骨折金屬固定術(shù)后能譜CT圖像質(zhì)量的初步研究

畢正宏 王鳴鵬 毛定彪 白愛國(guó) 倪志華 胡亞敏 徐 杰 李 克

在臨床CT 檢查過程中鋼板、骨折髓內(nèi)釘、金屬支架或金屬假牙等金屬植入物周圍會(huì)產(chǎn)生放射狀或星芒狀偽影，這一難題長(zhǎng)期以來困擾著CT檢查，從CT機(jī)的誕生一直伴隨著CT圖像。能譜CT的臨床應(yīng)用，提供了解決此問題的有效途徑。本研究通過對(duì)金屬植入術(shù)后的患者行寶石CT的能譜掃描（GSI），并通過后處理軟件( GSI Viewer)分析，探討寶石能譜CT在金屬固定術(shù)后圖像質(zhì)量方面的臨床價(jià)值。

方 法

1.設(shè)備

美國(guó)GE公司的寶石能譜CT ( Discovery CT 750 HD)

2.一般資料收集

2011年7月至2012年8月本科45例骨折金屬內(nèi)、外固定術(shù)后的患者，其中男28例，女 17例;年齡19～78歲，平均（48±13）歲。內(nèi)固定患者32例，外固定10例，內(nèi)外固定 3例。

3.掃描參數(shù)

采用GSI掃描模式,管電壓在0.5ms周期內(nèi)完成140kVp和80kVp的瞬時(shí)切換，管電流固定為600mA，準(zhǔn)直寬度40mm，層厚0.625mm，螺距0.984：1，X 線管旋轉(zhuǎn)速度0.8s/r。

4.重建方法

取120keV進(jìn)行單能量圖像重建+金屬偽影消除軟件（metal artifacts reduction software，MARS）。后處理包括多平面重建技術(shù)（MPR）、容積顯示（VR）和最大密度投影（MIP），對(duì)圖像質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)。

5.圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)方法

由3名有經(jīng)驗(yàn)醫(yī)師與技師用雙盲法對(duì)圖像質(zhì)量及偽影進(jìn)行評(píng)價(jià)、評(píng)分。圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)如下：優(yōu)（3分），金屬固定物位置和骨折處解剖細(xì)節(jié)顯示很清楚；良（2分），金屬固定物位置和骨折處解剖細(xì)節(jié)顯示較清楚；中（1分），金屬固定物位置和骨折處解剖細(xì)節(jié)及結(jié)構(gòu)顯示一般；差（0分），金屬固定物位置和骨折處解剖細(xì)節(jié)及結(jié)構(gòu)顯示不清楚。圖像偽影的大小分級(jí)：基本無偽影（3分）、偽影較?。?分）、偽影較大（1分）。

6.統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

采用SPSS 13.0統(tǒng)計(jì)軟件，利用κ檢驗(yàn)評(píng)價(jià)3名醫(yī)師評(píng)價(jià)圖像質(zhì)量的一致性，κ值為0.81～1.0時(shí)，表示吻合度非常強(qiáng)；κ值為 0.61～0.8時(shí)，表示吻合度較強(qiáng)；κ值為0.41～0.6時(shí)，表示吻合度一般；κ值＜0.4時(shí)，表示吻合度差。

結(jié) 果

1.圖像顯示質(zhì)量和細(xì)節(jié)分辨評(píng)價(jià)

MPR、VR、MIP 三種重建技術(shù)所得圖像質(zhì)量均可滿足影像學(xué)評(píng)價(jià)，細(xì)節(jié)顯示清楚，固定物位置，形狀及骨折對(duì)位或?qū)€情況顯示清晰（圖1），圖像質(zhì)量為優(yōu)良者平均達(dá)86.3%。對(duì)3位觀察者評(píng)價(jià)圖像質(zhì)量進(jìn)行一致性檢驗(yàn)的結(jié)果顯示，觀察者之間的一致性非常強(qiáng)(κ=0.866，P=0.000)（表1）。

2.圖像偽影評(píng)價(jià)

圖像基本無偽影占84.6%，3位觀察者之間的一致性非常強(qiáng)(κ =0.836，P=0.000)（表1）。

表1 不同重建方法的圖像質(zhì)量評(píng)價(jià) （單位：例）

討 論

現(xiàn)代生活導(dǎo)致各種原因骨折增加，包括髓內(nèi)釘、外固定支架、鋼板和螺釘?shù)裙钦酃潭夹g(shù)越來越多地應(yīng)用于骨折治療中，術(shù)后可有感染、脫位、后突畸形和脊髓損傷等后遺癥，如開放性骨折固定術(shù)后的感染率仍有約30%［1-2］。因此，對(duì)于骨折固定術(shù)后的療效監(jiān)測(cè)和遠(yuǎn)期隨訪顯得至關(guān)重要。但是，由于脊柱、關(guān)節(jié)等結(jié)構(gòu)復(fù)雜，手術(shù)醫(yī)師最關(guān)心的術(shù)后問題如固定失敗、骨折愈合情況、并發(fā)癥的發(fā)生等需要通過相關(guān)檢查得以確診。X線片不能克服圖像重疊等干擾因素，而傳統(tǒng)CT由于金屬偽影和硬化偽影的存在，嚴(yán)重影響了金屬植入部位圖像的清晰度, 給周圍結(jié)構(gòu)的判斷帶來了很大的困難[3]。特別是對(duì)于脊柱外科,如果偽影很大, 影響重要鄰近結(jié)構(gòu)的觀察, 不能為臨床提供清晰的影像學(xué)信息,進(jìn)而影響準(zhǔn)確診斷[4]。因此更加清晰、全面的影像顯示技術(shù)就顯得尤為重要。

