劉鑫，侯陽(yáng)

中國(guó)醫(yī)科大學(xué)附屬盛京醫(yī)院 放射科，遼寧 沈陽(yáng) 110004

引言

多層螺旋CT是最為常用的影像檢查手段之一，對(duì)諸多臨床疾病均有極大的診斷價(jià)值，由于X線照射有潛在的致癌風(fēng)險(xiǎn)[1-2]，因此盡可能降低CT輻射劑量是當(dāng)今CT研究領(lǐng)域的熱門話題。迭代重建算法的應(yīng)用為大幅降低輻射劑量提供了新的可能，尤其是全模型迭代重建（Iterative Model Reconstruction，IMR）技術(shù)，作為新型的迭代重建算法，與混合型迭代比較，在降低噪聲、提高圖像質(zhì)量、減少輻射劑量方面效果更顯著。本文就IMR的原理及其在各器官系統(tǒng)中的應(yīng)用價(jià)值作以綜述。

1 全模型迭代算法的原理

IMR是一種新型的完全迭代重建技術(shù)，其原理是從焦點(diǎn)到探測(cè)器的整個(gè)過程中將X線束建立的多個(gè)模型、焦點(diǎn)、X線束、體素和探測(cè)器的幾何形狀均考慮進(jìn)去，通過前向、后向重建在投影數(shù)據(jù)域及圖像數(shù)據(jù)域分別進(jìn)行迭代運(yùn)算，并采用CT系統(tǒng)模型及統(tǒng)計(jì)學(xué)模型進(jìn)行對(duì)比校正，最終得到低噪聲、高分辨率的CT圖像[3-4]。IMR技術(shù)與混合型迭代技術(shù)相比較，在顯著降低輻射劑量的同時(shí)，提高圖像質(zhì)量更有優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)已逐步應(yīng)用于全身各系統(tǒng)的檢查中。

2 全模型迭代重建（IMR）在各系統(tǒng)中的應(yīng)用

2.1 在頭頸部的應(yīng)用進(jìn)展

IMR技術(shù)能更大幅度降低頭頸部CT圖像的噪聲，提高圖像質(zhì)量。L?ve等[5]比較了頭部IMR、濾波反投影重建（Filtered Back Projection，F(xiàn)BP）技術(shù)和多種迭代重建算法圖像（iDOSE4、ASIR），IMR絕對(duì)噪聲水平最低；與FBP相比，IMR噪聲降低達(dá)56%，實(shí)現(xiàn)了最大的相對(duì)降噪百分比（SD%）。Bang等[6]研究顯示IMR重建在0.22 mSv的超低劑量下即可清楚地顯示視神經(jīng)結(jié)構(gòu)，該劑量?jī)H為常規(guī)劑量的6%，此外對(duì)于鼻竇炎的診斷，最適有效輻射劑量為常規(guī)劑量的22%（0.86 mSv），該水平下的IMR重建能降低圖像噪聲，顯示鼻竇解剖結(jié)構(gòu)最佳。

Niesten等[7]在對(duì)34名患者行頭頸部CTA檢查的研究中發(fā)現(xiàn)，IMR重建降低頭頸部血管圖像的噪聲，提高CNR，圖像質(zhì)量最好，在顯示頸動(dòng)脈完整性方面，IMR優(yōu)于FBP及iDOSE4。IMR技術(shù)聯(lián)合低劑量頭頸部CTA掃描既能獲得良好的圖像質(zhì)量，又能顯著降低輻射劑量。高思喆等[8]應(yīng)用低電壓、低對(duì)比劑（100 kV、40 mL）結(jié)合IMR技術(shù)進(jìn)行頭頸動(dòng)脈CTA掃描，并與常規(guī)劑量（120 kV、50 mL）掃描聯(lián)合iDOSE4技術(shù)所獲得的圖像進(jìn)行比較，證明了雙低劑量IMR可以進(jìn)一步降低噪聲，圖像質(zhì)量滿足診斷需求的同時(shí)，輻射劑量降低41%，對(duì)比劑負(fù)荷降低25%。此外，有研究顯示低劑量80 kV下IMR重建計(jì)算的頭頸部血管的SNR、CNR顯著高于120 kV下FBP重建圖像，滿足診斷需求且輻射劑量較后者降低78%[9-10]。

