O-MAR技術(shù)去金屬植入物偽影的臨床價值

劉 穎 張 磊 謝麗響 王小龍 徐 凱

金屬內(nèi)固定已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到一些疾病的治療，這些患者術(shù)后進行CT檢查時，常規(guī)CT圖像金屬等高原子序數(shù)植入物會引起X線束硬化偽影[1]，對術(shù)后可能發(fā)生的感染，固定物脫位和手術(shù)部位愈合不良等情況，不利于進行精確評價。去金屬偽影技術(shù)（orthopedic metal artifact reduction，O-MAR）是Philips公司開發(fā)的一種圖像重建技術(shù)，可以有效減輕金屬等高原子序數(shù)植入物X線束硬化偽影。本文收集21例體內(nèi)有金屬植入物患者的MSCT圖像，比較使用O-MAR技術(shù)與傳統(tǒng)FBP重建技術(shù)，金屬植入物對CT圖像質(zhì)量影響的差異。

方 法

1.臨床資料

收集2014年4月-2017年3月本院21例術(shù)后體內(nèi)有金屬植入物行CT檢查患者圖像，其中男性11例，女性10例，年齡30～89歲，平均年齡58.33歲。植入物部位包括椎體5例，股骨頭8例，四肢關(guān)節(jié)6例，鎖骨1例，骨盆1例。

2.CT檢查方法

采用Philips 256層iCT進行相應(yīng)興趣區(qū)檢查，管電壓120kV，管電流最大300mAs（開啟Z-DOM模式），層厚3.0mm，層間距3.0mm，探測器64×0.625，螺距 0.609，球管轉(zhuǎn)速 0.75s，掃描矩陣512×512，重建模式選standard B，圖像采用同一窗寬（300HU）、窗位（50HU）。所有21例患者CT圖像分別使用兩種方法進行減薄處理，層厚1.0mm，層間距1.0mm，A組使用FBP(filer back projection)重建技術(shù)，B組使用O-MAR迭代重建技術(shù)，A、B兩組同時使用iDose4（5）進行重建。將兩組不同重建方法得到的薄層圖像傳入星云工作站進行多平面重建（MPR）和容積再現(xiàn)（VR）后處理。

3.圖像分析

3.1 主觀評價：由2名高年資影像科醫(yī)師以A、B兩組薄層重建原始圖像為評價對象，分別對兩組圖像進行評分，評分標(biāo)準(zhǔn)：植入物周圍偽影重，影響周圍結(jié)構(gòu)組織分析為0分；偽影較重，植入物周圍結(jié)構(gòu)組織欠清晰為1分；偽影減少明顯，植入物周圍結(jié)構(gòu)組織尚清晰為2分；偽影基本去除，植入物周圍結(jié)構(gòu)組織可清晰分辨為3分。評分不一致時通過共同協(xié)商達成最終評分。

3.2 .客觀評價：選擇FBP重建技術(shù)（A組）圖像中植入物偽影最重的層面，以及O-MAR組（B組）相應(yīng)層面，在距離植入物邊緣2cm處，分別在3個偽影最重位置（兩組位置相同）測量興趣區(qū)軟組織的CT值和SD值，然后計算其平均值，ROI面積選擇40mm2。對測量所得CTA、SDA和CTB、SDB進行統(tǒng)計學(xué)分析。

3.3 統(tǒng)計學(xué)分析：采用SPSS17.0軟件包進行分析，主觀評分結(jié)果采用計量資料秩和檢驗，P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義，客觀評價對A、B兩組CT值和SD值差異采用方差分析，P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

圖1 男性患者，61歲，雙側(cè)股骨頭置換術(shù)后，A1、B1、C1常規(guī)技術(shù)重建圖像；A2、B2、C2為相應(yīng)層面O-MAR技術(shù)重建圖像。顯示2組圖像偽影與噪聲明顯小于1組。

結(jié) 果

主觀評價，O-MAR組圖像質(zhì)量評分優(yōu)于FBP組圖像，O-MAR組植入物周圍條帶狀偽影較FBP組明顯減小，兩者間存在顯著統(tǒng)計學(xué)差異（P＜0.01）；O-MAR組圖像植入物周圍組織影像顯示明顯優(yōu)于FBP組，兩者間存在明顯統(tǒng)計學(xué)差異（P＜0.01）（表1）?？陀^評價，對O-MAR組與FBP組圖像偽影區(qū)域的軟組織CT值和圖像噪聲（以SD值表示）進行差別上的分析，兩者符合正態(tài)分布，采用方差分析，兩者間差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P＜0.05)，且O-MAR組圖像噪聲水平明顯小于FBP組，噪聲下降了46.71%；而O-MAR組所測CT值更接近組織實際CT值（表2）。

表1 使用O-MAR和未使用O-MAR重建圖像主觀圖像質(zhì)量評分（ ±s ）

表1 使用O-MAR和未使用O-MAR重建圖像主觀圖像質(zhì)量評分（ ±s ）

組別圖像評分植入物周圍組織影像 條帶狀偽影FBP（A）組 1.50±0.51 1.46±0.60 O-MAR（B）組 2.30±0.29 2.41±0.18 Z-3.01 -2.88 P 0 0

