單源序列采集容積掃描雙能量CT結腸成像泛影葡胺標記腸內容物電子清潔

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院放射科 510180;2.中山大學附屬第六醫院放射科，廣州 510655；3.新疆維吾爾自治區喀什地區第一人民醫院醫學影像科 844000；4.中國人民解放軍第四軍醫大學生物醫學工程系，西安 710032；5.哈佛大學醫學院麻州總醫院放射科，麻州波士頓 02114)

免服瀉藥電子清潔腸道雙能量CT結腸成像很有希望成為篩查結直腸癌的新技術[1-4]。國外的研究采用口服非離子型對比劑碘海醇標記腸內容物，再用雙源雙能量CT進行電子清潔[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的優勢是不用改變現有的CT成像系統，設備上容易實現，而且避免了高低能量之間的能譜重疊[12]。國內外目前少有泛影葡胺標記腸內容物單源序列采集容積掃描雙能量CT結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結腸成像泛影葡胺標記腸內容物電子清潔的效果，電子清潔應用于泛影葡胺標記腸內容物單源序列采集容積掃描雙能量CT結腸成像的可行性。

1 資料與方法

1.1一般資料 參加研究的志愿者納入標準：(1)腸內容物標記效果良好，一段腸腔腸內容物泛影葡胺標記大于或等于90%；(2)腸腔充氣擴張良好，即一段腸腔充分充氣擴張，腸壁細??；(3)運動校正算法體配準后結直腸雙能量融合圖像質量良好，圖像清晰，沒有偽影。排除標準：(1)一段腸腔腸內容物泛影葡胺標記小于90%；(2)一段腸腔充氣擴張不充分，腸壁不細薄；(3)運動校正算法體配準后結直腸雙能量融合圖像不清晰，有偽影。根據上述納入、排除標準，24例志愿者進入本項研究，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，而且獲得醫學倫理委員會批準。

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，球管電流自適應球管電壓的變化(Sure Exposure 3D Low Dose)，AIDR3D STD重建算法。

1.2.2獲取結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的圖像進行運動校正體配準，獲得校準后的135 kVp/80 kVp圖像。再對校準后的135 kVp/80 kVp圖像進行線性融合，得到校準后的結直腸雙能量融合圖像。

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

1.2.4腸內容物雙能量電子清潔效果評價 結直腸按照解剖部位分為6個腸段，包括盲腸、升結腸、橫結腸、降結腸、乙狀結腸及直腸。兩位富有經驗的放射科醫生采用盲法逐個腸段評價腸內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位更富經驗的放射科醫生共同討論后達成一致，以兩位的一致性意見為評價結果。

以一段腸腔腸內容物100%被清潔為基準，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容物達100%，腸壁內緣光滑，沒有電子清潔過程中產生的圖像偽影；2級，效果好，一段腸腔被清潔的腸內容物達100%，腸壁內緣欠光滑，但是沒有電子清潔過程中產生的圖像偽影；3級，效果一般，一段腸腔被清潔的腸內容物為90%～<100%，腸腔存留微量腸內容物和電子清潔過程中產生的圖像偽影，基本不影響觀察；4級，效果差，一段腸腔被清潔的腸內容物為75%～<90%，腸腔存留小量腸內容物和電子清潔過程中產生的圖像偽影，影響觀察；5級，效果很差，一段腸腔被清潔的腸內容物小于75%，腸腔存留大量腸內容物和電子清潔過程中產生的圖像偽影，嚴重影響觀察。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統計學處理 采用SPSS20.0進行數據統計及分析。采用兩樣本率比較的u檢驗，統計分析固體為主的腸內容物、液體為主的腸內容物的有效電子清潔，以P<0.05為差異有統計學意義。統計分析兩者合計總的腸內容物的有效電子清潔。

2 結 果

腸內容物的電子清潔效果見表1，固體為主腸內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%。固體為主的腸內容物、液體為主的腸內容物的有效電子清潔分別為93.3%、100.0%，兩者比較差異有統計學意義(u=2.599 1，P<0.01)，液體為主的腸內容物的電子清潔效果好于固體為主的腸內容物。兩者合計總的腸內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容物和電子清潔過程中產生的圖像偽影，見圖1、2。

