孫彤彤,黃熙菎,羅騰龍 ,楊德金,閆 東*
(1.首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京積水潭醫(yī)院放射科,2.矯形骨科,北京 100035)
全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)是治療髖部疾病(如晚期骨性關(guān)節(jié)炎、股骨頭壞死)的主要方法之一,術(shù)后可利用CT觀察有無(wú)無(wú)菌性炎癥、骨吸收溶解及假體周圍骨折等,但假體金屬偽影嚴(yán)重影響圖像質(zhì)量。既往多以骨科去除植入物金屬偽影(orthopedic metal artifact reduction, O-MAR)算法去除CT圖像中的偽影[1]。隨著能譜CT的發(fā)展,虛擬單能量成像中的高能級(jí)圖減輕金屬偽影技術(shù)逐漸普及。以單一O-MAR和虛擬單能量圖(virtual monoenergetic image, VMI)及二者聯(lián)合去除金屬偽影已有報(bào)道[2],但少見(jiàn)基于雙層探測(cè)器光譜CT的全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)后在體研究。本研究基于雙層探測(cè)器光譜CT觀察VMI聯(lián)合O-MAR去除髖關(guān)節(jié)假體金屬偽影的價(jià)值。
1.1 一般資料 回顧性納入2021年7月—2022年4月20例于北京積水潭醫(yī)院接受髖關(guān)節(jié)雙層探測(cè)器光譜CT掃描的單側(cè)全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)后患者,男7例、女13例,年齡38~67歲、平均(53.5±15.7)歲,體質(zhì)量指數(shù)20.26~25.02 kg/m2、平均(22.50±4.10)kg/m2。納入標(biāo)準(zhǔn):①置換關(guān)節(jié)假體為鈦合金材質(zhì)臼杯和股骨柄、陶瓷材質(zhì)股骨頭、聚乙烯或陶瓷材質(zhì)臼杯內(nèi)襯;②術(shù)后3年平掃CT資料完整。排除標(biāo)準(zhǔn):①掃描范圍內(nèi)除置換關(guān)節(jié)假體外存在其他金屬;②圖像中存在其他偽影。本研究經(jīng)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)(積倫科審字第202107-07號(hào))。
1.2 儀器與方法 采用Philips IQon Spectral CT機(jī)。囑患者仰臥接受髖關(guān)節(jié)掃描,管電壓120 kVp,管電流250 mAs,螺距1,準(zhǔn)直器寬度64×0.625 mm,球管轉(zhuǎn)速0.5 s/rot,矩陣512×512,掃描層厚5 mm,重建層厚1 mm;對(duì)圖像進(jìn)行重建,以混合迭代法獲得的常規(guī)120 kVp混合能量圖(polyenergetic image, PI)、加入O-MAR的PI(MAR圖)、基于投影空間光譜重建法的不同能級(jí)(70~200 keV,間隔10 keV)VMI和加入O-MAR的VMI(VMI-MAR圖)。
1.3 圖像分析 由2名具有5年以上診斷經(jīng)驗(yàn)的影像科醫(yī)師于Philips Intellispace portal工作站進(jìn)行圖像分析。
1.3.2 主觀評(píng)價(jià) 調(diào)節(jié)窗寬、窗位,觀察圖像偽影嚴(yán)重程度及假體周圍組織(盆腔內(nèi)器官如膀胱、直腸,關(guān)節(jié)周圍肌肉如臀大肌、臀小肌、恥骨肌、閉孔內(nèi)肌及股直肌等)清晰度,采用Likert量表5分法[2]進(jìn)行評(píng)分:1分,偽影嚴(yán)重,無(wú)法觀察假體周圍組織;2分,中度偽影,假體周圍組織觀察受限;3分,輕度偽影,可觀察假體周圍組織;4分,幾乎無(wú)偽影,假體周圍組織可觀察程度良好;5分,完全無(wú)偽影,假體周圍組織清晰可見(jiàn)[2]。取2名醫(yī)師評(píng)分的平均值為最終結(jié)果。
