能譜CT單能X線束成像在脊柱術(shù)后中的應(yīng)用價(jià)值

李強(qiáng) 竇文廣 梁長(zhǎng)華

通訊作者：李強(qiáng)，1981年11月，男，漢，山西武鄉(xiāng)人，主管技師，學(xué)士。研究方向：CT

摘要：目的：研究能譜CT單能X線束成像在脊柱術(shù)后中的應(yīng)用價(jià)值。方法：選取我院自2018年1月至2018年9月間已行脊柱內(nèi)固定術(shù)的病人25例，運(yùn)用能譜掃描模式（GSI）進(jìn)行掃描。將掃描完的圖像傳送至GSI后處理工作站，進(jìn)行單能量重建，間隔為10keV，將40keV～140keV重建出11組單能量的圖像。由兩名醫(yī)師分別對(duì)11組圖像并做一致性檢驗(yàn)，用4分法對(duì)圖像進(jìn)行評(píng)分并記錄各個(gè)單能量時(shí)各個(gè)分值的人數(shù)。結(jié)果：兩名醫(yī)師在對(duì)25例患者的11組能譜圖像分析時(shí)，Kappa值為0.885，即兩名醫(yī)師診斷結(jié)果的一致性比較好。60keV及以下時(shí)，評(píng)分為3分及以上者僅為1例（1/25，4%）;能量為90keV時(shí)，3分及以上者為12例（12/25，48%）;能量為100keV時(shí)，3分及以上者為23例（23/25，92%）;能量為110keV時(shí)，3分及以上者為21例（21/25，84%）;能量為120keV時(shí)，3分及以上者為16例（16/25，64%）;130keV及以上時(shí)，3分及以上者為3例（3/25，12%），圖像評(píng)分較高、質(zhì)量較好主要分布在90keV～120keV能量處。頸椎、胸椎、腰椎在100keV處的圖像質(zhì)量均最好，分別為6例（6/7，85.71%）、5例（5/5，100%）和13例（13/13，100%）。結(jié)論：能譜CT單能X線束成像在脊柱內(nèi)固定術(shù)后的病人去除偽影有著很大的價(jià)值，在100keV時(shí)圖像質(zhì)量最好，且在頸椎、胸椎、腰椎沒(méi)有明顯差異。

關(guān)鍵詞：能譜CT;脊柱內(nèi)固定術(shù);去除偽影

Abstract： Objective： To study the application value of energy-spectrum CT single-energy X-ray beam imaging in spinal surgery. Methods： Twenty-five patients who had undergone spinal internal fixation from January 2018 to September 2018 in our hospital were selected and scanned by energy spectrum scanning mode （GSI）. The scanned image is transmitted to the GSI post-processing workstation for single-energy reconstruction at 10 keV intervals. Eleven groups of single-energy images are reconstructed from 40 keV to 140 keV. Eleven groups of images were tested by two physicians. The images were scored by four-point method and the number of each score was recorded at each single energy. Results： The Kappa value was 0.885 when the two physicians analyzed 11 groups of energy spectrum images of 25 patients， that is， the consistency of the diagnostic results of the two physicians was better. Only 1 case （1/25， 4%） scored 3 points or more at 60 keV or below; 12 cases （12/25， 48%） scored 3 points or more at 90 keV; 23 cases （23/25， 92%） scored 3 points or more at 100 keV; 21 cases （21/25， 84%） scored 3 points or more at 110 keV; and 12 cases （12/25， 48%） scored 3 points or more at 120 keV. The former was 16 cases （16/25， 64%） and the latter was 3 cases （3/25， 12%） when 130 keV or above. The images with higher scores and better quality were mainly distributed at 90 keV to 120 keV energy. The image quality of cervical spine， thoracic spine and lumbar spine at 100 keV was the best， with 6 cases （6/7， 85.71%）， 5 cases （5/5， 100%） and 13 cases （13/13， 100%） respectively. Conclusion： Energy-spectrum CT single-energy X-ray beam imaging has great value in removing artifacts in patients after spinal internal fixation. At 100 keV， the image quality is the best， and there is no significant difference in cervical， thoracic and lumbar spine.

