O-MAR聯(lián)合iDose4技術(shù)在改善宮頸癌后裝治療CT定位圖像金屬施源器偽影中的應(yīng)用

譚蕾，李克敏，黃慧瓊，賈鳳林，寧剛

610041 成都，四川大學(xué)華西第二醫(yī)院 腫瘤放化療科(譚蕾、李克敏、黃慧瓊)，放射科(賈鳳林、寧剛)

宮頸癌位于全球常見的女性惡性腫瘤第4位，2018年統(tǒng)計(jì)我國宮頸癌新發(fā)10.64萬例，死亡4.78萬例[1]。根據(jù)國際婦產(chǎn)科聯(lián)盟2018年指南[2]指出，針對局部晚期宮頸癌，首選同步放化療作為標(biāo)準(zhǔn)的治療方案，其中放療包括盆腔外照射加上宮腔內(nèi)的后裝治療。在后裝治療中，根據(jù)《宮頸癌圖像引導(dǎo)三維近距離后裝治療中國專家共識(shí)》[3]，每一次后裝治療前，都需進(jìn)行定位掃描、靶區(qū)勾畫和計(jì)劃設(shè)計(jì)，通常采用放療定位CT進(jìn)行定位掃描。宮頸癌的后裝治療中，需要將施源器經(jīng)陰道置入患者體內(nèi)，常用的施源器材質(zhì)有不銹鋼和塑料，組織間插植技術(shù)常用不銹鋼材質(zhì)插植針。

金屬材質(zhì)的施源器在CT定位成像過程中，往往會(huì)產(chǎn)生較為明顯的金屬偽影，圖像上常表現(xiàn)為放射狀硬化偽影及條狀暗帶，圖像質(zhì)量下降，嚴(yán)重影響放療靶區(qū)的勾畫和施源器的重建。目前，用于去除金屬偽影的算法有以濾波反投影為代表的線性插值校正算法和迭代校正算法兩大類。其中，迭代校正算法中常用的是高級(jí)混合迭代重建算法(iDose4)和各公司的金屬偽影去除算法。飛利浦公司的金屬偽影去除技術(shù)(Metal Artifact Reduction for Orthopedic Implants，O-MAR)是利用微平板探測器，在原始數(shù)據(jù)上提取金屬部分，進(jìn)行多次迭代，使金屬偽影得以改善的一種技術(shù)[4]。iDose4技術(shù)被證實(shí)可以降低噪聲，減少偽影，提高圖像質(zhì)量[5-6]。因此，本研究將對比分析O-MAR聯(lián)合iDose4,以及分別采用O-MAR和iDose4在去除金屬偽影上的效果和價(jià)值。

1 材料和方法

1.1 一般資料

選取我院2021年3～12月行三維近距離后裝治療的宮頸癌根治性放療患者，均予簽署三維近距離治療知情同意書。納入標(biāo)準(zhǔn)：置入金屬施源器或插植針的患者；排除標(biāo)準(zhǔn)：1)使用非金屬施源器的患者;2)有嚴(yán)重運(yùn)動(dòng)偽影或其他大型金屬偽影的患者。

1.2 模擬定位和重建方法

所有患者均采用三維近距離后裝治療方法，即放療醫(yī)生每次置入施源器或插植針后均進(jìn)行定位CT掃描，根據(jù)每次定位CT掃描圖像進(jìn)行靶區(qū)勾畫和計(jì)劃制定。CT定位使用飛利浦大孔徑定位CT(型號(hào)為Philip Brilliance Big Bore，16排探測器，配備O-MAR和iDose4算法)。掃描后分別使用O-MAR & iDose4、O-MAR、iDose4算法及設(shè)備自帶的標(biāo)準(zhǔn)(Standard)算法進(jìn)行重建，Standard算法作為對照組。

1.3 圖像評價(jià)

