口腔內(nèi)金屬植入物對影像學(xué)檢查影響的研究進(jìn)展

王曉娜 綜述 石晶 審校

在口腔科的臨床診療過程中，金屬植入物發(fā)揮著不可或缺的作用，在口腔修復(fù)科固定修復(fù)體因其使用方便，穩(wěn)定性能好已經(jīng)成為修復(fù)牙列缺失、牙體缺損以及根管治療之后冠修復(fù)的常用方法之一，其中常見的固定修復(fù)體一般包括氧化鋯全冠、玻璃陶瓷（鑄瓷）全冠、貴金屬烤瓷冠、純鈦烤瓷冠、嵌體、固定橋以及種植固定修復(fù)體等；在口腔頜面外科許多頜面部外傷的患者均需要手術(shù)植入金屬板，金屬釘來進(jìn)行內(nèi)固定；在口腔正畸科為了達(dá)到矯治效果金屬矯治器必不可少；此外在口腔內(nèi)科一些含金屬成分的充填材料（例如銀汞合金）也因其良好的耐磨性能常常被用作后牙充填材料。但是，口腔內(nèi)有金屬植入物的患者在接受顱頸部影像學(xué)檢查時往往會產(chǎn)生金屬偽影，嚴(yán)重影響成像質(zhì)量以及疾病的診斷。因此，評估口腔科常用的各類金屬植入物產(chǎn)生偽影的大小以及影響因素成為我們研究的重點(diǎn)，本文針對國內(nèi)外學(xué)者的研究成果，就口腔內(nèi)金屬植入物對MRI成像以及CT成像的影響加以綜述如下。

一、MRI的成像原理及其偽影概述

1.MRI的成像原理

磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）的原理是核磁共振，通過圍繞在人體周圍的環(huán)形線圈將磁場所產(chǎn)生的能量收集起來產(chǎn)生電信號，隨后通過層面選擇，相位編碼，頻率編碼，K空間等進(jìn)行圖像重建。層面選擇即選擇進(jìn)行MRI掃描的體層，使得與RF脈沖頻率相同的層面內(nèi)的質(zhì)子發(fā)生共振因此只能收集到這一層的磁共振信號；相位編碼與頻率編碼可確定信號體素來源的行和列，由此可得到包含整個層面中所有體素的全部數(shù)據(jù)信息；然后將這些空間信號通過填入K空間轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，再通過計算機(jī)處理便可獲得所需的MRI圖像[1，2]。

2.金屬偽影產(chǎn)生的原因及形式

當(dāng)患者攜帶有金屬植入物進(jìn)行MRI檢查時，金屬的存在可使原有的磁場場強(qiáng)不均勻?qū)е驴臻g定位表達(dá)錯誤，使得金屬周圍的信號與該處解剖結(jié)構(gòu)不符，從而產(chǎn)生偽影，嚴(yán)重影響圖像質(zhì)量，甚至干擾臨床診斷[3]。

金屬偽影在MRI成像上的表現(xiàn)形式有3種，即組織形態(tài)發(fā)生畸變、組織周圍出現(xiàn)明顯的高信號區(qū)、組織周圍出現(xiàn)明顯的信號流空區(qū)域[4]。

二、口腔金屬植入物對MRI成像的影響

目前，臨床上常見的金屬植入物形式多種多樣，包括各種金屬固定修復(fù)體，金屬板，金屬釘，金屬矯治器以及含金屬成分的充填體等，這些金屬植入物其材料的磁化率，體積，形狀，位置，數(shù)目等都會對MRI成像金屬偽影的產(chǎn)生以及嚴(yán)重程度造成影響。

1.金屬植入物材料對MRI成像的影響

金屬材料根據(jù)磁化率的不同可分為3類[5，6]分別是鐵磁性金屬、順磁性金屬、抗磁性金屬。鐵磁性物質(zhì)，其具有很強(qiáng)的磁性，很容易在磁場中磁化，且磁化方向與外磁場方向一致，使得原磁場顯著加強(qiáng)，如鎳鉻合金、鈷鉻合金、不銹鋼等，其對MRI影響較大，產(chǎn)生偽影的特征是組織畸變嚴(yán)重，鐵磁性物體周圍組織呈大面積無信號區(qū)，使周圍組織器官發(fā)生信號錯位而變形；順磁性金屬，其在外加磁場中呈現(xiàn)微弱的磁性，且磁化方向與外磁場方向一致，使原有磁場略有加強(qiáng)，如鋁、錳、鉑等，對MRI影響較??；抗磁性金屬，磁性較微弱，不易被磁化，在磁場中磁化時磁化方向與外磁場方向相反，使得原磁場強(qiáng)度減弱，如金、銀、銅、鉛、汞等，對MRI影響較小。順磁性和抗磁性這類非鐵磁性物質(zhì)其偽影的特征是圓形的低或無信號區(qū)，邊緣呈高信號環(huán)帶，使相應(yīng)區(qū)域影像消失、模糊，組織和結(jié)構(gòu)變形等[7，8]。

