安子晨 肖喜剛 張金玲 呂亞會(huì) 李茂桐

[摘要] 全模型迭代重建（IMR）技術(shù)作為一種新型的迭代重建算法，與傳統(tǒng)濾波反投影法及混合迭代算法比較，在降低噪聲、提高圖像質(zhì)量效果方面表現(xiàn)更為出色。IMR技術(shù)的使用可以在降低輻射劑量的同時(shí)，又能確保圖像的質(zhì)量并能夠良好的完成診斷。本文就IMR技術(shù)在各部位CT血管成像中的臨床應(yīng)用進(jìn)展進(jìn)行綜述，并對(duì)做出簡(jiǎn)單預(yù)估，為相關(guān)研究提供參考。

[關(guān)鍵詞] 全模型迭代重建;濾波反投影;體層攝影術(shù)，X線計(jì)算機(jī);CT血管成像

[中圖分類號(hào)] R814.42? ? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A? ? ? ? ? [文章編號(hào)] 1673-7210（2019）07（a）-0058-04

Research progress of iterative model reconstruction in CT angiography

AN Zichen1? ?XIAO Xigang1? ?ZHANG Jinling1? ?LYU Yahui2? ?LI Maotong1

1.Department of Radiology， the First Affiliated Hospital of Harbin Medical University， Heilongjiang Province， Harbin? ?150001， China; 2.Department of Radiology， Harbin Second People′s Hospital， Heilongjiang Province， Harbin? ?150056， China

[Abstract] Iterative model reconstruction （IMR） technology is a new type of iterative reconstruction algorithm. Compared with the traditional filtered back projection and hybrid iterative algorithm， it performs better in reducing noise and improving image quality. Application of IMR reconstruction can reduce the radiation dose and ensure the image quality. In this paper， the clinical application progress of IMR technology in CT angiography of various parts is reviewed， and a simple estimation is made to provide reference for related research.

[Key words] Iterative model reconstruction; Filtered back projection; Tomography; X-ray computed; CT angiography

CT血管成像（CTA）作為一種無(wú)創(chuàng)的影像檢查技術(shù)，擁有掃描時(shí)間短、輻射劑量低、圖像后處理功能強(qiáng)大等優(yōu)勢(shì)，在一定程度上取代了傳統(tǒng)的以導(dǎo)管法為基礎(chǔ)的診斷血管造影，是DSA的良好補(bǔ)充，廣泛應(yīng)用在臨床醫(yī)療中[1]。由于人們對(duì)X線輻射的擔(dān)憂，盡可能地降低檢查過(guò)程中產(chǎn)生的輻射劑量仍然是當(dāng)今CT領(lǐng)域的重要研究方向之一[2]。目前降低CT檢查輻射劑量最為合理的方式是降低管電壓或管電流[3]。迭代重建算法的應(yīng)用為大幅降低輻射劑量的同時(shí)保證圖像質(zhì)量，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，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[4]。本文就IMR其本身的特性及其在全身CT血管成像的應(yīng)用價(jià)值作以綜述。

1 IMR的原理及優(yōu)點(diǎn)

IMR是新推出的基于微平板探測(cè)器和硬件平臺(tái)的非線性全模型迭代重建技術(shù)，其原理是以知識(shí)模型為基礎(chǔ)，在重建過(guò)程中結(jié)合系統(tǒng)模型、幾何模型、解剖模型和噪聲模型的特點(diǎn)，通過(guò)反復(fù)減少掃描模型與所獲得的數(shù)據(jù)之間的差異來(lái)逼近最真、最優(yōu)的圖像顯示[5-7]。IMR不涉及投影域與濾波反投影（FBP）的混合，因此在數(shù)學(xué)上更復(fù)雜和準(zhǔn)確，它包括如下4個(gè)平臺(tái)：解剖幾何形態(tài)學(xué)重建平臺(tái)、以X線衰減特性設(shè)計(jì)的統(tǒng)計(jì)學(xué)模型、強(qiáng)化器官本身固有特性的優(yōu)化功能及以強(qiáng)化目標(biāo)病變特性為臨床目標(biāo)的平臺(tái)，其中前2個(gè)平臺(tái)與iDose4是一致的。目前所有廠商提供的全迭代技術(shù)只有IMR及VEO，但I(xiàn)MR的重建速度要明顯優(yōu)于VEO，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)對(duì)心電、呼吸門控更復(fù)雜數(shù)據(jù)的重建[8-9]。

