能譜探測器CT單能譜技術(shù)減除義齒偽影的價(jià)值

杜 瑤，徐 凱，王 沄，陳 鈺，金征宇

中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院 北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院 北京協(xié)和醫(yī)院放射科，北京 100730

隨著人們生活水平的提高和口腔醫(yī)療技術(shù)的發(fā)展，牙齒修復(fù)及義齒安裝越來越多。特別是種植體修復(fù)，以其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)逐漸獲得廣泛應(yīng)用。對于頭頸部CT檢查，雖然義齒植入不是檢查禁忌，但致密義齒結(jié)構(gòu)會在頭頸部CT掃描中導(dǎo)致嚴(yán)重條狀偽影產(chǎn)生，影響鄰近組織結(jié)構(gòu)的觀察，損失診斷信息。近年來，能譜CT成像技術(shù)逐漸進(jìn)入臨床應(yīng)用。能譜CT的單能譜(mono-energetic，MonoE)成像技術(shù)可以有效減除射線硬化偽影，有望減輕義齒偽影，改善頭頸CT圖像質(zhì)量?；谔綔y器的能譜 CT是最近研發(fā)的新型能譜CT，應(yīng)用分辨能量的雙層能譜探測器可以同時(shí)獲得傳統(tǒng)CT圖像和能譜數(shù)據(jù)，并重建單能譜圖像用于頭頸部平掃的患者圖像回顧式分析。因此，本研究將探討能譜探測器CT單能譜技術(shù)在義齒植入的病例頭頸部CT成像中，對減除義齒植入偽影的臨床應(yīng)用價(jià)值和對圖像質(zhì)量改善的能力。

對象和方法

對象2016年6至12月，回顧性分析在北京協(xié)和醫(yī)院就診行頭頸部平掃患者定位像，隨機(jī)抽取定位像顯示有義齒植入的患者40例，男26例、女14例，年齡27～79歲，平均(56.1±11.9)歲；單側(cè)單顆義齒28例、單側(cè)多顆(2顆及以上)7例、雙側(cè)多顆(2顆及以上)5例。原發(fā)病包括頭頸部腫瘤、頸椎退行性病變、頭頸部血管病變、頸部血管支架植入術(shù)后、外傷等。

儀器與方法采用能譜探測器CT (Philips IQon Spectral CT)掃描。掃描參數(shù)為：管電壓120 kVp；管電流采用智能mAs調(diào)控技術(shù)，調(diào)控指數(shù)為15；CT劑量指數(shù)(CT dose index，CTDI)(7.8±1.0)mGy；劑量長度乘積(dose-lengh product，DLP)：(333.7±44.9)mGy·cm；螺距0.938；機(jī)架旋轉(zhuǎn)速度 0.4 s/r。CT掃描完成后，獲得常規(guī)CT圖像和能譜CT圖像。常規(guī)CT圖像重建選用混合迭代重建方法(iDose4level 3)，重建層厚1 mm，層間隔0.5 mm；矩陣512×512。能譜探測器CT圖像重建為能譜基礎(chǔ)圖像(spectral based image，SBI)，從SBI圖像中可獲得單能譜MonoE 110 keV圖像，單能譜圖像使用與常規(guī)CT圖像相同的層厚和層間距。重建函數(shù)選擇B，觀察窗寬/窗位為360 HU/60 HU。掃描范圍顱底上方3～4 cm至鎖骨上窩，掃描長度35～45 cm。

兩名5年以上工作經(jīng)驗(yàn)且經(jīng)過Philips IQon Spectral CT應(yīng)用培訓(xùn)的放射科醫(yī)生，使用Philips ISP(IntelliSpace Portal version 6.5)工作站對于SBI能譜基圖像進(jìn)行閱片，采用工作站的對照閱片方式：同屏顯示典型相同層面的常規(guī)圖像和單能譜MonoE 110 keV圖像。使用5分法對單能譜MonoE 110 keV較常規(guī)圖像質(zhì)量的改進(jìn)程度進(jìn)行評估：5分：無金屬偽影，鄰近組織顯示清晰；4分：金屬偽影明顯減少，鄰近組織顯示較清晰；3分：金屬偽影稍有減少，鄰近組織顯示尚可；2分：金屬偽影無減少，鄰近組織顯示差；1分：金屬偽影加重，鄰近組織顯示受干擾加重。

