结肠模拟息肉CT结肠成像的实验研究

左珊淮，白人驹，孙浩然

（天津医科大学总医院放射科，天津300052）

CT结肠成像（CTC）技术已有10余年的历史，但对于多层螺旋CT（MSCT）的数据采集和重建方案研究较少，目前尚缺乏统一的扫描和重建方案[1-3]。本文对16层螺旋CT扫描参数和重建参数进行了实验研究，以期找到一种更适合的参数组合。

1 材料与方法

1.1 实验模型的制作 取长约30 cm的新鲜猪结肠6段，制作模拟肠壁息肉，息肉大小范围为2~12 mm，每段肠管10枚。将结肠充气扩张，固定于底部装有固定装置的塑料盆内，将息肉模型浸入含0.1%泛影葡胺溶液4000 mL中，模拟人体腹腔环境（图1）。扫描结束后剖开结肠检查模拟息肉是否开线脱落，重新对模拟息肉进行记数及标记大小。共制成猪结肠模拟息肉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 实验方法 扫描仪器为GE Light speed Pro 16螺旋 CT 扫描机，在 120 kV、120 mA、0.8 s/周、扫描视野（SFOV）为 500 mm、重建视野（DFOV）为 350 mm的固定条件下分别依下列不同参数进行扫描：（1）不同准直扫描：行准直分别为1.25 mm、2.5 mm和5.0 mm的扫描，螺距均为1.375，重叠率为0%。（2）不同螺距扫描：行螺距分别为0.938、1.375和1.75的扫描，准直均为1.25 mm。（3）在不同重建层厚（1.25 mm、2.5 mm和5.0 mm）中，进行重叠重建率为0%和50%的重建，螺距均为1.375。（4）对1.25 mm层厚的图像进行不同算法（标准，软组织，细节，肺，骨）重建。（5）对1.25 mm层厚，重叠重建率为0%，螺距为1.375的图像进行不同方法[CT仿真内镜（CTVE）、多平面重组（MPR）、容积再现和光线调节（VR+Ray sum）和虚拟分割（VD）]的图像重组。

图1 猪结肠息肉模型制作Fig 1 The making of porcine colonic polyp modela.充气前结肠腔内反折后制成的模拟息肉；b.充气后放于溶液中

1.3 图像分析 将扫描所得数据传入GE ADW4.2工作站进行处理。所有图像均由2位有经验的放射科医师在不知猪结肠模拟息肉大小、位置的情况下分别进行盲读和评估，当意见不一致时，经协商决定。分别观察各组CTC图像对模拟息肉的检出率。对准直1.25 mm，螺距1.375的图像还比较了CTVE、轴位+MPR、VR和VD等不同观察方法的检出率。

1.4 统计学处理 应用SPSS13.0版本进行统计学处理各组CTC图像对模拟息肉的检出率的数据，进行多个相关样本的秩和检验及校正χ2检验，P<0.05具有统计学意义。

2 结果

2.1 扫描参数对模拟息肉检出率的影响 （1）不同准直 1.25 mm、2.5 mm和 5 mm时的检出率为93.33%、91.67%和60.00%。（2）螺距值0.938、1.375和1.75对CTVE质量并无显著差异，总检出率分别为93.33%、93.33%和90.00%。（3）重建层厚5 mm组、2.5 mm组和1.25mm组的检出率为60.00%、91.67%和93.33%，重叠重建和无重叠重建在层厚1.25 mm组检出病变检出率上无明显差异，均为93.33%。（4）标准算法、软组织算法和细节算法对息肉的总检出率无差别，均为96.67%，但在CTVE图像质量上有着细微的差别，图像最柔和的为软组织算法重建，细节算法边缘较为锐利，标准算法介于二者之间。以肺算法、骨算法图像质量最差，阶梯状伪影明显，检出率也较低，分别为66.67%和63.33%。不同算法在MPR+轴位图上以标准算法为最好。

2.2 不同后处理方法对模拟息肉检出率的影响 CTVE、VR+Raysum、MPR+轴位和 VD 对10~12 mm组息肉的检出率分别为100%、95%、95%、100%；对5~9.9 mm组息肉的检出率分别为95%、75%、80%和95%；对2~4.9 mm组息肉的检出率分别为85%、30%、50%和80%（图2）。综合应用以上各种方法对10~12 mm组、5~9.9 mm组和2~4.9 mm组的检出率分别为100%、100%和90%。

图2 CT结肠成像不同后处理方法Fig 2 Different post-processing methods of CT colonographya、b、c、d 分别为 VR、MPR、CTVE、VD 图；图中箭头所指为猪结肠模拟息肉

3 讨论

MSCT的出现使快速的大范围薄层扫描得以实现，提高了结肠CT检查的图像质量和检查速度。然而MSCT结肠成像（MSCTC）的图像质量受诸多因素影响，目前尚缺乏认识一致的优化的扫描和重建方案。理论上准直、螺距越小，重建层厚越薄、重叠重建率越大，CTVE的质量越高，但薄的准直、小螺距的扫描必将导致扫描时间延长和辐射量增加，故在病变检出能力、图像质量与扫描和重建参数之间，寻找兼顾这些因素的最佳组合才是最优化的扫描方案。CT结肠成像的图像质量及其对结肠息肉的检出率直接影响其应用价值，其中包括可否用于结肠息肉的筛查，因此，CT结肠成像扫描和重建参数的优化是必不可少的，而后处理方法的正确选用同样具有重要价值。

