能譜CT結(jié)合MARs技術(shù)對不同材質(zhì)義齒偽影去除的臨床價值

甘露，劉基，袁晨，王玉恩，黎薛明，楊詩明，劉斌

隨著人們生活水平的提高和口腔醫(yī)療技術(shù)的發(fā)展，口腔義齒越來越普遍。目前臨床常見的義齒材料有烤瓷、鎳鉻合金、膠托+不銹鋼托、銀汞、自凝塑料等［1］。雖然植入義齒不是頭頸部CT檢查的禁忌，但CT 掃描時口腔內(nèi)致密義齒可產(chǎn)生高密度或高低密度相間的放射狀、星芒狀偽影，損失診斷信息，嚴重影響鄰近結(jié)構(gòu)的顯示，干擾疾病的影像學診斷［2］。近年來研究發(fā)現(xiàn)，能譜成像技術(shù)（GSI）在去除金屬偽影，提高圖像質(zhì)量、圖像對比度及空間分辨力方面具有較高的優(yōu)勢［3］。因此，本研究擬探討能譜CT在義齒植入患者頭頸部CT 成像中減除義齒植入偽影的臨床應(yīng)用價值和對圖像質(zhì)量改善的能力。

1 對象與方法

1.1 研究對象 納入2021年3月—11月于淮南東方醫(yī)院集團廣濟醫(yī)院就診的100 例口腔內(nèi)義齒植入患者，均接受GSI掃描，按義齒種類分為鎳鉻合金組30例、烤瓷組30例、膠托+不銹鋼托組40例。本研究經(jīng)過醫(yī)院醫(yī)學倫理委員會批準備案［倫理號：（2021）醫(yī)倫審第121-01號］，檢查前均告知患者并簽署知情同意書。

1.2 GSI 掃描及后處理技術(shù) 采用GE 能譜CT（Revolution 128排），能譜模式掃描。掃描參數(shù)：準直128×0.625 mm，電壓80、140 kV 瞬間切換，管電流為自動毫安技術(shù)，層厚5.0 mm，間隔5.0 mm，螺距0.992∶1，旋轉(zhuǎn)時間0.5 s/圈；影像重建為0.625 mm 層厚影像，掃描完成后把圖像傳至AW4.7 工作站，經(jīng)過后處理，分別獲得混合能量（QC）影像（QC組，140 kVp），70、80、90、100、110、120、130、140 keV 單能量影像（單能組）及單能量+多偽影去除系統(tǒng)（MARs）技術(shù)的影像（單能+MARs組）。

1.3 圖像評估

1.3.1 主觀評分 采用雙盲法，由2名高年資放射科醫(yī)師在同一窗寬（300 HU）、窗位（35 HU）下獨立對各組影像質(zhì)量進行主觀評分。采用5 分制評分標準：5 分，解剖細節(jié)清晰，無明顯金屬偽影；4分，解剖細節(jié)較清楚，金屬偽影增多；3分，大部分解剖結(jié)構(gòu)較清楚，金屬偽影明顯但可以接受；2分，解剖結(jié)構(gòu)不清楚，金屬偽影非常明顯；1分，解剖結(jié)果不清楚，金屬偽影嚴重，不能滿足診斷要求［4］。主觀評分取均值，用Kappa檢驗觀察者間一致性。

1.3.2 客觀評價 采用AW4.7后處理工作站處理數(shù)據(jù)，分別對QC 影像、單能量影像及單能量+MARs 影像進行測量。所有數(shù)據(jù)測量均由同1名放射專業(yè)主治醫(yī)師完成。所有影像的測量均采用橫斷面影像，在義齒周圍偽影最多的層面和鄰近無偽影的軟組織區(qū)域劃定2 個興趣區(qū)（region of interest，ROI），見圖1。ROI1選取在同層無偽影的頭夾肌處；ROI2選取在口腔中部舌部軟組織明暗相間偽影區(qū)，ROI 面積150～200 mm2，分別測量噪聲（SD）、CT 平均值，并計算偽影指數(shù)（artifact index，AI），用SD 和AI 作為評價參數(shù)。采用"比較（compare）功能"保證各組影像ROI大小、形態(tài)、位置一致。利用以上各均值計算AI。

Fig.1 Schematic diagram of ROI selection圖1 ROI的選擇示意圖

1.4 統(tǒng)計學方法 使用SPSS 25.0 軟件進行數(shù)據(jù)分析，經(jīng)Kolmogrov-Smirnov 檢驗2 組SD、AI 值及主觀評分數(shù)據(jù)均不服從正態(tài)分布，采用M（P25，P75）表示。組間比較采用Wilcoxon、Kruskal Wallis 或Friedman 秩和檢驗。通過計算Kappa 系數(shù)評價2 位觀察者之間對影像質(zhì)量評估的一致性。P＜0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結(jié)果

