梁 丹，王 玲，周仁冰，張 曦，劉 洋，戎軍艷，李文儒，朱冬云，WENLI Cai，羅明月△

(1.廣東省廣州市第一人民醫(yī)院放射科 510180;2.中山大學(xué)附屬第六醫(yī)院放射科，廣州 510655；3.新疆維吾爾自治區(qū)喀什地區(qū)第一人民醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像科 844000；4.中國人民解放軍第四軍醫(yī)大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程系，西安 710032；5.哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院麻州總醫(yī)院放射科，麻州波士頓 02114)

免服瀉藥電子清潔腸道雙能量CT結(jié)腸成像很有希望成為篩查結(jié)直腸癌的新技術(shù)[1-4]。國外的研究采用口服非離子型對比劑碘海醇標(biāo)記腸內(nèi)容物，再用雙源雙能量CT進(jìn)行電子清潔[5-11]。離子型對比劑泛影葡胺是中國臨床上的常用藥品，價格較非離子型對比劑低很多，具有價格低廉的優(yōu)勢，更適合中國國情。與雙源雙能量CT相比較，單源序列采集容積掃描雙能量CT的優(yōu)勢是不用改變現(xiàn)有的CT成像系統(tǒng)，設(shè)備上容易實現(xiàn)，而且避免了高低能量之間的能譜重疊[12]。國內(nèi)外目前少有泛影葡胺標(biāo)記腸內(nèi)容物單源序列采集容積掃描雙能量CT結(jié)腸成像電子清潔的研究報道。因此，本實驗將初步研究單源序列采集容積掃描雙能量CT結(jié)腸成像泛影葡胺標(biāo)記腸內(nèi)容物電子清潔的效果，電子清潔應(yīng)用于泛影葡胺標(biāo)記腸內(nèi)容物單源序列采集容積掃描雙能量CT結(jié)腸成像的可行性。

1 資料與方法

1.1一般資料 參加研究的志愿者納入標(biāo)準(zhǔn)：(1)腸內(nèi)容物標(biāo)記效果良好，一段腸腔腸內(nèi)容物泛影葡胺標(biāo)記大于或等于90%；(2)腸腔充氣擴張良好，即一段腸腔充分充氣擴張，腸壁細(xì)薄；(3)運動校正算法體配準(zhǔn)后結(jié)直腸雙能量融合圖像質(zhì)量良好，圖像清晰，沒有偽影。排除標(biāo)準(zhǔn)：(1)一段腸腔腸內(nèi)容物泛影葡胺標(biāo)記小于90%；(2)一段腸腔充氣擴張不充分，腸壁不細(xì)?。?3)運動校正算法體配準(zhǔn)后結(jié)直腸雙能量融合圖像不清晰，有偽影。根據(jù)上述納入、排除標(biāo)準(zhǔn)，24例志愿者進(jìn)入本項研究，其中女15例，男9例，年齡32～77歲。研究方案得到所有志愿者的知情同意，而且獲得醫(yī)學(xué)倫理委員會批準(zhǔn)。

1.2方法

1.2.1單源序列采集雙能量CT容積掃描 采用Acquilion ONE 320排容積CT機(Toshiba Medical System，Tochiki-ken，Japan)，志愿者仰臥位，掃描時屏住呼吸。Wide-volume容積掃描，層厚0.5 mm，球管電壓分別為135 kVp/80 kVp，球管電流自適應(yīng)球管電壓的變化(Sure Exposure 3D Low Dose)，AIDR3D STD重建算法。

1.2.2獲取結(jié)直腸雙能量融合圖像 在圖像后處理工作站(Vitrea，Toshiba Medical System，Tochiki-ken，Japan)分別對135 kVp/80 kVp的圖像進(jìn)行運動校正體配準(zhǔn)，獲得校準(zhǔn)后的135 kVp/80 kVp圖像。再對校準(zhǔn)后的135 kVp/80 kVp圖像進(jìn)行線性融合，得到校準(zhǔn)后的結(jié)直腸雙能量融合圖像。