1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 采用SPSS 23.0統(tǒng)計(jì)分析軟件。以±s表示符合正態(tài)分布的計(jì)量資料,組間行配對(duì)t檢驗(yàn);以中位數(shù)(上下四分位數(shù))表示不符合正態(tài)分布者,組間行Wilcoxon檢驗(yàn)。采用組內(nèi)相關(guān)系數(shù)(intra-class correlation coefficient, ICC)評(píng)價(jià)2名醫(yī)師測(cè)量結(jié)果的一致性;以ICC<0.20為一致性較差,0.20~0.40為一般,0.41~0.60為中等,0.61~0.80為較強(qiáng),>0.80為強(qiáng)。P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
2.1 客觀測(cè)值 2名醫(yī)師測(cè)量AI及SD的一致性較強(qiáng)或強(qiáng)(ICC=0.73~0.91),故針對(duì)醫(yī)師1的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行后續(xù)分析;對(duì)VMI及VMI-MAR圖組內(nèi)不同能級(jí)間測(cè)值未予比較。
2.1.1 AI 4組圖像之間,低密度AI兩兩比較差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均<0.001);除MAR圖與110 keV VMI、150 keV VMI及70 keV VMI-MAR圖外,其余2種圖像間高密度AI差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均<0.05)。見(jiàn)表1。
表1 髖關(guān)節(jié)PI、MAR圖、VMI和VMI-MAR圖的AI及SD
隨能級(jí)升高,VMI及VMI-MAR圖中多數(shù)AI下降,且能級(jí)越高越趨于平穩(wěn);VMI圖中部分AI先降低后升高。圖1。
圖1 髖關(guān)節(jié)VMI及VMI-MAR圖中AI隨能級(jí)變化的曲線圖(不同顏色的線代表不同患者) 圖2 髖關(guān)節(jié)VMI及VMI-MAR圖中SD隨能級(jí)變化的曲線圖(不同顏色的線代表不同患者)
2.1.2 SD 除MAR圖與110 keV VMI、150 keV VMI、190 keV VMI外,其余圖像間膀胱SD兩兩比較差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均<0.001);4組圖像間臀大肌SD兩兩比較差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均<0.05)。見(jiàn)表1。
隨能級(jí)升高,VMI及VMI-MAR圖中多數(shù)SD下降,且能級(jí)越高越趨于平穩(wěn); VMI中部分膀胱SD先降低后升高。見(jiàn)圖2。
2.2 主觀評(píng)價(jià) PI主觀評(píng)分為結(jié)果為1(1,1),MAR圖為3(2,3),70、110、150及190 keV VMI分別為1(1,1)、2(2,2)、2(1,2)及2(1,2),70、110、150及190 keV VMI-MAR圖分別為2.5(2,3)、4(3.25,4)、4(3,4)及4(3,4);以VMI-MAR圖的主觀評(píng)分最高(圖3)。除PI與70 keV VMI、MAR圖與70 keV VMI-MAR圖外,其余圖像間主觀評(píng)分兩兩比較差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均<0.01)。
圖3 患者男,54歲,左髖關(guān)節(jié)置換術(shù)后 A.左髖關(guān)節(jié)PI; B.左髖關(guān)節(jié)MAR圖; C.左髖關(guān)節(jié)110 keV VMI; D.左髖關(guān)節(jié)110 keV VMI-MAR圖
