IMAR技術(shù)在去除腰椎內(nèi)固定金屬偽影中的應(yīng)用價值＊

陳宗桂 陸思璇 管海辰 張英俊 董曉軍,*

1.湖南醫(yī)藥學(xué)院 (湖南 懷化 418000)

2.湖南省直中醫(yī)院 (湖南 株洲 412008)

在腰椎疾病的治療中，腰椎內(nèi)固術(shù)是一項有效的治療技術(shù)。它主要用以治療腰椎不穩(wěn)、脊柱側(cè)凸、退變性椎間盤、腰椎椎管狹窄等疾病[1-3]，對腰椎內(nèi)固術(shù)的隨訪、療效評估和術(shù)后的影像學(xué)復(fù)查發(fā)揮著重要作用。當前所有影像學(xué)檢查手段中，CT影像學(xué)檢查逐漸成為臨床上術(shù)后評價螺釘植入情況的金標準[4]。但是，在常規(guī)CT圖像中，腰椎內(nèi)固定術(shù)后影像檢查，金屬螺釘對X線有較高衰減，CT圖像常表現(xiàn)為亮暗條紋，使得術(shù)后效果的評估受到嚴重影響。迭代去金屬偽影算法(iterative metal artifact reduction，IMAR)是專門針對金屬偽影的一種算法。但是，對IMAR算法去除腰椎內(nèi)金屬偽影的效果鮮有相關(guān)研究報道。為此，本文對32例腰椎內(nèi)固定術(shù)后擬行腰椎CT檢查病人的影像資料進行回顧性分析，以探討IMAR技術(shù)對消除金屬偽影的作用，以期改善術(shù)后CT圖像質(zhì)量，并為臨床醫(yī)師提供更多的影像資料。

1 資料與方法

1.1 一般資料收集2021年6月至2022年6月，于我院行腰椎椎弓根內(nèi)固定術(shù)后CT復(fù)查患者32例。在臨床上，患者被診斷為退變性椎體滑脫、椎管狹窄、退變性椎間盤等。其中，女14例，男18例，年齡范圍為24-88歲，平均(55.1±2.9)歲。因本研究為回顧性研究，故而未進行倫理審查。在研究中，研究對象的輻射劑量沒有做任何調(diào)整，沒有倫理上的爭論，受檢者無需簽署知情同意書。

1.2 方法患者取仰臥位，雙臂上舉，采用西門子Force雙源CT進行螺旋掃描，掃描范圍為全部腰椎椎體，掃描參數(shù):管電流600mA，管電壓130kvP，層厚0.5mm，螺距0.65，間隔0.5mm，固定窗寬/窗位(骨窗1800 HU/600 HU，軟組織窗530 HU/65HU)，機架旋轉(zhuǎn)一周的最短時間為0.28s。于常規(guī)腰椎掃描參數(shù)中，進行IMAR選項勾選，獲取IMAR技術(shù)處理后的圖像資料。在各組圖像中，選擇腰椎內(nèi)螺紋釘金屬偽影影響最大層面。比較IMAR技術(shù)處理前后，兩組圖像上4個感興趣區(qū)域的AI值、CT值與AG值，并進行統(tǒng)計分析，以P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。通過掃描獲取的圖像，均要保存于后處理工作站。

1.3 圖像質(zhì)量評價

1.3.1 圖像主觀評價 采用IMAR技術(shù)對后處理工作站中的CT金屬偽影圖像進行處理。為了保護病人隱私，會隱藏CT影像中的病人信息與掃描參數(shù)。CT圖像顯示的參數(shù)：軟組織窗位為65HU、窗寬為530HU；骨窗的窗位為600HU、窗寬為1800HU。將CT金屬偽影處理前后的兩組圖像采用多平面重建(MPR)和容積再現(xiàn)(VR)，以評價IMAR技術(shù)對金屬偽影的抑制效果。由三名高職稱醫(yī)生分別對IMAR處理前后的CT圖像冠狀面、橫斷面與矢狀面進行影像質(zhì)量評估，評估內(nèi)容包括金屬偽影對椎間盤、軟組織、豎脊肌與椎弓根的影響。根據(jù)Gondim等[5]公布的評分標準：偽影重，不能辨認正常結(jié)構(gòu)，1分；辨認結(jié)構(gòu)較為困難，2分；可以辨認結(jié)構(gòu)，但缺乏信心，3分；可以辨認結(jié)構(gòu)，自信心中等，4分；可以辨認結(jié)構(gòu)，有較高的信心，5分。