2.2 在心血管方面的應(yīng)用進(jìn)展

2.2.1 冠脈鈣化評(píng)分定量的應(yīng)用進(jìn)展

IMR技術(shù)是否會(huì)對(duì)冠狀動(dòng)脈鈣化評(píng)分（Coronary Artery Calcification Score，CACS）產(chǎn)生影響，文獻(xiàn)結(jié)論尚不一致[11-13]。一些文獻(xiàn)顯示，IMR使冠脈鈣化積分減小，降低了圖像噪聲及嚴(yán)重鈣化斑塊邊緣的光暈偽影，可能低估危險(xiǎn)度分層[12-13]，因此應(yīng)謹(jǐn)慎應(yīng)用。譚晶等[14]通過對(duì)心臟鈣化模體不同級(jí)別低劑量掃描IMR重建與常規(guī)劑量掃描FBP重建后鈣化積分及圖像質(zhì)量的比較，發(fā)現(xiàn)了IMR可在輻射劑量降低62.41%時(shí)保持CACS定量的穩(wěn)定。Den Harder等[11,15]通過對(duì)冠狀動(dòng)脈鈣化患者的FBP、iDOSE4（levels 1，4和7）和IMR（levels 1，2和3）重建后圖像比較分析顯示IMR在降低管電流水平時(shí)，冠脈鈣化分?jǐn)?shù)不受輻射劑量降低的影響，輻射劑量可減小82%。上述研究結(jié)果的差異，考慮可能與各研究采用的掃描條件及入組患者的鈣化嚴(yán)重程度相關(guān)。

2.2.2 冠脈CTA中的應(yīng)用進(jìn)展

IMR在提高冠脈CTA圖像質(zhì)量方面更有優(yōu)勢(shì)。Károlyi等[16]對(duì)52名懷疑冠脈血管病變的患者行常規(guī)劑量120 kV冠脈CTA檢查的研究結(jié)果顯示：IMR重建的冠脈圖像噪聲顯著低于iDOSE4、FBP；CNR顯著高于iDOSE4、FBP；值得注意的是IMR重建會(huì)減小所有斑塊的體積（P＜0.01），而對(duì)冠脈管腔容積的顯示與FBP及iDOSE4無顯著差異。Halpern等[17]、Yuki等[18]將 CCTA 圖像分別進(jìn)行 FBP、iDOSE4及IMR重建處理后進(jìn)行噪聲比較，結(jié)果表明3種重建得到的CT值無顯著差異，IMR圖像噪聲最小，圖像質(zhì)量最佳，iDOSE4次之，F(xiàn)BP最差，可見，IMR相比于早期的FBP甚至iDOSE4，在保證圖像質(zhì)量方面更有優(yōu)勢(shì)。IMR的應(yīng)用使冠脈CTA檢查采用80 kV管電壓成為可能。Zhang等[19]、Cha等[20]的研究證實(shí)，80 kV IMR重建的冠脈SNR、CNR及圖像質(zhì)量均高于相同劑量FBP及iDOSE4組，與100 kV iDOSE4相比，其輻射劑量減低更顯著且圖像質(zhì)量更好。

2.3 在胸部的應(yīng)用進(jìn)展

由于天然對(duì)比顯著，胸部是在低劑量CT檢查領(lǐng)域獲益最多的部位。應(yīng)用IMR技術(shù)可在降低圖像噪聲的同時(shí)實(shí)現(xiàn)胸部CT檢查的更低劑量。Den Harder等[21]實(shí)驗(yàn)證實(shí)了常規(guī)劑量IMR算法重建的圖像顯示肺結(jié)節(jié)、腋窩及縱隔淋巴結(jié)能力較FBP、iDOSE4優(yōu)，可以更加清晰地顯示其形態(tài)、邊界，不影響肺部病變的檢出率。Khawaja等[22]、李婷婷等[23]的研究結(jié)果顯示：低劑量IMR組胸部CT圖像噪聲值最低，且SNR及CNR值均較FBP、iDOSE4組升高。Kim等[24-25]研究證明與FBP、iDOSE4相比，IMR重建在不同輻射劑量下均可以降低肺結(jié)節(jié)包括磨玻璃密度結(jié)節(jié)（Ground-Glass Nodules，GGNs）的圖像噪聲，提高SNR、CNR，且結(jié)節(jié)直徑測(cè)量誤差不受輻射劑量影響（80 kV，10 mAs劑量下的3 mm GGNs除外）。然而Den Harder[26]另一研究發(fā)現(xiàn)IMR重建在低輻射劑量（0.6 mSv）下雖不影響診斷肺結(jié)節(jié)的靈敏度，但由于該重建算法導(dǎo)致肺結(jié)節(jié)圖像外觀的改變，降低輻射劑量可能會(huì)導(dǎo)致假陽(yáng)性結(jié)果，因此在應(yīng)用IMR技術(shù)時(shí)降低輻射劑量需謹(jǐn)慎。Azien等[27]將IMR技術(shù)應(yīng)用于肺栓塞的研究中，結(jié)果顯示，與FBP及iDOSE4相比，IMR重建的圖像質(zhì)量最佳，且栓塞主肺動(dòng)脈及節(jié)段動(dòng)脈的充盈缺損顯示更明顯（P＜0.05），主觀評(píng)分最高。

