CT能譜成像技術(shù)去除脊柱金屬植入物偽影的臨床研究

龍翔，胡凌，吳迎瀾，楊揚(yáng)

（江西省撫州市第一人民醫(yī)院影像科，江西撫州 344000）

脊柱疾病是臨床常見(jiàn)病、多發(fā)病，其病因復(fù)雜且對(duì)臨床治療具有較高的技術(shù)性、專業(yè)性要求[1]。外科治療是脊柱疾病的主要治療方法，其科學(xué)、合理運(yùn)用可有效改善患者生存質(zhì)量，促進(jìn)患者健康恢復(fù)。近年來(lái)，隨著脊柱外科治療技術(shù)的不斷發(fā)展，椎弓根釘棒系統(tǒng)脊柱疾病，尤其是脊柱骨折中的治療價(jià)值越來(lái)越高[2]。但應(yīng)用該技術(shù)時(shí)，需高度重視術(shù)后并發(fā)癥診療，以改善患者預(yù)后。在臨床診療過(guò)程中，數(shù)字化X線成像技術(shù)、多層螺旋CT檢查技術(shù)、磁共振成像技術(shù)等均為較常用的影像學(xué)技術(shù)[3]。數(shù)字化X線成像技術(shù)雖然操作簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)性強(qiáng)，但分辨率不高，且并發(fā)癥診斷準(zhǔn)確性、靈敏度低于CT診斷、核磁共振診斷，而核磁共振診斷并不適用于脊柱金屬植入物患者并發(fā)癥診斷。因此，CT診斷是脊柱金屬植入物患者隨診最常用的檢查技術(shù)。但脊柱金屬植入物患者行CT診斷時(shí)，易受金屬植入物偽影影響，降低圖像質(zhì)量，增加疾病識(shí)別、確診、治療難度[4]。因此，如何消除金屬植入物偽影，提高CT診斷圖像質(zhì)量已成為相關(guān)人員

關(guān)注與研究的重點(diǎn)問(wèn)題。臨床實(shí)踐表明，CT能譜成像技術(shù)能依靠單能量成像與金屬偽影消除技術(shù)結(jié)合，有效減少金屬植入物偽影，清晰顯示檢查器官及其周圍組織結(jié)構(gòu)、形態(tài)、密度，便于醫(yī)生通過(guò)圖像分析掌握患者疾病情況，制定科學(xué)、有效、準(zhǔn)確疾病治療方案[5]。本研究探究CT能譜成像技術(shù)在去除脊柱金屬植入物偽影中的應(yīng)用效果，明確CT能譜成像技術(shù)臨床價(jià)值，旨在為脊柱金屬植入物患者疾病診斷提供參考依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 臨床資料選取2018年4月至2020年7月于本院接受脊柱金屬植入物患者30例，其中男19例，女11例；年齡28～83歲，平均（56.68±3.34）歲；頸椎金屬植入物3例，胸椎金屬植入物8例，腰椎金屬植入物19例。納入標(biāo)準(zhǔn)：均行脊柱金屬植入物治療與CT能譜掃描；自愿參與本研究，并簽署知情同意書(shū)；無(wú)精神類疾病；研究經(jīng)本院醫(yī)學(xué)倫理委員會(huì)審核批準(zhǔn)。排除標(biāo)準(zhǔn)：依從性差；臨床資料不完整；無(wú)法正常、有效溝通；存在頸椎金屬植入禁忌證；存在重要臟器器質(zhì)性病變。

1.2 方法采用美國(guó)通用電氣公司生產(chǎn)的Revolution HD精準(zhǔn)能譜CT機(jī)對(duì)患者進(jìn)行掃描。掃描模式選用GSI模式，參數(shù)設(shè)置為：管電流600 mA，管電壓80～140 kVp瞬時(shí)切換，管電壓切換時(shí)間0.5 ms，螺距0.984∶1，層厚與間隔均為0.5 cm，旋轉(zhuǎn)時(shí)間0.79 s，速度0.39 cm/rot，視野15 cm×15 cm或35 cm×35 cm，矩陣512×512，CT劑量指數(shù)24.27 mGy。掃描結(jié)束后，進(jìn)行圖像重建，并將70 kVp單能量圖像與120 kVp混合能量圖像上傳到工作站中進(jìn)行能譜分析，在60～140 kVp區(qū)間，以10 keV為間距，重建多種單能量圖像。測(cè)量計(jì)算與分析120 kVp混合能量圖像、單能量圖像、CT能譜圖像（110 kVp單能量+金屬偽影消除）的主、客觀指標(biāo)。

