IMR結(jié)合O-MAR技術(shù)抑制腦動脈瘤術(shù)后金屬偽影的應(yīng)用研究

付永春，周一楠，江濱，陳緒珠

1. 首都醫(yī)科大學附屬北京天壇醫(yī)院 放射科，北京 100070；2. 飛利浦（中國）投資有限公司，北京 100026；3. 首都醫(yī)科大學附屬北京天壇醫(yī)院，北京市神經(jīng)外科研究所 神經(jīng)流行病學室，北京 100070

引言

顱內(nèi)動脈瘤破裂是蛛網(wǎng)膜下腔出血的常見的原因之一，血管內(nèi)介入彈簧圈栓塞術(shù)具有并發(fā)癥少、創(chuàng)傷小、治愈率高的特點，已經(jīng)成為治療顱內(nèi)動脈瘤的一種非常安全、有效的方法[1]。顱內(nèi)動脈瘤腔內(nèi)栓塞治療術(shù)具有微創(chuàng)、對患者神經(jīng)功能損傷小等優(yōu)點，死亡率及致殘率均小于外科夾閉，近年來被廣泛應(yīng)用，但相對外科夾閉仍具有較高的復(fù)發(fā)率，需長期隨訪[2]。術(shù)后在顱腦內(nèi)病變部位置入的彈簧圈在復(fù)查時常常產(chǎn)生很大的金屬偽影，影響臨床醫(yī)生對手術(shù)的評估及術(shù)后進一步治療方案的制定。而金屬偽影主要是由于金屬與人體組織密度相差過大導(dǎo)致的，其中主要包括射束硬化金屬偽影、光子饑餓偽影和散射偽影[3-5]。在常規(guī)CT檢查圖像中，因光子的饑餓效應(yīng)以及線束硬化的影響，會使得彈簧圈周圍出現(xiàn)諸多的條帶狀偽影，影響CT圖像質(zhì)量，從而影響對動脈瘤體周圍結(jié)構(gòu)的評價，以及對術(shù)后療效的評估[6]。隨著設(shè)備的更新，各種去金屬偽影技術(shù)也使這一問題得到了一定程度的解決[7]。

傳統(tǒng)方式通過升高管電壓來降低金屬偽影對于圖像的影響，但效果并不令人滿意，同時又增加了受檢者的輻射劑量。近年來，隨著掃描技術(shù)以及后處理技術(shù)的發(fā)展，從插值算法到能量減影成像，雖然取得了一定程度的進步，但仍然存在一定的局限性[8]。IMR技術(shù)是新一代的迭代重建算法，具有降低圖像噪聲和提高圖像對比信噪比（Contrast Signal to Noise Ratio，CNR）及圖像質(zhì)量的優(yōu)點[1,9-10]。Philips去金屬偽影迭代算法（O-MAR）是一項基于線性內(nèi)插法的可去除金屬偽影的重建方法[11]。依托強大的微平板探測器，O-MAR技術(shù)在CT的原始投影數(shù)據(jù)空間運用迭代算法對符合金屬偽影覆蓋下數(shù)據(jù)物理模型進行精確計算，從而獲得大幅減低金屬偽影的圖像質(zhì)量，是迭代技術(shù)的創(chuàng)新和延伸。打破了傳統(tǒng)CT受金屬偽影影響無法掃描的禁忌。在實際臨床應(yīng)用中，該功能在應(yīng)用于較大和復(fù)雜的金屬內(nèi)植入物（例如：人工股骨頭），也幾乎沒有空間分辨率層面的損失或者增加新的偽影。

O-MAR技術(shù)具有能譜去金屬偽影的作用，但不能減低輻射劑量。iDose4是混合迭代技術(shù)具有手動降低輻射劑量并提高圖像質(zhì)量的功能。鑒于此，本研究從臨床實際應(yīng)用方面，探究顯微CT的IMR平臺結(jié)合O-MAR技術(shù)在抑制金屬偽影技術(shù)方面，在腦部動脈瘤手術(shù)后檢查的效用，并進一步探討哪種重建方法能對患者術(shù)后病變周圍正常組織恢復(fù)情況觀察及應(yīng)用價值的評估效果更好。

1 材料和方法

1.1 患者資料

回顧性分析在2018年12月至2019年12月在我院神經(jīng)外科接受腦部動脈瘤夾閉手術(shù)或者栓塞手術(shù)并在Philips Brilliance 256 iCT上進行頭顱平掃復(fù)查的60例患者，所有患者均通過了本院的醫(yī)學倫理委員會的批準。患者的掃描數(shù)據(jù)均被納入本次研究。其中男36例，女24例，年齡25～86歲，平均（56.15±18.26）歲。其中包括動脈瘤夾閉術(shù)后患者21例；動脈瘤栓塞術(shù)后患者39例。掃描檢查結(jié)束后分別對60例患者的原始掃描數(shù)據(jù)保存，并進行IMR+O-MAR薄層重建及iDose4薄層重建。將iDose4迭代薄層重建圖像設(shè)置為A組，IMR+O-MAR薄層算法重建圖像設(shè)置為B組。納入標準：在我院接受顱內(nèi)動脈瘤栓塞手術(shù)或動脈瘤夾閉手術(shù)術(shù)后的患者。排除標準：有嚴重的運動偽影和其他金屬偽影；影像診斷有腦出血、腦梗死、腦萎縮和明顯顱內(nèi)占位的或其它原因引起的腦組織結(jié)構(gòu)嚴重變形等影響測量的病例。

