雙源CT雙能量成像技術(shù)在骨關(guān)節(jié)金屬內(nèi)固定術(shù)后的應(yīng)用

曹永杰，周　俊，姜　楠

（1.蘭州石化總醫(yī)院放射科，甘肅 蘭州　730060；2.蘭州大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院，甘肅 蘭州　730000）

?影像技術(shù)?

雙源CT雙能量成像技術(shù)在骨關(guān)節(jié)金屬內(nèi)固定術(shù)后的應(yīng)用

曹永杰1，周俊1，姜楠2

（1.蘭州石化總醫(yī)院放射科，甘肅 蘭州730060；2.蘭州大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院，甘肅 蘭州730000）

目的：探討雙源CT雙能量成像技術(shù)在骨關(guān)節(jié)骨折金屬內(nèi)固定術(shù)后的應(yīng)用價值。方法：骨關(guān)節(jié)外傷金屬內(nèi)固定術(shù)后復(fù)查47例患者，采用雙源CT雙能量掃描模式，一次掃描同時采集2個不同能量的數(shù)據(jù)，對所得140 kV、80 kV能量數(shù)據(jù)及平均加權(quán)120 kV數(shù)據(jù)傳至后處理站，用能譜軟件不同能譜值（keV）進(jìn)行金屬偽影減影后處理，包括多平面重組（MPR）、容積再現(xiàn)（VR）和最大密度投影（MIP）。結(jié)果：用低能譜值如40 keV時，圖像質(zhì)量不佳，金屬偽影多，隨著能譜值的增加，如90 keV及以上時，圖像質(zhì)量明顯改善，金屬偽影明顯減少或無偽影，局部骨質(zhì)結(jié)構(gòu)、固定器材均顯示清晰，與平均加權(quán)120 kV圖像比較，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（F=209.774，P＜0.05）。結(jié)論：雙源CT雙能量成像技術(shù)用高能譜值處理，能夠有效去除金屬內(nèi)固定器材線束硬化偽影，能清晰顯示局部細(xì)微結(jié)構(gòu)，是骨關(guān)節(jié)金屬內(nèi)固定術(shù)后影像復(fù)查的有效方法。

骨；關(guān)節(jié)；外傷；骨折固定術(shù)；體層攝影術(shù)，X線計算機

骨關(guān)節(jié)外傷患者金屬器材內(nèi)固定手術(shù)廣泛應(yīng)用，患者手術(shù)后影像復(fù)查時金屬內(nèi)固定器材線束硬化偽影造成局部結(jié)構(gòu)顯示不清，對觀察骨折斷端對位、骨痂形成及內(nèi)固定器材是否有斷裂等情況造成很大困難。隨著雙源CT（DSCT）雙能量成像技術(shù)的應(yīng)用，其有2套X線球管-探測器系統(tǒng)，2個X線球管同時掃描但管電壓不同，一次掃描可同時得到2組不同的數(shù)據(jù)，稱為雙能掃描（Dual energy scan，DE）模式。具有不同信息的兩組數(shù)據(jù)能夠?qū)Τ上駞^(qū)域的組織進(jìn)行區(qū)分，可獲得不同于形態(tài)學(xué)信息的特殊信息，開辟了新的臨床應(yīng)用領(lǐng)域［1］。將數(shù)據(jù)用能譜軟件處理后，可有效消除骨關(guān)節(jié)金屬內(nèi)固定器材線束硬化偽影。

1　資料與方法

1.1一般資料

搜集2012年12月—2014年3月來我院放射科雙源CT室檢查的47例骨關(guān)節(jié)外傷金屬內(nèi)固定術(shù)后患者的影像資料，其中男28例，女19例，年齡16～62歲，平均（36±5.3）歲。其中鎖骨骨折4例，尺橈骨骨折3例，股骨頸骨折16例，股骨外髁骨折8例，脛腓骨骨折11例，跟骨骨折5例。

1.2檢查方法及參數(shù)

用德國西門子第二代雙源CT機 （SOMATOM Definition Flash），雙能量掃描模式，首先常規(guī)掃描正、側(cè)位定位像，設(shè)定掃描范圍。掃描參數(shù)：A、B球管電壓值分別為140 kV、80 kV，參考毫安秒分別為45mAs、191mAs，準(zhǔn)直器寬度40×0.6mm，矩陣512×512，螺距0.7，球管旋轉(zhuǎn)時間0.5 s/轉(zhuǎn)，開啟適時動態(tài)曝光劑量調(diào)節(jié)（CARE Dose 4D）。掃描完成后，重組層厚為0.75mm，層間距為0.5mm的Kernel為B20s或B30f的圖像，將3組重組數(shù)據(jù)即140 kV、80 kV及2種能量的融合數(shù)據(jù)（相當(dāng)于常規(guī)120 kV單能掃描）傳輸至西門子工作站（Syngo MultiModality Workplace）。

