田志輝孫夢月王 琦時高峰*曹彥坤

作者單位：1河北醫(yī)科大學第四醫(yī)院CT/MR室　2河北醫(yī)科大學第四醫(yī)院放療科

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SAFIRE迭代重建對腎囊腫假性強化影響的實驗研究

田志輝1孫夢月1王 琦1時高峰1*曹彥坤2

作者單位：1河北醫(yī)科大學第四醫(yī)院CT/MR室2河北醫(yī)科大學第四醫(yī)院放療科

【摘要】目的：采用實驗模型評價SAFIRE迭代重建技術對腎囊腫假性強化現象的影響。方法：使用10%葡萄糖液及一定濃度的含碘溶液，分別模擬平掃、中等強化及最大強化程度腎實質背景濃度。將含有純水的試管（模擬直徑為0．6、1．0和1．5cm 的“囊腫”）置于不同濃度環(huán)境的腎實質內。MDCT行腹部常規(guī)掃描模式，管電壓120kV，管電流178mAs。圖像采用迭代重建法（SAFIRE）與濾波反投影法（FBP）分別重建。測量不同濃度背景下試管內純水的CT值，以超過 10HU為判斷是否存在囊腫假性強化的臨界值。對比研究兩種重建技術對腎囊腫假性強化的影響。結果：FBP重建后模擬腎囊腫測得的CT值范圍是-3．5～17．4HU。高濃度背景下不同直徑的囊腫均出現了CT值大于10HU的情況，尤其在240HU背景濃度下，假性強化明顯，且假性強化率達75%。結果顯示隨著背景濃度的提高，直徑越小，假性強化值越大。利用迭代重建后，圖像噪聲下降了33%。假性強化的發(fā)生率與常規(guī)重建方法相比，沒有統(tǒng)計學差異（P＞0．05）。結論：迭代重建算法可以提高腎囊腫實驗模型的圖像質量，圖像噪聲明顯減低；但對消除假性強化無作用。

【關鍵詞】迭代重建算法；腎臟囊腫；假性強化；圖像噪聲

中國醫(yī)學計算機成像雜志，2016，22：79-82

Chin Comput Med Imag，2016，22：79-82

1 Department of CT, the Forth Hospital of Hebei Medical University

2 Department of Radiation Oncology, the Forth Hospital of Hebei Medical University

Address: No.12 Jiankang Road ,Shijiazhuang05011,P.R.C.

Address Correspondence to SHI Gao-feng （ E-mail: gaofengs62@sina. com）

在腎臟CT多期增強掃描中，有時會出現腎囊腫“偽強化”的現象。它是指在CT增強掃描后部分腎囊腫的CT值會一定程度的增加，如果CT值增加的幅度超過10HU時，這就為判斷這一病變是否有血液供應帶來一定疑問［1］。產生這一現象原因是多方面的，一般認為射線束硬化效應是主要因素，另外還有部分容積效應、電壓、電流、重建層厚、算法等［1-2］。這一現象的出現為腎臟囊性病變的CT診斷提出挑戰(zhàn)。如何消除這一現象是一個值得研究的課題。在我們已進行的研究中MSCT機重建算法對腎囊腫假性強化現象有較顯著的影響［3］。選擇B值較小、圖像銳利度較低的重建算法可以降低囊腫假性強化的發(fā)生率。近年來隨著迭代重建技術逐漸應用于MSCT重建，其降低圖像噪聲，提高圖像質量的作用得到廣泛的認可［4-5］。目前的研究表明CT迭代算法能夠降低噪聲、減少偽影以及提高圖像的空間分辨率［6］。新的圖像重建技術能否影響CT值的計算，能否消除CT圖像硬化效應所致的囊腫假性強化現象是我們感興趣的問題。本部分的目的在于通過SAFIRE迭代重建算法，檢測其在模擬腎囊腫背景條件下對圖像質量及囊腫假性強化的影響。

方 法

1．體模的設計

腎囊腫假性強化的研究使用長徑約100cm、直徑31．5cm的圓筒作為模擬人體的水模，其內裝滿水。直徑為7．0cm×16cm的塑料水杯模擬腎臟，3只直徑×長徑1．5cm×8．5cm、1．0cm×5cm以及0．6cm×3．2cm的塑料試管內裝滿蒸餾水模擬單純性腎囊腫，水杯內先后裝滿10%葡萄糖液及一定濃度的含碘溶液，分別模擬平掃（30HU）、中等強化（90HU、125HU、180HU）及最大強化程度（240HU）的CT值。為防止掃描中可能出現位置移動，妥善固定水杯后放入體模內的一側。含碘劑的容器放入體模中心的底部，模擬脊柱。三只試管均沒有產生偽影的物質。將試管完全封閉并排空氣體，阻止模型內含碘溶液及氣體的進出。