本研究雙層探測(cè)器光譜CT采用單球管、單電壓,上層探測(cè)器可捕獲低能量光子,下層則能捕獲高能量光子,具有同源、同時(shí)、同向的特點(diǎn);基于探測(cè)器能譜成像的高、低能投影數(shù)據(jù)完全匹配,生成的VMI在消除噪聲和減輕線束硬化效應(yīng)方面更為出色,有助于促進(jìn)聯(lián)合應(yīng)用VMI與O-MAR[3-4]。
CT圖像中出現(xiàn)金屬偽影的主要原因在于線束硬化效應(yīng)(射線透過(guò)金屬后低能量光子大部分被吸收,到達(dá)探測(cè)器的光子能量較高,主要形成高密度偽影)、光子饑餓效應(yīng)(射線透過(guò)金屬后低能和高能光子均被吸收,到達(dá)探測(cè)器的光子量不足以產(chǎn)生信號(hào),導(dǎo)致圖像重建過(guò)程中出現(xiàn)錯(cuò)誤,主要形成低密度偽影)及散射(金屬與周圍組織對(duì)射線的衰減差異較大而形成偽影)[3,5]。金屬偽影常表現(xiàn)為低、高密度偽影共存。有學(xué)者[2]分析髖關(guān)節(jié)CT圖像中的金屬偽影,發(fā)現(xiàn)O-MAR可減輕光子饑餓效應(yīng),有助于減少低密度偽影;而高能級(jí)VMI可減輕線束硬化效應(yīng),對(duì)減少高密度偽影更有優(yōu)勢(shì);本研究結(jié)果與之相符。既往研究[6]認(rèn)為O-MAR可有效去除CT腦深部刺激電極偽影,而與VMI聯(lián)合應(yīng)用并不能提升O-MAR去除偽影效果。本研究結(jié)果顯示,VMI-MAR圖去除金屬偽影效果最為顯著、優(yōu)于MAR圖,與上述研究[6]結(jié)果有所不同,原因可能在于該研究所用電極材質(zhì)、尺寸及生理環(huán)境均與本研究所用髖關(guān)節(jié)假體存在差異。以上結(jié)果提示,對(duì)于O-MAR聯(lián)合VMI去除CT圖像金屬偽影效果,需要根據(jù)金屬所在部位、材質(zhì)及尺寸等加以具體分析[7-8]。
金屬偽影可影響置換假體周邊組織成像,而對(duì)于盆腔內(nèi)器官的成像效果直接影響診斷腫瘤復(fù)發(fā)或轉(zhuǎn)移,清晰顯示肌肉有助于判斷其有無(wú)萎縮和水腫。本研究結(jié)果表明,VMI聯(lián)合O-MAR可最大限度降低髖關(guān)節(jié)假體周邊組織噪聲;VMI噪聲值隨能級(jí)升高而下降,但其軟組織對(duì)比度亦隨能級(jí)升高而變差[9-10]?;赩MI觀察周邊組織情況時(shí),切勿為降低噪聲而僅針對(duì)高能級(jí)圖像,以免對(duì)比度過(guò)低而引起漏、誤診。
O-MAR和高keV VMI可因像素分割和分類不準(zhǔn)確致CT圖像出現(xiàn)新偽影[1,11-12]。本研究發(fā)現(xiàn)部分VMI中AI和膀胱SD隨能級(jí)升高而先下降后升高,主要原因在于70 keV圖的高密度偽影可于100 keV圖中大幅減少,而于130 keV圖中變?yōu)榈兔芏葌斡?圖4)。對(duì)于去除金屬偽影,并非能級(jí)越高VMI越好,應(yīng)基于原始圖像進(jìn)行對(duì)比觀察,以免出現(xiàn)新偽影而影響診斷。
圖4 患者男,49歲,左髖關(guān)節(jié)置換術(shù)后同層面VMI A.ROI為高密度偽影,SD=154.9 HU;B.ROI處偽影大幅度減少,SD=21.3 HU; C.ROI為低密度偽影,SD=59.8 HU (綠圈為ROI)
本研究的主要局限性:①樣本量小;②未納入雙側(cè)和部分髖關(guān)節(jié)置換術(shù)后患者;③未針對(duì)假體材質(zhì)進(jìn)行分類觀察。
綜上,雙層探測(cè)器光譜CT VMI聯(lián)合O-MAR有助于去除髖關(guān)節(jié)假體金屬偽影、降低周邊組織噪聲。
中國(guó)醫(yī)學(xué)影像技術(shù)2023年7期