全模型迭代重建技術(shù)對(duì)CT圖像質(zhì)量影響的應(yīng)用進(jìn)展

申凱浩，王淑梅

（1.承德醫(yī)學(xué)院，河北 承德 067000；2.保定市第一中心醫(yī)院，河北 保定 071000）

0 引言

多層螺旋CT是目前醫(yī)學(xué)影像檢查使用頻率最高的檢查手段之一，對(duì)疾病的診斷提供了許多強(qiáng)有力的支持和幫助[1]。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，影像技術(shù)水平的不斷提高，對(duì)影像圖像的要求也越來(lái)越高，影像技術(shù)的發(fā)展也越來(lái)越多元化，如在某個(gè)特定部位采用哪種重建方式更好，如何更好的降低病人檢查的輻射劑量，如何在影像圖像中展現(xiàn)更多的細(xì)節(jié)[2,3]，這些都是目前我們?cè)诓粩嗵剿髫酱鉀Q的問(wèn)題。而隨著迭代技術(shù)的不斷發(fā)展，困擾我們的問(wèn)題也在逐步的解決，從最初的濾波反投影法(FBP)到混合迭代重建(iDose4或ASIR)再到現(xiàn)在的全模型迭代重建技術(shù)（IMR），不斷的對(duì)CT的圖像質(zhì)量進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)，尤其是在減少病患所受輻射的劑量，以及改善圖像的質(zhì)量從而達(dá)到提高影像診斷醫(yī)師的疾病診斷準(zhǔn)確率。本文就IMR技術(shù)的原理及其在各部位CT成像的臨床應(yīng)用進(jìn)展及與其聯(lián)合技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 IMR的簡(jiǎn)介及技術(shù)原理

全模型迭代重建技術(shù)(iterative model reconstruction, IMR)是2012年由飛利浦公司推出的一項(xiàng)全新的迭代重建技術(shù)[4]，區(qū)別與以往的重建技術(shù)，IMR是利用構(gòu)架三維立體微平板探測(cè)器及其所需要的平臺(tái)，并通過(guò)非線性的完全迭代重建技術(shù)來(lái)完成圖像的重建。IMR是一種基于知識(shí)模型的方法，結(jié)合其他CT系統(tǒng)特性的模型，通過(guò)反復(fù)迭代來(lái)獲得更加精簡(jiǎn)的原始數(shù)據(jù)，使其無(wú)限接近于理想化的模型，從而降低圖像噪聲使圖像質(zhì)量得到優(yōu)化。這種完全迭代的算法和傳統(tǒng)的算法有很大區(qū)別，且算法更為復(fù)雜和準(zhǔn)確，使其與當(dāng)前常規(guī)的重建技術(shù)相比，如濾波反投影法，混合迭代重建(iDose4)擁有更好的潛力與探究?jī)r(jià)值[5-7]，現(xiàn)在已應(yīng)用于全身各個(gè)系統(tǒng)的檢查中。

2 全模型迭代重建（IMR）在各部位中的應(yīng)用進(jìn)展

2.1 在頭頸部的應(yīng)用進(jìn)展

IMR技術(shù)在頭頸部的CT圖像中可以在減少人體所受輻射劑量的同時(shí)降低噪聲，提高圖像的質(zhì)量。R.N Southard等[8]利用IMR和濾波反投影法（FBP）在無(wú)對(duì)比兒童急診頭部CT圖像中，采用優(yōu)化的低劑量頭顱CT方案結(jié)合IMR，相對(duì)劑量減少了12%-27%，在最年輕的患者組中節(jié)省的劑量最大，SNR和CNR改善了2倍，主觀圖像得到了統(tǒng)計(jì)學(xué)上的改善質(zhì)量；結(jié)果表明，使用IMR可以在保持圖像質(zhì)量的前提下進(jìn)一步節(jié)省劑量。J.MNiesten等[9]利用濾波反投影法、混合迭代重建和IMR技術(shù)分別對(duì)34個(gè)原始數(shù)據(jù)的重建，得到了頭頸部CT血管造影（CTA）的圖像，對(duì)比結(jié)果顯示IMR顯著改善了整體圖像質(zhì)量，降低了圖像噪聲，并提高了血管的自動(dòng)識(shí)別度。

