单源序列采集容积扫描双能量CT结肠成像泛影葡胺标记肠内容物电子清洁

梁 丹，王 玲，周仁冰，张 曦，刘 洋，戎军艳，李文儒，朱冬云，WENLI Cai，罗明月△

(1.广东省广州市第一人民医院放射科 510180;2.中山大学附属第六医院放射科，广州 510655；3.新疆维吾尔自治区喀什地区第一人民医院医学影像科 844000；4.中国人民解放军第四军医大学生物医学工程系，西安 710032；5.哈佛大学医学院麻州总医院放射科，麻州波士顿 02114)

免服泻药电子清洁肠道双能量CT结肠成像很有希望成为筛查结直肠癌的新技术[1-4]。国外的研究采用口服非离子型对比剂碘海醇标记肠内容物，再用双源双能量CT进行电子清洁[5-11]。离子型对比剂泛影葡胺是中国临床上的常用药品，价格较非离子型对比剂低很多，具有价格低廉的优势，更适合中国国情。与双源双能量CT相比较，单源序列采集容积扫描双能量CT的优势是不用改变现有的CT成像系统，设备上容易实现，而且避免了高低能量之间的能谱重叠[12]。国内外目前少有泛影葡胺标记肠内容物单源序列采集容积扫描双能量CT结肠成像电子清洁的研究报道。因此，本实验将初步研究单源序列采集容积扫描双能量CT结肠成像泛影葡胺标记肠内容物电子清洁的效果，电子清洁应用于泛影葡胺标记肠内容物单源序列采集容积扫描双能量CT结肠成像的可行性。

1 资料与方法

1.1一般资料 参加研究的志愿者纳入标准：(1)肠内容物标记效果良好，一段肠腔肠内容物泛影葡胺标记大于或等于90%；(2)肠腔充气扩张良好，即一段肠腔充分充气扩张，肠壁细薄；(3)运动校正算法体配准后结直肠双能量融合图像质量良好，图像清晰，没有伪影。排除标准：(1)一段肠腔肠内容物泛影葡胺标记小于90%；(2)一段肠腔充气扩张不充分，肠壁不细薄；(3)运动校正算法体配准后结直肠双能量融合图像不清晰，有伪影。根据上述纳入、排除标准，24例志愿者进入本项研究，其中女15例，男9例，年龄32～77岁。研究方案得到所有志愿者的知情同意，而且获得医学伦理委员会批准。

1.2方法

1.2.1单源序列采集双能量CT容积扫描 采用Acquilion ONE 320排容积CT机(Toshiba Medical System，Tochiki-ken，Japan)，志愿者仰卧位，扫描时屏住呼吸。Wide-volume容积扫描，层厚0.5 mm，球管电压分别为135 kVp/80 kVp，球管电流自适应球管电压的变化(Sure Exposure 3D Low Dose)，AIDR3D STD重建算法。

1.2.2获取结直肠双能量融合图像 在图像后处理工作站(Vitrea，Toshiba Medical System，Tochiki-ken，Japan)分别对135 kVp/80 kVp的图像进行运动校正体配准，获得校准后的135 kVp/80 kVp图像。再对校准后的135 kVp/80 kVp图像进行线性融合，得到校准后的结直肠双能量融合图像。

1.2.3肠内容物双能量电子清洁 在校准后的结直肠双能量融合图像上，基于泛影葡胺标记的肠内容物、软组织和空气3种物质分离，进行肠内容物双能量电子清洁，电子减影泛影葡胺标记的肠内容物，包括以下6个步骤[6-9,13]：(1)初始分割结直肠；(2)分离泛影葡胺标记的肠内容物、软组织和空气3种物质；(3)采用双能量指数值，虚拟标记结直肠；(4)在虚拟标记图像中计算Hessian响应域，表征并增强皱襞样和息肉样的结构；(5)基于水平集方法，分割虚拟标记的区域；(6)用空气替换步骤5中分割的标记区域，重建在标记区域中淹没的结直肠壁，电子减影清洁标记的区域。