CT1：義齒根部偽影暗區(qū)的CT值；CT2：受義齒偽影干擾的口腔中部舌部軟組織的CT值；CT3：同層面后頸部頭夾肌的CT值

CT1：the CT value of the artifact streak；CT2：the CT value of the soft tissue affected by the artifact；CT3：the CT value of the splenius capitis muscle of same level

A.常規(guī)圖像：義齒周圍少量條片狀高密度硬化偽影及小片低密度暗區(qū)；B.單能譜110 keV圖像：義齒周圍無明顯金屬偽影，鄰近軟組織顯影清晰，主觀評分為5分

A.conventional image shows some hyperdense metal artifacts and hypodense areas around the denture implants；B. monochromatic 110 keV image shows absent metal artifact around the denture implants and the subjective score is 5

圖1感興趣區(qū)的選擇示意圖，常規(guī)圖像與單能譜110 keV圖像比較，圖像評分為5分

Fig1Images shows regions of interest，with comparisons of conventional and monochromatic 110 keV images，and the subjective image score is 5

統(tǒng)計(jì)學(xué)處理使用SPSS 18.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，經(jīng)檢驗(yàn)兩組圖像CT值、噪聲及AI值不符合正態(tài)性分布，故計(jì)量資料用中位數(shù)(最小值，最大值)表示。對于兩組圖像CT值、噪聲及AI值的比較，采用兩相關(guān)樣本軼和檢驗(yàn)；通過計(jì)算Kappa統(tǒng)計(jì)量，評價(jià)兩位觀察者之間對圖像質(zhì)量評估的一致性。Kappa=0.61～0.80為一致性好，0.81～1.00為一致性非常好。P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

結(jié) 果

圖像噪聲、CT值差異、金屬偽影指數(shù)對比40例患者常規(guī)圖像與單能譜110 keV圖像的CT1(義齒根部偽影暗區(qū))及CT2(受義齒偽影干擾的口腔中部舌部軟組織)差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.00)，而CT3(后頸部豎脊肌)差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.50)，單能譜110 keV圖像│CT2-CT3│顯著小于常規(guī)圖像(P=0.00)(表1、圖2)。單能譜110 keV圖像的SD2、SD3值均較常規(guī)圖像明顯減小(P=0.00)，單能譜110 keV圖像的AI值明顯小于常規(guī)圖像(P=0.00)(表2)。

金屬偽影減除評分對40例單能譜MonoE 110 keV圖像質(zhì)量的改進(jìn)程度用5分法進(jìn)行評估，結(jié)果顯示對于閱片者1，評分為3、4、5分的圖像分別為45%(18/40)、52.5%(21/40)、2.5%(1/40)；對于閱片者2，評分為3、4、5分的圖像分別為42.5%(17/40)、55%(22/40)、2.5%(1/40)。兩位閱片者對金屬偽影的評分具有非常好的一致性(Kappa=0.769)。

表 1 常規(guī)圖像和單能譜圖像CT值比較 [中位數(shù)(最小值，最大值)，HU]Table 1 Comparison of CT values between conventional and monochromatic 110 keV images [median(minimum，maximum)，HU]

圓圈為左側(cè)頸內(nèi)動脈支架

Circle shows the stent in left internal carotid

A.常規(guī)圖像前部義齒周圍少量高低混雜密度放射狀偽影；B.單能譜110 keV圖像：義齒周圍偽影明顯減少，鄰近軟組織結(jié)構(gòu)觀察尚可，主觀評分均4分，可清晰顯示左側(cè)頸內(nèi)動脈支架情況，去除支架偽影