2.金屬植入物所含金屬體積對MRI成像的影響

金屬植入物中所含金屬體積與金屬偽影的大小成正比，這是因為隨著金屬體積的增大，主磁場中不均勻的區(qū)域增大，使得修復(fù)體與人體組織的磁化率差異增大[9]，且同種金屬材料體積增大，其內(nèi)部參與失相位的質(zhì)子數(shù)也會增加，基于這兩點(diǎn)原因，金屬體積增大所產(chǎn)生的偽影必然會增大。王成潔等人[10]選取直徑相同、長度不同的ITI種植體行MRI檢查時，發(fā)現(xiàn)其對應(yīng)的偽影面積分別為2.2cm2和3.5cm2，說明體積不同對MRI金屬偽影的面積影響不同。

3.金屬植入物形態(tài)對MRI成像的影響

金屬植入物的形態(tài)與金屬偽影的大小密切相關(guān)。Tominaga T等人[11]研究認(rèn)為，形態(tài)較小的短絲、薄板狀的金屬植入物所產(chǎn)生的偽影最小。Beuf O等人[12]研究發(fā)現(xiàn)金屬形狀才是影響偽影面積的重點(diǎn)；王旭東[13]也發(fā)現(xiàn)鎳鉻合金的形狀是影響MRI偽影程度的重要因素。

4.金屬植入物位置對MRI成像的影響

金屬植入物位置對金屬偽影面積的影響在目前已有的研究中顯示：口腔內(nèi)鎳鉻烤瓷固定修復(fù)體所產(chǎn)生的MRI偽影對軟硬腭、舌、頜骨、上頜竇底等處的影像可能會產(chǎn)生影響[14]；張蒙蒙[15]發(fā)現(xiàn)就單冠而言，錘造冠，鎳鉻，鈷鉻，純鈦等單冠所產(chǎn)生的偽影面積大小在前牙區(qū)和后牙區(qū)無明顯差異，但后牙區(qū)距離頭顱部重要解剖標(biāo)志較近，所以上頜牙后牙區(qū)多單位的賤金屬修復(fù)體對頭顱部需要檢查的重要部位的MRI成像可能會產(chǎn)生影響，選擇時需慎重，尤其是頭顱部有病變需要進(jìn)行MRI檢查者；國外有文獻(xiàn)認(rèn)為[16]偽影的形狀受金屬植入物與磁場方向夾角的影響，當(dāng)二者垂直時，偽影呈現(xiàn)四葉草狀，而二者平行時，偽影呈圓形或橢圓形。當(dāng)金屬植入物與磁場方向平行時，金屬偽影的范圍最小，隨著二者夾角的增大，偽影的大小也成比例的倍增。

5.金屬植入物數(shù)目對MRI成像的影響

金屬植入物數(shù)目對金屬偽影的影響，國內(nèi)孫櫻林等人[14]研究發(fā)現(xiàn)：鎳鉻合金冠數(shù)量増加，MRI影像上偽影的范圍會擴(kuò)大，偽影涉及層數(shù)亦會增多，并且這種數(shù)量的改變發(fā)生在水平梯度磁場場強(qiáng)的方向和垂直梯度磁場場強(qiáng)的方向上引起偽影改變是不同的，在水平梯度磁場場強(qiáng)的方向上，各層偽影面積改變會更加明顯，并且每個實驗冠產(chǎn)生的偽影范圍都會有所擴(kuò)大；如果這種數(shù)量的改變是在垂直梯度磁場場強(qiáng)的方向上，那么涉及偽影的層數(shù)會明顯增多，但每個實驗冠產(chǎn)生的偽影大小不會有明顯改變。