2.1 影像質(zhì)量的客觀評價結(jié)果

2.1.1 鎳鉻合金組 隨著管電壓的增加，單能組及單能+MARs 組圖像的SD 和AI 均呈降低趨勢，且單能+MARs 組影像的SD 和AI 均低于同參數(shù)單能組（P＜0.05），見表1、圖2。QC 組影像的SD 為87.32（73.27，196.03）HU，AI 為82.95（69.61，186.23）HU，90 keV及以上單能組影像SD和AI值低于QC組（均P＜0.05）。

Tab.1 Comparison of image noise and artifact index between different imaging parameters of the nichcr group表1 鎳鉻合金組義齒不同成像參數(shù)下影像噪聲及偽影指數(shù)比較（n=30，HU）

Fig.2 Variation trend of image noise and artifact index between different imaging parameters in the nichcr alloy group圖2 鎳鉻合金組不同成像參數(shù)影像噪聲及偽影指數(shù)變化趨勢圖

2.1.2 烤瓷組 隨著管電壓的增加，單能組及單能+MARs 組圖像的SD 和AI 均呈降低趨勢，且單能+MARs 組影像的SD 和AI 均低于同參數(shù)單能組（P＜0.05），見表2、圖3。QC 組影像的SD 為［60.22（50.53，135.19）HU］，AI 為［56.07（47.05，125.86）HU］，90 keV 及以上單能組影像SD 和AI 值低于QC組（均P＜0.05）。

Tab.2 Comparison of image noise and artifact index between porcelain dentures with different imaging parameters表2 烤瓷組義齒不同成像參數(shù)下影像噪聲及偽影指數(shù)比較（n=30，HU）

Fig.3 Variation trend of image noise and artifact index of different imaging parameters in the porcelain teeth group圖3 烤瓷牙組不同成像參數(shù)影像噪聲及偽影指數(shù)變化趨勢圖

2.1.3 膠托+不銹鋼托組 隨著管電壓的增加，單能組及單能+MARs 組圖像的SD 和AI 均呈降低趨勢，且單能+MARs組影像的SD和AI均低于同參數(shù)單能組（P＜0.05），見表3、圖4。QC 組影像的SD 為［90.76（77.22，190.50）HU］，AI 為［82.06（69.36，171.97），90 keV 及以上單能組影像SD 和AI 值低于QC組（均P＜0.05）。

Tab.3 Comparison of image noise and artifact index between rubber and stainless steel bracket dentures with different imaging parameters表3 膠托+不銹鋼托組義齒不同成像參數(shù)下影像噪聲及偽影指數(shù)比較（n=40，HU）

Fig.4 Variation trend of image noise and artifact index of different imaging parameters in the rubber bracket+stainless steel bracket group圖4 膠托+不銹鋼托組不同成像參數(shù)影像噪聲及偽影指數(shù)變化趨勢圖

2.1.4 3 種材質(zhì)影像質(zhì)量比較 鎳鉻合金組、烤瓷組、膠托+不銹鋼托組在110 keV+MARs 時對比度最佳。三者比較（HSD=10.620、HAI=10.353，均P＜0.01），烤瓷組的SD 和AI 最小（P＜0.05），而鎳鉻合金組與膠托+不銹鋼托組間差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05）。

2.2 影像質(zhì)量的主觀評價結(jié)果 2位醫(yī)生主觀評分一致性較高，鎳鉻合金組、烤瓷組及膠托+不銹鋼托組義齒主觀評分Kappa 系數(shù)分別為0.851、0.850、0.938。鎳鉻合金組、烤瓷組及膠托+不銹鋼托組義齒單能量影像在90 keV 以上時評分均高于QC 影像評分［2.00（1.00，2.00）分、2.00（1.50，2.00）分、1.00（1.00，2.00）分］（均P＜0.05），同參數(shù)單能量+MARs較單能量影像得分高（均P＜0.05），且在110 keV+MARs 時得分最高（P＜0.05）。見表4。該參數(shù)條件下，3 組材質(zhì)義齒相比（H主觀評分=29.729，P＜0.01），烤瓷義齒主觀評分高于其他兩組（P＜0.05），烤瓷義齒金屬偽影對影像質(zhì)量的影響最小，見圖5、6。

Tab.4 Comparison of subjective scores between three kinds of dentures with different energy parameters表4 不同能量參數(shù)下3種材質(zhì)義齒的主觀評分比較

Fig.5 Comparative effect of porcelain denture implantation under three different parameters圖5 烤瓷義齒植入在3種不同參數(shù)條件下的對比效果

Fig.6 Comparison of the best imaging parameters(110 keV+MARs)between three kinds of dentures圖6 3種材質(zhì)義齒最佳成像參數(shù)（110 keV+MARs）影像比較

