原始數(shù)據(jù)迭代重建技術(shù)與單能譜成像技術(shù)在結(jié)直腸癌CT圖像重建中聯(lián)合應(yīng)用效果

王勇，雷靜，韓丹

(1漯河醫(yī)學(xué)高等專(zhuān)科學(xué)校第一附屬醫(yī)院，河南漯河462000；2昆明醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院)

原始數(shù)據(jù)迭代重建技術(shù)與單能譜成像技術(shù)在結(jié)直腸癌CT圖像重建中聯(lián)合應(yīng)用效果

王勇1，雷靜2，韓丹2

(1漯河醫(yī)學(xué)高等專(zhuān)科學(xué)校第一附屬醫(yī)院，河南漯河462000；2昆明醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院)

目的觀(guān)察原始數(shù)據(jù)迭代重建技術(shù)(SAFIRE)與單能譜成像技術(shù)在結(jié)直腸癌雙源CT圖像重建中的聯(lián)合應(yīng)用效果。方法術(shù)前行雙源CT雙能量靜脈期掃描并在術(shù)后經(jīng)病理證實(shí)為結(jié)直腸癌的患者52例，根據(jù)靜脈期圖像重建方法不同分為A、B、C、D組。A組采用濾波反投影(FBP)進(jìn)行圖像重建，B組采用FBP聯(lián)合單能譜成像技術(shù)，C組采用SAFIRE，D組采用SAFIRE聯(lián)合單能譜成像技術(shù)。分別測(cè)量4組圖像病灶顯示最佳的3個(gè)層面的病灶、腸周脂肪的CT值及噪聲并求得平均值。計(jì)算信噪比(SNR)和對(duì)比噪比(CNR)。由兩位高年資中級(jí)職稱(chēng)CT醫(yī)師進(jìn)行圖像主觀(guān)評(píng)分；根據(jù)CT圖像評(píng)估T分期并與術(shù)后結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，計(jì)算評(píng)估準(zhǔn)確率。結(jié)果D組CT值高于其余三組，B組CT值高于A(yíng)組和C組(P均<0.01)。A、B、C、D組噪聲依次降低，兩兩相比，P均<0.01。D組SNR、CNR及圖像主觀(guān)評(píng)分高于其余三組，B組和C組的SNR、CNR、圖像主觀(guān)評(píng)分高于A(yíng)組(P均<0.01)。A組根據(jù)CT圖像評(píng)估T14例、T25例、T338例、T45例，評(píng)估準(zhǔn)確率為82.69%；B組分別為3、2、41、6例和84.62%；C組分別為4、1、40、7例和82.69%；D組分別為3、4、38、7例和84.62%。各組T分期準(zhǔn)確率差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。結(jié)論結(jié)直腸癌雙源CT圖像重建中采用SAFIRE和單能譜成像技術(shù)均可以提高靜脈期CT圖像質(zhì)量，兩種技術(shù)聯(lián)用效果更好，但并不能提高對(duì)結(jié)直腸癌T分期的評(píng)估效能。

結(jié)直腸癌；原始數(shù)據(jù)迭代重建技術(shù)；單能譜成像技術(shù)