表1 腸內容物的電子清潔效果[腸段數，n(%)]

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

3 討 論

腸內容物電子清潔利用圖像處理技術將標記的腸內容物從CT結腸成像的圖像里進行識別、分割和清潔，留下未被標記的結直腸皺襞、息肉等病變，達到仿真腸道清潔的效果，從而簡化腸道準備，提高CT結腸成像篩查結直腸癌的依從度。但是在電子清潔過程中容易產生圖像偽影，即產生與被清潔組織結構無關的異常影像，從而降低圖像質量，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石測定、減少去除骨骼金屬偽影、虛擬單能譜成像、晶體性關節病和痛風性關節炎檢測等[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結腸成像進行泛影葡胺標記腸內容物電子清潔的研究。在前期泛影葡胺標記腸內容物和部分自動個體化充氣擴張結直腸的工作基礎上[20-21]，在運動校正體配準后的結直腸雙能量融合圖像上分離泛影葡胺標記的腸內容物、軟組織和空氣3種物質，采用6步法進行腸內容物雙能量電子清潔，電子減影泛影葡胺標記的腸內容物。24例志愿者的初步試驗研究提示，固體為主的腸內容物，液體為主的腸內容物的有效電子清潔分別為93.3%、100.0%，液體為主的腸內容物的電子清潔效果好于固體為主的腸內容物，兩者合計總的腸內容物的有效電子清潔為97.9%，電子清潔的效果良好。國內外雖然有口服碘海醇標記腸內容物，再用雙源雙能量CT進行電子清潔的研究[5-11]，但是迄今還沒有口服碘海醇或泛影葡胺標記腸內容物，再研究雙源或單源雙能量CT結腸成像電子清潔效果的報道。本試驗是國內外首次在標記腸內容物的基礎上研究雙能量CT結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進行豬結腸實驗模型和23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標記腸內容物；球管電壓分別為140 kVp/80 kVp，自動電流劑量控制模塊(CARE Dose 4D)，軟組織重建函數核B30f。研究結果發現雙能量CT結腸成像仿真結腸標記提供了一個去除空氣標記物復合體和標記不均勻而導致的電子清潔偽影的有效方法；電子清潔能夠有效區分軟組織和空氣標記物復合體，為腸內容物標記CT結腸成像提供在沒有圖像偽影的情況下顯示結直腸腸腔。在此基礎上，CAI等[8]使用Siemens公司SOMATON Definition Flash雙源雙能量CT進一步進行擬人的結腸模型和22例臨床病例研究，發現結腸腔內氣體的雙能量指數明顯高于軟組織的雙能量指數，基于雙能量指數的電子清潔有可能大幅度減少電子清潔過程中產生的圖像偽影，從而改善腸內容物標記CT結腸成像電子清潔的圖像質量。2015年CAI等[6]再利用擬人的結腸模型和臨床癥狀提示結直腸癌、需要接受全結直腸檢查的21例門診病例進行研究，發現仿真結腸標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，有可能實現在沒有圖像偽影的情況下顯示結直腸腸腔。TACHIBANA等[5]使用Siemens公司SOMATON Definition Flash雙源雙能量CT進行7例臨床病例初步研究，結果提示多物質電子清潔方法有效減少了CT結腸成像因為電子清潔減影而形成的圖像偽影，機器學習的使用免除了需要根據不同的病例進行參數調整，從而促進電子清潔在CT結腸成像檢查上的大規模應用。

本試驗初步研究單源序列采集容積掃描雙能量CT結腸成像泛影葡胺標記腸內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，沒有體現單源序列采集雙能量CT結腸成像泛影葡胺標記腸內容物對篩查結直腸癌人群的電子清潔效果。(3)腸內容物的有效電子清潔為97.9%，沒有達到臨床應用需要的100.0%，還有2.1%的腸段存留小量固體為主的內容物和電子清潔過程中產生的圖像偽影，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結腸成像篩查結直腸癌的人群為研究對象、提高基于3種物質分離的電子清潔效果去進一步研究完善。

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

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