2.4 在腹部的應(yīng)用進(jìn)展

2.4.1 肝膽系統(tǒng)的應(yīng)用進(jìn)展

IMR作為一種新型的IR算法，在圖像處理過程中噪聲會(huì)進(jìn)一步降低，為實(shí)現(xiàn)腹部CT低劑量掃描開辟了新的途徑。Yoon等[28]通過對(duì)各自包含8個(gè)局限病灶的肝臟大、小模體研究中發(fā)現(xiàn)，在超低輻射劑量（分別降低至常規(guī)劑量的25%、15%）條件下，相比于FBP及iDOSE4重建，IMR重建顯示圖像噪聲仍最低，且對(duì)肝臟病變的診斷可行性最好（Kappa=0.829～0.923），然而該模體研究中模擬肝臟病灶大小尺寸是一定的，尚存在局限性。潘丹等[29]的研究中發(fā)現(xiàn)，在降低輻射劑量方面，與FBP比較，IMR技術(shù)結(jié)合不同輻射劑量掃描（A組120 kV，250 mAs和B組80 kV，500 mAs）均可以降低肝臟CT增強(qiáng)掃描圖像噪聲并能提高圖像質(zhì)量，以B組最明顯。膽道系統(tǒng)過于精細(xì)，且病變小，很多影像學(xué)檢查手段漏診率較高，然而劉佩等[30]對(duì)疑似膽總管擴(kuò)張患者的研究證明了低管電壓100 kV IMR重建較常規(guī)管電壓120 kV FBP重建能提高膽道系統(tǒng)的圖像質(zhì)量，其肝實(shí)質(zhì)、膽管內(nèi)及膽管壁、壺腹部的SD值均低于后者，CNR明顯高于后者；且與手術(shù)病理結(jié)果相對(duì)比的一致性最好（Kappa=0.759），說明在有效輻射劑量降低約40.2%條件下，IMR仍有較高的診斷效能。

2.4.2 泌尿系統(tǒng)的應(yīng)用進(jìn)展

Kuo等[31]通過選取膀胱及腎囊腫兩個(gè)囊性結(jié)構(gòu)分別進(jìn)行FBP、iDOSE4及IMR三種重建結(jié)果顯示，IMR重建圖像噪聲最低，SNR最高，然而在泌尿系統(tǒng)實(shí)質(zhì)臟器病變中IMR重建的最適劑量水平尚需進(jìn)一步研究。Choi等[32]在泌尿系結(jié)石的模體實(shí)驗(yàn)研究中證實(shí)了IMR技術(shù)可以在輻射劑量降低84%條件下仍能保證圖像質(zhì)量，在臨床方面，Hur等[33]針對(duì)65例疑似尿石癥患者行不同劑量CT掃描（常規(guī)劑量、低劑量、超低劑量）FBP、iDOSE4及IMR重建的研究結(jié)果表明：同等劑量下，IMR重建的圖像質(zhì)量及對(duì)結(jié)石的顯示結(jié)果最佳，其噪聲最低，診斷可行性最好；當(dāng)輻射劑量較常規(guī)劑量下降76.4%時(shí)，IMR重建在圖像顯示及診斷方面可與常規(guī)劑量相當(dāng)。由此可見，在適當(dāng)劑量條件下，IMR可以提供更好的圖像質(zhì)量及診斷可行性，滿足臨床需求。

2.4.3 腹部及下肢血管成像中的應(yīng)用進(jìn)展

IMR技術(shù)的應(yīng)用有助于改善腹部血管成像的圖像質(zhì)量，并能降低輻射劑量。竇欣等[34]的研究證實(shí)了IMR重建顯示的腎動(dòng)脈圖像質(zhì)量?jī)?yōu)于FBP及iDOSE4組。Uchida[35]收集7例患有腹部疾病的患者行低管電壓100 kV MDCT檢查IMR重建后得到的2D圖像進(jìn)行3D CTA重建和分析結(jié)果顯示：相比于常規(guī)劑量120 kV FBP，低劑量IMR更能清晰顯示腹部大血管形態(tài)及走形、腹腔其他內(nèi)臟動(dòng)脈起源及其細(xì)小分支以及受腫瘤侵襲的靜脈閉塞、側(cè)支循環(huán)等，且在低管電壓水平下減小噪聲，提高圖像質(zhì)量。錢偉亮等[36]對(duì)56例懷疑下肢動(dòng)脈病變的患者研究中證實(shí)了IMR可顯著降低圖像噪聲，提高圖像質(zhì)量，且能滿足診斷需求。但I(xiàn)MR應(yīng)用于雙下肢仍鮮有報(bào)道。

3 總結(jié)

IMR技術(shù)在改善CT圖像質(zhì)量，降低輻射劑量方面具有巨大應(yīng)用價(jià)值。然而，應(yīng)用IMR技術(shù)的最佳低劑量掃描方案的研究尤其是兒童群體的“雙低”掃描方案的優(yōu)化，IMR技術(shù)所需重建時(shí)間長(zhǎng)于FBP和混合迭代重建算法，如何縮短重建運(yùn)算時(shí)間等問題尚需進(jìn)一步解決?？傊?，隨著IMR技術(shù)的進(jìn)一步完善，將來會(huì)有更好的臨床應(yīng)用前景。

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