低管電壓聯(lián)合iDose快速迭代重組在CT結腸仿真內(nèi)鏡的應用

李東春 喬英

結直腸疾病以結直腸癌最為常見，已成為當今全球范圍嚴重危害人類健康的惡性腫瘤之一[1,2]。但是結直腸癌患者早期癥狀和體征往往不明顯，當出現(xiàn)明顯的臨床表現(xiàn)時已是中晚期，錯過了最佳的治療時機[3]。隨著CT 設備的更新和成像技術的 改 進，CT 仿真內(nèi)鏡成像 （CT virtual endoscopy，CTVE）已廣泛應用于結直腸疾病的診斷[4,5]。CTVE是利用CT 對充氣膨脹的結直腸進行掃描，獲得模擬內(nèi)鏡的影像，主要用于結直腸息肉的高危人群的普查[6]。但是CT 結直腸檢查掃描范圍較大造成患者接受的輻射劑量過高[7,8]，為了減少受檢者的輻射劑量，許多研究者提出并在實踐中應用低劑量掃描技術，即在影像質量保證臨床診斷需求的前提下，采用降低管電流或管電壓的掃描技術，但其結果是圖像的噪聲增加、圖像質量下降。迭代重組算法是近幾年低劑量CT 掃描常常聯(lián)合應用的新技術，能有效的降低圖像的噪聲，提高影像的質量[9]。本研究采用降低管電壓的方法，聯(lián)合應用快速迭代重組技術，對結腸病變進行CT 仿真內(nèi)鏡成像，尋求結直腸病變安全有效的成像方法。

資料與方法

1.病例資料

選取2018年1月~10月間來我科行結腸CT掃描的住院患者，排除碘對比劑過敏，心臟、腎臟及肝臟功能不全，腸道準備不良，不能配合檢查的患者，共計60 例。采用隨機數(shù)字表法將患者分為兩組，每組各30 例，A 組平均年齡為61.57±11.75 歲，男17 例，女13 例；B 組平均年齡為67.10±10.29 歲，男19 例，女11 例。兩組患者的性別、年齡均無統(tǒng)計學意義（P＞0.05）。兩組患者體質量指數(shù)（body mass index，BMI）正常（BMI＜24 kg/m2）36 例，超重（BMI≥24 kg/m2）24 例。

2.掃描方法

CT 機采用Philips Brilliance 256 層iCT。患者于檢查前6~8 h 禁食，檢查前2 d 進食少渣或流質飲食。檢查前一天晚上將復方聚乙二醇電解質散劑1 包（137.15 g）溶于2 L 水中于2 h 內(nèi)喝完，檢查前2 h 使用開塞露50 ml，充分清潔腸道。掃描前向肛門內(nèi)注入空氣約700~1000 ml，以患者不能耐受時終止注氣?；颊哌x俯臥位，頭先進，掃描范圍從膈頂?shù)綈u骨聯(lián)合下緣，掃描參數(shù)A 組采用120 kV 管電壓、B 組采用100 kV 管電壓，管電流均為300 mAs，其余掃描參數(shù)均相同，同時聯(lián)合應用快速迭代重組方法（iDose）。進行全腹部平掃加增強掃描。對比劑采用碘帕醇300 mg I/ml、100 ml，使用雙筒高壓注射器經(jīng)肘靜脈注入，注射流率為3.5 ml/s，靜脈注入對比劑后35 s 及45 s 分別行動脈期及靜脈期掃描。掃描后對靜脈期圖像均進行iDose 1~6 級迭代重組，原始數(shù)據(jù)傳至EBW4.0 Workstation 工作站，觀察原始圖像以及采用MPR、CTVE 圖像重組方法得到的重組圖像。

3.圖像分析

主觀評價由2 名具有10年以上工作經(jīng)驗的影像科醫(yī)師在不知道分組情況下共同對圖像進行評分，結果不同時，重新閱片，商議后得出結論。在后處理工作站觀察原始圖像結合多平面重組（MPR）和仿真內(nèi)鏡（CTVE）進行圖像質量評價。結合相關文獻[10]，采用5 分制進行評估，評價標準為：5 分（優(yōu)秀），圖像清晰，幾乎無偽影，腸壁黏膜及病灶顯示清晰；4 分（良好），圖像清晰，少量偽影，腸壁黏膜皺襞及病灶邊緣銳利度下降；3 分（中等），圖像較清晰，輕度偽影，腸壁黏膜及病灶邊緣模糊，不影響診斷；2 分（尚可），圖像模糊、粗糙，中度偽影，腸壁黏膜皺襞及病灶邊緣模糊，診斷受限；1 分（差），圖像清晰度差，偽影明顯，腸壁黏膜皺襞及病灶邊緣顯示不清，無法診斷。評分大于等于3 分，符合臨床診斷要求。

