全模型迭代重建技术对CT图像质量影响的应用进展

申凯浩，王淑梅

（1.承德医学院，河北 承德 067000；2.保定市第一中心医院，河北 保定 071000）

0 引言

多层螺旋CT是目前医学影像检查使用频率最高的检查手段之一，对疾病的诊断提供了许多强有力的支持和帮助[1]。随着科学技术的发展，影像技术水平的不断提高，对影像图像的要求也越来越高，影像技术的发展也越来越多元化，如在某个特定部位采用哪种重建方式更好，如何更好的降低病人检查的辐射剂量，如何在影像图像中展现更多的细节[2,3]，这些都是目前我们在不断探索亟待解决的问题。而随着迭代技术的不断发展，困扰我们的问题也在逐步的解决，从最初的滤波反投影法(FBP)到混合迭代重建(iDose4或ASIR)再到现在的全模型迭代重建技术（IMR），不断的对CT的图像质量进行优化和改进，尤其是在减少病患所受辐射的剂量，以及改善图像的质量从而达到提高影像诊断医师的疾病诊断准确率。本文就IMR技术的原理及其在各部位CT成像的临床应用进展及与其联合技术的应用进展进行综述。

1 IMR的简介及技术原理

全模型迭代重建技术(iterative model reconstruction, IMR)是2012年由飞利浦公司推出的一项全新的迭代重建技术[4]，区别与以往的重建技术，IMR是利用构架三维立体微平板探测器及其所需要的平台，并通过非线性的完全迭代重建技术来完成图像的重建。IMR是一种基于知识模型的方法，结合其他CT系统特性的模型，通过反复迭代来获得更加精简的原始数据，使其无限接近于理想化的模型，从而降低图像噪声使图像质量得到优化。这种完全迭代的算法和传统的算法有很大区别，且算法更为复杂和准确，使其与当前常规的重建技术相比，如滤波反投影法，混合迭代重建(iDose4)拥有更好的潜力与探究价值[5-7]，现在已应用于全身各个系统的检查中。

2 全模型迭代重建（IMR）在各部位中的应用进展

2.1 在头颈部的应用进展

IMR技术在头颈部的CT图像中可以在减少人体所受辐射剂量的同时降低噪声，提高图像的质量。R.N Southard等[8]利用IMR和滤波反投影法（FBP）在无对比儿童急诊头部CT图像中，采用优化的低剂量头颅CT方案结合IMR，相对剂量减少了12%-27%，在最年轻的患者组中节省的剂量最大，SNR和CNR改善了2倍，主观图像得到了统计学上的改善质量；结果表明，使用IMR可以在保持图像质量的前提下进一步节省剂量。J.MNiesten等[9]利用滤波反投影法、混合迭代重建和IMR技术分别对34个原始数据的重建，得到了头颈部CT血管造影（CTA）的图像，对比结果显示IMR显着改善了整体图像质量，降低了图像噪声，并提高了血管的自动识别度。

还有研究[10]采用超低剂量对儿童鼻窦CT图像质量进行了应用价值的研究，研究结果表明在更低剂量的情况下，相对于ASIR重建，IMR重建可以提供相等甚至更好的图像质量。Park等[11]评估了低剂量及标准剂量CT与IMR重建在腮腺肿瘤中的诊断作用，结果表明低剂量与标准剂量IMR重建，相较于标准剂量的FBP及iDose4重建，能够显著降低背景噪声，提高SNR和CNR，使图像质量更好，病灶轮廓显示的更清晰；但是低剂量与标准剂量IMR重建在主观图像质量评分上并没有显著的差异。Masamoto等[12]对颈椎分别进行了六分之一标准剂量的IMR重建和标准剂量的iDose4的重建，研究表明低剂量IMR重建可以为临床提供满意的图像质量，从而避免患者尤其是需要多次CT检查的患者接受过多的放射线照射。

2.2 在冠脉CTA中的应用进展

IMR技术在冠脉CTA的检查中依然具有巨大优势。Cha等[13]研究显示，80kv管电压下，IMR重建的图像较FBP或iDose4重建图像的SNR及CNR有明显的提高；同时与100kv管电压下的iDose4重建图像相比仍具有更高的图像质量，且辐射暴露的更少。Yuki等[14]通过对21名患者在100kv管电压下的所得到的冠脉CTA原始数据利用IMR重建、iDose4重建、FBP重建，得到3组图像，对比结果显示通过IMR重建得到的图像质量较其他两组图像质量更好，而且可以提高冠状动脉和心脏系统的CRN和图像质量，甚至在一定程度上还为心脏系统（即心肌和心脏瓣膜）提供了最佳的可视化效果。

