IMAR對椎體植入物患者CT圖像的影響*

郁仁強，呂發(fā)金，張志偉△，姚開情，彭 剛，曾勇明，楊 亞

(1.重慶醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院放射科，重慶 400016；2.成都市婦女兒童中心醫(yī)院放射科，成都 610000)

受檢部位有金屬植入物的患者在接受常規(guī)CT檢查時，金屬植入物會產(chǎn)生放射狀和暗區(qū)偽影，放射狀偽影和暗區(qū)偽影會影響組織結(jié)構(gòu)及病變的顯示，導(dǎo)致放射科醫(yī)生誤診或不能診斷[1-2]。大部分金屬植入物患者不宜做磁共振成像(magnetic resonan imaging,MRI)檢查，臨床醫(yī)生需要觀察患者術(shù)后效果及感染等情況時，只能選擇CT檢查，但其不可避免會產(chǎn)生金屬偽影。臨床上減少金屬偽影常用的方法有能譜掃描和去偽影軟件。迭代去金屬偽影算法(iterative metal artifact reduction，IMAR)是新一代減少金屬偽影算法，可在原始數(shù)據(jù)重建圖像的基礎(chǔ)上疊加使用該算法。該方法減少金屬偽影，簡單方便，對CT設(shè)備硬件要求不高，臨床應(yīng)用前景廣。本文旨在研究IMAR的應(yīng)用對椎體植入物患者CT圖像的影響。

1 資料與方法

1.1一般資料 選擇2015年4月至2016年4月在重慶醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院放射科行脊柱檢查，且椎體內(nèi)有金屬植入物(椎弓根螺釘)的患者45例，其中男29例，女16例，年齡18～71歲，平均(42.91±15.15)歲，本研究通過該院倫理委員會批準(zhǔn)，所有納入研究的患者均簽署知情同意書。

1.2方法

1.2.1檢查方法 采用上海西門子醫(yī)療器械有限公司生產(chǎn)的SOMATOM Perspective CT，行常規(guī)椎體掃描，掃描參數(shù)：管電壓130 kV，參考管電流量200 mAs，CARE dose 4D技術(shù)，螺距0.55，重建卷積核B31，層厚1 mm，層間距1 mm，分別采用常規(guī)濾波反投影(filtered back projection,FBP)和FBP+IMAR兩種重建方式，偽影校正算法選擇椎體植入物(Spine implants)。

1.2.2圖像質(zhì)量主觀評價 由兩名有3年以上臨床診斷工作經(jīng)驗的放射醫(yī)師采用5分法分別對兩種重建圖像進(jìn)行主觀圖像質(zhì)量評價，當(dāng)評分不一致時，由兩人共同商量確定；并觀察IMAR重建圖像是否有新的偽影出現(xiàn)。評分標(biāo)準(zhǔn)如下，5分：圖像無金屬偽影，圖像質(zhì)量非常好，診斷效果最佳；4分：圖像有少許金屬偽影，圖像質(zhì)量好，診斷效果佳；3分：圖像有中度的金屬偽影，圖像質(zhì)量可接受，足夠診斷；2分：圖像有明顯的金屬偽影，圖像質(zhì)量不好，診斷信心明顯降低；1分：圖像有嚴(yán)重的金屬偽影，圖像質(zhì)量非常差，無法診斷。

1.2.3CT值測量及噪聲評價 分別選擇兩種重建圖像中無金屬植入物(椎體中份層面)和有金屬植入物(椎體中份的螺釘層面)的圖像各一幅分析，在西門子公司的多模式工作站(multimodality workplace,MMWP)上測量脊椎骨組織的CT值，可以保證相同圖像不同重建方式在相同部位測量，測量區(qū)域選擇在椎體中間， 視野(field of view,FOV)為0.1～0.2 cm2，測量時避開明顯的條紋狀偽影區(qū)和病變區(qū)域。將椎體骨組織CT值的標(biāo)準(zhǔn)差定義為噪聲，作為圖像客觀評價指標(biāo)。

1.3統(tǒng)計學(xué)處理 使用SPSS19.0統(tǒng)計軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析，采用配對t檢驗統(tǒng)計兩種重建方式的椎體骨組織CT值和圖像噪聲值，Wilcoxon符號秩檢驗統(tǒng)計兩種重建方式的主觀圖像質(zhì)量評分，檢驗水準(zhǔn)α=0.05，以P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié) 果

2.1主觀圖像質(zhì)量評價結(jié)果 兩名放射醫(yī)師對金屬植入物圖像FBP和FBP+IMAR兩種算法圖像主觀評價得分分別為(1.69±0.56)、(3.36±0.53)分，二者比較差異有統(tǒng)計學(xué)意義(Z=-6.05，P<0.01)。金屬植入物圖像FBP重建，有明顯的放射狀高密度影及暗區(qū)偽影，會掩蓋周圍軟組織，降低放射醫(yī)師的診斷信心；采用FBP+IMAR重建后，放射狀高密度影及暗區(qū)偽影會明顯減少，周圍軟組織可見，見圖1。