1.3.2 圖像客觀評價 在IMAR技術(shù)處理前后測量并記錄ROI內(nèi)CT值。選擇每一組偽影最重層面取4個感興趣區(qū)分別測量其CT值、偽影指數(shù)值和平均梯度值，其中ROI1為受金屬偽影影響最嚴重的軟組織(即密度最低)區(qū)域；ROI2為金屬與骨質(zhì)界面；ROI3為受金屬偽影影響的豎脊肌處；ROI4為受金屬偽影影響最小的軟組織處。對各個ROI進行5次測量，取平均值。在測量過程中，兩組圖像感興趣區(qū)的大小與位置盡可能保持一致。另外，本文還采用偽影指數(shù)值(artifact index，AI) 和平均梯度(average gradient，AG)評價IMAR技術(shù)抑制金屬偽影的效果。偽影指數(shù)的公式(1)：

式中，SDROI是感興趣區(qū)域內(nèi)的標準差值，SDfat是脂肪區(qū)域內(nèi)的標準差值。偽影指數(shù)是定量反映組織受金屬偽影影響程度大小，偽影指數(shù)越大，圖像分辨率越差，CT圖像表達的信息越少。平均梯度主要指金屬偽影周圍的灰度變化情況，也就是灰度變化率，灰度變化率可以用來描述圖像的清晰度。公式(2)：

其中，M×N為圖像矩陣，ΔIx與ΔIy為分別對圖像以水平和垂直方向的結(jié)構(gòu)元素進行形態(tài)學(xué)處理后，獲得的梯度信息。一般圖像具有的平均梯度越大，圖像表達的信息越全面，圖像的清晰度越高。因此，其值越大越好。

1.4 統(tǒng)計學(xué)方法對比分析IMAR技術(shù)處理前后2組圖像，采用SPSS 19.0軟件分別對感興趣區(qū)域的AI值、CT值和AG值及影像質(zhì)量評分等各項評價指標進行配對樣本t檢驗，以P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 主觀評價結(jié)果骨質(zhì)和金屬界面、螺釘周圍軟組織、椎弓根與豎脊肌顯示情況。去偽影后，骨質(zhì)和金屬界面、螺釘周圍軟組織和豎脊肌區(qū)域評分高于去偽影前(P＜0.05)，見表1。

金屬與骨質(zhì)界面和豎脊肌處的主觀評分表1 比較FBP組和FBP+IMAR中偽影最重的軟組織區(qū)域、

2.2 客觀評價結(jié)果將圖像傳送到后處理工作站，利用IMAR技術(shù)對處理前后的薄層圖像進行多平面重建(MPR)，如圖1所示。其中圖1A表示IMAR處理前的影像，由于在金屬螺釘與骨質(zhì)界面產(chǎn)生的高密度偽影，使得金屬螺釘周圍的軟組織和螺釘與周圍骨質(zhì)界面顯示不清；螺釘在豎脊肌上產(chǎn)生低密度的金屬偽影導(dǎo)致無法通過CT圖像評判金屬螺釘?shù)闹踩肭闆r。圖1B為IMAR處理后的影像，軟組織上的低密度與高密度偽影顯著減輕。螺釘與周圍骨質(zhì)界面顯示清楚，同時金屬螺釘對豎脊肌的影響明顯減弱。經(jīng)VR重建后，獲得CT圖像的三維成像，見圖2。在圖2上可以明顯觀察到采用IMAR技術(shù)使螺釘在椎弓根上產(chǎn)生的金屬偽影得到抑制，圖像細節(jié)顯示良好，周圍結(jié)構(gòu)清晰可見。在偽影最重層面，測量感興趣區(qū)域的CT值，見表2～表5。FBP+IMAR組中金屬螺紋釘附近軟組織和豎脊肌的CT值和AG值較FBP組均提高，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P＜0.05)。而FBP+IMAR組的偽影指數(shù)比FBP組低(P＜0.05)。IMAR處理后結(jié)果提示經(jīng)過IMAR技術(shù)校正后，組織的CT值更接近正常組織的CT值，圖像細節(jié)顯示更清晰和偽影更小，CT圖像更加真實可靠。FBP+IMAR組中金屬與骨質(zhì)界面的CT值和偽影指數(shù)比FBP組小，兩組對比均有統(tǒng)計學(xué)意義(P＜0.05)。而FBP+IMAR組的AG值比FBP組高，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P＜0.05)。IMAR處理后結(jié)果提示經(jīng)過IMAR技術(shù)校正后，金屬與骨質(zhì)界面的CT值更接近正常組織CT值，圖像質(zhì)量更高且能提供更多信息。FBP+IMAR組中受偽影影響最小軟組織的CT值、AG和偽影指數(shù)較FBP組沒有明顯區(qū)別(P＞0.05)。結(jié)果表明IMAR技術(shù)對非金屬偽影區(qū)域的影響較小，并且正常組織解剖細節(jié)能夠有效保留。