客觀評價由2 名具有10年以上工作經(jīng)驗的影像科醫(yī)師在同樣窗技術（窗位40 HU，窗寬400 HU）對三組圖像進行測量。測量病變組織的CT 值，測量臀大肌CT 值作為參照，其SD 值作為噪聲（standardize deviation），計算信噪比（SNR）及對比噪聲比（CNR）。

4.輻射劑量

記錄兩組患者X 線輻射劑量參數(shù)值：CT 容積劑量指數(shù)（CTDIvol）、劑量長度乘積（DLP），并計算有效劑量（ED）[ED=k×DLP，k 為受檢組織權重因子，成人腹部的k 值為0.0015 mSv·mGy-1·cm-1]。

5.統(tǒng)計學分析

所得數(shù)據(jù)采用SPSS 19.0 軟件，兩組圖像主觀評價、 客觀評價及輻射劑量參數(shù)值的比較均采用ANOVA 檢驗，以P≤0.05 為差異有統(tǒng)計學意義。

結 果

120 kV 及100 kV 管電壓圖像主觀評分均大于5 分，滿足臨床診斷要求。相同管電壓條件下圖像主觀評分比較，在120 kV 管電壓下，不同iDose重組等級圖像及標準算法（standard）圖像的主觀評分，無統(tǒng)計學差異（P＞0.05）； 100 kV 管電壓下，各重組等級圖像的主觀評分存在統(tǒng)計學差異（P＜0.05），iDose 4 級重組圖像的評分均為最高。在同一重組等級下，120 kV 與100 kV 管電壓圖像的主觀評分無統(tǒng)計學差異（P＞0.05）。

120 kV 管電壓與100 kV 管電壓聯(lián)合快速迭代重組圖像質量參數(shù)比較中，兩組圖像病變平均CT值、臀大肌平均CT 值間無統(tǒng)計學差異（P＞0.05），而噪聲值（SD）、SNR、CNR 比較，SD 值100 kV 均低于120 kV，SNR 及CNR 值均高于120 kV，存在統(tǒng)計學差異（P＜0.05）（表1）。

由表2 可顯示出在120 kV、100 kV 不同的管電壓條件下對圖像參數(shù)進行比較，病變CT 值及背景組織CT 值在iDose 不同重組等級圖像及標準算法（standard）圖像間的差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05），120 kV 管電壓條件下SD 值、SNR 值之間差異存在統(tǒng)計學意義（P＜0.05），而CNR 值之間的差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05），而100 kV 管電壓條件下SD 值、SNR 值 及CNR 值均存在統(tǒng)計學差異（P＜0.05）。在常規(guī)120 kV 管電壓條件下，隨著iDose重組等級由1 級到6 級的提高，其噪聲呈減小趨勢，SD 值減小，相應的SNR、CNR 增大。在100 kV管電壓下，iDose4 重組等級下，其噪聲SD 值最小，相應SNR 及CNR 值最大。所有采用iDose 重組圖像的噪聲均低于標準重組算法（standard）的SD，相應其SNR 及CNR 均大于標準重組算法。圖1為100 kV 管電壓條件下，不同iDose 重組等級下仿真內(nèi)鏡圖像； 圖2~5 為120 kV 及100 kV 管電壓下正常結腸和直腸癌CTVE、原始軸位圖像及內(nèi)鏡圖像。

表1 不同BMI 兩組圖像質量參數(shù)比較（x±s）

表2 不同iDose 重組等級圖像質量參數(shù)比較（x±s）

隨著管電壓的降低，受檢者接受的輻射劑量明顯減少。管電壓由常規(guī)120 kV 降低至100 kV，CTDIvol、DLP 分別降低40.06%、40.39%。

圖2 120 kV 管電壓下，a）正常結腸CTVE；b）原始軸位圖像及c）內(nèi)鏡圖 圖3 120 kV 管電壓下，直腸癌a）CTVE；b）原 始 軸 位 圖 像及c）內(nèi)鏡圖 圖4 100 kV 管電壓下，a）正常結腸CTVE；b）原始軸位圖像；c）內(nèi)鏡圖 圖5 100 kV 管電壓下，直腸癌a）CTVE；b）原始軸位圖像；c）內(nèi)鏡圖

討 論

隨著多排螺旋CT 在臨床的廣泛應用，CTVE在實際工作中的應用越來越多，作為一種結直腸的便捷有效的胃腸道成像技術，在許多方面有其獨特的優(yōu)勢，并在一定程度上可作為金標準結腸鏡的補充。