1.3圖像處理

所有病例后處理均使用MPR、VR和MIP技術(shù)，相同的后處理技術(shù)圖像的窗寬、窗位、對比度、透明度等相關(guān)數(shù)值均一致。

將雙能量掃描獲得的140 kV、80 kV重組數(shù)據(jù)同時加載入能譜軟件（Monoenergetic）中，能譜值可調(diào)范圍為40～190keV，通過調(diào)整控制區(qū)浮動條每間隔50keV分別選擇40keV、90keV、140 keV和190 keV能譜值進(jìn)行圖像后處理。

將140 kV和80 kV平均加權(quán)的120 kV融合圖像數(shù)據(jù)用MPR、VR、MIP后處理方法進(jìn)行處理。

1.4圖像評價

由兩名影像科主治以上醫(yī)師獨立對上述5組后處理圖像進(jìn)行評價、打分，結(jié)果不一致時兩人重新評價、打分，以意見一致為準(zhǔn)。圖像質(zhì)量評價標(biāo)準(zhǔn)：4分：無金屬偽影，骨折處解剖細(xì)節(jié)顯示清晰；3分：金屬偽影不明顯，骨折處解剖細(xì)節(jié)顯示較好；2分：金屬偽影較多，骨折處解剖結(jié)構(gòu)尚可觀察；1分：金屬偽影明顯，骨折處解剖結(jié)構(gòu)不能觀察。

1.5統(tǒng)計學(xué)分析

用SPSS 19.0版本，用Kruskal-Wallis檢驗金屬內(nèi)固定患者在不同能譜值及平均加權(quán)120 kV圖像質(zhì)量，以P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2　結(jié)果

不同能譜值圖像及平均加權(quán)圖像質(zhì)量得分情況見表1。

表1　不同能譜值、平均加權(quán)圖像質(zhì)量得分比較及統(tǒng)計分析

2.1不同能譜值之間圖像質(zhì)量比較

在40 keV時，金屬偽影明顯，圖像質(zhì)量不能滿足診斷（圖1）；隨著能譜值的增加，圖像質(zhì)量明顯改善，如90 keV時，金屬偽影明顯減少，局部骨質(zhì)結(jié)構(gòu)顯示較清晰（圖2）；當(dāng)能譜值增加到140 keV及以上時，無明顯金屬偽影或無偽影，圖像質(zhì)量清晰，對骨折對位及骨痂形成等情況能作出準(zhǔn)確評價（圖3～5）。

圖140 keV MIP圖。骨質(zhì)結(jié)構(gòu)無法觀察，金屬偽影明顯，不能做出診斷。圖290 keV MPR圖。無明顯金屬偽影，局部骨質(zhì)結(jié)構(gòu)及斷端顯示較清晰。圖3140 keV MIP圖。無金屬偽影，局部骨質(zhì)細(xì)微結(jié)構(gòu)顯示清晰。圖4190 keV MPR圖。無金屬偽影，局部骨質(zhì)結(jié)構(gòu)及斷端顯示非常清晰。

Figure 1.40 keV MIP image.Bone structure can not be observed，with metal artifacts，and the diagnosis cannot be made.Figure 2. 90 keV MPR image.Without obvious metal artifacts，local bone structure and the broken ends are showed clearly.Figure 3.140 keV MIP image.Local bone microstructures are showed clearly，without metal artifacts.Figure 4.190 keV MPR image.Without metal artifacts，local bone structure and the broken ends are showed very clearly.

圖5140 keV VR圖。無金屬偽影，圖像質(zhì)量佳，脛腓骨斷端均顯示清晰。圖6120 kV（平均加權(quán)）MIP圖。金屬偽影較明顯，局部骨質(zhì)結(jié)構(gòu)顯示不清。圖7120 kV（平均加權(quán)）MPR圖。金屬偽影明顯，局部骨質(zhì)結(jié)構(gòu)顯示不清。圖8120 kV（平均加權(quán)）VR圖。金屬偽影明顯，局部骨質(zhì)結(jié)構(gòu)不清，腓骨斷端無法觀察。

Figure 5.140 keV VR image.Without metal artifacts，the broken ends of the tibia and fibula are showed clearly，with good image quality.Figure 6.120 kV（weighted average）MIP image.Metal artifacts are obvious，and the local bone structure is not showed clearly. Figure 7.120 kV（weighted average）MPR image.Metal artifacts are significant，and local bone structure is not displayed clearly.Figure 8. 120 kV（weighted average）VR image.Metal artifacts are significant，and local bone structure is not clear.The broken ends of the fibula are not observed.