3 討論

3.1 金屬偽影產(chǎn)生的原因 CT掃描過程中，金屬偽影的大小與金屬材質(zhì)的大小、形態(tài)、厚度及原子序數(shù)有關(guān)。由于金屬物質(zhì)相對于人體骨骼及軟組織原子序數(shù)相差很大，穿過金屬物質(zhì)的X 線會發(fā)生急劇衰減，傳統(tǒng)掃描方式CT球管產(chǎn)生的X線是具有一定頻譜寬度的QC射線，即X線光子能量不一，QC射線穿過金屬后造成“線束硬化”和“光子饑餓效應(yīng)”，硬化效應(yīng)導(dǎo)致CT 值的“漂移”，產(chǎn)生條紋狀、放射狀的明暗相間的偽影，影響金屬植入物周圍組織的觀察［5］。

3.2 能譜CT成像原理 GE能譜CT球管能瞬時（＜0.5 ms）實現(xiàn)高低（80 kV、140 kV）雙能切換，球管幾乎在同時同向產(chǎn)生兩種能量的X 線，再由高效探測器先后采集兩種能量的X線所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。通過一次能譜掃描可以獲得掃描部位常規(guī)的QC 影像［6］和單能量影像（40～140 keV）［7］。單能量影像可以減少硬化偽影的產(chǎn)生，改善影像質(zhì)量。CT能譜成像根據(jù)X線在物質(zhì)中的衰減系數(shù)生成相應(yīng)的影像。該技術(shù)能夠進行高能量與低能量的數(shù)據(jù)采集，即采用原始數(shù)據(jù)投影的模式對2組數(shù)據(jù)進行重建，解析出高keV的影像，間接提高了X線的穿透力，從而達到減少線束硬化偽影的目的［8］。新一代寬體寶石探測器能譜CT 單能量+MARs 技術(shù)將“光子饑餓”現(xiàn)象進行數(shù)據(jù)處理［9］，對金屬植入物及其周圍組織提供準確的投射數(shù)據(jù)，在重建過程中采取動態(tài)能量變化非線性模型，將硬化效應(yīng)及“光子饑餓效應(yīng)”有效地消除或降低，進一步提高影像質(zhì)量［10］。

3.3 CT圖像噪聲的影響因素 CT圖像噪聲大小與X 線劑量、管電壓、掃描層厚、探測器靈敏度及重建算法等有關(guān)。就本實驗而言，不同成像方法對SD的影響主要是單能量X 線降低了“射線硬化”及MARs技術(shù)對“光子饑餓效應(yīng)”進行了有效補償。本研究對100 例義齒植入的患者進行研究發(fā)現(xiàn)，單能譜110 keV+MARs影像測得口腔中部舌部軟組織明暗相間偽影區(qū)SD及AI明顯低于單能110 keV影像及QC影像的測量值，表明單能110 keV+MARs 影像能夠明顯改善口腔中舌部軟組織明暗相間偽影區(qū)偽影的SD，減小偽影對鄰近軟組織CT值的干擾。

通過對原始數(shù)據(jù)重建可以得到QC 影像及40～140 keV任意能級的單能量影像，若對全部能級逐一分析數(shù)據(jù)量過于龐大，因此本研究參考多篇相關(guān)去金屬偽影文獻［11-13］，選取70～140 keV單能量及單能量+MARs，每間隔10 keV 進行影像分析，確定去除義齒偽影效果最佳的單能譜影像能級為110 keV+MARs。傳統(tǒng)研究認為，單能量+MARs 技術(shù)只對脊柱內(nèi)固定釘棒、人工股骨頭等大金屬植入物去金屬偽影效果較好。Kidoh等［14］認為，運用投影運算得到的去偽影圖像一般都會產(chǎn)生新的類型的偽影（如假體邊緣鋸齒狀偽影）。但是本研究中的MARs 影像并沒有新產(chǎn)生的偽影，可能是由于新一代MARs 運算能夠更精確地分割金屬假體，反復(fù)糾正義齒邊緣沒有金屬的數(shù)據(jù)，并且有效去除金屬偽影［15］。

通過對客觀測量數(shù)據(jù)及主觀評分分析，本研究認為新一代寬體寶石探測器能譜CT 單能量110 keV+MARs 影像能夠有效減少義齒偽影，提高影像質(zhì)量，與魏一娟等［16］研究一致。

本研究特別觀察了不同材質(zhì)的義齒偽影及噪聲，結(jié)果表明烤瓷義齒在CT 掃描中偽影和噪聲最小。各組義齒主觀評分中在110 keV+MARs 條件下最高，烤瓷、鎳鉻合金及膠托+不銹鋼托義齒分別為5.0、4.0、4.0分，其中烤瓷義齒的SD和AI最小。

3.4 本研究的不足之處 本研究未對切牙、尖牙、磨牙等不同形狀、不同部位的義齒及單顆與多顆義齒偽影進行區(qū)分研究，或許不同形狀、不同位置、單顆與多顆義齒對影像質(zhì)量及結(jié)果會有一定的影響。

綜上所述，能譜CT單能量影像能夠減少義齒偽影，在單能譜110 keV+MARs 條件下義齒周圍偽影最少，軟組織效果最佳，影像質(zhì)量最好，主觀評分最高；能譜CT對烤瓷材質(zhì)的義齒去除偽影效果最佳。