全模型迭代重建技術對CT圖像質量影響的應用進展

申凱浩，王淑梅

（1.承德醫學院，河北 承德 067000；2.保定市第一中心醫院，河北 保定 071000）

0 引言

多層螺旋CT是目前醫學影像檢查使用頻率最高的檢查手段之一，對疾病的診斷提供了許多強有力的支持和幫助[1]。隨著科學技術的發展，影像技術水平的不斷提高，對影像圖像的要求也越來越高，影像技術的發展也越來越多元化，如在某個特定部位采用哪種重建方式更好，如何更好的降低病人檢查的輻射劑量，如何在影像圖像中展現更多的細節[2,3]，這些都是目前我們在不斷探索亟待解決的問題。而隨著迭代技術的不斷發展，困擾我們的問題也在逐步的解決，從最初的濾波反投影法(FBP)到混合迭代重建(iDose4或ASIR)再到現在的全模型迭代重建技術（IMR），不斷的對CT的圖像質量進行優化和改進，尤其是在減少病患所受輻射的劑量，以及改善圖像的質量從而達到提高影像診斷醫師的疾病診斷準確率。本文就IMR技術的原理及其在各部位CT成像的臨床應用進展及與其聯合技術的應用進展進行綜述。

1 IMR的簡介及技術原理

全模型迭代重建技術(iterative model reconstruction, IMR)是2012年由飛利浦公司推出的一項全新的迭代重建技術[4]，區別與以往的重建技術，IMR是利用構架三維立體微平板探測器及其所需要的平臺，并通過非線性的完全迭代重建技術來完成圖像的重建。IMR是一種基于知識模型的方法，結合其他CT系統特性的模型，通過反復迭代來獲得更加精簡的原始數據，使其無限接近于理想化的模型，從而降低圖像噪聲使圖像質量得到優化。這種完全迭代的算法和傳統的算法有很大區別，且算法更為復雜和準確，使其與當前常規的重建技術相比，如濾波反投影法，混合迭代重建(iDose4)擁有更好的潛力與探究價值[5-7]，現在已應用于全身各個系統的檢查中。

2 全模型迭代重建（IMR）在各部位中的應用進展

2.1 在頭頸部的應用進展

IMR技術在頭頸部的CT圖像中可以在減少人體所受輻射劑量的同時降低噪聲，提高圖像的質量。R.N Southard等[8]利用IMR和濾波反投影法（FBP）在無對比兒童急診頭部CT圖像中，采用優化的低劑量頭顱CT方案結合IMR，相對劑量減少了12%-27%，在最年輕的患者組中節省的劑量最大，SNR和CNR改善了2倍，主觀圖像得到了統計學上的改善質量；結果表明，使用IMR可以在保持圖像質量的前提下進一步節省劑量。J.MNiesten等[9]利用濾波反投影法、混合迭代重建和IMR技術分別對34個原始數據的重建，得到了頭頸部CT血管造影（CTA）的圖像，對比結果顯示IMR顯著改善了整體圖像質量，降低了圖像噪聲，并提高了血管的自動識別度。

還有研究[10]采用超低劑量對兒童鼻竇CT圖像質量進行了應用價值的研究，研究結果表明在更低劑量的情況下，相對于ASIR重建，IMR重建可以提供相等甚至更好的圖像質量。Park等[11]評估了低劑量及標準劑量CT與IMR重建在腮腺腫瘤中的診斷作用，結果表明低劑量與標準劑量IMR重建，相較于標準劑量的FBP及iDose4重建，能夠顯著降低背景噪聲，提高SNR和CNR，使圖像質量更好，病灶輪廓顯示的更清晰；但是低劑量與標準劑量IMR重建在主觀圖像質量評分上并沒有顯著的差異。Masamoto等[12]對頸椎分別進行了六分之一標準劑量的IMR重建和標準劑量的iDose4的重建，研究表明低劑量IMR重建可以為臨床提供滿意的圖像質量，從而避免患者尤其是需要多次CT檢查的患者接受過多的放射線照射。

2.2 在冠脈CTA中的應用進展

IMR技術在冠脈CTA的檢查中依然具有巨大優勢。Cha等[13]研究顯示，80kv管電壓下，IMR重建的圖像較FBP或iDose4重建圖像的SNR及CNR有明顯的提高；同時與100kv管電壓下的iDose4重建圖像相比仍具有更高的圖像質量，且輻射暴露的更少。Yuki等[14]通過對21名患者在100kv管電壓下的所得到的冠脈CTA原始數據利用IMR重建、iDose4重建、FBP重建，得到3組圖像，對比結果顯示通過IMR重建得到的圖像質量較其他兩組圖像質量更好，而且可以提高冠狀動脈和心臟系統的CRN和圖像質量，甚至在一定程度上還為心臟系統（即心肌和心臟瓣膜）提供了最佳的可視化效果。

