應用骨科植入物金屬偽影減少術(shù)去除碘對比劑硬化偽影的可行性分析

朱維聰 王彬 曾慧蕓 范林

臨床上胸部疾病最重要的影像學檢查手段是CT胸部掃描，對良惡性腫瘤鑒別及縱隔病變、大血管病變則需平掃后行增強掃描。依據(jù)解剖結(jié)構(gòu)，右頭臂靜脈走行短而直，無重要血管鄰近，變異和因吸氣引起的生理性狹窄均少見，而左頭臂靜脈走行較長，跨越主動脈弓及其三個屬支，吸氣后屏氣可產(chǎn)生生理性狹窄且左頭臂靜脈變異常見，因此，胸部CT增強掃描靜脈通路首選右側(cè)上肢注射對比劑[1～4]。在快速團注高濃度碘對比劑時，大量對比劑通過并短暫積聚在腋靜脈、鎖骨下靜脈及頭臂靜脈中，常產(chǎn)生明顯的對比劑硬化偽影，影響對斷層結(jié)構(gòu)的判斷，使圖像質(zhì)量下降，嚴重時可造成漏診或誤診[5]，且選擇左上肢靜脈注射造影劑時偽影往往更加明顯。對于非能譜CT設(shè)備而言，高管電壓掃描可在一定程度上減少硬化偽影[6]，但作用有限且輻射劑量明顯增加。本研究探討應用骨科植入物金屬偽影減少術(shù)（Metal artifact reduction for orthopedic implants，O-MAR）去除胸部CT增強掃描中患者腋靜脈和鎖骨下靜脈對比劑偽影的可行性。

1 材料與方法

1.1 臨床資料 選擇2021年6～7月在我院擬行胸部CT增強掃描的患者26例，其中男14例，女12例，年齡34～84歲，平均（58.12±13.39）歲。本研究通過我院倫理委員會批準，所有受檢患者均簽署知情同意書。

1.2 掃描方案 采用飛利浦128排256層螺旋CT（Philips Brilliance iCT）掃描儀掃描?；颊呷⊙雠P位，雙臂上舉過頭頂，同時上臂長軸基本呈平行狀，掃描范圍自肺尖至肺底。參數(shù)設(shè)置：準直寬度128mm×0.625mm；層厚3mm；管電壓120kV；管電流采用固定噪聲指數(shù)（Noise index，NI）為20的自動管電流調(diào)制技術(shù)，管電流最大350mAs（開啟Z-Modulation和3D-Modulation模式）；矩陣512×512；螺距0.763；球管轉(zhuǎn)速0.33r/s；同時應用iDose4技術(shù)，迭代等級Level選3。采用高壓注射器團注對比劑（碘佛醇，320mgI/ml），對比劑總量80ml，注射流率3.5ml/s，注射對比劑后20s行動脈期掃描。在胸部增強掃描參數(shù)中勾選O-MAR選項，單次掃描可同時得到O-MAR技術(shù)處理前后2組圖像數(shù)據(jù)。由同一技師進行掃描操作，掃描所得圖像于后處理工作站留存。

1.3 圖像質(zhì)量評價

1.3.1 圖像主觀評價 將圖像傳輸至后處理工作站，隱藏掃描參數(shù)信息。統(tǒng)一窗寬和窗位，軟組織窗窗寬360HU、窗位60HU。由兩名高級職稱放射醫(yī)師對O-MAR技術(shù)處理前后2組圖像分別進行主觀質(zhì)量評分，評價標準為：0分，偽影很重，鄰近組織結(jié)構(gòu)無法辨認，不能診斷；1分，偽影較重，鄰近組織大體結(jié)構(gòu)尚能顯示，圖像尚能觀察，但診斷比較困難；2分，偽影較少，鄰近組織顯示欠清晰，圖像質(zhì)量欠佳，但基本可以診斷；3分，偽影很少，鄰近組織顯示尚清晰，圖像質(zhì)量較好，可以診斷；4分，無偽影，鄰近組織顯示清晰，圖像質(zhì)量好，可以明確診斷。兩名醫(yī)師意見不統(tǒng)一時通過討論取得一致意見。