1.2.3腸內(nèi)容物雙能量電子清潔 在校準(zhǔn)后的結(jié)直腸雙能量融合圖像上，基于泛影葡胺標(biāo)記的腸內(nèi)容物、軟組織和空氣3種物質(zhì)分離，進(jìn)行腸內(nèi)容物雙能量電子清潔，電子減影泛影葡胺標(biāo)記的腸內(nèi)容物，包括以下6個步驟[6-9,13]：(1)初始分割結(jié)直腸；(2)分離泛影葡胺標(biāo)記的腸內(nèi)容物、軟組織和空氣3種物質(zhì)；(3)采用雙能量指數(shù)值，虛擬標(biāo)記結(jié)直腸；(4)在虛擬標(biāo)記圖像中計算Hessian響應(yīng)域，表征并增強皺襞樣和息肉樣的結(jié)構(gòu)；(5)基于水平集方法，分割虛擬標(biāo)記的區(qū)域；(6)用空氣替換步驟5中分割的標(biāo)記區(qū)域，重建在標(biāo)記區(qū)域中淹沒的結(jié)直腸壁，電子減影清潔標(biāo)記的區(qū)域。

1.2.4腸內(nèi)容物雙能量電子清潔效果評價 結(jié)直腸按照解剖部位分為6個腸段，包括盲腸、升結(jié)腸、橫結(jié)腸、降結(jié)腸、乙狀結(jié)腸及直腸。兩位富有經(jīng)驗的放射科醫(yī)生采用盲法逐個腸段評價腸內(nèi)容物的雙能量電子清潔效果。如果兩位的評價有分歧，則與另1位更富經(jīng)驗的放射科醫(yī)生共同討論后達(dá)成一致，以兩位的一致性意見為評價結(jié)果。

以一段腸腔腸內(nèi)容物100%被清潔為基準(zhǔn)，電子清潔效果分為5個等級。1級，效果很好，一段腸腔被清潔的腸內(nèi)容物達(dá)100%，腸壁內(nèi)緣光滑，沒有電子清潔過程中產(chǎn)生的圖像偽影；2級，效果好，一段腸腔被清潔的腸內(nèi)容物達(dá)100%，腸壁內(nèi)緣欠光滑，但是沒有電子清潔過程中產(chǎn)生的圖像偽影；3級，效果一般，一段腸腔被清潔的腸內(nèi)容物為90%～<100%，腸腔存留微量腸內(nèi)容物和電子清潔過程中產(chǎn)生的圖像偽影，基本不影響觀察；4級，效果差，一段腸腔被清潔的腸內(nèi)容物為75%～<90%，腸腔存留小量腸內(nèi)容物和電子清潔過程中產(chǎn)生的圖像偽影，影響觀察；5級，效果很差，一段腸腔被清潔的腸內(nèi)容物小于75%，腸腔存留大量腸內(nèi)容物和電子清潔過程中產(chǎn)生的圖像偽影，嚴(yán)重影響觀察。1～3級效果為有效電子清潔，4、5級效果為無效電子清潔。

1.3統(tǒng)計學(xué)處理 采用SPSS20.0進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計及分析。采用兩樣本率比較的u檢驗，統(tǒng)計分析固體為主的腸內(nèi)容物、液體為主的腸內(nèi)容物的有效電子清潔，以P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。統(tǒng)計分析兩者合計總的腸內(nèi)容物的有效電子清潔。