2．掃描方法

采用SIEMENS SOMATOM Definition Flash CT機。校機后使用腹部掃描模式。管電壓120KV，管電流178mAs，CTDIvol=12．03mGy。FOV設置為300mm，準直器寬度為0．6mm，旋轉時間0．5s，pitch=0．55，Acq=128×0．6mm。采用常規(guī)濾波反投影法（filtered back projection， FBP）和迭代重建（SAFIRE） 第3濾波強度兩種重建算法，重建層厚設置為1mm。

3．數據搜集和分析

將常規(guī)掃描圖像傳入Viewing中，每一個“腎囊腫”CT值的獲得均采用圓形興趣區(qū)（region of interest，ROI），每一個“囊腫”在相鄰三個層面分別畫一個相同大小和位置的ROI，所有ROI均沿著囊腫的邊緣畫，同時記錄獲得的CT值。取其平均值作為該囊腫的CT值，并記錄。

囊腫的CT值定義為±10HU。囊腫無強化被定義為：①在任何背景濃度下囊腫的CT值均小于10HU。②與模擬平掃時相比，囊腫在其他背景濃度下，CT值的增幅均≤10HU。超過這兩項標準則被定義為有假性強化的現象發(fā)生。

4． 統(tǒng)計學分析

記錄不同條件下囊腫CT值的變化，判定囊腫是否有假性強化。利用SPSS13．0統(tǒng)計軟件包，采用配對t檢驗的方法，比較迭代重建圖像囊腫CT值與FBP重建圖像的差異。認為P＜0．05為差異有統(tǒng)計學意義。

結 果

兩種重建算法均出現假性強化現象。如表1顯示了各個背景濃度下囊腫的平均CT值，模擬腎囊腫于FBP重建圖像測得的CT值范圍是-2．3～22．8HU；迭代重建圖像測得的CT值范圍是-3．5～17．4HU。不同直徑的囊腫均出現了CT值大于10HU的情況，尤其在240HU背景濃度下，假性強化明顯，且假性強化率達75%，表明隨著背景濃度的提高，直徑越小，假性強化值越大。兩種重建算法囊腫最大差值均出現在240HU背景下直徑為6mm囊腫，分別為17．4HU 和22．8HU。FBP重建與迭代重建組比較囊腫CT值無統(tǒng)計學差異（t=1．94， P=0．073）。迭代重建與常規(guī)FBP重建技術相比圖像噪聲由平均24．3HU降低至16．4HU；下降了32．51%?？傮w看來，不同背景濃度其噪聲下降的程度沒有顯著的規(guī)律。

圖1 兩種重建算法1mm層厚腎囊腫模型CT掃描圖。模擬腎臟強化的背景為180HU，右圖SAFIRE重建算法圖像噪聲為17．8HU，低于左圖FBP重建算法（26．3HU），最小直徑的囊腫在FBP重建算法條件下出現假性強化現象（CT值為14．5HU）。

表1 FBP及SAFIRE兩種重建算法“腎囊腫”在不同濃度背景下的CT值

討 論

濾波反投影（FBP）重建技術是目前大多數CT機圖像重建最常用的方法，濾波反投影算法受X線光子波動的影響較大，重建的圖像噪聲較高［7］。對于體型較大的患者，掃描腎臟和肝臟這種缺乏對比的組織，如果不提高掃描劑量就可能面對噪聲增加，圖像質量下降這些問題，進而影響CT值測量的準確性。本研究使用直徑達31．5cm的水模模擬人體就是為了檢測大體積受檢者可能出現更顯著CT值測量的差異。

本研究顯示SAFIRE和FBP兩種算法比較興趣區(qū)的圖像噪聲下降了32．51%，證實迭代重建技術可以提高圖像質量。但是使用迭代重建技術后，研究中試管內的CT值在高濃度的背景下仍然出現假性強化現象，表明迭代算法不會消除假性強化現象。與FBP重建算法相比，部分囊腫的假性強化值稍減低，但是無顯著規(guī)律和統(tǒng)計學意義。從表1中可以看到背景濃度為240HU時出現假性強化的概率明顯增加，而背景濃度在180HU及以下時SAFIRE重建算法不會出現假性強化的現象。FBP重建算法在180HU背景濃度下直徑6mm的模擬囊腫的CT值達14．5HU，出現假性強化現象（圖1）。該算法出現假性強化現象的概率略高于迭代重建。