1.3.1 客觀評價(jià) 使用飛利浦圖像后處理軟件CT Viewer，選取金屬顯示較多的層面，在此層面上選取兩個(gè)感興趣區(qū)域(region of interest，ROI)，1個(gè)位于金屬施源器附近的軟組織位置(ROImetal)，1個(gè)位于遠(yuǎn)離金屬施源器的軟組織位置(ROIref)，ROI面積均為1 cm2。將這兩個(gè)ROI利用CT Viewer中的對比功能，復(fù)制到其余兩組同一層面的同一位置上。分別記錄ROImetal和ROIref的平均CT值、標(biāo)準(zhǔn)差(standard deviation,SD) (代表噪聲)，利用以下公式計(jì)算出偽影指數(shù)(artifact index，AI)和對比噪聲比(contrast noise ratio，CNR)[7-12]：

1.3.2 主觀評價(jià) 由兩名具有五年以上靶區(qū)勾畫經(jīng)驗(yàn)的放療醫(yī)生，使用5分制法[13]對圖像進(jìn)行盲法評價(jià)：1分表示偽影很重，無法辨認(rèn)正常結(jié)構(gòu)；2分表示辨認(rèn)結(jié)構(gòu)比較困難；3分表示能辨認(rèn)結(jié)構(gòu)，但信心較低；4分表示能辨認(rèn)結(jié)構(gòu)，信心中等；5分表示能辨認(rèn)結(jié)構(gòu)，信心較高。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

使用SPSS 24.0軟件進(jìn)行計(jì)量資料的分析，采用Kolmogorov-Smirnov檢驗(yàn)分析計(jì)量資料的正態(tài)性，滿足或近似滿足正態(tài)分布的數(shù)據(jù)用進(jìn)行統(tǒng)計(jì)描述，不符合正態(tài)分布的數(shù)據(jù)用中位數(shù)(四分位間距)表示。用Kappa一致性檢測對兩名醫(yī)生的主觀評分進(jìn)行檢測，Kappa值<0.40代表一致性差，0.40≤Kappa值<0.75代表一致性一般，Kappa值≥0.75代表一致性較好。主客觀評價(jià)結(jié)果用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)或秩和檢驗(yàn)進(jìn)行分析，P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié) 果

根據(jù)納入排除標(biāo)準(zhǔn)，共收集到行三維近距離后裝治療的宮頸癌患者33例，年齡46～80歲，平均年齡(59.27±9.66)歲，每位患者行5～6次后裝治療，治療前均行CT定位，最終獲取到有金屬施源器或插植針的定位CT圖像90組。

2.1 客觀評價(jià)

對4種重建方式的客觀指標(biāo)進(jìn)行正態(tài)性檢測，結(jié)果顯示均不符合正態(tài)性分布，用中位數(shù)(四分位間距)表示，用Kruskal-Wallis秩和檢驗(yàn)對4組數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。從表1可看出，4種重建算法產(chǎn)生的圖像客觀評價(jià)指標(biāo)的差異均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(均P<0.001)；O-MAR & iDose4組的SD 16.55(12.53～19.40)和AI 14.34(10.29～18.25)顯著低于其余三組(H=183.012，P<0.001；H=181.430，P<0.001)，CNR 0.04(0.01～0.08)顯著大于其余三組(H=28.706，P<0.001)；O-MAR & iDose4組與O-MAR組、iDose4組、Standard組兩兩之間的SD、AI差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(均P<0.001)，O-MAR & iDose4組CNR與其余組差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.001)，其余三組CNR差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。圖1可看出，O-MAR & iDose4組和O-MAR組較其余兩組在抑制金屬偽影和圖像噪聲,提高對比度上有顯著改善。

表1 4種重建算法的客觀指標(biāo)測量比較結(jié)果

圖1 四種重建算法噪聲SD、CNR和AI對比箱型圖

A. Standard deviation; B. Contrast-to-noise ratio; C. Artifact index.

2.2 主觀評分

為減少誤差，兩名醫(yī)生重復(fù)進(jìn)行了兩次評分，經(jīng)Kappa一致性檢測 ，結(jié)果顯示同一名醫(yī)生兩次觀察的結(jié)果Kappa值>0.75，一致性強(qiáng)；兩名醫(yī)生對4組圖像的評分結(jié)果Kappa值均>0.75，P<0.05，一致性強(qiáng)。4組評分?jǐn)?shù)據(jù)均不符合正態(tài)性分布，評分結(jié)果以中位數(shù)(四分位間距)表示，O-MAR & iDose4組的評分為5(4～5)，O-MAR組的評分為5(4～5)；iDose4組的評分為3(3～4)；Standard組的評分為2(2～2)。將各組評分行Kruskal-Wallis秩和檢驗(yàn)，兩兩行Bonferroni多重均數(shù)比較。結(jié)果(表2)可看出，除O-MAR & iDose4組與O-MAR組主觀評分差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(Z=-0.476，P=1.000)外，其余各組間評分都具有顯著差異，且有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.001)。