2 結(jié) 果

腸內(nèi)容物的電子清潔效果見表1，固體為主腸內(nèi)容物的電子清潔效果1、2、3、4、5級分別為22.2%、53.3%、17.8%、6.7%、0%，液體為主腸內(nèi)容物的電子清潔效果1、2、3、4、5級分別為47.5%、47.5%、5.0%、0%、0%。固體為主的腸內(nèi)容物、液體為主的腸內(nèi)容物的有效電子清潔分別為93.3%、100.0%，兩者比較差異有統(tǒng)計學(xué)意義(u=2.599 1，P<0.01)，液體為主的腸內(nèi)容物的電子清潔效果好于固體為主的腸內(nèi)容物。兩者合計總的腸內(nèi)容物的有效電子清潔為97.9%，電子清潔的效果良好，2.1%腸段存留小量固體為主的腸內(nèi)容物和電子清潔過程中產(chǎn)生的圖像偽影，見圖1、2。

表1 腸內(nèi)容物的電子清潔效果[腸段數(shù)，n(%)]

A：運動校正體配準(zhǔn)后135 kVp圖像；B：運動校正體配準(zhǔn)后80 kVp圖像； C：運動校正體配準(zhǔn)后135 kVp與80 kVp線性融合雙能量圖像；D：電子清潔后，泛影葡胺標(biāo)記的固體為主的腸內(nèi)容物100%被清潔，腸壁內(nèi)緣光滑

3 討 論

腸內(nèi)容物電子清潔利用圖像處理技術(shù)將標(biāo)記的腸內(nèi)容物從CT結(jié)腸成像的圖像里進(jìn)行識別、分割和清潔，留下未被標(biāo)記的結(jié)直腸皺襞、息肉等病變，達(dá)到仿真腸道清潔的效果，從而簡化腸道準(zhǔn)備，提高CT結(jié)腸成像篩查結(jié)直腸癌的依從度。但是在電子清潔過程中容易產(chǎn)生圖像偽影，即產(chǎn)生與被清潔組織結(jié)構(gòu)無關(guān)的異常影像，從而降低圖像質(zhì)量，影響對病變的分析和篩查。

Acquilion ONE 320排單源序列采集雙能量CT目前的研究主要包括尿路結(jié)石測定、減少去除骨骼金屬偽影、虛擬單能譜成像、晶體性關(guān)節(jié)病和痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎檢測等[12,14-19]。本試驗采用Acquilion ONE 320排單源序列采集容積掃描雙能量CT結(jié)腸成像進(jìn)行泛影葡胺標(biāo)記腸內(nèi)容物電子清潔的研究。在前期泛影葡胺標(biāo)記腸內(nèi)容物和部分自動個體化充氣擴張結(jié)直腸的工作基礎(chǔ)上[20-21]，在運動校正體配準(zhǔn)后的結(jié)直腸雙能量融合圖像上分離泛影葡胺標(biāo)記的腸內(nèi)容物、軟組織和空氣3種物質(zhì)，采用6步法進(jìn)行腸內(nèi)容物雙能量電子清潔，電子減影泛影葡胺標(biāo)記的腸內(nèi)容物。24例志愿者的初步試驗研究提示，固體為主的腸內(nèi)容物，液體為主的腸內(nèi)容物的有效電子清潔分別為93.3%、100.0%，液體為主的腸內(nèi)容物的電子清潔效果好于固體為主的腸內(nèi)容物，兩者合計總的腸內(nèi)容物的有效電子清潔為97.9%，電子清潔的效果良好。國內(nèi)外雖然有口服碘海醇標(biāo)記腸內(nèi)容物，再用雙源雙能量CT進(jìn)行電子清潔的研究[5-11]，但是迄今還沒有口服碘海醇或泛影葡胺標(biāo)記腸內(nèi)容物，再研究雙源或單源雙能量CT結(jié)腸成像電子清潔效果的報道。本試驗是國內(nèi)外首次在標(biāo)記腸內(nèi)容物的基礎(chǔ)上研究雙能量CT結(jié)腸成像電子清潔效果的報道。