結(jié)直腸癌是臨床常見(jiàn)的消化道腫瘤。影像學(xué)檢查的主要作用是對(duì)結(jié)直腸癌進(jìn)行分級(jí)及分期，為治療方式的選擇及預(yù)后評(píng)估提供參考。CT檢查是結(jié)直腸癌常用的檢查方法。CT檢查時(shí)間短，費(fèi)用較少，但存在密度分辨率低、輻射劑量高的弊端。好的圖像質(zhì)量是準(zhǔn)確診斷的前提，如何在不增強(qiáng)輻射劑量的前提下提高圖像質(zhì)量是亟待解決的問(wèn)題。濾波反投影技術(shù)(FBP)是目前最常用的圖像重建技術(shù)之一，但是其噪聲與掃描條件相關(guān)，當(dāng)掃描條件低時(shí)就會(huì)導(dǎo)致噪聲增大。原始數(shù)據(jù)迭代重建(SAFIRE)和單能譜成像技術(shù)是雙源CT重要的重建算法和后處理技術(shù)，兩者均可以減少圖像噪聲及偽影、改善圖像質(zhì)量，在多種系統(tǒng)疾病檢查中均有應(yīng)用[1～4]，但在胃腸道疾病特別是腫瘤分期評(píng)估中的應(yīng)用報(bào)道較少，關(guān)于兩種技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用的研究也較少。因此，本研究觀(guān)察了SAFIRE與單能譜成像技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用在改善結(jié)直腸癌靜脈期CT圖像質(zhì)量、T分期評(píng)估方面的效果，現(xiàn)報(bào)告如下。

1 資料與方法

1.1 臨床資料 選擇2012年11月～2013年8月行腹盆部雙能量增強(qiáng)CT掃描并經(jīng)術(shù)后病理證實(shí)為結(jié)直腸癌的患者52例，男28例、女24例，年齡30～82歲，T分期為T(mén)1期3例、T2期2例、T3期39例、T4期8例。根據(jù)同一患者圖像的重建方法不同分為A、B、C、D組。

1.2 CT檢查及圖像重建方法 采用Siemens雙源CT機(jī)，掃描范圍從膈頂至恥骨聯(lián)合層面。先行腹盆腔平掃，增強(qiáng)掃描觸發(fā)采用對(duì)比劑示蹤法，觸發(fā)點(diǎn)設(shè)置在腹主動(dòng)脈，觸發(fā)閾值為100 HU，其中靜脈期為動(dòng)脈期延遲25 s后掃描。采用雙筒高壓注器，對(duì)比劑為350 mgI/mL的碘海醇，劑量為1.4 mL/kg，注射速率3～4 mL/s，然后注射生理鹽水30 mL。雙能增強(qiáng)掃描參數(shù)：Care Dose4D on，視野332 mm，準(zhǔn)直32×0.6 mm，A球管參考電壓100 kV、參考電流230 mAs，B球管參考電壓140 kV、參考電流190 mAs，融合系數(shù)0.5，重建層厚1 mm，層間距0.7 mm，螺距0.7。A組采用濾波反投影(FBP)算法進(jìn)行圖像重建，B組采用FBP算法和單能譜成像技術(shù)，C組采用SAFIRE算法，D組采用SAFIRE算法和單能譜成像技術(shù)。

1.3 圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)方法 采用Siemens MMWP工作站，將靜脈期雙能量圖像調(diào)入雙能軟件Monochromatic程序，選擇病變最大層面并選取感興趣區(qū)，移動(dòng)keV至CNR最大，保存此keV對(duì)應(yīng)的單能譜序列，同時(shí)記錄相應(yīng)的keV值(見(jiàn)圖1)。FBP重建的單能譜圖像最大CNR對(duì)應(yīng)的keV為74.69±0.90，SAFIRE為74.67±0.86，兩者相比，P>0.05。分別測(cè)量4組圖像病灶顯示最佳的3個(gè)層面的病灶、腸周脂肪的CT值及噪聲并求得平均值。噪聲為病灶被測(cè)量感興趣區(qū)密度的標(biāo)準(zhǔn)差。計(jì)算信噪比(SNR)和對(duì)比噪比(CNR)。SNR=病灶CT值/噪聲；CNR=(病灶CT值-脂肪CT值)/噪聲。由兩位高年資中級(jí)職稱(chēng)CT醫(yī)師進(jìn)行圖像主觀(guān)評(píng)分。評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)參考文獻(xiàn)[5,6],分為1～5分，圖像主觀(guān)評(píng)分在3分及以上者能夠符合診斷需要。

