致情況下，IMR全模型迭代重建技術相比于iDose4重建可以降低圖像噪聲，提高圖像空間分別率，提高圖像質量，滿足臨床診斷需求。