1.3.2 圖像客觀評價 在O-MAR技術(shù)處理前后受高濃度造影劑所致偽影影響最嚴重的橫斷層面上，選取3個感興趣區(qū)（ROI）分別進行CT值、SD值測量，見圖1。其中，ROI1位于注射對比劑側(cè)受高密度偽影影響的胸小?。ɑ蛐卮蠹。┨?，測量值記作CT1、SD1；ROI2位于注射對比劑側(cè)受低密度偽影影響的組織處，測量值記作CT2、SD2；ROI3位于同層面對側(cè)胸大?。ɑ蛐匦〖。┨?，測量值記作CT3、SD3；測量時兩組圖像感興趣區(qū)的位置和大小盡量一致，ROI平均面積為15～80mm2。選取O-MAR技術(shù)處理前圖像低密度偽影最顯著層面測量其偽影長度，并于O-MAR技術(shù)處理后相同層面測量該組圖像的偽影長度，偽影長度以其最長長徑為測量值，單位為mm，見圖2。以標準差SD值代表圖像的噪聲，同時計算偽影區(qū)興趣組織的偽影指數(shù)（Artifact index，AI），用于描述偽影嚴重程度，計算公式為[7]：AI=，其中SDa是存在偽影的測量噪聲，SDb是背景噪聲，在本研究中SDa分別取SD1、SD2，SDb取SD3，AI1為高密度偽影區(qū)組織的偽影指數(shù)值，AI2為低密度偽影區(qū)組織的偽影指數(shù)值。

圖1 ROI測量示意圖

圖2 偽影長度測量示意圖

1.4 統(tǒng)計學方法 應用SPSS 26.0軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計學分析。分別對O-MAR技術(shù)處理前后2組圖像的主觀評價結(jié)果采用兩相關(guān)樣本非參數(shù)檢驗—Wilcoxon帶符號秩檢驗，客觀評價結(jié)果進行兩配對樣本t檢驗，包括各個ROI的CT值、SD值、AI值及偽影長度，以P<0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結(jié)果

2.1 主觀評價結(jié)果 選擇上肢靜脈穿刺注射，其中左側(cè)上肢靜脈6例，右側(cè)上肢靜脈20例，O-MAR技術(shù)處理前圖像質(zhì)量評分平均為（1.19±0.895）分，處理后圖像質(zhì)量評分平均為（2.77±0.587）分，O-MAR技術(shù)處理后的圖像質(zhì)量顯著高于處理前（Z=-4.264，P<0.05）。

2.2 客觀評價結(jié)果 O-MAR技術(shù)處理后高密度偽影區(qū)（ROI1）的CT值較處理前顯著降低，更接近正常組織（ROI3）CT值（P<0.05）；低密度偽影區(qū)（ROI2）CT值較處理前顯著增高（P<0.05），更接近正常組織（ROI3）CT值；參考區(qū)域（ROI3）CT值在圖像處理前后差異無統(tǒng)計學意義（P>0.05）；處理后重建圖像偽影長度較處理前顯著降低（P<0.05），見表1。O-MAR技術(shù)處理后偽影區(qū)（ROI1、ROI2）SD值及AI值均低于處理前（P<0.05）；參考區(qū)域（ROI3）SD值在處理前后比較差異無統(tǒng)計學意義（P>0.05），見表2。

表1 O-MAR技術(shù)處理前后兩組圖像興趣區(qū)組織CT值及偽影長度比較（±s）

表1 O-MAR技術(shù)處理前后兩組圖像興趣區(qū)組織CT值及偽影長度比較（±s）

時間 CT1（HU） CT2（HU） CT3（HU） 偽影長度（mm）處理前 162.335±39.384 -284.035±117.229 54.012±10.511 36.423±12.753處理后 110.123±26.820 -104.388±68.191 53.158±12.692 9.819±10.127 t 8.176 -8.455 0.750 9.337 P 0.000 0.000 0.461 0.000

表2 O-MAR技術(shù)處理前后兩組圖像興趣區(qū)組織SD值及AI值比較（±s）

表2 O-MAR技術(shù)處理前后兩組圖像興趣區(qū)組織SD值及AI值比較（±s）

時間 SD1（HU） SD2（HU） SD3（HU） AI1 AI2處理前 31.773±12.635 61.550±38.788 8.808±1.767 30.306±13.010 60.476±39.430處理后 20.504±6.889 39.508±22.947 9.208±1.802 17.756±8.135 37.732±24.126 t 4.674 3.567 -1.721 4.868 3.650 P 0.000 0.001 0.098 0.000 0.001

