SAFIRE迭代重建对肾囊肿假性强化影响的实验研究

田志辉孙梦月王 琦时高峰*曹彦坤

作者单位：1河北医科大学第四医院CT/MR室　2河北医科大学第四医院放疗科



SAFIRE迭代重建对肾囊肿假性强化影响的实验研究

田志辉1孙梦月1王 琦1时高峰1*曹彦坤2

作者单位：1河北医科大学第四医院CT/MR室2河北医科大学第四医院放疗科

【摘要】目的：采用实验模型评价SAFIRE迭代重建技术对肾囊肿假性强化现象的影响。方法：使用10%葡萄糖液及一定浓度的含碘溶液，分别模拟平扫、中等强化及最大强化程度肾实质背景浓度。将含有纯水的试管（模拟直径为0．6、1．0和1．5cm 的“囊肿”）置于不同浓度环境的肾实质内。MDCT行腹部常规扫描模式，管电压120kV，管电流178mAs。图像采用迭代重建法（SAFIRE）与滤波反投影法（FBP）分别重建。测量不同浓度背景下试管内纯水的CT值，以超过 10HU为判断是否存在囊肿假性强化的临界值。对比研究两种重建技术对肾囊肿假性强化的影响。结果：FBP重建后模拟肾囊肿测得的CT值范围是-3．5～17．4HU。高浓度背景下不同直径的囊肿均出现了CT值大于10HU的情况，尤其在240HU背景浓度下，假性强化明显，且假性强化率达75%。结果显示随着背景浓度的提高，直径越小，假性强化值越大。利用迭代重建后，图像噪声下降了33%。假性强化的发生率与常规重建方法相比，没有统计学差异（P＞0．05）。结论：迭代重建算法可以提高肾囊肿实验模型的图像质量，图像噪声明显减低；但对消除假性强化无作用。

【关键词】迭代重建算法；肾脏囊肿；假性强化；图像噪声

中国医学计算机成像杂志，2016，22：79-82

Chin Comput Med Imag，2016，22：79-82

1 Department of CT, the Forth Hospital of Hebei Medical University

2 Department of Radiation Oncology, the Forth Hospital of Hebei Medical University

Address: No.12 Jiankang Road ,Shijiazhuang05011,P.R.C.

Address Correspondence to SHI Gao-feng （ E-mail: gaofengs62@sina. com）

在肾脏CT多期增强扫描中，有时会出现肾囊肿“伪强化”的现象。它是指在CT增强扫描后部分肾囊肿的CT值会一定程度的增加，如果CT值增加的幅度超过10HU时，这就为判断这一病变是否有血液供应带来一定疑问［1］。产生这一现象原因是多方面的，一般认为射线束硬化效应是主要因素，另外还有部分容积效应、电压、电流、重建层厚、算法等［1-2］。这一现象的出现为肾脏囊性病变的CT诊断提出挑战。如何消除这一现象是一个值得研究的课题。在我们已进行的研究中MSCT机重建算法对肾囊肿假性强化现象有较显著的影响［3］。选择B值较小、图像锐利度较低的重建算法可以降低囊肿假性强化的发生率。近年来随着迭代重建技术逐渐应用于MSCT重建，其降低图像噪声，提高图像质量的作用得到广泛的认可［4-5］。目前的研究表明CT迭代算法能够降低噪声、减少伪影以及提高图像的空间分辨率［6］。新的图像重建技术能否影响CT值的计算，能否消除CT图像硬化效应所致的囊肿假性强化现象是我们感兴趣的问题。本部分的目的在于通过SAFIRE迭代重建算法，检测其在模拟肾囊肿背景条件下对图像质量及囊肿假性强化的影响。

方 法

1．体模的设计

肾囊肿假性强化的研究使用长径约100cm、直径31．5cm的圆筒作为模拟人体的水模，其内装满水。直径为7．0cm×16cm的塑料水杯模拟肾脏，3只直径×长径1．5cm×8．5cm、1．0cm×5cm以及0．6cm×3．2cm的塑料试管内装满蒸馏水模拟单纯性肾囊肿，水杯内先后装满10%葡萄糖液及一定浓度的含碘溶液，分别模拟平扫（30HU）、中等强化（90HU、125HU、180HU）及最大强化程度（240HU）的CT值。为防止扫描中可能出现位置移动，妥善固定水杯后放入体模内的一侧。含碘剂的容器放入体模中心的底部，模拟脊柱。三只试管均没有产生伪影的物质。将试管完全封闭并排空气体，阻止模型内含碘溶液及气体的进出。