A.conventional image shows some metal artifacts with heterogeneous densities in front of the denture implants；B. monochromatic 110 keV image shows minor metal artifact in front of the denture implants，and the subjective score is 4,stent implanted in left internal carotid is also clearly visible after the stent artifact is removed

圖2常規(guī)圖像與單能譜110 keV圖像比較，圖像評分為4分

Fig2Comparison of images between conventional and monochromatic 110 keV groups，and the subjective score is 4

表 2 常規(guī)圖像和單能譜圖像SD值和偽影指數(shù)比較 [中位數(shù)(最小值，最大值)]Table 2 Comparisons of standard deviation values and artifact index between conventional and monochromatic 110 keV images [median (minimum，maximum)]

討 論

自1971年英國工程師亨斯菲爾德發(fā)明第1臺CT以來，金屬內(nèi)固定及植入物產(chǎn)生的星芒狀或放射狀偽影一直是困擾著影像工作者的難題。隨著科技發(fā)展，能譜CT逐漸進(jìn)入臨床常規(guī)應(yīng)用，為減少圖像金屬偽影提供了一種新方法。

目前能譜CT按照掃描方式主要有兩種[1- 2]：(1)基于球管電壓產(chǎn)生雙能量CT方法。其基本原理是采用兩組不同電壓能量的X射線對同一物質(zhì)照射，獲得兩組不同能量的圖像，進(jìn)行雙能量處理?；谇蚬艿碾p能量采集方法主要有雙源雙能量掃描、單球管kVp瞬時(shí)切換掃描等。(2)基于探測器能譜CT成像：采用常規(guī)CT掃描方案，通過上下兩層探測器分別收集低能和高能射線進(jìn)行能量采集，能譜數(shù)據(jù)在投影域分解為光電效應(yīng)與康普頓散射效應(yīng)，然后進(jìn)行相關(guān)能譜計(jì)算。本研究使用Philips IQon CT采用基于探測器的能譜成像方法，可以使用常規(guī)輻射劑量進(jìn)行能譜掃描同時(shí)獲得常規(guī)圖像和SBI能譜基圖像，可以進(jìn)行回顧式能譜分析。

金屬植入物產(chǎn)生偽影各式各樣，高低混雜密度的輻射狀偽影、低密度暗帶等是掃描時(shí)射線通過金屬后產(chǎn)生的射線硬化效應(yīng)及光子饑餓效應(yīng)所致。對于去除金屬偽影，有很多種方法不斷提出，包括作插值算法、迭代校正法、濾波片校正法、能量矯正法等[3- 7]。隨著能譜成像技術(shù)的發(fā)展和新技術(shù)的應(yīng)用，能譜成像矯正法逐漸應(yīng)用于臨床。Wellenberg等[8]的研究證實(shí)，能譜探測器CT能夠有效去除髖關(guān)節(jié)內(nèi)固定模型中人工股骨頭的金屬偽影，提高圖像質(zhì)量，降低噪聲。CT去除金屬偽影的研究很多[9- 10]，但是基于能譜探測器基礎(chǔ)的去除義齒偽影的價(jià)值尚待進(jìn)一步研究。本研究就單能譜110 keV圖像進(jìn)行了探討，得出單能譜110 keV圖像能夠減除義齒金屬偽影，提高圖像質(zhì)量的結(jié)論。