刘鑫等[15]通过对100kv管电压、IMR重建的冠脉CTA与导管法冠状动脉造影的80例疑似冠心病的患者比较，表明IMR技术在低剂量冠脉CTA上获得的图像质量令人满意，且对冠状动脉狭窄具有较高的诊断准确性。Oda等[16]研究表明，利用IMR技术重建图像的CNR明显提高，平均噪声显著减小，明显优于FBP重建和混合迭代重建；且IMR重建在低电压的条件下，图像质量仍有明显的提升，对远端血管的显示也更为清晰。Halpern等[17]对45例患者进行研究，基于BMI的分层分析表明，在FBP图像中噪声较高的肥胖患者中，IMR对图像质量的改善最为明显，小血管的图像质量也得到了改善，这是CCTA过程中最难实现的；IMR使CCTA的血管内噪声降低了86%～88%，能够清晰显示较小的冠状动脉，提高冠状动脉内钙化斑块的识别，从而提升诊断医师对冠状动脉狭窄的诊断信心和准确性。

2.3 在胸部和腹部的应用进展

因胸部组织密度跨度大，各组织与器官之间的对比度差异显著，所以胸部在CT检查方面，直是获益最多的部位。胸部CT的检查在我国检查中占据很大的比重，IMR重建在胸部的应用具有巨大价值，值得我们去探索。Laqmani等[18]的研究结果显示，在肺动脉CTA应用中，在使用IMR的同时降低管电压及减少造影剂剂量的情况下，可以改善主肺动脉和分支肺动脉的图像质量和清楚显示血管的栓塞情况。其研究指出，使用IMR技术可以减少纵隔、头臂静脉、上腔静脉及心脏腔内高度集中的造影剂引起的伪影，从而能更为清晰地显示在主肺动脉和分支肺动脉中的充盈缺损。Xu等[19]对胸部磨玻璃结节(GGN)采用ASIR、IMR、iDose4三种重建方式的对比，得出在相同剂量的情况下，IMR重建的CT图像质量要优于其他的重建方式。Sun等[20]采用低剂量对26例坏死性肺炎的儿童分别采用薄层0.625mm的IMR、ASIR以及FBP重建，结果显示IMR重建方式在同患儿中图像质量更好，检测出更多的坏死病灶。Moloney等[21]通过调节不同的管电流来比较IMR、FBP及ASIR三种重建在胸、腹部的CT图像质量，结论表明相较与FBP和ASIR重建，IMR重建具有更低的噪声和更好的图像质量，辐射剂量越低，对比效果越显著。Laurent等[22]比较了腹部的IMR重建、FBP及iDose4重建的客观图像质量及放射医师的主观接受度，表明IMR重建可以呈现更高的图像质量以及更低的噪声值，但放射医师的主观接受度更差。

2.4 四肢血管CTA的应用进展

Park等[23]对83例患者的进行双下肢CT静脉造影，分别对原始数据行80kv的IMR重建和70kv的ASIP重建，结果显示相同剂量下，70kv的ASIR的图像质量更好，重建时间更短。说明在某些方面IMR重建并不是更好的选择。

Oda等[24]对60例患者的外周动脉行CTA造影，结果显示采用小焦点的IMR重建可以提高腹部动脉和下肢动脉客观图像质量，尤其是下肢小血管的图像显示效果更好。对双上肢血管CTA的IMR应用则少有报道，但结合其他方面的研究，我们可以预期双上肢CTA的IMR重建可以取得一定的成果。

2.5 联合其他技术的应用进展

李建等[25]研究结果表明，靶重建联合IMR重建技术在胰腺增强的CT图像较常规FBP重建和靶重建联合FBP可以显著改善图像的质量，提高了病变的识别度和检出率。姜文龙等[26]研究结果显示，大矩阵IMR重建技术对肺结节图像的质量有明显的提高，且在低剂量扫描条件下可以得到更高的图像质量。Nakamoto等[27]利用不同矩阵联合IMR重建和iDose4重建进行CT尿路造影，结果显示大矩阵IMR重建可以最详细的显示泌尿系统的结构。Kubo等[28]研究了去金属伪影算法联合IMR重建在颈部CT图像的应用价值，结果显示去金属伪影算法联合IMR重建可显著减少伪影并提高颈部CT的图像质量。

3 小结

综上所述，IMR重建技术在全身各部位的应用中，能够在降低辐射剂量、降低图像噪声，保证CT图像质量，相较于FBP及混合迭代重建方法有着明显的优势。尤其针对需要降低辐射剂量的儿童群体，正是目前所需要的。然而，在目前的日常工作中，IMR技术还没有被普遍的应用于临床工作中，而且最为适宜的扫描方案、重建与传输时间及合适的窗宽窗位等问题仍需我们在未来的科学研究中进一步探究。总之，随着科技的不断发展及更多研究的发现，在未来的临床工作中，IMR技术将会有着广阔的发展前景。