2．扫描方法

采用SIEMENS SOMATOM Definition Flash CT机。校机后使用腹部扫描模式。管电压120KV，管电流178mAs，CTDIvol=12．03mGy。FOV设置为300mm，准直器宽度为0．6mm，旋转时间0．5s，pitch=0．55，Acq=128×0．6mm。采用常规滤波反投影法（filtered back projection， FBP）和迭代重建（SAFIRE） 第3滤波强度两种重建算法，重建层厚设置为1mm。

3．数据搜集和分析

将常规扫描图像传入Viewing中，每一个“肾囊肿”CT值的获得均采用圆形兴趣区（region of interest，ROI），每一个“囊肿”在相邻三个层面分别画一个相同大小和位置的ROI，所有ROI均沿着囊肿的边缘画，同时记录获得的CT值。取其平均值作为该囊肿的CT值，并记录。

囊肿的CT值定义为±10HU。囊肿无强化被定义为：①在任何背景浓度下囊肿的CT值均小于10HU。②与模拟平扫时相比，囊肿在其他背景浓度下，CT值的增幅均≤10HU。超过这两项标准则被定义为有假性强化的现象发生。

4． 统计学分析

记录不同条件下囊肿CT值的变化，判定囊肿是否有假性强化。利用SPSS13．0统计软件包，采用配对t检验的方法，比较迭代重建图像囊肿CT值与FBP重建图像的差异。认为P＜0．05为差异有统计学意义。

结 果

两种重建算法均出现假性强化现象。如表1显示了各个背景浓度下囊肿的平均CT值，模拟肾囊肿于FBP重建图像测得的CT值范围是-2．3～22．8HU；迭代重建图像测得的CT值范围是-3．5～17．4HU。不同直径的囊肿均出现了CT值大于10HU的情况，尤其在240HU背景浓度下，假性强化明显，且假性强化率达75%，表明随着背景浓度的提高，直径越小，假性强化值越大。两种重建算法囊肿最大差值均出现在240HU背景下直径为6mm囊肿，分别为17．4HU 和22．8HU。FBP重建与迭代重建组比较囊肿CT值无统计学差异（t=1．94， P=0．073）。迭代重建与常规FBP重建技术相比图像噪声由平均24．3HU降低至16．4HU；下降了32．51%。总体看来，不同背景浓度其噪声下降的程度没有显著的规律。

图1 两种重建算法1mm层厚肾囊肿模型CT扫描图。模拟肾脏强化的背景为180HU，右图SAFIRE重建算法图像噪声为17．8HU，低于左图FBP重建算法（26．3HU），最小直径的囊肿在FBP重建算法条件下出现假性强化现象（CT值为14．5HU）。

表1 FBP及SAFIRE两种重建算法“肾囊肿”在不同浓度背景下的CT值

讨 论

滤波反投影（FBP）重建技术是目前大多数CT机图像重建最常用的方法，滤波反投影算法受X线光子波动的影响较大，重建的图像噪声较高［7］。对于体型较大的患者，扫描肾脏和肝脏这种缺乏对比的组织，如果不提高扫描剂量就可能面对噪声增加，图像质量下降这些问题，进而影响CT值测量的准确性。本研究使用直径达31．5cm的水模模拟人体就是为了检测大体积受检者可能出现更显著CT值测量的差异。

本研究显示SAFIRE和FBP两种算法比较兴趣区的图像噪声下降了32．51%，证实迭代重建技术可以提高图像质量。但是使用迭代重建技术后，研究中试管内的CT值在高浓度的背景下仍然出现假性强化现象，表明迭代算法不会消除假性强化现象。与FBP重建算法相比，部分囊肿的假性强化值稍减低，但是无显著规律和统计学意义。从表1中可以看到背景浓度为240HU时出现假性强化的概率明显增加，而背景浓度在180HU及以下时SAFIRE重建算法不会出现假性强化的现象。FBP重建算法在180HU背景浓度下直径6mm的模拟囊肿的CT值达14．5HU，出现假性强化现象（图1）。该算法出现假性强化现象的概率略高于迭代重建。