3.1 CT结肠成像扫描参数和重建参数的选择

3.1.1 准直器宽度 准直器宽度减小可以提高图像质量、提高息肉（尤其是5 mm以下的息肉）检出率。本实验不同准直1.25 mm、2.5 mm和5 mm时对猪结肠模拟息肉的检出率为93.33%、91.67%和60.00%，与文献报道接近[4-6]。准直器宽度直接影响到图像的Z轴分辨率及息肉的检出率，准直在5 mm以下时，对于10~12 mm大小的息肉检出率无明显差别。然而，对于6~9 mm和3~5 mm大小的息肉，随着准直的减小，检出率逐渐提高，其中1.25 mm准直的检出率最高。这是由于随着准直的减小，致使图像整体空间分辨力提高，逐渐趋于各向同性，边缘的清晰度增加，有利于肠腔内表面微小结构的显示，致使小息肉的检出能力提高。此外当准直小于5 mm时，息肉变形明显减小。然而，并非准直越小越好，如0.625 mm准直虽然几乎可以达到各向同性，但准直过小会增加图像的噪声，而克服图像的噪声，就需要增加单位体素的光子量，也就是要提高扫描的X线剂量，从而增加了辐射量。本实验结果说明，在不明显影响5 mm以下小息肉检出率的条件下，CTC准直宜采用1.25 mm。

3.1.2 螺距 在螺旋CT检查时，扫描参数螺距将影响扫描时间、图像信噪比和Z轴分辨力。本实验发现，3种螺距值（0.938、1.375和 1.75）对 CTVE 质量并无显著差异，对猪结肠模拟息肉的总检出率分别为93.33%、93.33%和90.00%。以往SSCT采用了较大的螺距值1.5~2.2[7-8]，说明在一定范围内螺距的增大对VC质量影响并不大，原因可能是螺距值增大后，采用180°内插法而非360°内插法，使其层面侧视曲线（SSP）的半高宽不致增加太多，保证了Z轴分辨率；但180°内插法噪声相对较大，同时螺距增大，像素内吸收光子量减少，信噪比下降，原始图像质量下降，但对3D和CTVE重建图像影响不明显。大螺距扫描的优点是加快扫描速度，缩短扫描时间，而16层螺旋CT有效利用了探测器的宽度（16×1.25 mm），配合1.375的螺距就可在13 s左右完成扫描，扫描速度已经很快，无需用1.75或更大的螺距，因为大螺距势必降低原始图像质量。本实验结果表明，16层螺旋CT更适于采用1.375的螺距。

3.1.3 重叠重建率 重叠重建率通过调节重建间隔实现，属扫描后重建参数，并不影响扫描时间和辐射剂量；但重叠重建会浪费较大的磁盘空间和延长重建时间[9]。本实验结果发现，在重建层厚5 mm组和2.5 mm组重叠重建和无重叠重建在检出病变准确率上有显著差异；而在层厚1.25 mm组检出病变准确率上无明显差异。说明随着重建层厚的缩小，重叠重建的作用也在减小，2.5 mm层厚组50%重叠重建、1.25 mm组0%重叠重建和1.25 mm组50%重叠重建均可获得较好的准确率。

3.1.4 重建算法 重建算法影响CT对细小结构的分辨力。本实验研究表明，采用标准算法、软组织算法和细节算法时对息肉的总检出率无差别，都为96.67%，但在CTVE图像质量上有着细微的差别，图像最柔和的为软组织算法重建，细节算法边缘较为锐利，标准算法介于二者之间。以肺算法、骨算法图像质量最差，阶梯状伪影明显，检出率也较低，分别为66.67%和63.33%。不同算法在MPR+轴位图上以标准算法为最好。因此经本实验综合考虑宜采用标准算法进行重建。

3.2 CT结肠成像后处理方法的选择 4种观察方法（CTVE、VR+Raysum、MPR+Axial和 VD）显示模拟息肉有不同的效果。CTVE对模拟息肉显示类似于纤维结肠镜，表现为轮廓清晰、圆形或椭圆形的腔内突起，表面光滑，易与黏膜皱襞相区分；在CTVE图上由于部分容积效应可使有蒂息肉的蒂不易观察，甚至将其误认为无蒂息肉。MPR和Axial有良好的密度分辨率，模拟息肉显示为软组织密度的腔内突起，与附壁的黏液较易区分，而其他方法则不易做到这点，MPR+Axial亦不会将不对称黏膜皱襞和结肠袋误诊为模拟息肉，而且易于分辨息肉的蒂。VR和Raysum可显示结肠的整体解剖，立体感强，定位准确，通过局部放大和多角度旋转，可充分显示模拟息肉的形态特征及其与肠壁的关系。VD显示技术是将结肠表面如同大体病理剖开的方式显示出来，对息肉的大小和数目反映比较直观，不会出现重复计数的问题。由于观察角度是在“上方”，因此所有息肉均可被显示出来，不会像纤维结肠镜那样被结肠皱襞所掩盖。对于CTVE而言，从顺行和逆行两个方向漫游结肠是一项耗时的繁重工作，而VD技术在确定中央路径后主要为自动进行，整个过程可在数分钟内完成，大大地缩短了操作者对图像的判读时间。本实验结果显示，CTVE与VD对息肉的检出率高于其他后处理方法，各种方法结合起来观察对息肉的检出率最高。

本实验研究表明，对16层螺旋CT而言，CT结肠成像宜采用的扫描及重建方案为：准直1.25 mm，螺距1.375，重建层厚1.25 mm，重叠重建率0%和标准重建算法，CTVE或VD与其他后处理方法相结合有助于获得更多的病变信息。

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