1.2.4肠内容物双能量电子清洁效果评价 结直肠按照解剖部位分为6个肠段，包括盲肠、升结肠、横结肠、降结肠、乙状结肠及直肠。两位富有经验的放射科医生采用盲法逐个肠段评价肠内容物的双能量电子清洁效果。如果两位的评价有分歧，则与另1位更富经验的放射科医生共同讨论后达成一致，以两位的一致性意见为评价结果。

以一段肠腔肠内容物100%被清洁为基准，电子清洁效果分为5个等级。1级，效果很好，一段肠腔被清洁的肠内容物达100%，肠壁内缘光滑，没有电子清洁过程中产生的图像伪影；2级，效果好，一段肠腔被清洁的肠内容物达100%，肠壁内缘欠光滑，但是没有电子清洁过程中产生的图像伪影；3级，效果一般，一段肠腔被清洁的肠内容物为90%～<100%，肠腔存留微量肠内容物和电子清洁过程中产生的图像伪影，基本不影响观察；4级，效果差，一段肠腔被清洁的肠内容物为75%～<90%，肠腔存留小量肠内容物和电子清洁过程中产生的图像伪影，影响观察；5级，效果很差，一段肠腔被清洁的肠内容物小于75%，肠腔存留大量肠内容物和电子清洁过程中产生的图像伪影，严重影响观察。1～3级效果为有效电子清洁，4、5级效果为无效电子清洁。

1.3统计学处理 采用SPSS20.0进行数据统计及分析。采用两样本率比较的u检验，统计分析固体为主的肠内容物、液体为主的肠内容物的有效电子清洁，以P<0.05为差异有统计学意义。统计分析两者合计总的肠内容物的有效电子清洁。

2 结 果

肠内容物的电子清洁效果见表1，固体为主肠内容物的电子清洁效果1、2、3、4、5级分别为22.2%、53.3%、17.8%、6.7%、0%，液体为主肠内容物的电子清洁效果1、2、3、4、5级分别为47.5%、47.5%、5.0%、0%、0%。固体为主的肠内容物、液体为主的肠内容物的有效电子清洁分别为93.3%、100.0%，两者比较差异有统计学意义(u=2.599 1，P<0.01)，液体为主的肠内容物的电子清洁效果好于固体为主的肠内容物。两者合计总的肠内容物的有效电子清洁为97.9%，电子清洁的效果良好，2.1%肠段存留小量固体为主的肠内容物和电子清洁过程中产生的图像伪影，见图1、2。

表1 肠内容物的电子清洁效果[肠段数，n(%)]

A：运动校正体配准后135 kVp图像；B：运动校正体配准后80 kVp图像； C：运动校正体配准后135 kVp与80 kVp线性融合双能量图像；D：电子清洁后，泛影葡胺标记的固体为主的肠内容物100%被清洁，肠壁内缘光滑

3 讨 论

肠内容物电子清洁利用图像处理技术将标记的肠内容物从CT结肠成像的图像里进行识别、分割和清洁，留下未被标记的结直肠皱襞、息肉等病变，达到仿真肠道清洁的效果，从而简化肠道准备，提高CT结肠成像筛查结直肠癌的依从度。但是在电子清洁过程中容易产生图像伪影，即产生与被清洁组织结构无关的异常影像，从而降低图像质量，影响对病变的分析和筛查。