Keyworlds： Energy spectrum CT; spinal internal fixation; artifact removal

一、引言

脊柱結(jié)核、脊柱滑脫、脊椎骨折以及脊柱畸形矯正術(shù)后常常會(huì)使用內(nèi)固定術(shù)來(lái)進(jìn)行治療，術(shù)后經(jīng)常會(huì)使用影像學(xué)檢查手段來(lái)對(duì)內(nèi)固定的位置及并發(fā)癥進(jìn)行評(píng)估，且術(shù)后復(fù)查及脊柱的其他病變也會(huì)用到無(wú)創(chuàng)、快速的影像學(xué)檢查手段。常用的影像學(xué)檢查有經(jīng)濟(jì)、快速且輻射劑量比較小的X線檢查，亦有空間分辨率及密度分辨率都較X線有很大提升但輻射劑量較大的CT檢查，更有軟組織分辨力很高且無(wú)電離輻射但價(jià)格比較昂貴的MRI檢查。但是內(nèi)固定使用的材料多為金屬，這就限制了術(shù)后影像學(xué)檢查方法的選擇，尤其是MRI，因?yàn)轶w內(nèi)有金屬植入物為MRI的禁忌癥。此時(shí)，平常多用于脊柱病變檢查的X線及CT的圖像效果也是差強(qiáng)人意的。因?yàn)橛捎诮饘賰?nèi)固定的植入，在其周?chē)３?huì)出現(xiàn)影響圖像質(zhì)量的放射狀偽影，這對(duì)于內(nèi)固定周?chē)M織病變的清晰顯示是極為不利的[1]。能譜CT可以瞬時(shí)對(duì)高能量和低能量的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集并可進(jìn)行單能量的重建，從而達(dá)到減輕金屬偽影影響的效果[2]。本文旨在通過(guò)對(duì)能譜CT單能X線束成像在脊柱術(shù)后中的應(yīng)用價(jià)值進(jìn)行研究，探討出圖像質(zhì)量最好、偽影最少的單能量值，以期能使今后脊柱內(nèi)固定術(shù)后CT檢查圖像質(zhì)量有所改善，提高脊柱病變?cè)\斷正確率。

二、資料與方法

（一）臨床資料

選取我院自2016年5月至2018年9月間已行脊柱內(nèi)固定術(shù)的病人25例，其中男性18例，女性7例，年齡27-65歲，平均（54.35±9.83）歲。其中，頸椎病變7例，胸椎病變5例，腰椎病變13例。

納入標(biāo)準(zhǔn)：（1）所有患者均為脊柱內(nèi)固定術(shù)后;（2）所有患者內(nèi)固定所用材料相同;（3）患者一般狀況較好，能配合CT檢查。

（二）掃描設(shè)備及方法

25名患者均進(jìn)行能譜CT掃描，掃描設(shè)備為美國(guó)GE公司的Discovery CT750 HD寶石能譜CT，運(yùn)用能譜掃描模式（GSI）。掃描時(shí)，先掃描定位像，再根據(jù)定位像將范圍設(shè)定為患者脊柱內(nèi)固定區(qū)域及其上下一個(gè)椎體層面，具體參數(shù)如下：管電壓為瞬時(shí)切換的80kVp和140kVp，而管電流為600mA，矩陣為512×512，層厚和間隔均為5mm，螺距為0.984，重建層厚為1.25mm。將掃描完的圖像傳送至GSI后處理工作站，進(jìn)行單能量重建，間隔為10keV，將40keV～140keV重建出11組單能量的圖像。

（三）圖像分析

由兩個(gè)診斷經(jīng)驗(yàn)豐富的高年資放射科醫(yī)生采用雙盲法對(duì)圖像偽影情況進(jìn)行分析，運(yùn)用評(píng)分的方法對(duì)圖像質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)。即圖像偽影較重，周?chē)M織結(jié)構(gòu)顯示不清，嚴(yán)重影響診斷效果的記為1分;圖像偽影重，但周?chē)M織結(jié)構(gòu)尚能分辨的記為2分;圖像幾乎無(wú)偽影，周?chē)M織結(jié)構(gòu)可分辨，對(duì)診斷影響不大的記3分;圖像無(wú)偽影，周?chē)M織結(jié)構(gòu)顯示清晰，圖像質(zhì)量很好的記4分。每位醫(yī)師評(píng)價(jià)圖像質(zhì)量時(shí)11組圖像應(yīng)選取偽影最大層面，若圖像無(wú)偽影，則選取與有偽影圖像層面相同層面。分別記錄兩名醫(yī)師的評(píng)分結(jié)果，并對(duì)判讀結(jié)果進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。

