結腸模擬息肉CT結腸成像的實驗研究

左珊淮，白人駒，孫浩然

（天津醫(yī)科大學總醫(yī)院放射科，天津300052）

CT結腸成像（CTC）技術已有10余年的歷史，但對于多層螺旋CT（MSCT）的數(shù)據(jù)采集和重建方案研究較少，目前尚缺乏統(tǒng)一的掃描和重建方案[1-3]。本文對16層螺旋CT掃描參數(shù)和重建參數(shù)進行了實驗研究，以期找到一種更適合的參數(shù)組合。

1 材料與方法

1.1 實驗模型的制作 取長約30 cm的新鮮豬結腸6段，制作模擬腸壁息肉，息肉大小范圍為2~12 mm，每段腸管10枚。將結腸充氣擴張，固定于底部裝有固定裝置的塑料盆內(nèi)，將息肉模型浸入含0.1%泛影葡胺溶液4000 mL中，模擬人體腹腔環(huán)境（圖1）。掃描結束后剖開結腸檢查模擬息肉是否開線脫落，重新對模擬息肉進行記數(shù)及標記大小。共制成豬結腸模擬息肉60枚，包括2~4.9 mm的20枚，5~9.9 mm的20枚，10~12 mm的20枚。

1.2 實驗方法 掃描儀器為GE Light speed Pro 16螺旋 CT 掃描機，在 120 kV、120 mA、0.8 s/周、掃描視野（SFOV）為 500 mm、重建視野（DFOV）為 350 mm的固定條件下分別依下列不同參數(shù)進行掃描：（1）不同準直掃描：行準直分別為1.25 mm、2.5 mm和5.0 mm的掃描，螺距均為1.375，重疊率為0%。（2）不同螺距掃描：行螺距分別為0.938、1.375和1.75的掃描，準直均為1.25 mm。（3）在不同重建層厚（1.25 mm、2.5 mm和5.0 mm）中，進行重疊重建率為0%和50%的重建，螺距均為1.375。（4）對1.25 mm層厚的圖像進行不同算法（標準，軟組織，細節(jié)，肺，骨）重建。（5）對1.25 mm層厚，重疊重建率為0%，螺距為1.375的圖像進行不同方法[CT仿真內(nèi)鏡（CTVE）、多平面重組（MPR）、容積再現(xiàn)和光線調(diào)節(jié)（VR+Ray sum）和虛擬分割（VD）]的圖像重組。

圖1 豬結腸息肉模型制作Fig 1 The making of porcine colonic polyp modela.充氣前結腸腔內(nèi)反折后制成的模擬息肉；b.充氣后放于溶液中

1.3 圖像分析 將掃描所得數(shù)據(jù)傳入GE ADW4.2工作站進行處理。所有圖像均由2位有經(jīng)驗的放射科醫(yī)師在不知豬結腸模擬息肉大小、位置的情況下分別進行盲讀和評估，當意見不一致時，經(jīng)協(xié)商決定。分別觀察各組CTC圖像對模擬息肉的檢出率。對準直1.25 mm，螺距1.375的圖像還比較了CTVE、軸位+MPR、VR和VD等不同觀察方法的檢出率。

1.4 統(tǒng)計學處理 應用SPSS13.0版本進行統(tǒng)計學處理各組CTC圖像對模擬息肉的檢出率的數(shù)據(jù)，進行多個相關樣本的秩和檢驗及校正χ2檢驗，P<0.05具有統(tǒng)計學意義。

2 結果

2.1 掃描參數(shù)對模擬息肉檢出率的影響 （1）不同準直 1.25 mm、2.5 mm和 5 mm時的檢出率為93.33%、91.67%和60.00%。（2）螺距值0.938、1.375和1.75對CTVE質(zhì)量并無顯著差異，總檢出率分別為93.33%、93.33%和90.00%。（3）重建層厚5 mm組、2.5 mm組和1.25mm組的檢出率為60.00%、91.67%和93.33%，重疊重建和無重疊重建在層厚1.25 mm組檢出病變檢出率上無明顯差異，均為93.33%。（4）標準算法、軟組織算法和細節(jié)算法對息肉的總檢出率無差別，均為96.67%，但在CTVE圖像質(zhì)量上有著細微的差別，圖像最柔和的為軟組織算法重建，細節(jié)算法邊緣較為銳利，標準算法介于二者之間。以肺算法、骨算法圖像質(zhì)量最差，階梯狀偽影明顯，檢出率也較低，分別為66.67%和63.33%。不同算法在MPR+軸位圖上以標準算法為最好。