1.4 T分期評(píng)估方法 由兩位高年資中級(jí)職稱(chēng)CT醫(yī)師采用雙盲法對(duì)4組圖像的T分期進(jìn)行評(píng)定，意見(jiàn)不一致時(shí)，共同閱片后協(xié)商決定。T分期評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)按照結(jié)直腸癌的CT分期標(biāo)準(zhǔn)[6]，以正確診斷數(shù)/總病例數(shù)計(jì)算T分期評(píng)估準(zhǔn)確率。

注：左圖圓圈范圍內(nèi)為選擇的ROI；右圖為keV值曲線(xiàn)。

圖1中高分化直腸腺癌患者CT圖像ROI選擇與keV值曲線(xiàn)

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 采用SPSS17.0軟件。計(jì)量資料多組間比較采用單因素方差分析，如果有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，采用SNK-q檢驗(yàn)行兩兩比較；兩組間比較采用t檢驗(yàn)。計(jì)數(shù)資料比較采用χ2檢驗(yàn)。采用Kappa檢驗(yàn)評(píng)價(jià)兩名醫(yī)師主觀(guān)評(píng)分及T分期的一致性，Kappa系數(shù)k<0.4為一致性差，k>0.7為一致性較好。以P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 各組圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)情況 D組CT值高于其余三組，B組CT值高于A(yíng)組和C組(P均<0.01)。A、B、C、D組噪聲依次降低，兩兩相比，P均<0.01。D組SNR、CNR級(jí)圖像主觀(guān)評(píng)分高于其余三組，B組和C組的SNR、CNR、圖像主觀(guān)評(píng)分高于A(yíng)組(P均<0.01)。兩名醫(yī)師圖像主觀(guān)評(píng)分的Kappa系數(shù)k為0.94，認(rèn)為兩位醫(yī)師測(cè)量一致性良好。詳見(jiàn)表1、圖2。

2.2 各組T分期評(píng)估情況 兩名醫(yī)師的T分期Kappa系數(shù)k為0.83，認(rèn)為兩位醫(yī)師對(duì)T分期評(píng)估的一致性良好。A組根據(jù)CT圖像評(píng)估T14例、T25例、T338例、T45例，評(píng)估準(zhǔn)確率為82.69%；B組分別為3、2、41、6例和84.62%；C組分別為4、1、40、7例和82.69%；D組分別為3、4、38、7例和84.62%。各組T分期準(zhǔn)確率差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

3 討論

結(jié)直腸癌影像學(xué)檢查在術(shù)前評(píng)估中具有重要價(jià)值，而術(shù)前評(píng)估又影響著治療方式的選擇及預(yù)后。雖然腸鏡檢查可獲取病變組織并得到病理結(jié)果，但對(duì)腸道外的情況無(wú)法進(jìn)行評(píng)估。MRI有較高的軟組織分辨率，常用于直腸癌的術(shù)前評(píng)估，但對(duì)于腸道準(zhǔn)備較差、病變位于上段腸道及有MRI檢查禁忌證的患者不適用。CT檢查的簡(jiǎn)便性及可靠性使其成為結(jié)直腸癌常用的影像學(xué)檢查手段，但CT軟組織分辨率相對(duì)較低、輻射量較高，限制了其臨床應(yīng)用。在CT的眾多重建算法中，最常用到的是FBP，SAFIRE是西門(mén)子推出的第二代迭代重組算法，是圖像空間迭代重組技術(shù)的改進(jìn)，單能譜成像是采用單能譜后處理軟件對(duì)雙能CT圖像進(jìn)行計(jì)算后得到的連續(xù)多組單能量圖像。