還有研究[10]采用超低劑量對(duì)兒童鼻竇CT圖像質(zhì)量進(jìn)行了應(yīng)用價(jià)值的研究，研究結(jié)果表明在更低劑量的情況下，相對(duì)于ASIR重建，IMR重建可以提供相等甚至更好的圖像質(zhì)量。Park等[11]評(píng)估了低劑量及標(biāo)準(zhǔn)劑量CT與IMR重建在腮腺腫瘤中的診斷作用，結(jié)果表明低劑量與標(biāo)準(zhǔn)劑量IMR重建，相較于標(biāo)準(zhǔn)劑量的FBP及iDose4重建，能夠顯著降低背景噪聲，提高SNR和CNR，使圖像質(zhì)量更好，病灶輪廓顯示的更清晰；但是低劑量與標(biāo)準(zhǔn)劑量IMR重建在主觀圖像質(zhì)量評(píng)分上并沒(méi)有顯著的差異。Masamoto等[12]對(duì)頸椎分別進(jìn)行了六分之一標(biāo)準(zhǔn)劑量的IMR重建和標(biāo)準(zhǔn)劑量的iDose4的重建，研究表明低劑量IMR重建可以為臨床提供滿意的圖像質(zhì)量，從而避免患者尤其是需要多次CT檢查的患者接受過(guò)多的放射線照射。

2.2 在冠脈CTA中的應(yīng)用進(jìn)展

IMR技術(shù)在冠脈CTA的檢查中依然具有巨大優(yōu)勢(shì)。Cha等[13]研究顯示，80kv管電壓下，IMR重建的圖像較FBP或iDose4重建圖像的SNR及CNR有明顯的提高；同時(shí)與100kv管電壓下的iDose4重建圖像相比仍具有更高的圖像質(zhì)量，且輻射暴露的更少。Yuki等[14]通過(guò)對(duì)21名患者在100kv管電壓下的所得到的冠脈CTA原始數(shù)據(jù)利用IMR重建、iDose4重建、FBP重建，得到3組圖像，對(duì)比結(jié)果顯示通過(guò)IMR重建得到的圖像質(zhì)量較其他兩組圖像質(zhì)量更好，而且可以提高冠狀動(dòng)脈和心臟系統(tǒng)的CRN和圖像質(zhì)量，甚至在一定程度上還為心臟系統(tǒng)（即心肌和心臟瓣膜）提供了最佳的可視化效果。

劉鑫等[15]通過(guò)對(duì)100kv管電壓、IMR重建的冠脈CTA與導(dǎo)管法冠狀動(dòng)脈造影的80例疑似冠心病的患者比較，表明IMR技術(shù)在低劑量冠脈CTA上獲得的圖像質(zhì)量令人滿意，且對(duì)冠狀動(dòng)脈狹窄具有較高的診斷準(zhǔn)確性。Oda等[16]研究表明，利用IMR技術(shù)重建圖像的CNR明顯提高，平均噪聲顯著減小，明顯優(yōu)于FBP重建和混合迭代重建；且IMR重建在低電壓的條件下，圖像質(zhì)量仍有明顯的提升，對(duì)遠(yuǎn)端血管的顯示也更為清晰。Halpern等[17]對(duì)45例患者進(jìn)行研究，基于BMI的分層分析表明，在FBP圖像中噪聲較高的肥胖患者中，IMR對(duì)圖像質(zhì)量的改善最為明顯，小血管的圖像質(zhì)量也得到了改善，這是CCTA過(guò)程中最難實(shí)現(xiàn)的；IMR使CCTA的血管內(nèi)噪聲降低了86%～88%，能夠清晰顯示較小的冠狀動(dòng)脈，提高冠狀動(dòng)脈內(nèi)鈣化斑塊的識(shí)別，從而提升診斷醫(yī)師對(duì)冠狀動(dòng)脈狹窄的診斷信心和準(zhǔn)確性。