3 討論

偽影產(chǎn)生的原因各不相同，且具有不同的CT值及偽影形狀，均不同程度地影響組織結(jié)構(gòu)及病變的觀察，從而影響診斷。其中，射線束硬化偽影和金屬偽影對CT圖像質(zhì)量的影響最為顯著[8]。X線管發(fā)出的X線束是具有不同高低能量的混合射線束，在穿透人體組織過程中，低能量射線比高能量射線衰減快，使得透過物體后射線束平均能量增加，稱為射線束的硬化效應，這種現(xiàn)象主要出現(xiàn)在兩種組織密度差異過大的交界區(qū)[9～12]。胸部增強CT掃描時，經(jīng)靜脈注射的大量高濃度造影劑進入心肺循環(huán)之前，會在腋靜脈和鎖骨下靜脈內(nèi)短暫積聚或部分殘留，從而產(chǎn)生明顯的射線束硬化偽影，掩蓋鄰近正常解剖結(jié)構(gòu)或病變，影響診斷[5]。雖然右側(cè)上肢靜脈回流較左側(cè)通暢，阻力較小，腋靜脈和鎖骨下靜脈內(nèi)積聚或殘留的對比劑較少，但選擇右側(cè)上肢注射對比劑也不能完全消除硬化線束偽影[13～17]。因此，在最大程度地減少造影劑引起射線束硬化偽影的同時保證圖像質(zhì)量成為工程學家與影像學醫(yī)生的共同目標。

為了減少射線束硬化偽影，相關(guān)研究提出不同的方法和理論。傳統(tǒng)CT成像可以采用補償濾線器、優(yōu)化采集方案及改變重建算法參數(shù)設(shè)置等減輕硬化偽影，如增加管電壓和管電流、更精確的準直、薄層掃描和更大的層厚觀察、優(yōu)化重建濾波參數(shù)、調(diào)整窗寬窗位等[18]。增加管電流和管電壓減少偽影的程度有限，同時也會增加患者的輻射劑量，因此不能廣泛應用于臨床掃描。傳統(tǒng)CT成像對偽影減少效果比較有限，隨著CT設(shè)備硬軟件的快速發(fā)展，為滿足臨床診斷要求，研究者進行了各種嘗試爭取最大程度地減少射線束硬化偽影，如應用能譜成像技術(shù)被證實能很好地去除射線束硬化偽影[19～21]，但能譜成像在一定程度上會增加輻射劑量。

本研究所探討的O-MAR技術(shù)是一項去金屬偽影的迭代后處理算法，這個復雜過程被嵌入CT掃描儀的重建系統(tǒng)中。運算關(guān)鍵是從原始輸入圖像中減去輸出校正圖像的迭代循環(huán)，所得圖像隨后可以成為新的輸入圖像，并且可以重復處理。該技術(shù)的第一步是對圖像內(nèi)物質(zhì)結(jié)構(gòu)投影進行重新分類和定義，再通過對新分類和定義的組織投影數(shù)據(jù)進行循環(huán)迭代運算，直到金屬數(shù)據(jù)點被完全識別并移除，從而去除金屬偽影[22，23]。如果圖像中不存在大的金屬像素簇，則不執(zhí)行進一步處理，因此，O-MAR對非金屬圖像沒有影響。以往認為，使用O-MAR技術(shù)僅針對體內(nèi)存在金屬植入物的患者，而高濃度碘對比劑產(chǎn)生射線束硬化偽影的機制與金屬相似。本研究表明，O-MAR技術(shù)對高濃度碘對比劑產(chǎn)生的硬化偽影也有很好的去除效果?？梢钥闯?，應用O-MAR技術(shù)可顯著減輕胸部CT增強掃描中患者腋靜脈和鎖骨下靜脈對比劑射線束硬化偽影，O-MAR技術(shù)處理后高密度偽影區(qū)及低密度偽影區(qū)組織CT值均更接近正常組織CT值，并且偽影區(qū)的噪聲值及偽影指數(shù)均顯著降低，圖像質(zhì)量顯著提高，為疾病的診斷提供更多幫助。另外，O-MAR技術(shù)處理前后對照組織區(qū)域（ROI3）的CT值及SD值差異無統(tǒng)計學意義，表明O-MAR技術(shù)對非偽影區(qū)域圖像沒有影響，正常組織影像得到充分保留。

綜上所述，應用O-MAR技術(shù)可有效去除高濃度碘對比劑產(chǎn)生的硬化偽影，提高圖像質(zhì)量。由于系統(tǒng)在選擇O-MAR時重建兩組圖像，因此圖像容易獲得，臨床工作中可根據(jù)需要結(jié)合O-MAR技術(shù)處理前后圖像共同進行診斷，以提高因造影劑硬化偽影的存在而受到負面影響的CT圖像可視化程度。