表1 各組圖像CT值、噪聲、SNR、CNR及圖像主觀(guān)評(píng)分比較

注：與A組相比，*P<0.01；與B組相比，#P<0.01；與C組相比，△P<0.01。

注：A、B、C、D分別為A、B、C、D組重建的圖像。

圖2不同方法重建的直腸癌患者CT圖像

本研究結(jié)果顯示，采用SAFIRE重建較FBP重建圖像的CT值、CNR、SNR、圖像主觀(guān)評(píng)分均得到了提升，而且降低了噪聲，這與SAFIRE在其他組織器官檢查的應(yīng)用相關(guān)研究結(jié)論一致[7～10]。SAFIRE提高圖像質(zhì)量的原因是在重建過(guò)程中基于原始數(shù)據(jù)并通過(guò)與原始圖像反復(fù)進(jìn)行對(duì)比，按照檢查類(lèi)型的不同而反復(fù)重建，同時(shí)在重建過(guò)程中使用了噪聲模型，并且在整個(gè)重建過(guò)程中進(jìn)行多次校正[11]。本研究中采用FBP聯(lián)合單能譜成像技術(shù)和SAFIRE技術(shù)重建圖像質(zhì)量無(wú)明顯差異，說(shuō)明兩種技術(shù)改善圖像質(zhì)量的作用相當(dāng)。

本研究中采用單能譜成像技術(shù)重建的圖像質(zhì)量高于未采用此技術(shù)重建的圖像，說(shuō)明單能譜成像技術(shù)同樣可以提高圖像質(zhì)量。相關(guān)研究表明單能譜成像技術(shù)可用于提高腸系膜上動(dòng)靜脈、顱內(nèi)動(dòng)脈瘤夾閉術(shù)后、膝關(guān)節(jié)置換術(shù)后的圖像質(zhì)量[12～14]。單能成像技術(shù)提高圖像質(zhì)量的原因在于其選取一個(gè)單能量值使對(duì)比度和噪聲之間達(dá)到較好平衡，此時(shí)病灶與鄰近臟器之間的對(duì)比可達(dá)到最佳且噪聲較低[15]。

本研究中同時(shí)采用SAFIRE和單能譜成像技術(shù)的D組在4組中圖像質(zhì)量最高，說(shuō)明聯(lián)合應(yīng)用兩種技術(shù)，圖像質(zhì)量進(jìn)一步得到改善，與相關(guān)研究結(jié)果一致[16]。但我們發(fā)現(xiàn)各組的T分期評(píng)估準(zhǔn)確率差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，主要是由于使用SAFIRE和單能譜成像技術(shù)獲得的CT圖像仍無(wú)法準(zhǔn)確區(qū)分結(jié)直腸壁的三層結(jié)構(gòu)，因此無(wú)法區(qū)分腫瘤的累及范圍。本研究中T3期患者較多，雖然較高的圖像質(zhì)量能使某些間接征象如腸周脂肪間隙形態(tài)、密度、腸壁外緣光滑程度及腸壁厚度等顯示更加清晰，但由于CT檢查無(wú)法區(qū)分腫瘤侵犯與脂肪層內(nèi)纖維變性、炎癥反應(yīng)導(dǎo)致的脂肪密度增高，所以可能存在低估的情況。

結(jié)合上述研究結(jié)果，我們認(rèn)為，雙源CT掃描中采用SAFIRE和單能譜成像技術(shù)均可以提高結(jié)直腸癌靜脈期的圖像質(zhì)量，兩種技術(shù)聯(lián)用效果更好，但并不能提高對(duì)結(jié)直腸癌T分期的評(píng)估效能。本研究未對(duì)T分期各期的評(píng)估準(zhǔn)確率進(jìn)行分析，相關(guān)內(nèi)容需在后續(xù)研究中加以完善。

[1] Diomidis, Botsikas, Isabelle, et al. Value of liver computed tomography with iodixanol 270, 80 kVp and iterative reconstruction[J]. World J Radiol, 2016,8(7):693-699.

[2] Kraus M, Weiss J, Selo N, et al. Spinal dual-energy computed tomography: improved visualization of spinal tumorous growth with a noise-optimised advanced monoenergetic post-processing algorithm.[J]. Neuroradiology.2016,58(11):1093-1102.