2.2 不同后處理方法對模擬息肉檢出率的影響 CTVE、VR+Raysum、MPR+軸位和 VD 對10~12 mm組息肉的檢出率分別為100%、95%、95%、100%；對5~9.9 mm組息肉的檢出率分別為95%、75%、80%和95%；對2~4.9 mm組息肉的檢出率分別為85%、30%、50%和80%（圖2）。綜合應用以上各種方法對10~12 mm組、5~9.9 mm組和2~4.9 mm組的檢出率分別為100%、100%和90%。

圖2 CT結腸成像不同后處理方法Fig 2 Different post-processing methods of CT colonographya、b、c、d 分別為 VR、MPR、CTVE、VD 圖；圖中箭頭所指為豬結腸模擬息肉

3 討論

MSCT的出現(xiàn)使快速的大范圍薄層掃描得以實現(xiàn)，提高了結腸CT檢查的圖像質(zhì)量和檢查速度。然而MSCT結腸成像（MSCTC）的圖像質(zhì)量受諸多因素影響，目前尚缺乏認識一致的優(yōu)化的掃描和重建方案。理論上準直、螺距越小，重建層厚越薄、重疊重建率越大，CTVE的質(zhì)量越高，但薄的準直、小螺距的掃描必將導致掃描時間延長和輻射量增加，故在病變檢出能力、圖像質(zhì)量與掃描和重建參數(shù)之間，尋找兼顧這些因素的最佳組合才是最優(yōu)化的掃描方案。CT結腸成像的圖像質(zhì)量及其對結腸息肉的檢出率直接影響其應用價值，其中包括可否用于結腸息肉的篩查，因此，CT結腸成像掃描和重建參數(shù)的優(yōu)化是必不可少的，而后處理方法的正確選用同樣具有重要價值。

3.1 CT結腸成像掃描參數(shù)和重建參數(shù)的選擇

3.1.1 準直器寬度 準直器寬度減小可以提高圖像質(zhì)量、提高息肉（尤其是5 mm以下的息肉）檢出率。本實驗不同準直1.25 mm、2.5 mm和5 mm時對豬結腸模擬息肉的檢出率為93.33%、91.67%和60.00%，與文獻報道接近[4-6]。準直器寬度直接影響到圖像的Z軸分辨率及息肉的檢出率，準直在5 mm以下時，對于10~12 mm大小的息肉檢出率無明顯差別。然而，對于6~9 mm和3~5 mm大小的息肉，隨著準直的減小，檢出率逐漸提高，其中1.25 mm準直的檢出率最高。這是由于隨著準直的減小，致使圖像整體空間分辨力提高，逐漸趨于各向同性，邊緣的清晰度增加，有利于腸腔內(nèi)表面微小結構的顯示，致使小息肉的檢出能力提高。此外當準直小于5 mm時，息肉變形明顯減小。然而，并非準直越小越好，如0.625 mm準直雖然幾乎可以達到各向同性，但準直過小會增加圖像的噪聲，而克服圖像的噪聲，就需要增加單位體素的光子量，也就是要提高掃描的X線劑量，從而增加了輻射量。本實驗結果說明，在不明顯影響5 mm以下小息肉檢出率的條件下，CTC準直宜采用1.25 mm。