1.3 觀察指標(biāo)①主觀指標(biāo)：噪聲值、偽影指數(shù)、偽影長(zhǎng)度等。噪聲值：在偽影最嚴(yán)重區(qū)域選取3～6個(gè)感興趣區(qū)進(jìn)行測(cè)量取均值，設(shè)為觀察組；并選擇偽影最少（或無(wú)偽影）區(qū)域進(jìn)行噪聲測(cè)量，設(shè)為對(duì)照組。偽影指數(shù)=（偽影噪聲值2-無(wú)偽影噪聲值2）1/2。偽影長(zhǎng)度：按照美國(guó)材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)推薦方法進(jìn)行測(cè)量[6]。②客觀指標(biāo)：圖像質(zhì)量主觀評(píng)分，由2名高資歷醫(yī)生利用4分量表法進(jìn)行圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)，圖像中金屬植入物偽影嚴(yán)重，圖像信息觀察困難，計(jì)0分；金屬植入物偽影較嚴(yán)重，可觀察但效果欠佳，計(jì)1分；存在部分金屬植入物偽影，多數(shù)信息可觀察，計(jì)2分；不存在金屬植入物偽影，信息清晰可見(jiàn)，計(jì)3分。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法采用SPSS 26.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，計(jì)量資料以“±s”表示，比較采用t檢驗(yàn)，計(jì)數(shù)資料用[n（%）]表示，比較采用χ2檢驗(yàn)，以P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 最佳單能量成像點(diǎn)在60～140 keV區(qū)間所構(gòu)建的單能量圖像中，隨著keV的不斷增高，偽影長(zhǎng)度逐漸縮短；在60～110 keV區(qū)間偽影噪聲值、偽影指數(shù)呈逐漸變小趨勢(shì)，主觀評(píng)分呈逐漸增加趨勢(shì)；在110～140 keV區(qū)間偽影噪聲值、偽影指數(shù)呈逐漸增加趨勢(shì)，主觀評(píng)分呈逐漸減少趨勢(shì)。110keV屬于分界點(diǎn)，是最佳單能量成像點(diǎn)，110 keV單能量圖像質(zhì)量最佳，見(jiàn)表1。

表1 不同keV主客觀指標(biāo)比較（±s）Table 1 Comparison of subjective and objective indexes of different keV(±s)

表1 不同keV主客觀指標(biāo)比較（±s）Table 1 Comparison of subjective and objective indexes of different keV(±s)

能量（keV）60 70 80 90 100 110 120 130 140噪聲值觀察組59.61±14.28 38.69±12.21 28.54±10.57 25.36±6.98 24.98±7.35 24.32±5.76 24.69±6.89 25.55±7.06 26.44±8.01對(duì)照組25.65±9.44 15.16±6.33 18.44±6.92 21.32±7.54 24.65±6.38 26.88±8.24 28.65±9.01 30.05±10.04 31.22±11.36偽影長(zhǎng)度（mm）58.41±0.06 41.59±0.05 31.32±0.03 22.78±0.03 20.94±0.02 12.53±0.02 10.44±0.04 8.69±0.04 7.95±0.05偽影指數(shù)59.16±30.25 31.67±18.98 20.77±8.66 20.69±8.42 20.44±6.32 19.11±5.87 19.68±5.77 20.54±7.11 25.21±8.89主觀評(píng)分（分）1.31±0.44 1.52±0.48 1.55±0.62 1.76±0.35 2.71±0.48 2.96±0.37 2.74±0.42 2.11±0.32 1.85±0.43

2.2 CT能譜圖像與混合能量圖像質(zhì)量比較于110 keV下進(jìn)行金屬植入物偽影消除重建獲得CT能譜圖像。CT能譜圖像組偽影長(zhǎng)度、偽影指數(shù)、主觀評(píng)分均優(yōu)于混合能量圖像組，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），見(jiàn)表2。

表2 CT能譜圖像組與混合能量圖像組圖像質(zhì)量比較（±s）Table 2 Comparison of CT energy spectrum image group CT energy spectrum image quality with mixed energy image group(±s)

表2 CT能譜圖像組與混合能量圖像組圖像質(zhì)量比較（±s）Table 2 Comparison of CT energy spectrum image group CT energy spectrum image quality with mixed energy image group(±s)

組別CT能譜圖像組混合能量圖像組t值P值偽影長(zhǎng)度（mm）8.68±0.21 63.74±4.56 66.065 0.000偽影指數(shù)19.21±5.38 62.55±18.27 12.884 0.000主觀評(píng)分（分）2.75±0.18 1.36±0.26 24.076 0.000