2 全模型迭代重建（IMR）在全身CTA應(yīng)用的研究進(jìn)展

2.1 頭頸部CTA應(yīng)用的研究進(jìn)展

蔡武等[10]比較了頭頸部IMR技術(shù)與迭代重建算法圖像（iDose4）及濾波反投影重建（FBP）技術(shù)的研究結(jié)果，IMR 絕對(duì)噪聲水平最低;與FBP比較，IMR 噪聲降低達(dá)69.6%，實(shí)現(xiàn)了最大的相對(duì)降噪百分比（SD%），并證明了對(duì)血管狹窄與閉塞的符合率與臨床實(shí)際數(shù)據(jù)近乎相同。Niesten等[11]研究顯示，與其他重建方法相比，IMR技術(shù)可以在顯示W(wǎng)illis環(huán)和頸動(dòng)脈分叉處的血管對(duì)比均有顯著性差異（P < 0.01）。不同重建方法對(duì)狹窄程度的估計(jì)雖無(wú)顯著性差異，但就頸動(dòng)脈自動(dòng)去骨后的血管整體性而言，IMR優(yōu)于其他重建方式，而且使得計(jì)算機(jī)自動(dòng)血管分析更為完整。

Cheng等[6]研究了IMR在兒童的頭頸部CTA中的應(yīng)用，其結(jié)果表明，在兒童頭頸部CTA中應(yīng)用IMR技術(shù)可以在顯著降低輻射劑量的同時(shí)保證良好的圖像質(zhì)量和良好的血管輪廓，為小血管的微小病變提供一個(gè)很好的解決方案，同時(shí)能避免在檢查過(guò)程中給兒童帶來(lái)的潛在風(fēng)險(xiǎn)。王君玲等[12]研究發(fā)現(xiàn)采用低kV、低mAs、低流速與低對(duì)比劑劑量掃描聯(lián)合IMR重建技術(shù)，造影劑的用量及輻射劑量分別降低了約50%;圖像CNR增加了約50%，同時(shí)減少了肩部及上腔靜脈所產(chǎn)生的偽影。

2.2 冠狀動(dòng)脈CTA應(yīng)用的研究進(jìn)展

CCTA已經(jīng)成為對(duì)冠狀動(dòng)脈成像的首選無(wú)創(chuàng)檢查方法。Hu等[13]研究表明，在80 kV管電壓下使用IMR，與iDose 4和FBP比較，圖像噪聲顯著降低，分別減少了66.2%和57.5%，IMR整體圖像質(zhì)量為放射學(xué)家所接受，且與120 kV管電壓比較，使用80 kV管電壓可使輻射劑量減少80%;而且使用80 kV管電壓結(jié)合IMR技術(shù)可使心臟CTA所使用的造影劑減少50%，冠狀動(dòng)脈中、遠(yuǎn)端的節(jié)段積分、圖像噪聲、條紋偽影和整體的圖像質(zhì)量均顯著高于iDose4和FBP圖像。Park等[14]對(duì)24例非肥胖患者IMR技術(shù)聯(lián)合前瞻性心電門控的回顧性研究，研究表明受試患者CCTA的平均輻射劑量為（0.89±0.09）mSv，且IMR的衰減值與其他重建方法無(wú)顯著性差異，圖像噪聲明顯低于IR和FBP，與FBP比較，IMR的降噪率為69%。IMR組CCTA的SNR和CNR顯著高于FBP或IR組。這與Hu等[13]研究結(jié)果趨同。而且Park等[14]的研究還提出，與回顧性心電圖門控技術(shù)比較，IMR技術(shù)結(jié)合前瞻性心電圖門控將輻射劑量降低了70%～90%，但這需要心率必須低而有規(guī)律才能使這項(xiàng)技術(shù)成功。

Oda等[15]研究表明，IMR技術(shù)下的平均圖像噪聲及CNR明顯優(yōu)于混合迭代重建及FBP技術(shù)，且在低管電壓下，IMR顯著地提高了圖像質(zhì)量，特別是有助于提高遠(yuǎn)端血管的顯示效果。Halpern等[16]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，使之能更好地鑒別冠狀動(dòng)脈鈣化斑塊與非鈣化斑塊，提高了診斷冠狀動(dòng)脈狹窄的準(zhǔn)確性。

2.3 胸、腹部大血管CTA應(yīng)用的研究進(jìn)展

Laqmani等[17]研究指出，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)可以減少縱隔和頭臂靜脈、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。Hou等[18]研究表明，在胸腹主動(dòng)脈CTA中，與傳統(tǒng)方法相比，采用IMR算法在80 kV管電壓下進(jìn)行掃描，在保證圖像質(zhì)量的同時(shí)，可使對(duì)比劑劑量、對(duì)比劑注入率和所產(chǎn)生輻射劑量分別減少60.0%、52.0%和77.6%，可對(duì)胸主動(dòng)脈腔內(nèi)修復(fù)術(shù)修復(fù)后的患者進(jìn)行重復(fù)隨訪，盡管大量減少了對(duì)比劑的劑量和注射速率，但是CTA檢查仍能清楚地顯示所有評(píng)估的解剖結(jié)構(gòu)。