劉鑫等[15]通過對100kv管電壓、IMR重建的冠脈CTA與導管法冠狀動脈造影的80例疑似冠心病的患者比較，表明IMR技術在低劑量冠脈CTA上獲得的圖像質量令人滿意，且對冠狀動脈狹窄具有較高的診斷準確性。Oda等[16]研究表明，利用IMR技術重建圖像的CNR明顯提高，平均噪聲顯著減小，明顯優于FBP重建和混合迭代重建；且IMR重建在低電壓的條件下，圖像質量仍有明顯的提升，對遠端血管的顯示也更為清晰。Halpern等[17]對45例患者進行研究，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對圖像質量的改善最為明顯，小血管的圖像質量也得到了改善，這是CCTA過程中最難實現的；IMR使CCTA的血管內噪聲降低了86%～88%，能夠清晰顯示較小的冠狀動脈，提高冠狀動脈內鈣化斑塊的識別，從而提升診斷醫師對冠狀動脈狹窄的診斷信心和準確性。

2.3 在胸部和腹部的應用進展

因胸部組織密度跨度大，各組織與器官之間的對比度差異顯著，所以胸部在CT檢查方面，直是獲益最多的部位。胸部CT的檢查在我國檢查中占據很大的比重，IMR重建在胸部的應用具有巨大價值，值得我們去探索。Laqmani等[18]的研究結果顯示，在肺動脈CTA應用中，在使用IMR的同時降低管電壓及減少造影劑劑量的情況下，可以改善主肺動脈和分支肺動脈的圖像質量和清楚顯示血管的栓塞情況。其研究指出，使用IMR技術可以減少縱隔、頭臂靜脈、上腔靜脈及心臟腔內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脈和分支肺動脈中的充盈缺損。Xu等[19]對胸部磨玻璃結節(GGN)采用ASIR、IMR、iDose4三種重建方式的對比，得出在相同劑量的情況下，IMR重建的CT圖像質量要優于其他的重建方式。Sun等[20]采用低劑量對26例壞死性肺炎的兒童分別采用薄層0.625mm的IMR、ASIR以及FBP重建，結果顯示IMR重建方式在同患兒中圖像質量更好，檢測出更多的壞死病灶。Moloney等[21]通過調節不同的管電流來比較IMR、FBP及ASIR三種重建在胸、腹部的CT圖像質量，結論表明相較與FBP和ASIR重建，IMR重建具有更低的噪聲和更好的圖像質量，輻射劑量越低，對比效果越顯著。Laurent等[22]比較了腹部的IMR重建、FBP及iDose4重建的客觀圖像質量及放射醫師的主觀接受度，表明IMR重建可以呈現更高的圖像質量以及更低的噪聲值，但放射醫師的主觀接受度更差。

2.4 四肢血管CTA的應用進展

Park等[23]對83例患者的進行雙下肢CT靜脈造影，分別對原始數據行80kv的IMR重建和70kv的ASIP重建，結果顯示相同劑量下，70kv的ASIR的圖像質量更好，重建時間更短。說明在某些方面IMR重建并不是更好的選擇。

Oda等[24]對60例患者的外周動脈行CTA造影，結果顯示采用小焦點的IMR重建可以提高腹部動脈和下肢動脈客觀圖像質量，尤其是下肢小血管的圖像顯示效果更好。對雙上肢血管CTA的IMR應用則少有報道，但結合其他方面的研究，我們可以預期雙上肢CTA的IMR重建可以取得一定的成果。

2.5 聯合其他技術的應用進展

李建等[25]研究結果表明，靶重建聯合IMR重建技術在胰腺增強的CT圖像較常規FBP重建和靶重建聯合FBP可以顯著改善圖像的質量，提高了病變的識別度和檢出率。姜文龍等[26]研究結果顯示，大矩陣IMR重建技術對肺結節圖像的質量有明顯的提高，且在低劑量掃描條件下可以得到更高的圖像質量。Nakamoto等[27]利用不同矩陣聯合IMR重建和iDose4重建進行CT尿路造影，結果顯示大矩陣IMR重建可以最詳細的顯示泌尿系統的結構。Kubo等[28]研究了去金屬偽影算法聯合IMR重建在頸部CT圖像的應用價值，結果顯示去金屬偽影算法聯合IMR重建可顯著減少偽影并提高頸部CT的圖像質量。

3 小結

綜上所述，IMR重建技術在全身各部位的應用中，能夠在降低輻射劑量、降低圖像噪聲，保證CT圖像質量，相較于FBP及混合迭代重建方法有著明顯的優勢。尤其針對需要降低輻射劑量的兒童群體，正是目前所需要的。然而，在目前的日常工作中，IMR技術還沒有被普遍的應用于臨床工作中，而且最為適宜的掃描方案、重建與傳輸時間及合適的窗寬窗位等問題仍需我們在未來的科學研究中進一步探究。總之，隨著科技的不斷發展及更多研究的發現，在未來的臨床工作中，IMR技術將會有著廣闊的發展前景。