CAI等[9]使用Siemens公司SOMATON Definition雙源雙能量CT進(jìn)行豬結(jié)腸實驗?zāi)Ｐ秃?3例臨床病例研究，病例掃描檢查前24 h低纖維低殘渣飲食，口服碘濃度為300 mg/mL的非離子型對比劑碘海醇50 mL標(biāo)記腸內(nèi)容物；球管電壓分別為140 kVp/80 kVp，自動電流劑量控制模塊(CARE Dose 4D)，軟組織重建函數(shù)核B30f。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)雙能量CT結(jié)腸成像仿真結(jié)腸標(biāo)記提供了一個去除空氣標(biāo)記物復(fù)合體和標(biāo)記不均勻而導(dǎo)致的電子清潔偽影的有效方法；電子清潔能夠有效區(qū)分軟組織和空氣標(biāo)記物復(fù)合體，為腸內(nèi)容物標(biāo)記CT結(jié)腸成像提供在沒有圖像偽影的情況下顯示結(jié)直腸腸腔。在此基礎(chǔ)上，CAI等[8]使用Siemens公司SOMATON Definition Flash雙源雙能量CT進(jìn)一步進(jìn)行擬人的結(jié)腸模型和22例臨床病例研究，發(fā)現(xiàn)結(jié)腸腔內(nèi)氣體的雙能量指數(shù)明顯高于軟組織的雙能量指數(shù)，基于雙能量指數(shù)的電子清潔有可能大幅度減少電子清潔過程中產(chǎn)生的圖像偽影，從而改善腸內(nèi)容物標(biāo)記CT結(jié)腸成像電子清潔的圖像質(zhì)量。2015年CAI等[6]再利用擬人的結(jié)腸模型和臨床癥狀提示結(jié)直腸癌、需要接受全結(jié)直腸檢查的21例門診病例進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)仿真結(jié)腸標(biāo)記雙能量電子清潔提供了一個減少電子清潔偽影非常有前途的解決方案，有可能實現(xiàn)在沒有圖像偽影的情況下顯示結(jié)直腸腸腔。TACHIBANA等[5]使用Siemens公司SOMATON Definition Flash雙源雙能量CT進(jìn)行7例臨床病例初步研究，結(jié)果提示多物質(zhì)電子清潔方法有效減少了CT結(jié)腸成像因為電子清潔減影而形成的圖像偽影，機器學(xué)習(xí)的使用免除了需要根據(jù)不同的病例進(jìn)行參數(shù)調(diào)整，從而促進(jìn)電子清潔在CT結(jié)腸成像檢查上的大規(guī)模應(yīng)用。

本試驗初步研究單源序列采集容積掃描雙能量CT結(jié)腸成像泛影葡胺標(biāo)記腸內(nèi)容物電子清潔的效果，難免會有下列3點局限性。(1)24例志愿者，研究樣本量較小。(2)研究對象為沒有影響胃腸道運動功能病史的志愿者，沒有體現(xiàn)單源序列采集雙能量CT結(jié)腸成像泛影葡胺標(biāo)記腸內(nèi)容物對篩查結(jié)直腸癌人群的電子清潔效果。(3)腸內(nèi)容物的有效電子清潔為97.9%，沒有達(dá)到臨床應(yīng)用需要的100.0%，還有2.1%的腸段存留小量固體為主的內(nèi)容物和電子清潔過程中產(chǎn)生的圖像偽影，電子清潔效果欠佳。上述局限性需要在今后的工作中通過增加研究樣本量、以接受雙能量CT結(jié)腸成像篩查結(jié)直腸癌的人群為研究對象、提高基于3種物質(zhì)分離的電子清潔效果去進(jìn)一步研究完善。

綜上所述，本試驗研究的結(jié)果提示單源序列采集容積掃描雙能量CT結(jié)腸成像泛影葡胺標(biāo)記腸內(nèi)容物的有效電子清潔為97.9%，電子清潔的效果良好，電子清潔可以應(yīng)用于泛影葡胺標(biāo)記腸內(nèi)容物單源序列采集容積掃描雙能量CT結(jié)腸成像。

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