（四）統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

研究采用SPSS 22.0統(tǒng)計(jì)分析軟件，計(jì)量資料采用X±S的形式表示，計(jì)數(shù)資料用百分?jǐn)?shù)表示;兩名診斷醫(yī)師的一致性檢驗(yàn)使用Kappa檢驗(yàn)，Kappa系數(shù)為0.81～1時(shí)提示兩人診斷一致性很好，0.61～0.80時(shí)提示兩人診斷一致性較好，0.41～0.60時(shí)提示中等一致，而小于0.40則一致性均較差;組間比較采用卡方檢驗(yàn)，p<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

三、結(jié)果

（一）兩名醫(yī)師診斷結(jié)果的一致性檢驗(yàn)

兩名醫(yī)師在對(duì)25例患者的11組能譜圖像分析時(shí)，對(duì)二者結(jié)果進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，Kappa值為0.885，這表明兩名醫(yī)師診斷結(jié)果的一致性比較好。

（二）各能量評(píng)分結(jié)果

圖像評(píng)分3分及以上者認(rèn)定為圖像質(zhì)量為優(yōu)，因?yàn)榇藭r(shí)的圖像是不影響影像判讀的。結(jié)果如下：在單能量為40keV及50keV時(shí)，評(píng)分為3分及以上為0例，此時(shí)是不利于影像結(jié)果的判讀的;能量為60keV時(shí)，3分及以上者為1例（1/25，4%）;能量為70keV時(shí)，3分及以上者為3例（3/25，12%）;能量為80keV時(shí)，3分及以上者為7例（7/25，28%）;能量為90keV時(shí)，3分及以上者為12例（12/25，48%）;能量為100keV時(shí)，3分及以上者為23例（23/25，92%）;能量為110keV時(shí)，3分及以上者為21例（21/25，84%）;能量為120keV時(shí)，3分及以上者為16例（16/25，64%）;能量為130keV時(shí)，3分及以上者為2例（2/25，8%）;能量為140keV時(shí)，3分及以上者為1例（1/25，4%），圖像評(píng)分較高，圖像質(zhì)量較好主要分布在90keV～120keV能量處。（見(jiàn)表1）。

（三）各部位評(píng)分質(zhì)量較好結(jié)果

頸椎病變中，在100keV處觀察到圖像3分及以上者為6例（6/7，85.71%），胸椎病變中有5例（5/5，100%），腰椎病變中有13例（13/13，100%）?？梢?jiàn)，不管是在頸椎、胸椎還是腰椎病變中，100keV的圖像質(zhì)量均是最好的。（見(jiàn)表2）。

四、討論

采用金屬植入的內(nèi)固定術(shù)在臨床上的應(yīng)用十分廣泛，尤其是在骨折的應(yīng)用中，脊柱骨折等病變也常常會(huì)使用到這一治療方法[3-4]。但是術(shù)后常常會(huì)需要對(duì)治療效果即內(nèi)固定放置的位置以及有無(wú)并發(fā)癥進(jìn)行評(píng)估。此時(shí)，就需要借助于輔助治療手段了。準(zhǔn)確的早期診斷對(duì)于治療方案的及時(shí)調(diào)整以及治療效果都是有著極大幫助的。常用的簡(jiǎn)便快捷的診斷方法有CT、X線和MRI等，雖然體內(nèi)有金屬植入對(duì)于MRI來(lái)說(shuō)是禁忌癥，但是目前有研究[5]指出，MRI可以應(yīng)用在鈦合金內(nèi)固定中，但是研究太少，可能還不足以完全證實(shí)其在臨床中的切實(shí)可行性。而X線由于本身組織重疊比較多，且密度分辨率比較差，在圖像的診斷效果上是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如CT的。

CT雖然在軟組織的診斷效果上較之MRI稍差，但是其對(duì)骨質(zhì)結(jié)構(gòu)的顯示卻比MRI要好，且價(jià)錢(qián)較之MRI更便宜。但是金屬內(nèi)固定的放置，卻極大影響了CT的診斷結(jié)果，它的放射狀偽影常常會(huì)使得內(nèi)固定周?chē)墓琴|(zhì)及軟組織顯示不清，這就極易造成不可避免的誤診和漏診[6]。偽影是在影像檢查過(guò)程中常常會(huì)出現(xiàn)的比較普遍的現(xiàn)象，主要可以分為掃描中產(chǎn)生的偽影及掃描機(jī)器本身的偽影[7]，其常常會(huì)對(duì)圖像質(zhì)量造成不同程度的影響，偽影較重者，可能會(huì)完全使整個(gè)層面的圖像顯示不清，嚴(yán)重影響影像結(jié)果的判讀。近年來(lái)，隨著雙能CT及能譜CT的應(yīng)用，使這一問(wèn)題有了極大的改善。能譜CT在去除金屬應(yīng)用的中應(yīng)用也逐漸增多[8-10]，其在脊柱骨折、脊柱側(cè)彎矯形、髖關(guān)節(jié)置換等內(nèi)固定術(shù)后的應(yīng)用也逐漸廣泛起來(lái)。