囊肿假性强化这一现象早已被众多学者所认识，但是如何消除其产生，方法较少。Mileto等［8］使用双能CT能谱成像技术消除肾囊肿假性强化现象，在单能谱成像80keV以上时取得较为理想的研究结果。但是该技术只适用于双能CT，且必须行双能模式扫描后再使用能谱成像才能实现消除这一现象的目的，其临床应用的广泛性受到制约。

本研究尚有一些不足之处，首先，我们只研究了腹部常规扫描使用的扫描条件，增加辐射剂量后（例如140kV或更高的管电流）是否可以减少这一现象是我们下一步的研究方向之一。其次，肾囊肿在人体真实情况下假性强化的发生与辐射剂量及迭代重建算法的关系有待进一步研究。

总之，迭代重建技术可以显著减少噪声，使囊肿的CT值更接近于真实。但是在较大的背景浓度下，该技术不能真正消除假性强化现象的发生。

参 考 文 献

［1］Gokan T, Ohgiya Y, Munechika H, et al. Renal cyst pseudo enhancement with beam hardening effect on CT attenuation. Radiat Med, 2002, 20: 187-190.

［2］Wang ZJ, Coakley FV, Yanjun F，et al. Renal cyst pseudoenhancement at multidetector CT: what are the effects of number of detectors and peak tube voltage? Radiology, 2008, 248: 910-916.田志辉,王 琦.不同算法与肾强化程度对肾囊肿假性强化的影

［3］响.放射学实践, 2012, 27: 552-555.路秀良, 曾蒙苏. 迭代重建算法在CT中的应用.中国医疗设备,

［4］2012, 27: 128-131.赵英明,邓克学, 韦 炜, 等. 迭代算法对腹部CT图像影响

［5］及降低剂量的研究. 中国医学计算机成像杂志, 2014, 20: 407-411.

［6］李志明, 章士正. 遵循综合评估辐射风险、医疗安全与使患者获益的放射检查原则. 中华放射学杂志, 2013, 47: 379-381.

［7］王海燕, 昝志生，赵 斌，等. SAFIRE与FBP重建法对CT图像噪声及扫描剂量影响的比较研究. 医学影像杂志,2013, 23: 473-476.

［8］Mileto A, Nelson RC, Samei E,et al. Dual-energy multi-detector row CT with virtual monochromatic imaging on renal cyst pseudoenhancement: in vitro and in vivo study. Radiology, 2014, 272:767-776.

Influence of Iterative Reconstruction Algorithm on Image Quality and Pseudo-enhancement of Renal Cyst

TIAN Zhi-hui1, SUN Meng-yue1, WANG Qi1, SHI Gao-feng1*, CAO Yan-kun2

【Abstract】Purpose: To assess the impact on the image quality and pseudo-enhancement of renal cyst by iterative reconstruction algorithm. Methods: 10% glucose and iodine solution with a certain concentration was used to simulate the renal parenchymal background concentration in plain scan, moderate enhancement and maximum enhancement respectively. And tubes in different diameters with pure water were stimulated the renal cyst. The simulated renal cyst model was scanned by routine abdominal scan mode on SOMATOM Definition Flash CT. The protocol of 120KV, 178mAs was used, and the images were reconstructed by SAFIRE and FBP. The pseudo-enhancement degree and the difference of noise before and after adding SAFIRE were analyzed. Result: The CT value range of the simulated renal cyst was -3.5HU - 17.4HU. Under the background of 240HU, the ratio of pseudo enhancement was 75%. And when the CT value background was higher, and the cyst diameter was smaller, the pseudo enhancement degree was bigger. The biggest difference was 20.9HU in 240HU background when the cyst was 6cm in diameter. The pseudo enhancement was with no statistical significant difference between the images before and after SAFIRE was added. SAFIRE did notbook=85,ebook=85affect the levels of pseudo-enhancement. However, SAFIRE reduced the noise significantly, the most obvious was 33%. Conclusion: SAFIRE can improve image quality significantly, but has no effect on the pseudo enhancement.

【Key words】Iterative reconstruction algorithm; Renal cyst; Pseudo-enhancement; Noise

收稿时间:（2015.03.26;修回时间：2015.08.25）

通信作者：时高峰（电子邮箱: gaofengs62@sina.com）

通信地址：河北省石家庄市健康路12号,石家庄市 050011

中图分类号：R814.42

文献标志码：A

文章编号：1006-5741（2016）-01-0079-04