3 討論

CT圖像偽影是指CT診斷所獲得圖像中非真實(shí)存在的陰影，是影響CT圖像質(zhì)量，降低CT診斷準(zhǔn)確性、靈敏度的關(guān)鍵因素。CT圖像偽影根據(jù)其來(lái)源劃分，可分為系統(tǒng)偽影與掃描偽影兩大類。系統(tǒng)偽影主要是指CT機(jī)使用過(guò)程中系統(tǒng)本身產(chǎn)生的偽影，如探測(cè)器偏差偽影；掃描偽影則是CT機(jī)使用過(guò)程中，受數(shù)據(jù)采集、信息處理、圖像構(gòu)建、檢測(cè)者行為等因素影響形成的偽影[7]。本研究中的脊柱金屬植入物偽影屬于CT圖像掃描偽影。脊柱金屬植入物作為高密度物質(zhì)，X線在穿過(guò)該物質(zhì)時(shí)，X線光子被全部吸收，能量大幅度衰減，導(dǎo)致投射數(shù)據(jù)不足，無(wú)法清晰、準(zhǔn)確顯示金屬植入物周圍組織信息。同時(shí)，CT成像始終是在混合能量下進(jìn)行，當(dāng)脊柱金屬植入物患者行CT檢查時(shí)，X線經(jīng)過(guò)植入物后，高能量射線穿過(guò)，而低能量射線被吸收，則平均能量變高，形成線束硬化偽影[8]。關(guān)于CT圖像偽影去除，臨床提出優(yōu)化CT掃描參數(shù)、改進(jìn)CT設(shè)備性能、針對(duì)偽影校正算法等多種方法，雖然在一定程度上降低了CT圖像偽影，但整體偽影去除效果并不理想。隨著能譜技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展與應(yīng)用，CT能譜成像技術(shù)逐漸成為去除金屬偽影、線束硬化偽影重要手段。有研究表明，應(yīng)用CT能譜成像技術(shù)可得到40～140 keV的多個(gè)單能量圖像，可消除CT機(jī)自身不穩(wěn)定所帶來(lái)的CT值漂移問(wèn)題，降低系統(tǒng)偽影產(chǎn)生，提高CT圖像清晰度[9]。美國(guó)通用電氣公司生產(chǎn)的寶石能譜CT機(jī)，相對(duì)于傳統(tǒng)CT機(jī)而言，激發(fā)的X射線擁有更強(qiáng)的穿透性能，可在0.5 ms內(nèi)完成80～140 keV的快速切換，數(shù)據(jù)采集速度、成像速度快，可在一定程度上保證成像質(zhì)量[10]。CT能譜成像技術(shù)將單能量圖像技術(shù)與金屬偽影消除技術(shù)有機(jī)結(jié)合，能根據(jù)CT值閾值分段，進(jìn)行投影糾正，保證投射數(shù)據(jù)充足且準(zhǔn)確，實(shí)現(xiàn)金屬偽影、線束硬化偽影的有效去除。

本研究結(jié)果表明，①偽影長(zhǎng)度隨著keV的增高而縮短，說(shuō)明高keV能在一定程度上去除脊柱金屬植入物偽影。②在60～110 keV區(qū)間偽影噪聲值、偽影指數(shù)呈逐漸變小趨勢(shì)，主觀評(píng)分呈逐漸增加趨勢(shì)。說(shuō)明在60～110 keV區(qū)間隨著keV增加，偽影對(duì)圖像質(zhì)量的影響逐漸降低。③在110～140 keV區(qū)間，偽影噪聲值、偽影指數(shù)隨著keV的增加而增加，主觀評(píng)分隨著keV的增加逐漸減少。說(shuō)明高keV雖然能夠去金屬偽影，但過(guò)高的keV會(huì)在一定程度上降低金屬植入物周圍組織噪聲比，降低偽影去除整體效果。本研究中110 keV是最佳單能量成像點(diǎn)，所獲得的單能量圖像質(zhì)量最好，與既往研究結(jié)果基本相符[11]。

本研究結(jié)果表明，CT能譜成像圖像質(zhì)量更好，偽影長(zhǎng)度、偽影指數(shù)、主觀評(píng)分等指標(biāo)均優(yōu)于混合能量圖像。說(shuō)明在應(yīng)用CT能譜成像技術(shù)去除脊柱金屬植入物偽影時(shí)，可通過(guò)最佳單能量成像與金屬偽影消除技術(shù)有機(jī)結(jié)合獲得高品質(zhì)圖像，提高脊柱金屬植入物患者CT診斷準(zhǔn)確性。

綜上所述，CT能譜成像技術(shù)在脊柱金屬植入物偽影去除中的臨床價(jià)值顯著，能有效改善脊柱金屬植入物患者CT圖像質(zhì)量，降低影像學(xué)醫(yī)師疾病診斷難度，提高診斷效能。同時(shí)，CT能譜成像技術(shù)的應(yīng)用可在一定程度上提高金屬植入物可視性，便于觀察植入物在患者體內(nèi)的狀況，進(jìn)行術(shù)后病情觀察與并發(fā)癥預(yù)防。