Acquilion ONE 320排单源序列采集双能量CT目前的研究主要包括尿路结石测定、减少去除骨骼金属伪影、虚拟单能谱成像、晶体性关节病和痛风性关节炎检测等[12,14-19]。本试验采用Acquilion ONE 320排单源序列采集容积扫描双能量CT结肠成像进行泛影葡胺标记肠内容物电子清洁的研究。在前期泛影葡胺标记肠内容物和部分自动个体化充气扩张结直肠的工作基础上[20-21]，在运动校正体配准后的结直肠双能量融合图像上分离泛影葡胺标记的肠内容物、软组织和空气3种物质，采用6步法进行肠内容物双能量电子清洁，电子减影泛影葡胺标记的肠内容物。24例志愿者的初步试验研究提示，固体为主的肠内容物，液体为主的肠内容物的有效电子清洁分别为93.3%、100.0%，液体为主的肠内容物的电子清洁效果好于固体为主的肠内容物，两者合计总的肠内容物的有效电子清洁为97.9%，电子清洁的效果良好。国内外虽然有口服碘海醇标记肠内容物，再用双源双能量CT进行电子清洁的研究[5-11]，但是迄今还没有口服碘海醇或泛影葡胺标记肠内容物，再研究双源或单源双能量CT结肠成像电子清洁效果的报道。本试验是国内外首次在标记肠内容物的基础上研究双能量CT结肠成像电子清洁效果的报道。

CAI等[9]使用Siemens公司SOMATON Definition双源双能量CT进行猪结肠实验模型和23例临床病例研究，病例扫描检查前24 h低纤维低残渣饮食，口服碘浓度为300 mg/mL的非离子型对比剂碘海醇50 mL标记肠内容物；球管电压分别为140 kVp/80 kVp，自动电流剂量控制模块(CARE Dose 4D)，软组织重建函数核B30f。研究结果发现双能量CT结肠成像仿真结肠标记提供了一个去除空气标记物复合体和标记不均匀而导致的电子清洁伪影的有效方法；电子清洁能够有效区分软组织和空气标记物复合体，为肠内容物标记CT结肠成像提供在没有图像伪影的情况下显示结直肠肠腔。在此基础上，CAI等[8]使用Siemens公司SOMATON Definition Flash双源双能量CT进一步进行拟人的结肠模型和22例临床病例研究，发现结肠腔内气体的双能量指数明显高于软组织的双能量指数，基于双能量指数的电子清洁有可能大幅度减少电子清洁过程中产生的图像伪影，从而改善肠内容物标记CT结肠成像电子清洁的图像质量。2015年CAI等[6]再利用拟人的结肠模型和临床症状提示结直肠癌、需要接受全结直肠检查的21例门诊病例进行研究，发现仿真结肠标记双能量电子清洁提供了一个减少电子清洁伪影非常有前途的解决方案，有可能实现在没有图像伪影的情况下显示结直肠肠腔。TACHIBANA等[5]使用Siemens公司SOMATON Definition Flash双源双能量CT进行7例临床病例初步研究，结果提示多物质电子清洁方法有效减少了CT结肠成像因为电子清洁减影而形成的图像伪影，机器学习的使用免除了需要根据不同的病例进行参数调整，从而促进电子清洁在CT结肠成像检查上的大规模应用。

本试验初步研究单源序列采集容积扫描双能量CT结肠成像泛影葡胺标记肠内容物电子清洁的效果，难免会有下列3点局限性。(1)24例志愿者，研究样本量较小。(2)研究对象为没有影响胃肠道运动功能病史的志愿者，没有体现单源序列采集双能量CT结肠成像泛影葡胺标记肠内容物对筛查结直肠癌人群的电子清洁效果。(3)肠内容物的有效电子清洁为97.9%，没有达到临床应用需要的100.0%，还有2.1%的肠段存留小量固体为主的内容物和电子清洁过程中产生的图像伪影，电子清洁效果欠佳。上述局限性需要在今后的工作中通过增加研究样本量、以接受双能量CT结肠成像筛查结直肠癌的人群为研究对象、提高基于3种物质分离的电子清洁效果去进一步研究完善。

综上所述，本试验研究的结果提示单源序列采集容积扫描双能量CT结肠成像泛影葡胺标记肠内容物的有效电子清洁为97.9%，电子清洁的效果良好，电子清洁可以应用于泛影葡胺标记肠内容物单源序列采集容积扫描双能量CT结肠成像。

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