金屬偽影的產(chǎn)生是由于金屬擁有著比人體組織更高的密度和原子序數(shù)，從而比骨組織和軟組織在X線上有著更高的衰減，導(dǎo)致金屬周?chē)墓琴|(zhì)和軟組織顯示不清。寶石能譜CT可以實(shí)現(xiàn)高、低能值的瞬時(shí)采集，采集完成后還可以進(jìn)行單能量重建。此時(shí)，就可以選擇金屬偽影最少甚至沒(méi)有的層面對(duì)圖像進(jìn)行診斷了。較之普通CT，能譜CT可以檢出偽影所造成的CT值的漂移，從而達(dá)到去除偽影的目的[11]。能譜CT除了可以獲得不同能量的圖像外，還可以降低患者的輻射劑量，使患者的健康有了很大的保障。利用能譜CT的后處理GSI技術(shù)，還可以對(duì)掃描的對(duì)象進(jìn)行物質(zhì)的定量分析，從而得出物質(zhì)的化學(xué)組成成分[12-13]。

在運(yùn)用能譜CT對(duì)脊柱內(nèi)固定術(shù)后患者進(jìn)行分析時(shí)，可以發(fā)現(xiàn)，在圖像中的金屬偽影主要表現(xiàn)為兩種，一種是與金屬長(zhǎng)軸相平行的低密度偽影，其對(duì)周?chē)M織結(jié)構(gòu)的影響較小;還有一種就是分布于金屬周?chē)某矢叩突祀s密度的偽影，這種偽影就是本研究中著重去除的部分。因?yàn)槠鋬H僅通過(guò)影像科醫(yī)生的診斷經(jīng)驗(yàn)是很難做出準(zhǔn)確判斷的。然而，通過(guò)能譜CT多個(gè)單能量的重建，就可以實(shí)現(xiàn)去除這種偽影的目的[14]。在這個(gè)過(guò)程中，尋找到使圖像質(zhì)量最少的單能量值就顯得極為重要了，因?yàn)檫@不僅可以使圖像診斷正確率有所提升同時(shí)還可以節(jié)省工作繁忙的影像科醫(yī)生的時(shí)間，提高工作效率。本研究結(jié)果顯示，單能量為60keV及以下時(shí)，圖像的偽影普遍較重，評(píng)分3分及以上者只有1例（4%），隨著能量數(shù)的增加，圖像質(zhì)量也越來(lái)越好，100keV時(shí)，評(píng)分3分及以上者有23例（92%），但能量為110keV時(shí)，3分及以上者為21例（84%）;能量為120keV時(shí)，3分及以上者為16例（64%）;能量為130keV及以上時(shí)，3分及以上者為3例（12%），圖像評(píng)分較高，圖像質(zhì)量較好主要分布在90keV～120keV能量處，其中100keV處圖像質(zhì)量最好。部分國(guó)外文獻(xiàn)指出[15-19]，金屬植入物對(duì)低能量的X線的衰減系數(shù)大，高能量X上，衰減系數(shù)則會(huì)減小。

本次研究還對(duì)單能量值對(duì)脊柱各個(gè)部位的影響作了分析，研究結(jié)果顯示，不管是頸椎、胸椎還是腰椎，其在100keV的圖像質(zhì)量都是最好的，而在其他能量級(jí)時(shí)的圖像3分及3分以上人數(shù)均比較少，這就提示，100keV進(jìn)行脊柱內(nèi)固定術(shù)后診斷時(shí)，對(duì)于各個(gè)部位的影響是不大的，這一結(jié)果與國(guó)內(nèi)部分文獻(xiàn)一致[20]。當(dāng)然，本研究尚且存在一些不足，樣本病例還比較好，對(duì)于證實(shí)本文觀點(diǎn)稍顯欠缺。

總之，能譜CT單能X線束成像在脊柱內(nèi)固定術(shù)后的病人去除偽影有著很大的價(jià)值，通過(guò)能譜CT的運(yùn)用，可以明顯提高脊柱內(nèi)固定術(shù)后患者的CT圖像質(zhì)量，其在100keV時(shí)圖像質(zhì)量最好，在頸椎、胸椎、腰椎診斷方面沒(méi)有明顯差異。

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