三、MRI成像減少金屬偽影的方法

金屬植入物在MRI成像中所產(chǎn)生的偽影可以通過MRI成像過程中的各個環(huán)節(jié)進(jìn)行減少及矯正。但在臨床工作中考慮到磁場強(qiáng)度固定，金屬植入物材料、形態(tài)不易改變等因素，因此為了達(dá)到減少M(fèi)RI成像中金屬偽影的目的，常常會選擇改進(jìn)序列技術(shù)對金屬偽影進(jìn)行矯正。國外學(xué)者[17，18]研究發(fā)現(xiàn)在頭頸部常規(guī)以及快速成像序列中產(chǎn)生偽影的比較中，相同合金中自旋回波序列（spin echo，SE）產(chǎn)生的偽影最?。籖udisch A等人[19]發(fā)現(xiàn)在T1加權(quán)的SE序列、T1或T2加權(quán)的FSE序列以及單次激發(fā)半傅立葉采集快速自旋回波（half-Fourier acquisition single-shot turbo spin-echo，HASTE）序列下，金屬體所產(chǎn)生的偽影都不大；Merkle EM等人[20]研究認(rèn)為在GRE序列下產(chǎn)生的金屬偽影程度最重；劉廣順等人[21]的實驗結(jié)果表明Propeller DWI序列可以明顯消除金屬偽影；近年來有研究[22]提出了去金屬偽影序列（Syngo WARP），與常規(guī)序列相比，WARP主要采用了視角傾斜技術(shù)（view angle tilting，VAT）、層面編碼金屬偽影矯正技術(shù)（slice encoding for metal artifact correction，SEMAC）以及高帶寬技術(shù)三種方法，其中VAT技術(shù)在頻率編碼梯度給出并讀出回波信號的同時，額外添加一個層面選擇梯度，可明顯減少由磁場不均勻所引起的化學(xué)位移以及金屬偽影，主要用于校正層面內(nèi)的偽影。SEMAC是在VAT技術(shù)的基礎(chǔ)之上，另外在層面選擇梯度上加一梯度脈沖，主要用于減少層面間的金屬偽影。高帶寬技術(shù)（約為常規(guī)序列帶寬的4倍）能夠降低接收噪聲，并能夠提高對金屬植入物周圍局部組織解剖細(xì)節(jié)的顯示能力[23～25]。

四、CT的成像原理及其偽影的概述

1.CT的成像原理

CT（computed tomography）是由X線發(fā)射源和一個探測器組成，從X射線管發(fā)出的X射線穿過被測物體時，X射線會與物體發(fā)生相互作用，這些相互作用的最終結(jié)果是部分X射線被吸收或散射，所以當(dāng)X射線穿過一種材料時它的強(qiáng)度被衰減。受到被測物體的衰減，對面探測器接收含有沿途衰減信息數(shù)據(jù)，即投影值。然后X射線源和探測器沿順時針方向旋轉(zhuǎn)一個特定角度θ后繼續(xù)重復(fù)掃描，直至旋轉(zhuǎn)360°為止，即可得到所有角度上含有沿途衰減部分信息的投影數(shù)據(jù)，即可得到被測物體的CT圖像。CT值的范圍為-1024HU—+3071HU，在臨床上可以通過設(shè)置只顯示感興趣的那部分CT值范圍，即窗口。且可以通過調(diào)節(jié)窗口的中心（窗位）和寬度（窗寬）顯示該范圍內(nèi)的細(xì)節(jié)信息，同時把高于這個范圍上限的CT值顯示為白色，低于范圍下限的CT值顯示為黑色，這就增強(qiáng)了各類型組織之間密度的細(xì)微差異，為實際應(yīng)用提供更有價值的信息[26]。

2.金屬偽影產(chǎn)生的原因及形式

當(dāng)X射線穿過金屬物質(zhì)時，射線會發(fā)生急劇的衰減，導(dǎo)致對應(yīng)的投影數(shù)據(jù)失真，并破壞投影數(shù)據(jù)的整體完備性和連續(xù)性，不同密度、不同尺寸的金屬物體，吸收X射線的能力不同[27，28]；如高密度金屬能夠遮擋大部分X射線，進(jìn)而使探測器接收不到CT掃描信號；低密度的金屬物吸收一部分X射線，使探測器收集到的掃描信號減弱，CT數(shù)據(jù)不能準(zhǔn)確反映掃描物體，使得投影數(shù)據(jù)出現(xiàn)了躍變，重建圖像之后，會在金屬周圍產(chǎn)生大量明暗相間的放射條紋狀偽影，即金屬偽影。這些偽影一般數(shù)量眾多，嚴(yán)重降低圖像質(zhì)量，給疾病診斷帶來困難，甚至造成誤診，漏診，延誤病情[29，30]。