A：FBP重建；B：FBP+IMAR重建

圖1兩種重建算法的圖像質(zhì)量

表1 兩種算法圖像中椎體骨組織CT值及噪聲值比較

2.2圖像CT值及噪聲值 無金屬植入物圖像中，F(xiàn)BP和FBP+IMAR兩種算法椎體骨組織的CT值分、圖像噪聲值比較，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(t=-8.27、-31.44，P<0.01)；使用IMAR算法后，其圖像的CT值和噪聲值都會增加，分別增加了0.35%、3.98%。金屬植入物圖像中，兩種算法椎體骨組織的CT值、圖像噪聲值比較，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(t=14.33、19.09，P<0.01)；使用IMAR算法后，其圖像的CT值和噪聲值都會減小，分別減少了50.18%、52.02%，見表1。

3 討 論

CT廣泛用于骨折術(shù)后復(fù)查的患者，用來評價骨性結(jié)構(gòu)、周圍軟組織及金屬植入物位置是否合適。但由于金屬植入物的存在，會產(chǎn)生金屬偽影，從而影響對以上結(jié)構(gòu)的觀察和判斷。為了降低金屬植入物在CT檢查中的影像，各大醫(yī)療設(shè)備公司也推出過能譜成像減少金屬偽影、Metal Artifact Reduction Software (MARs)和Orthopedic MAR(OMAR)等軟件減少金屬偽影[3-8]。能譜成像和MARs軟件減少金屬偽影技術(shù)需要較高要求的硬件設(shè)備支持才能夠?qū)崿F(xiàn)；OMAR軟件減少金屬偽影技術(shù)多適用于四肢大關(guān)節(jié)植入物，且出現(xiàn)新偽影的概率較高[8-9]。

國內(nèi)外部分學(xué)者研究用能譜成像、MARs技術(shù)減少椎弓根螺釘中金屬偽影效果[10-11]，尚很少有報道IMAR技術(shù)在減少椎弓根螺釘中金屬偽影效果。IMAR技術(shù)采用聯(lián)合3種減少金屬偽影技術(shù)：射線束硬化校正、線性內(nèi)插的標(biāo)準(zhǔn)化正弦圖修復(fù)和分頻減少金屬偽影技術(shù)，是最新推出的減少金屬偽影技術(shù)的算法[12-13]，不需要特殊的硬件設(shè)備支持，在常規(guī)掃描后，即可行IMAR重建，操作簡單，重建速度快。IMAR重建同時提供了不同部位的減少金屬偽影算法，可以實現(xiàn)不同部位植入物的個體化減少金屬偽影處理。

本課題組回顧性分析該院45例接受CT檢查的椎弓根螺釘植入物的患者，結(jié)果表明：經(jīng)FBP重建，椎弓根螺釘產(chǎn)生的金屬偽影明顯，金屬植入物周圍組織顯示不清，導(dǎo)致放射科醫(yī)師診斷信心下降，甚至部分圖像不能用于診斷；使用IMAR算法，可以明顯改善圖像中組織的CT值，IMAR重建后圖像中脊椎骨組織的CT值更為接近真實的情況，與國外學(xué)者AXENTE等[14]研究結(jié)果相似。減少椎弓根螺釘所產(chǎn)生的金屬偽影效果明顯，尤其是對螺釘長軸方向上的條紋狀高密度影及暗區(qū)偽影，可以修復(fù)無IMAR算法重建圖像中被偽影掩蓋的組織結(jié)構(gòu)和病變，滿足臨床診斷要求。但本課題組的研究分析并未涉及無金屬偽影影響層面的圖像[15]。

進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)使用IMAR技術(shù)時，對于無金屬偽影影響層面的圖像，會輕微增加其層面內(nèi)椎體骨組織的CT值和圖像噪聲(分別增加了0.35%、3.98%)，故在臨床工作中，要注意對于組織CT值要求比較精確或CT值的絕對值相對較大時，使用IMAR算法對CT值的影響較大，無金屬偽影影響層面的圖像應(yīng)盡量避免使用IMAR算法重建。對于有金屬偽影影響層面的圖像，會明顯減少其層面內(nèi)椎體骨組織的CT值和圖像噪聲(分別減少了50.18%、52.02%)，降低了金屬植入物對圖像的影像，改善圖像質(zhì)量。但I(xiàn)MAR算法并不能完全去除圖像中的放射狀偽影及暗區(qū)偽影，尤其對于體積較大的螺釘所致的偽影及螺釘長軸方向上的偽影， IMAR算法有待進(jìn)一步優(yōu)化。

本研究的創(chuàng)新在于研究一種新型、方便實現(xiàn)的去金屬偽影技術(shù)的臨床應(yīng)用，結(jié)果發(fā)現(xiàn)IMAR技術(shù)對無金屬偽影影響層面圖像和有金屬偽影影響層面圖像的改變不一致，可為臨床上合理使用去金屬偽影技術(shù)提供理論依據(jù)。本研究尚存在一些不足：(1)選點不夠全面，僅選擇測量脊椎骨組織；(2)評價IMAR去除金屬偽影的臨床病例的部位比較單一，對于設(shè)備提供的其他部位沒有納入研究；(3)無法比較IMAR算法修正后的組織CT值與真實CT值的差異，有螺釘植入的部位多是有病變的椎體，也無法與其他正常椎體相比較。臨床研究中所存在的問題和不足，為本研究下一步研究仿真模體實驗提供研究方向和思路。