2.2平均加權(quán)120 kV圖像與不同能譜值圖像比較

平均加權(quán)圖像金屬偽影和圖像質(zhì)量較40 keV圖像好（圖1，6～8），但隨著能譜值的增加，如到90 keV及以上時，能譜圖像質(zhì)量明顯優(yōu)于平均加權(quán)圖像（圖2～8）。

3　討論

骨關(guān)節(jié)外傷患者金屬器材內(nèi)固定手術(shù)臨床應(yīng)用日趨廣泛，術(shù)后影像學(xué)檢查對觀察骨折對位、骨痂生成及固定器材是否斷裂等情況非常重要，能及時發(fā)現(xiàn)對位不佳和骨痂形成不良的病例，為臨床醫(yī)生提供及時的信息，但普通X線片由于金屬偽影和結(jié)構(gòu)重疊嚴(yán)重影響觀察。近年來，常規(guī)CT骨關(guān)節(jié)重建成像的報道［2］越來越多，但由于線束硬化偽影的影響，對金屬固定器材的準(zhǔn)確位置及局部骨質(zhì)結(jié)構(gòu)的顯示始終不滿意。夏春潮等［3］認(rèn)為，常規(guī)螺旋CT的SSD、VR成像技術(shù)產(chǎn)生的偽影較大，不能整體地顯示固定物材料的形狀和位置，不利于術(shù)后對細(xì)微結(jié)構(gòu)的精確評價。

雙能量減影的概念早在1925年即被提出，20世紀(jì)70年代才開始真正在臨床上被研究和應(yīng)用［4］。用于臨床的能量CT設(shè)備，一種是以瞬時雙kVp為核心技術(shù)的能譜CT，另一種是以雙X線管技術(shù)為核心技術(shù)的雙源CT［5］。近年來隨著CT技術(shù)的發(fā)展，重新開啟了雙能量的應(yīng)用，并且在成像技術(shù)方面獲得了一定的成就及經(jīng)驗，尤其是能譜分析的出現(xiàn)拓展了雙能量成像的應(yīng)用空間，例如雙能量技術(shù)在骨關(guān)節(jié)領(lǐng)域的臨床研究及應(yīng)用［6］。

雙源CT雙能量成像技術(shù)，A、B兩個球管用不同能量同時產(chǎn)生射線，如A球管為140 kV，B球管為80 kV，一次掃描同時采集兩組不同能量的數(shù)據(jù)，根據(jù)X線成像原理及衰減特性，利用能譜軟件計算出該組織的曲線，再進(jìn)行金屬偽影減影后處理，并且可以通過調(diào)整控制區(qū)浮動條選擇不同的能譜值（keV）進(jìn)行減影處理，得到不同質(zhì)量的圖像。選擇低能譜值如40 keV時，由于射線能量穿透力不足，圖像質(zhì)量和金屬偽影減影效果不佳，隨著能譜值的增加，如到90 keV時，金屬偽影明顯減少，局部結(jié)構(gòu)顯示清晰，圖像質(zhì)量明顯提升，當(dāng)能譜值增加到120 keV及以上時，幾乎無金屬偽影，克服了X線和常規(guī)螺旋CT圖像存在線束硬化偽影的不足，能更清晰地顯示病變及其與周圍結(jié)構(gòu)的關(guān)系，有助于骨折固定術(shù)后的療效評價。單能量圖像（keV圖像）的噪聲比明顯優(yōu)于常規(guī)CT圖像（kVp圖像）［7］。

Bauer等［8］研究認(rèn)為，在雙能量成像時，140 kV射線中含有的低能量射線增加了人體的吸收劑量，第二代雙源CT采用多種措施來降低輻射劑量，一是采用錫（Sn）作為濾過材料的能譜純化（Selective photon shield，SPS）技術(shù)，絕大部分低能量射線被濾過，提高了射線有效利用率，二是動態(tài)曝光劑量調(diào)控系統(tǒng)（CARE Dose 4D），能根據(jù)病人的解剖結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)管電流，從而減少人體吸收劑量，達(dá)到降低輻射劑量的目的。研究表明，絕大多數(shù)患者雙能量CT掃描與單源CT相比并不會明顯增加輻射劑量［9］。第二代雙源CT增加了B球管的視野（FOV）到33.4 cm2，克服了第一代雙源CT B球管的視野限制?？傊?，隨著軟件功能的不斷開發(fā)和各種相關(guān)研究的開展，雙能量成像技術(shù)在骨關(guān)節(jié)系統(tǒng)的應(yīng)用會越來越廣。

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Clinical app lication of dual energy imaging technology of dual-source CT in the bone and joint with internalmetal fixer

CAO Yong-jie1，ZHOU Jun1，JIANG Nan2
（1.Department of Radiology，General Hospital of Lanzhou Petrochemical Company，Lanzhou 730060，China；2.The First Clinical Medical College of Lanzhou University，Lanzhou 730000，China）

R684；R687.32；R814.42

B

1008-1062（2015）02-0143-03

2014-09-09

曹永杰（1977-），男，甘肅定西人，主管技師。