Qin等[19]的研究表明，采用IMR算法重建的腎動(dòng)脈CTA比FBP圖像提供了更好的圖像質(zhì)量，而且相較于常規(guī)的掃描方案，較低的管電壓聯(lián)合 IMR重建算法是腎動(dòng)脈CTA的更適合的減少輻射劑量掃描方式，其在確定血管強(qiáng)化和狹窄方面有很大幫助，Murphy等[20]的研究也支持這一結(jié)果。Nakamoto等[21]研究結(jié)果表明，即使在12.5%劑量下，也能產(chǎn)生比較客觀真實(shí)的圖像，并能與FBP圖像進(jìn)行比較。

2.4 四肢血管CTA應(yīng)用的研究進(jìn)展

劉彬等[22]研究證實(shí)，80 kV管電壓掃描聯(lián)合IMR重建技術(shù)應(yīng)用在下肢動(dòng)脈CTA 中，可以降低約64%輻射劑量的同時(shí)減少25%碘負(fù)荷，并且圖像滿足閱片要求。這與錢偉亮等[23]的研究結(jié)果基本一致。Oda等[24]研究結(jié)果表明，使用小焦點(diǎn)成像（SFS）聯(lián)合IMR技術(shù)的CTA獲得了更好的圖像質(zhì)量，尤其是在下肢動(dòng)脈疾病患者的下肢小血管方面包括側(cè)支動(dòng)脈，這對(duì)于制訂有效的治療策略是很重要的。然而關(guān)于IMR在雙上肢的應(yīng)用方面仍鮮有報(bào)道，但綜合各方面的研究來(lái)看，IMR應(yīng)用于雙上肢CTA檢查能夠在降低偽影及輻射劑量上具有較高的研究?jī)r(jià)值。

2.5 其他應(yīng)用的研究進(jìn)展

除了在血管CTA成像上，IMR還在其他檢查方面有著廣泛的應(yīng)用與研究，Li等[25]研究表明，在腦CT灌注成像（CTP）中，在極低的70 kV條件下進(jìn)行掃描時(shí)，可以依靠碘的衰減性增加部分抵消更大的圖像噪聲，如果能聯(lián)合IMR技術(shù)，就能獲得較為優(yōu)良的圖像。張?jiān)频萚26]研究表明，低劑量（80 kV，30 mAs）聯(lián)合IMR的腦CTP與常規(guī)掃描比較，SD值降低明顯，SNR及CNR提高，主觀灌注圖像評(píng)分相同，完全可以常規(guī)應(yīng)用于臨床中，且在極低劑量（80 kV，10 mAs）條件下，輻射劑量與低劑量組比較，降低了63.3%，圖像質(zhì)量與低劑量組近乎相同。黎佩君等[27]研究也得到了較為相似的結(jié)果，并且其研究還表明利用腦CTP數(shù)據(jù)可以重組PCTA，其圖像質(zhì)量仍能到達(dá)診斷要求。

Uchida等[28]研究表明，相較于常規(guī)劑量掃描，低劑量聯(lián)合IMR條件下除了能更清晰顯示大血管、臟器血管的起源、走形及形態(tài)，還可以更為清晰地顯示細(xì)小分支血管結(jié)構(gòu)以及受侵襲、閉塞或是側(cè)支循環(huán)等情況。周丹靜等[29]研究表明聯(lián)合IMR技術(shù)，低劑量胸部雙期增強(qiáng)掃描可在低對(duì)比劑用量的條件下取得滿意的圖像質(zhì)量和血管顯示優(yōu)良率，可用于肺部病灶血供分析，值得進(jìn)一步研究與推廣。Park等[30]使用與FBP和iDose4相同的數(shù)據(jù)集，IMR算法獲得了較好的圖像質(zhì)量和腫瘤明顯度，且具有較好的降噪效果。IMR有望成為一種有效的減少劑量的工具，而不降低肝細(xì)胞癌的圖像質(zhì)量和對(duì)比噪聲比，特別是在慢性肝病患者中。當(dāng)然，除了在血管及增強(qiáng)方面，IMR技術(shù)在平掃中有著廣泛的應(yīng)用，降低輻射劑量、提高成像質(zhì)量及提高病變檢測(cè)的敏感性有著較高的科研成果及臨床應(yīng)用價(jià)值[31-35]，在此不過(guò)多贅述。

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及常規(guī)iDose4重建方法有著明顯的優(yōu)勢(shì)。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S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)有著廣闊的發(fā)展前景。

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