表2 IMAR處理前后各ROI1的CT值(HU)、AI值和AG值

表3 IMAR處理前后各ROI2的CT值(HU)、AI值和AG值

表4 IMAR處理前后各ROI3的CT值(HU)、AI值和AG值

表5 IMAR處理前后各ROI4的CT值(HU)、AI值和AG值

3 討論

椎弓根螺釘內(nèi)固定術(shù)在腰椎疾病，如腰椎不穩(wěn)、腰椎滑脫、退行性疾病等方面得到了廣泛的應(yīng)用[6-8]。金屬偽影在CT圖像的表現(xiàn)為星狀或者黑白條狀偽影，可減少金屬周圍組織結(jié)構(gòu)的清晰度，不利于術(shù)后骨質(zhì)破壞、腰椎細微骨折、椎管內(nèi)結(jié)構(gòu)等情況的顯示，嚴重影響手術(shù)療效的評價。盡管調(diào)整窗寬和窗位有助于抑制金屬偽影，但是其不能完全去除X線束硬化偽影，常常需要借助容積再現(xiàn)技術(shù)加以補充，但這些技術(shù)對細微骨折部位的解剖細節(jié)顯示不夠清晰。針對CT圖像中金屬偽影，常用的方法有雙源CT和能譜CT等[9-10]。但是，采用以上方法需要重復(fù)掃描或采用兩束不同能量X線束快速掃描，這必然會導(dǎo)致患者受到更多輻射的劑量。

目前已有相關(guān)研究提出了不同的方法以抑制CT掃描中金屬植入物的影響，并且取得不同程度的效果[11-13]。郁仁強等[14]研究表明IMAR技術(shù)會使得噪聲明顯降低，提高CT圖像的質(zhì)量，使組織CT值與真實值更接近，對術(shù)后觀察更加有利。郁斌等[15]的研究表明IMAR技術(shù)可使得金屬偽影的嚴重程度得到顯著改善，并對組織CT值進行校正，使之與真實CT值更加接近。在本研究中，F(xiàn)BP+IMAR組靠近金屬偽影區(qū)域(軟組織和豎脊肌)的AI值均小于FBP組和AG值與CT值均大于FBP組，這說明了IMAR技術(shù)能顯著降低金屬偽影的嚴重程度，并對組織CT值進行校正，使之與組織真實CT值更加接近。這與郁仁強和郁斌等人的研究結(jié)果相似，但并不完全一致。針對IMAR技術(shù)對于金屬與骨質(zhì)界面的CT值、AI值和AG值的影響不大。其原因可能是IMAR技術(shù)對金屬區(qū)域分割過程中，未能準確將金屬區(qū)域分割出來導(dǎo)致殘留數(shù)據(jù)提高了校正后組織的CT值，這部分殘留的數(shù)據(jù)仍舊會使圖像細節(jié)失真和界限不清等。Yu L等[16]研究表明經(jīng)過校正后的CT圖像，金屬植入物周邊殘留偽影可能是金屬與組織分割不完整，使得兩種組織交界處的數(shù)據(jù)插值錯誤，從而導(dǎo)致重建后CT圖像在兩種組織的交界存在失真，這與本研究的結(jié)果一致。在遠離金屬偽影區(qū)域的軟組織FBP+IMAR組和FBP組的CT值、AI值和AG值無顯著差異。這說明了對于沒有金屬偽影存在的組織IMAR技術(shù)不會對其有影響。本研究對于CT圖像的主觀評分進一步說明IMAR技術(shù)在抑制CT金屬偽影的有效性。

由此可見IMAR技術(shù)能夠改善腰椎金屬內(nèi)固定術(shù)后CT圖像質(zhì)量，為骨科醫(yī)師提供更全面的信息，讓醫(yī)師對患者療效、并發(fā)癥及預(yù)后做出準確地評價。同時，所得到的影像更具真實感，可為臨床提供更精確、更多的影像信息。