囊腫假性強化這一現象早已被眾多學者所認識，但是如何消除其產生，方法較少。Mileto等［8］使用雙能CT能譜成像技術消除腎囊腫假性強化現象，在單能譜成像80keV以上時取得較為理想的研究結果。但是該技術只適用于雙能CT，且必須行雙能模式掃描后再使用能譜成像才能實現消除這一現象的目的，其臨床應用的廣泛性受到制約。

本研究尚有一些不足之處，首先，我們只研究了腹部常規(guī)掃描使用的掃描條件，增加輻射劑量后（例如140kV或更高的管電流）是否可以減少這一現象是我們下一步的研究方向之一。其次，腎囊腫在人體真實情況下假性強化的發(fā)生與輻射劑量及迭代重建算法的關系有待進一步研究。

總之，迭代重建技術可以顯著減少噪聲，使囊腫的CT值更接近于真實。但是在較大的背景濃度下，該技術不能真正消除假性強化現象的發(fā)生。

參 考 文 獻

［1］Gokan T, Ohgiya Y, Munechika H, et al. Renal cyst pseudo enhancement with beam hardening effect on CT attenuation. Radiat Med, 2002, 20: 187-190.

［2］Wang ZJ, Coakley FV, Yanjun F，et al. Renal cyst pseudoenhancement at multidetector CT: what are the effects of number of detectors and peak tube voltage? Radiology, 2008, 248: 910-916.田志輝,王 琦.不同算法與腎強化程度對腎囊腫假性強化的影

［3］響.放射學實踐, 2012, 27: 552-555.路秀良, 曾蒙蘇. 迭代重建算法在CT中的應用.中國醫(yī)療設備,

［4］2012, 27: 128-131.趙英明,鄧克學, 韋 煒, 等. 迭代算法對腹部CT圖像影響

［5］及降低劑量的研究. 中國醫(yī)學計算機成像雜志, 2014, 20: 407-411.

［6］李志明, 章士正. 遵循綜合評估輻射風險、醫(yī)療安全與使患者獲益的放射檢查原則. 中華放射學雜志, 2013, 47: 379-381.

［7］王海燕, 昝志生，趙 斌，等. SAFIRE與FBP重建法對CT圖像噪聲及掃描劑量影響的比較研究. 醫(yī)學影像雜志,2013, 23: 473-476.

［8］Mileto A, Nelson RC, Samei E,et al. Dual-energy multi-detector row CT with virtual monochromatic imaging on renal cyst pseudoenhancement: in vitro and in vivo study. Radiology, 2014, 272:767-776.

Influence of Iterative Reconstruction Algorithm on Image Quality and Pseudo-enhancement of Renal Cyst

TIAN Zhi-hui1, SUN Meng-yue1, WANG Qi1, SHI Gao-feng1*, CAO Yan-kun2

【Abstract】Purpose: To assess the impact on the image quality and pseudo-enhancement of renal cyst by iterative reconstruction algorithm. Methods: 10% glucose and iodine solution with a certain concentration was used to simulate the renal parenchymal background concentration in plain scan, moderate enhancement and maximum enhancement respectively. And tubes in different diameters with pure water were stimulated the renal cyst. The simulated renal cyst model was scanned by routine abdominal scan mode on SOMATOM Definition Flash CT. The protocol of 120KV, 178mAs was used, and the images were reconstructed by SAFIRE and FBP. The pseudo-enhancement degree and the difference of noise before and after adding SAFIRE were analyzed. Result: The CT value range of the simulated renal cyst was -3.5HU - 17.4HU. Under the background of 240HU, the ratio of pseudo enhancement was 75%. And when the CT value background was higher, and the cyst diameter was smaller, the pseudo enhancement degree was bigger. The biggest difference was 20.9HU in 240HU background when the cyst was 6cm in diameter. The pseudo enhancement was with no statistical significant difference between the images before and after SAFIRE was added. SAFIRE did notbook=85,ebook=85affect the levels of pseudo-enhancement. However, SAFIRE reduced the noise significantly, the most obvious was 33%. Conclusion: SAFIRE can improve image quality significantly, but has no effect on the pseudo enhancement.

【Key words】Iterative reconstruction algorithm; Renal cyst; Pseudo-enhancement; Noise

收稿時間:（2015.03.26;修回時間：2015.08.25）

通信作者：時高峰（電子郵箱: gaofengs62@sina.com）

通信地址：河北省石家莊市健康路12號,石家莊市 050011

中圖分類號：R814.42

文獻標志碼：A

文章編號：1006-5741（2016）-01-0079-04