本研究隨機(jī)抽取2016年6至12月頭頸部平掃定位像顯示義齒的40例進(jìn)行回顧性分析。單能譜110 keV圖像測得義齒根部偽影暗區(qū)CT1值顯著高于常規(guī)圖像的測量值，表明單能譜110 keV圖像能夠有效提高義齒根部暗區(qū)偽影的CT值，減小義齒根部偽影對鄰近軟組織CT值的干擾。單能譜110 keV圖像測得受義齒偽影干擾的口腔中部舌部軟組織CT2數(shù)值更接近未受偽影干擾的后頸部豎脊肌CT3值，兩者均為肌肉組織，無干擾狀態(tài)下CT2值應(yīng)與CT3接近。表明單能譜110 keV圖像能夠有效減除義齒根部偽影對于鄰近口腔內(nèi)軟組織的干擾，使鄰近軟組織更接近或等同于真實(shí)CT值。通過SBI能譜基圖像回顧性單能譜分析，可以得到40～200 keV任意能級的單能譜圖像，共有161個(gè)能級。若對全部能級逐一分析數(shù)據(jù)量過于龐大，因此本研究根據(jù)前期預(yù)實(shí)驗(yàn)及臨床實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，并參考多篇相關(guān)文獻(xiàn)[11- 15]，確定去除義齒偽影效果最佳的單能譜圖像能級為110 keV。黃鐘杰等[16]和許立功等[17]在對脊柱金屬內(nèi)置物進(jìn)行的能量掃描證實(shí)，單能譜成像高電壓區(qū)可有效減除脊柱金屬植入物偽影，最佳成像區(qū)間為100～120 keV及110 keV。去除偽影的效果并不是隨著keV值的升高而升高，而是最佳為110 keV。故本研究總結(jié)只采用常規(guī)圖像與單能譜110 keV圖像進(jìn)行對比研究，探討單能譜成像技術(shù)對減除義齒偽影的臨床價(jià)值。通過對客觀測量數(shù)值分析及主觀評分分析，本研究結(jié)果表明，單能譜 110 keV圖像能夠有效減少義齒偽影，提高圖像質(zhì)量。同時(shí)，本研究表明能譜掃描去金屬偽影的可行性。

由于IQon Spectral CT可以進(jìn)行回顧性分析，且該設(shè)備實(shí)現(xiàn)能譜分析在探測器階段，不需要預(yù)先設(shè)計(jì)特殊的高kV(140 kV)輻射劑量掃描協(xié)議，只需以常規(guī)120 kV輻射劑量掃描即可。因此可以在較低的輻射劑量下，取得能譜圖像分析信息。本研究40例患者管電壓均采用120 kVp，并應(yīng)用智能mAs調(diào)控技術(shù)，設(shè)置調(diào)控指數(shù)為15，CTDI為(7.8±1.0)mGy。牛延濤等[18]對頭頸部掃描輻射劑量的研究表明，頭頸部常規(guī)掃描輻射劑量參數(shù) CTDI為10 mGy(25%位數(shù))、15 mGy(50%位數(shù))、25 mGy(75%位數(shù))。本研究為常規(guī)劑量能譜掃描，并且采用智能mAs技術(shù)，輻射劑量遠(yuǎn)低于其他的能譜掃描方法。與常規(guī)CT頭頸部掃描相比，輻射劑量亦小于其25%位數(shù)。因此，本研究推測探測器單能譜技術(shù)CT能夠以較低輻射劑量實(shí)現(xiàn)金屬義齒偽影減除和圖像質(zhì)量改進(jìn)。

本研究存在不足之處。本研究使用單一能譜CT設(shè)備，僅入選40例患者，因此本研究結(jié)論需要更大規(guī)?；颊咴诙嗉夷茏VCT上驗(yàn)證。義齒的金屬成分有諸多類型，產(chǎn)生金屬偽影程度各不相同，尤其對于多顆連續(xù)義齒植入病例，由于“光子饑餓”現(xiàn)象嚴(yán)重而金屬偽影仍有部分存在，本研究病例數(shù)量有限，并沒有對各個(gè)類型的義齒進(jìn)行分組研究。將來可進(jìn)行深入研究。

綜上，對于掃描范圍涉及口腔的義齒植入術(shù)后的病例圖像，單能譜110 keV圖像能夠減除義齒金屬偽影，提高圖像質(zhì)量。