五、口腔金屬植入物對CT成像的影響

國外有文獻(xiàn)報道[31]CT圖像上的金屬偽影與金屬植入物內(nèi)所含金屬的一些特性參數(shù)，如密度、厚度及形狀等相關(guān)，國內(nèi)魏亦龍等人[32]研究發(fā)現(xiàn)，在金屬體積、厚度和位置完全一致的情況下密度成為影響金屬偽影的決定因素，在CT影像上可以看到偽影的范圍和密度值成正比，密度越大則產(chǎn)生偽影的面積越大。高密度的金屬（如金鈀合金、銀鈀合金）產(chǎn)生的CT偽影遮蓋范圍大影響CT的影像質(zhì)量，對后期的CT診斷產(chǎn)生較大的影響；中等密度的金屬（如鎳鉻合金、鈷鉻合金）也會有偽影，對CT圖像的質(zhì)量有影響，但是要小于高密度的金屬；密度較低的金屬（如鈦金屬）比其他四種金屬產(chǎn)生的金屬偽影要小的多，對CT的圖像質(zhì)量影響也較小。從對于CT干擾的方面來講鈦金屬應(yīng)該是首選的冠修復(fù)材料。此外國內(nèi)有學(xué)者研究認(rèn)為[33]CT產(chǎn)生偽影的大小與金屬的橫斷面積也有關(guān)，掃描時當(dāng)金屬的位置與掃描平面相垂直所產(chǎn)生的橫斷面積最小，因此產(chǎn)生的偽影面積也較小。

六、CT成像減少偽影的方法

目前減少CT圖像產(chǎn)生的金屬偽影的方法主要有如下幾種：①雙能矯正法，它是1985年由Coleman[34]提出的，是指用兩種不同能量的X射線分別掃描被測物體，其在某一固定能量水平下它的X線衰減系數(shù)分布是確定的，從而減少了CT圖像中產(chǎn)生的金屬偽影，但是該方法因掃描方法復(fù)雜而使得成像效率低，因而無法在臨床上廣泛應(yīng)用；②濾波片矯正方法，它是1976由Brooks[35]提出的一種矯正方法，是指在探測器前方和射線源出口放置金屬濾波片，它能夠吸收射線中的低能光子和散射光子，從而減小X射線的能譜寬度，達(dá)到減輕偽影的目的；③迭代校正法，是指通過反復(fù)的迭代計算來校正偽影，但是該方法操作步驟繁瑣，多次計算導(dǎo)致產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，因此不適用于繁雜的臨床工作；④插值算法，該方法又包括線性插值法，多項式插值法，以及一些特殊函數(shù)插值法等多種方法[36～38]這些算法都需要經(jīng)過再投影，根據(jù)閾值分割出的金屬區(qū)域再投影來確定金屬偽影在投影數(shù)據(jù)空間的范圍，再通過進(jìn)一步的后處理來獲得校正數(shù)據(jù)，而通過這些步驟所獲取的信息只能確定金屬偽影的范圍，要想獲得被金屬遮蓋部分的信息則需要通過其他更加復(fù)雜的方法來恢復(fù)，因此大大提高了計算難度；由此可見以上幾種方法雖然在一定程度上可以減少CT圖像中所產(chǎn)生的金屬偽影，但因其操作復(fù)雜，耗時耗力在實際臨床工作中很難得到廣泛應(yīng)用。隨著CT技術(shù)的不斷發(fā)展，能譜CT的出現(xiàn)為減少CT圖像中的金屬偽影提供了一種有效的途徑[39，40]。能譜CT與傳統(tǒng)CT相比其獨(dú)特的單能量圖像和多偽影去除技術(shù)（multi artifact reduction system，MARS）實現(xiàn)了在傳統(tǒng)混合能量X線圖像中獲得不同能量級的單能圖像，減少了X射線在穿透被測物體時因能量不純而產(chǎn)生的散射、反射從而達(dá)到減少金屬偽影的目的[41]。國內(nèi)外大量文獻(xiàn)研究證實[42～44]在臨床工作中綜合考慮各種因素如不同解剖部位，被測物體的觀察重點(diǎn)等選擇最佳能量水平并適時的結(jié)合MARS技術(shù)能夠更加有效的去除不同金屬植入物產(chǎn)生的偽影，提高成像質(zhì)量，為臨床提供更多有價值的診斷信息。

MRI、CT技術(shù)在疾病診斷中各有其優(yōu)勢，在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)中發(fā)揮著不可替代的作用，希望通過研究口腔內(nèi)金屬植入物對其產(chǎn)生的影響及原因，能夠更好的控制和減少偽影的產(chǎn)生，獲得更高質(zhì)量，更清晰的影像圖像，從而為疾病診斷提供更準(zhǔn)確的依據(jù)。