2.3 在胸部和腹部的應(yīng)用進(jìn)展

因胸部組織密度跨度大，各組織與器官之間的對(duì)比度差異顯著，所以胸部在CT檢查方面，直是獲益最多的部位。胸部CT的檢查在我國(guó)檢查中占據(jù)很大的比重，IMR重建在胸部的應(yīng)用具有巨大價(jià)值，值得我們?nèi)ヌ剿?。Laqmani等[18]的研究結(jié)果顯示，在肺動(dòng)脈CTA應(yīng)用中，在使用IMR的同時(shí)降低管電壓及減少造影劑劑量的情況下，可以改善主肺動(dòng)脈和分支肺動(dòng)脈的圖像質(zhì)量和清楚顯示血管的栓塞情況。其研究指出，使用IMR技術(shù)可以減少縱隔、頭臂靜脈、上腔靜脈及心臟腔內(nèi)高度集中的造影劑引起的偽影，從而能更為清晰地顯示在主肺動(dòng)脈和分支肺動(dòng)脈中的充盈缺損。Xu等[19]對(duì)胸部磨玻璃結(jié)節(jié)(GGN)采用ASIR、IMR、iDose4三種重建方式的對(duì)比，得出在相同劑量的情況下，IMR重建的CT圖像質(zhì)量要優(yōu)于其他的重建方式。Sun等[20]采用低劑量對(duì)26例壞死性肺炎的兒童分別采用薄層0.625mm的IMR、ASIR以及FBP重建，結(jié)果顯示IMR重建方式在同患兒中圖像質(zhì)量更好，檢測(cè)出更多的壞死病灶。Moloney等[21]通過(guò)調(diào)節(jié)不同的管電流來(lái)比較IMR、FBP及ASIR三種重建在胸、腹部的CT圖像質(zhì)量，結(jié)論表明相較與FBP和ASIR重建，IMR重建具有更低的噪聲和更好的圖像質(zhì)量，輻射劑量越低，對(duì)比效果越顯著。Laurent等[22]比較了腹部的IMR重建、FBP及iDose4重建的客觀圖像質(zhì)量及放射醫(yī)師的主觀接受度，表明IMR重建可以呈現(xiàn)更高的圖像質(zhì)量以及更低的噪聲值，但放射醫(yī)師的主觀接受度更差。

2.4 四肢血管CTA的應(yīng)用進(jìn)展

Park等[23]對(duì)83例患者的進(jìn)行雙下肢CT靜脈造影，分別對(duì)原始數(shù)據(jù)行80kv的IMR重建和70kv的ASIP重建，結(jié)果顯示相同劑量下，70kv的ASIR的圖像質(zhì)量更好，重建時(shí)間更短。說(shuō)明在某些方面IMR重建并不是更好的選擇。

Oda等[24]對(duì)60例患者的外周動(dòng)脈行CTA造影，結(jié)果顯示采用小焦點(diǎn)的IMR重建可以提高腹部動(dòng)脈和下肢動(dòng)脈客觀圖像質(zhì)量，尤其是下肢小血管的圖像顯示效果更好。對(duì)雙上肢血管CTA的IMR應(yīng)用則少有報(bào)道，但結(jié)合其他方面的研究，我們可以預(yù)期雙上肢CTA的IMR重建可以取得一定的成果。

2.5 聯(lián)合其他技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)展

李建等[25]研究結(jié)果表明，靶重建聯(lián)合IMR重建技術(shù)在胰腺增強(qiáng)的CT圖像較常規(guī)FBP重建和靶重建聯(lián)合FBP可以顯著改善圖像的質(zhì)量，提高了病變的識(shí)別度和檢出率。姜文龍等[26]研究結(jié)果顯示，大矩陣IMR重建技術(shù)對(duì)肺結(jié)節(jié)圖像的質(zhì)量有明顯的提高，且在低劑量掃描條件下可以得到更高的圖像質(zhì)量。Nakamoto等[27]利用不同矩陣聯(lián)合IMR重建和iDose4重建進(jìn)行CT尿路造影，結(jié)果顯示大矩陣IMR重建可以最詳細(xì)的顯示泌尿系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。Kubo等[28]研究了去金屬偽影算法聯(lián)合IMR重建在頸部CT圖像的應(yīng)用價(jià)值，結(jié)果顯示去金屬偽影算法聯(lián)合IMR重建可顯著減少偽影并提高頸部CT的圖像質(zhì)量。

3 小結(jié)

綜上所述，IMR重建技術(shù)在全身各部位的應(yīng)用中，能夠在降低輻射劑量、降低圖像噪聲，保證CT圖像質(zhì)量，相較于FBP及混合迭代重建方法有著明顯的優(yōu)勢(shì)。尤其針對(duì)需要降低輻射劑量的兒童群體，正是目前所需要的。然而，在目前的日常工作中，IMR技術(shù)還沒(méi)有被普遍的應(yīng)用于臨床工作中，而且最為適宜的掃描方案、重建與傳輸時(shí)間及合適的窗寬窗位等問(wèn)題仍需我們?cè)谖磥?lái)的科學(xué)研究中進(jìn)一步探究?？傊?，隨著科技的不斷發(fā)展及更多研究的發(fā)現(xiàn)，在未來(lái)的臨床工作中，IMR技術(shù)將會(huì)有著廣闊的發(fā)展前景。