CT 圖像偽影是指CT 圖像中重建數(shù)據(jù)與物體實(shí)際衰減系數(shù)之間的差異,或是受檢體中根本不存在, 而圖像中顯示出來的影像。根據(jù)CT 圖像偽影的來源, 可以分為∶ 與CT成像技術(shù)及CT 機(jī)器有關(guān)的偽影、與患者有關(guān)的偽影以及螺旋CT 特有的偽影。對(duì)圖像質(zhì)量影響最顯著的偽影有金屬偽影和射線束硬化偽影。金屬偽影是人體內(nèi)外的一些高密度金屬物質(zhì)引起的偽影,多呈放射狀或條索狀影,其產(chǎn)生原理是X 射線穿過高密度的金屬物質(zhì)后急劇衰減,導(dǎo)致對(duì)應(yīng)的投影數(shù)據(jù)失真, 喪失了周圍組織X射線衰減信息。射線束硬化偽影是因?yàn)镃T 球管產(chǎn)生的，X 射線不是單能的,其能譜有一定的范圍,穿過被掃描人體的過程中,低能射線最易被吸收,而高能射線較易穿過,吸收系數(shù)隨X線能量的增大而減少,在X射線穿過人體過程中,平均能量會(huì)漸漸變高,射線束會(huì)逐漸變硬,這稱為射線束硬化效應(yīng)。硬化效應(yīng)的偽影主要表現(xiàn)為致密物體之間的暗區(qū)或條狀偽影[5-6]。另外,偽影的產(chǎn)生還取決于管電壓、管電流、螺距、層厚等[7]。

自從CT誕生以來，所采用的一直是單參數(shù)的成像方式，即用CT值的不同來表現(xiàn)各個(gè)體素之間的差異。自2009年，GE公司的寶石能譜CT（Discovery CT750 HD）引入中國(guó)，把寶石作為探測(cè)器的材料，由于其物理特性，大幅度提升了圖像質(zhì)量，通過對(duì)整個(gè)影像鏈的革新，可以提供高分辨率下的低劑量圖像和能譜圖像，其多參數(shù)的成像方式給CT成像帶來了全新的變革，提供了許多前所未有的信息給臨床醫(yī)師及科研人員，為臨床和科研帶來了廣闊的前景[8]。

寶石能譜CT 減除偽影涉及兩種技術(shù)：一是單能量成像,另一是MARs技術(shù)(metal artifacts reduction software)。單能量成像去偽影原理是寶石能譜CT是用單探測(cè)器，單球管的設(shè)計(jì)，時(shí)間分辨率可高達(dá)0.5ms，在0.5ms時(shí)間內(nèi)瞬時(shí)完成高低能量切換，在第一個(gè)采樣點(diǎn)的位置上用高能，角度變化了零點(diǎn)幾度的時(shí)候再用低能量掃描，因此可以說幾乎是在同時(shí)同角度得到兩個(gè)能量的采樣，這樣就可以在投影數(shù)據(jù)空間進(jìn)行能譜分析[9]。能譜CT投影數(shù)據(jù)是在圖像重建前進(jìn)行的，因此可以很好地避免硬化問題。MARs技術(shù)可以糾正X線掃描金屬后產(chǎn)生的光子饑餓現(xiàn)象而導(dǎo)致的低信號(hào)，可以對(duì)金屬移植物及周邊組織提供準(zhǔn)確的投射數(shù)據(jù)，能夠有效抑制臨床上常見的金屬偽影，這在金屬植入術(shù)后的隨訪和評(píng)估中都獲得很好的應(yīng)用。特別是某些部位以往由于金屬植入物的影響而不能顯示其真實(shí)情況，現(xiàn)在通過應(yīng)用寶石能譜CT 的單能量成像及MARs技術(shù)，使這些區(qū)域的病變和整體情況能很好的顯示[10]。

有研究報(bào)道認(rèn)為120keV 是減除脊柱金屬植入物偽影的能譜CT最佳單能量點(diǎn)[11]。故本組資料采用120keV單能量重建，統(tǒng)計(jì)后發(fā)現(xiàn)金屬固定物所致的線束硬化偽影基本消失，圖像優(yōu)良者和基本無偽影圖像分別占86.3%和84.6%，說明采用單能譜成像+MARs軟件技術(shù)可以對(duì)金屬固定物位置和骨折處解剖細(xì)節(jié)顯示清楚，對(duì)于骨折固定術(shù)后的療效監(jiān)測(cè)和遠(yuǎn)期隨訪具有重要意義。

本研究還存在一些不足，例如選擇120keV作為單能量重建是否適合對(duì)所有部位的觀察，對(duì)軟組織的觀察又存在哪些優(yōu)劣，影像質(zhì)量的評(píng)價(jià)還不夠客觀，病例數(shù)還不夠等等。另外在本組資料研究中發(fā)現(xiàn)，有小部分金屬固定物周邊有鋸齒狀變形，是由于MARs技術(shù)引起的還是與金屬固定物的材質(zhì)有關(guān)，有待于進(jìn)一步的研究。

綜上所述，能譜CT能清晰顯示骨折金屬固定術(shù)后的細(xì)微結(jié)構(gòu)，基本消除了金屬偽影和線束硬化偽影對(duì)圖像質(zhì)量的影響，使圖像質(zhì)量更能符合臨床工作的需要。