3.1.2 螺距 在螺旋CT檢查時，掃描參數(shù)螺距將影響掃描時間、圖像信噪比和Z軸分辨力。本實驗發(fā)現(xiàn)，3種螺距值（0.938、1.375和 1.75）對 CTVE 質(zhì)量并無顯著差異，對豬結腸模擬息肉的總檢出率分別為93.33%、93.33%和90.00%。以往SSCT采用了較大的螺距值1.5~2.2[7-8]，說明在一定范圍內(nèi)螺距的增大對VC質(zhì)量影響并不大，原因可能是螺距值增大后，采用180°內(nèi)插法而非360°內(nèi)插法，使其層面?zhèn)纫暻€（SSP）的半高寬不致增加太多，保證了Z軸分辨率；但180°內(nèi)插法噪聲相對較大，同時螺距增大，像素內(nèi)吸收光子量減少，信噪比下降，原始圖像質(zhì)量下降，但對3D和CTVE重建圖像影響不明顯。大螺距掃描的優(yōu)點是加快掃描速度，縮短掃描時間，而16層螺旋CT有效利用了探測器的寬度（16×1.25 mm），配合1.375的螺距就可在13 s左右完成掃描，掃描速度已經(jīng)很快，無需用1.75或更大的螺距，因為大螺距勢必降低原始圖像質(zhì)量。本實驗結果表明，16層螺旋CT更適于采用1.375的螺距。

3.1.3 重疊重建率 重疊重建率通過調(diào)節(jié)重建間隔實現(xiàn)，屬掃描后重建參數(shù)，并不影響掃描時間和輻射劑量；但重疊重建會浪費較大的磁盤空間和延長重建時間[9]。本實驗結果發(fā)現(xiàn)，在重建層厚5 mm組和2.5 mm組重疊重建和無重疊重建在檢出病變準確率上有顯著差異；而在層厚1.25 mm組檢出病變準確率上無明顯差異。說明隨著重建層厚的縮小，重疊重建的作用也在減小，2.5 mm層厚組50%重疊重建、1.25 mm組0%重疊重建和1.25 mm組50%重疊重建均可獲得較好的準確率。

3.1.4 重建算法 重建算法影響CT對細小結構的分辨力。本實驗研究表明，采用標準算法、軟組織算法和細節(jié)算法時對息肉的總檢出率無差別，都為96.67%，但在CTVE圖像質(zhì)量上有著細微的差別，圖像最柔和的為軟組織算法重建，細節(jié)算法邊緣較為銳利，標準算法介于二者之間。以肺算法、骨算法圖像質(zhì)量最差，階梯狀偽影明顯，檢出率也較低，分別為66.67%和63.33%。不同算法在MPR+軸位圖上以標準算法為最好。因此經(jīng)本實驗綜合考慮宜采用標準算法進行重建。

3.2 CT結腸成像后處理方法的選擇 4種觀察方法（CTVE、VR+Raysum、MPR+Axial和 VD）顯示模擬息肉有不同的效果。CTVE對模擬息肉顯示類似于纖維結腸鏡，表現(xiàn)為輪廓清晰、圓形或橢圓形的腔內(nèi)突起，表面光滑，易與黏膜皺襞相區(qū)分；在CTVE圖上由于部分容積效應可使有蒂息肉的蒂不易觀察，甚至將其誤認為無蒂息肉。MPR和Axial有良好的密度分辨率，模擬息肉顯示為軟組織密度的腔內(nèi)突起，與附壁的黏液較易區(qū)分，而其他方法則不易做到這點，MPR+Axial亦不會將不對稱黏膜皺襞和結腸袋誤診為模擬息肉，而且易于分辨息肉的蒂。VR和Raysum可顯示結腸的整體解剖，立體感強，定位準確，通過局部放大和多角度旋轉，可充分顯示模擬息肉的形態(tài)特征及其與腸壁的關系。VD顯示技術是將結腸表面如同大體病理剖開的方式顯示出來，對息肉的大小和數(shù)目反映比較直觀，不會出現(xiàn)重復計數(shù)的問題。由于觀察角度是在“上方”，因此所有息肉均可被顯示出來，不會像纖維結腸鏡那樣被結腸皺襞所掩蓋。對于CTVE而言，從順行和逆行兩個方向漫游結腸是一項耗時的繁重工作，而VD技術在確定中央路徑后主要為自動進行，整個過程可在數(shù)分鐘內(nèi)完成，大大地縮短了操作者對圖像的判讀時間。本實驗結果顯示，CTVE與VD對息肉的檢出率高于其他后處理方法，各種方法結合起來觀察對息肉的檢出率最高。

本實驗研究表明，對16層螺旋CT而言，CT結腸成像宜采用的掃描及重建方案為：準直1.25 mm，螺距1.375，重建層厚1.25 mm，重疊重建率0%和標準重建算法，CTVE或VD與其他后處理方法相結合有助于獲得更多的病變信息。

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