CTVE 是Vining 等[11]在1994年首次提出，它應用MSCT 的多種后處理方式，如多平面重組（MPR）、容 積 再 現(xiàn) （VR）、結腸全景平鋪顯示（virtual dissection,VD）結合原始薄層圖像，全程顯示結腸形態(tài)、結構，并能對病變進行多角度觀察。在腸腔內(nèi)人為灌注氣體則可形成良好的人工對比，便于結直腸病變 的 顯 示[12,13]。而且充氣的結直腸腔形成的良好對比，為進行低劑量CT掃描提供解剖基礎，在保證圖像質量滿足臨床診斷的前提下減少受檢者接受 的 輻 射 劑 量[14]。因此，為了保證成像效果和圖像質量，需要在檢查前進行腸道清潔，在檢查時進行腸道擴張充氣。尤其在低劑量CT 檢查中，放射劑量的降低伴隨的就是圖像噪聲的增加，使影像的清晰度和對比度均下降，這就對腸道準備提出更高的要求。一般較好的腸道準備為腸道清潔、 充分的擴張，腸道內(nèi)盡可能少的殘留糞便和液體[15]。

CTVE 掃描范圍較大，患者接受的輻射劑量較高。國際放射委員會提出ALARA 原則，受檢者在接受檢查過程中所接受的輻射劑量必須符合實踐正當化及防護最優(yōu)化的原則。即輻射劑量最小，同時要求圖像質量符合治療的要求[16,17]。管電壓是影響輻射劑量的主要因素，根據(jù)感光效應的公式可知感光量與管電壓的2~5 次方呈正比，管電壓的改變對感光量即輻射量的影響最明顯。管電壓決定著X 線的穿透性，管電壓降低，X 線的穿透性減弱，到達成像介質的剩余射線量減少，獲得的影像質量下降。本研究在其他參數(shù)不變的基礎上，將管電壓由120 kV 降低至100 kV，以到達減少輻射劑量的目的。管電壓由120 kV 降低至100 kV，理論上100 kV 管電壓產(chǎn)生的X 線能量更接近碘原子K 層電子的結合力，則碘原子的μ 值應該大于120 kV 管電壓下產(chǎn)生的X 線，其CT 值應該最大。有學者研究結果顯示當管電壓由120 kV 降至100 kV時，碘原子的CT 值相應增加約17%~26%[18,19]。本研究中，100 kV 管電壓下測得的病變CT 值略低于120 kV 管電壓，與該理論不一致，主要是上述理論的研究主要是對血管內(nèi)對比劑濃度的測定所得，而本研究是對實性病變強化后CT 值的測定。但兩組研究對象的病變組織CT 值、背景組織CT值差異無統(tǒng)計學差異。Chang 等[20]及Yamamura 等[21]研究提出，將管電壓由120 kV 降低至100 kV 時，其輻射劑量可降低約20%和27%。本研究中，管電壓由120 kV 降低至100 kV，其輻射劑量降低約40%,與先前的研究結果相近。

管電壓的降低使圖像噪聲增加，反映圖像質量的參數(shù)SNR 及CNR 相應降低。迭代重組算法是一種改善圖像質量的有效方法，是目前應用較廣泛的提高圖像質量的方法。本研究使用的256排螺旋CT，采用的iDose 技術重組技術，解決降低管電壓圖像噪聲增加的不足。本研究中，管電壓由120 kV 降低至100 kV，圖像的噪聲明顯增加，在標準算法（standard）下，可見隨著管電壓的降低，噪聲明顯增大，其差異有統(tǒng)計學意義，相應SNR及CNR 也相應降低，在圖像主觀質量評分也降低，其差異均存在統(tǒng)計學意義。采用快速迭代重組算法后，并進行了iDose 1 級到iDose 6 級的圖像重組，對圖像主觀評分比較，顯示在同一重組等級下，圖像評分有降低，但120 kV 管電壓與100 kV管電壓的圖像評分差異無統(tǒng)計學意義，說明管電壓降至100 kV 管電壓時，圖像質量的主觀評價無差別。在進行同一管電壓不同重組等級的比較時，顯示在120 kV 管電壓下不同重組等級的圖像評價，其差異在統(tǒng)計學上無意義，說明在常規(guī)管電壓下不需要進行快速迭代重組。在100 kV 管電壓條件下，顯示在iDose 4 級重組時，其評分最高。由此通過主觀影像評分的比較可得出： 管電壓降至100 kV 時聯(lián)合快速迭代重組iDose4 重組等級，圖像質量能滿足臨床診斷要求，同時輻射劑量降低。100 kV 低管電壓聯(lián)合應用快速迭代重組技術獲得的圖像，完全滿足臨床診斷需要，其評價指標高于常規(guī)圖像質量指標。在100 kV 管電壓條件下，不同iDose 重組等級圖像客觀評價指標比較中，以iDose4 重組等級的指標參數(shù)最佳，這也與本研究的圖像主觀評分結果相符。所以，采取100 kV 低管電壓技術聯(lián)合應用iDose 重組算法所得圖像完全可以滿足臨床診斷的要求。

本研究存在的不足：（1）研究樣本量較小，推斷總體均數(shù)的準確性相應降低；（2）對比劑劑量未進行個體化設置。