表2 A、B兩組偽影區(qū)CT值及SD值數(shù)據(jù)分析

討 論

CT檢查中金屬等高原子序數(shù)植入物會產(chǎn)生偽影，其原因與部分容積效應(yīng)、射線束硬化和散射效應(yīng)有關(guān)[2]，相鄰組織之間因為厚度、密度差異較大是會產(chǎn)生X線束硬化，導(dǎo)致相應(yīng)投影數(shù)據(jù)缺失而產(chǎn)生偽影[3-4]，使圖像質(zhì)量下降，對于術(shù)后植入物發(fā)生斷裂、位置移動、周圍組織發(fā)生的感染等情況不利于影像科醫(yī)師做出明確診斷，影響患者術(shù)后的復(fù)查和病情評估。

金屬偽影的產(chǎn)生與金屬植入物的成分，植入物位置、形狀和圖像重建參數(shù)有關(guān)。鈦合金、不銹鋼、鈷-鉻合金的硬化偽影依次增大[5]。降低CT金屬偽影的傳統(tǒng)方法有以下幾種，掃描時選擇高kV、mAs，使用小的螺距，在圖像重建時選擇稍厚的層厚，使用平滑算法都可以減少噪聲，降低偽影。

近年來隨著CT設(shè)備硬件及應(yīng)用技術(shù)的快速發(fā)展，使用雙能量CT單能譜成像技術(shù)和寶石能譜CT單能量成像去金屬偽影的研究已有很多報道[6-8]。另外使用適合的圖像重建算法也可以減少金屬偽影的發(fā)生，目前常用的圖像后處理方面的偽影矯正方法大致可分為3種：迭代重建法，投影插值法和混合法。投影插值法一般是基于濾波反投影算法（filtered back projecting，F(xiàn)BP），與迭代重建算法相比，F(xiàn)BP算法計算量較小，重建速度快，實用性高，而迭代重建算法計算量非常大，重建速度慢，相比于FBP算法，能夠更加有效地去除金屬偽影。本研究所使用的O-MAR技術(shù)是Philips公司開發(fā)的一種基于迭代算法的圖像重建技術(shù)，在不增加輻射劑量的前提下實現(xiàn)更加優(yōu)秀的去除金屬偽影效果，這種技術(shù)首先將金屬像素從原始圖像中分離出來，其余組織像素設(shè)置為零，通過反復(fù)迭代對比計算，將金屬等高原子序數(shù)物質(zhì)造成的偽影數(shù)據(jù)剔除，直到得到滿意的無較大簇金屬像素的圖像[9]。O-MAR技術(shù)適用范圍較廣，如椎體金屬固定物、人工金屬關(guān)節(jié)、顱內(nèi)金屬夾閉物等，但對于皮膚附近、氣穴附近的金屬植入物，使用該技術(shù)可能會產(chǎn)生更大的偽影[10]。

CT檢查中使用O-MAR技術(shù)降低金屬條帶狀偽影和圖像噪聲已有報導(dǎo)[11-12]，樂先杰等[11]的研究表明使用O-MAR技術(shù)后腰椎金屬植入物產(chǎn)生的偽影面積明顯減少，偽影周圍組織CT值干擾也明顯減輕。溫齊平等[12]研究表明使用O-MAR技術(shù)重建后口腔金屬植入物周圍的放射狀偽影變淡，植入物中心及周圍缺失的組織被填充。本文通過對在我院進行CT檢查的21例有金屬植入物患者的圖像進行分析表明，使用FBP重建技術(shù)的圖像，植入物周圍的放射狀金屬偽影嚴(yán)重，植入物區(qū)域組織影像缺失，影響醫(yī)師對該部位疾病的觀察診斷，使用O-MAR技術(shù)重建后的圖像，金屬植入物周圍放射狀偽影范圍明顯變小，偽影變淡，興趣區(qū)SD值變小，圖像噪聲明顯減小，O-MAR組圖像噪聲較FBP組下降了46.71%，植入物周圍組織能夠清晰顯示，圖像主觀評分明顯提高（圖1）；O-MAR組所測組織的CT值更接近于軟組織（CT值范圍30～70HU）實際的CT值，能夠更為真實地反映組織狀態(tài)，對于術(shù)后可能發(fā)生的植入物周圍組織的水腫、出血、炎癥及壞死等情況，能夠更為早期及時發(fā)現(xiàn)，為臨床提供具有更多診斷信息的圖像。研究結(jié)果與前兩者一致，與 Shim等[13]的研究結(jié)果相符。另外O-MAR技術(shù)的使用不需要特殊的硬件設(shè)備支持，在常規(guī)CT掃描后發(fā)現(xiàn)圖像中有金屬植入物，即可在掃描中使用該技術(shù)重建或掃描后進行回顧性重建，在實際的使用中具有更好的靈活性與實用性，可以廣泛在臨床檢查中推廣使用。本研究存在的不足是沒有考慮植入物材料不同所產(chǎn)生的影響，也沒有能夠?qū)χ踩胛锊课还墙M織結(jié)構(gòu)的骨皮質(zhì)和骨小梁顯示進行更為精細的評價，有待以后進一步研究。

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