[3] Nagayama Y, Nakaura T, Tsuji A, et al. Cerebral bone subtraction CT angiography using 80 kVp and sinogram-affirmed iterative reconstruction: contrast medium and radiation dose reduction with improvement of image quality[J]. Neuroradiology, 2017,59(2):1-8.

[4] Chen GZ, Fang XK, Zhou CS, et al. Cerebral CT angiography with iterative reconstruction at 70kVp and 30mL iodinated contrast agent: Initial experience[J]. Eur J Radiol, 2017,88(3):102-108.

[5] Fran ois Pontana, Alain Duhamel, Julien Pagniez, et al. Chest computed tomography using iterative reconstruction vs filtered back projection (Part 2): image quality of low-dose CT examinations in 80 patients[J]. Eur Radiol, 2010,21(3):636-643.

[6] Thoeni RF. Colorectal cancer. Radiologic staging[J]. Radiol Clin North Am, 1997,35(2):457-485.

[7]董健,高莉,王霄英,等.迭代重建對(duì)肺腫塊低劑量CT灌注成像參數(shù)的影響[J].放射學(xué)實(shí)踐,2013,28(3):280-283.

[8] Wuest W, May MS, Scharf M, et al. Stent evaluation in low-dose coronary CT angiography: effect of different iterative reconstruction settings[J]. J Cardiovasc Comput Tomogr, 2013,7(5):319-325.

[9] Park M, Chung Y E, Lee H S, et al. Intraindividual comparison of diagnostic performance in patients with hepatic metastasis of full-dose standard and half-dose iterative reconstructions with dual-source abdominal computed tomography[J]. Invest Radiol, 2014,49(4):195-200.

[10] Desai GS, Fuentes OJ, Kambadakone AR, et al. Performance of iterative reconstruction and automated tube voltage selection on the image quality and radiation dose in abdominal CT scans[J]. J Comput Assist Tomogr, 2013,37(6):897-903.

[11] Han BK, Grant KL, Garberich R, et al. Assessment of an iterative reconstruction algorithm (SAFIRE) on image quality in pediatric cardiac CT datasets[J]. J Cardiovasc Comput Tomogr, 2012,6(3):200-204.

[12] 殷小平,左紫薇,徐英進(jìn),等.能譜CT單能量成像聯(lián)合自適應(yīng)迭代算法重組技術(shù)在腸系膜上動(dòng)靜脈圖像質(zhì)量的臨床研究[J].臨床放射學(xué)雜志,2017,36(6):889-894.

[13] 付雨菲,王弘,邱曉明,等.雙能量CT單能譜成像技術(shù)在顱內(nèi)動(dòng)脈瘤夾閉術(shù)后的應(yīng)用[J].臨床放射學(xué)雜志,2015,34(5):813-817.

[14] Kidoh M, Utsunomiya D, Oda S, et al. CT venography after knee replacement surgery: comparison of dual-energy CT-based monochromatic imaging and single-energy metal artifact reduction techniques on a 320-row CT scanner[J]. Acta Radiologica Open, 2017,6(2):205846011769346.

[15]林曉珠,沈云,陳克敏.CT能譜成像的基本原理與臨床應(yīng)用研究進(jìn)展[J].中華放射學(xué)雜志,2011,45(8):798-800.

[16] 楊靜,韓丹,劉超然,等. SAFAIR聯(lián)合雙能量單能譜及非線(xiàn)性?xún)?yōu)化對(duì)比技術(shù)提高頸根部圖像質(zhì)量的應(yīng)用[J]. 中國(guó)醫(yī)學(xué)影像技術(shù),2016,32(7):1111-1114.

10.3969/j.issn.1002-266X.2017.39.028

R735.3

B

1002-266X(2017)39-0088-03

韓丹(E-mail: kmhandan@sina.com)

2017-06-06)