表2 四種重建算法的主觀評分結(jié)果比較

圖2分別顯示了金屬三腔管和宮腔管的同一層面四種重建算法得出的圖像，可直觀地看出，經(jīng)過O-MAR & iDose4算法重建后的圖像，無論是在金屬三腔管還是單獨(dú)宮腔管的層面，其光子饑餓效應(yīng)和射束硬化偽影都有較為明顯的改善。

圖2 四種重建方式圖像比較

3 討 論

近距離放射治療是宮頸癌根治性放療的重要治療手段，圖像引導(dǎo)下的近距離放射治療可明顯提高宮頸癌的局控率和患者總生存率，減少泌尿系統(tǒng)及消化道副反應(yīng)的發(fā)生[14]。宮頸癌的近距離治療中，通常使用碳纖維和不銹鋼兩種材質(zhì)的施源器，其中不銹鋼施源器由于價(jià)格較低及尺寸較小的優(yōu)點(diǎn)，在國內(nèi)被廣泛應(yīng)用于臨床[15]。

不銹鋼制成的金屬施源器在CT成像時(shí)，會(huì)由于噪聲、射束硬化、部分容積效應(yīng)、散射及X線的能譜硬化等原因產(chǎn)生明顯金屬偽影[16]。O-MAR技術(shù)是于2012年由飛利浦醫(yī)療發(fā)布的用于放射治療的新型金屬偽影減少算法，它是一種結(jié)合迭代算法和投影替換的技術(shù)，通過對圖像內(nèi)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的重新定義和分類，計(jì)算圖像內(nèi)不同組織對應(yīng)的投影數(shù)據(jù)，將金屬偽影對應(yīng)的投影數(shù)據(jù)從原始數(shù)據(jù)中清除，通過正向投影模擬出近似無金屬影響的圖像，反復(fù)迭代，以達(dá)到減少金屬偽影的目的[17-18]。

Li等[19]對O-MAR改善金屬植入物偽影進(jìn)行了模體和臨床的研究，發(fā)現(xiàn)O-MAR能明顯改善大型金屬植入物的偽影，在金屬附近層面的噪聲也得到明顯改善(SD由93.7降至38.2)。范華君等[20]發(fā)現(xiàn)O-MAR聯(lián)合iDose4可明顯改善因?yàn)榻饘倭x齒造成的頭頸血管成像中的偽影，這與本研究得出的結(jié)論相似。但王茹等[21]在研究O-MAR聯(lián)合iDose4改善肝癌經(jīng)導(dǎo)管動(dòng)脈栓塞術(shù)后的高密度碘油沉積偽影上的價(jià)值時(shí)發(fā)現(xiàn)，單獨(dú)使用O-MAR或聯(lián)合O-MAR與iDose4都未能得到滿意的圖像，其原因可能是碘油沉積處最高CT值不足1 000HU，其所造成的硬化偽影不如金屬銳利，無法被O-MAR計(jì)算。

本研究中，O-MAR & iDose4組測得的金屬成分噪聲值明顯小于其余三組，根據(jù)公式①、②得出，AI顯著低于其余三組，CNR顯著高于其余三組。另外，在本研究中，從主觀上兩名觀察者給出的得分來看，O-MAR聯(lián)合iDose4算法與單獨(dú)O-MAR算法的得分均高于其它兩種算法，但兩組之間差異并無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，其原因可能是由于主客觀評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的差異所致。

綜上，O-MAR聯(lián)合iDose4算法在減少噪聲和AI，提高對比度上有顯著優(yōu)勢，特別是在金屬施源器的三維后裝模擬定位掃描中，可改善金屬施源器偽影，增加放療醫(yī)生勾畫的信心和準(zhǔn)確性。

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