1.2 掃描方法

所有患者均用Philips公司的Philips Brilliance 256 iCT螺旋CT掃描儀，掃描條件：管電壓120 V，管電流310 mAs，掃描層厚5 mm，矩陣512×512。掃描野（Field of View，F(xiàn)OV）：根據(jù)患者的頭型不同進行分別具體選擇。掃描后獲取顱底至顱頂層面常規(guī)iDose4（Level 3）迭代重建原始圖像。掃描結(jié)束后對60例患者的原始掃描數(shù)據(jù)分別進行IMR+O-MAR和iDdose4兩種重建算法進行重建，其重建層厚和層間距均設(shè)置為1 mm。IMR+O-MAR重建Level為1，iDose4重建為3。將iDdose4（Level 3）迭代薄層重建圖像設(shè)置為A組，IMR+O-MAR迭代薄層算法重建圖像設(shè)置為B組。

1.3 圖像評價

1.3.1 圖像客觀評價

所有薄層圖像均傳輸至Philips IntelliSpace Portal星云后處理工作站，每例患者均選取平均數(shù)據(jù)中最重的偽影層面進行評價，為了一致性，所有檢查患者的窗寬均設(shè)定為100 HU；窗位均設(shè)定為35 HU，以金屬植入物為中心分別選取3個半徑大約為80 mm的感興趣區(qū)（Region of Interest，ROI），分別測量出每個ROI的CT值和SD值。同時選取其它不含偽影層面的相同組織結(jié)構(gòu)，測其CT值和SD值作為對比參考。測量時同一患者所選層面的測量位置，選取面積大約90 mm2左右，測量范圍應(yīng)當保持一致性。感興趣區(qū)的勾畫應(yīng)盡量避開偽影干擾區(qū)域和顱骨。分別測量出圖像標準差的平均值（Standard Deviation，SD），并將其作為圖像噪聲值。將在橫斷位圖像上偽影引起的黑影的最大長度距離作為偽影的最大直徑。分別計算出偽影指數(shù)（Artifact Index，AI）和對比噪聲比（Contrast to Noise Ratio，CNR）。

1.3.2 圖像主觀評價

觀察時由2名高年資的神經(jīng)影像診斷醫(yī)師分別對2組薄層橫斷面圖像進行獨立盲評，在閱片者評分不一致時進行協(xié)商和統(tǒng)一，將得出最終評分結(jié)果并進行統(tǒng)計分析。按照圖像質(zhì)量受金屬偽影的影響程度采用4分法[12]：1分代表偽影很重，圖像無法觀察；2分為圖像偽影較重，圖像尚能觀察；3分為存在少量偽影，圖像質(zhì)量較好；4分為基本無偽影，圖像質(zhì)量好。

1.4 統(tǒng)計學分析

采用SPSS 17.0軟件對數(shù)據(jù)進行分析。把客觀測量數(shù)據(jù)和主觀評分數(shù)據(jù)分別取均值納入統(tǒng)計軟件包進行分析。2組患者的圖像噪聲（SD值）、偽影直徑最大值、AI和CNR，采用配對t檢驗；2組主觀評分采用Mann-WhitneyU檢驗比較分析。P＜0.05為差異具有統(tǒng)計學意義。采用Kappa分析檢驗比較2組主觀評分之間的一致性評價：其中Kappa<0.40為一致性較差；0.40≤Kappa<0.75為一致性較好；Kappa≥0.75為一致性很好。

2 結(jié)果

2.1 圖像的主觀評價

兩名診斷醫(yī)師對IDose4組薄層重建圖像的主觀評分為（1.06±0.31）；IMR+O-MAR組薄層重建圖像的主觀評分為（3.85±0.53），顯示IMR+O-MAR組重建薄層圖像在視覺上更平滑，偽影更微小，金屬植入物對鄰近正常組織結(jié)構(gòu)的分辨率更高，兩組圖像間的差異具有統(tǒng)計學意義（P＜0.001）。兩名診斷醫(yī)師的主觀評價方面：一致性良好（Kappa=0.81，P＜0.05）。

2.2 圖像的客觀評價

兩組的客觀評價結(jié)果，見表1。由表1可知iDose4組和IMR+O-MAR組薄層圖像的平均噪聲用（SD值）表示；分別為（7.6±3.8）、（24.85±11.38）HU；金屬置入物的偽影最大直徑分別為（123.21±32.36）、（7.51±7.12）mm；AI分別為（53.18±15.59）、（23.01±8.48）；CNR 分別是（23.01±8.48）、（12.51±3.23）。差異具有統(tǒng)計學意義（P<0.05）。由客觀評價結(jié)果可知，IMR+O-MAR技術(shù)組對提高圖像質(zhì)量，抑制金屬偽影方面效果非常顯著。如圖1～2所示，iDose4薄層重建的圖像和IMR+O-MAR薄層重建圖像在抑制金屬偽影技術(shù)方面，IMR+O-MAR能明顯減低金屬偽影對腦動脈瘤鄰近的解剖結(jié)構(gòu)和周圍正常組織的影響，對于整體圖像質(zhì)量有明顯改善。

圖1 大腦中動脈動脈瘤術(shù)后兩組圖像對比

圖2 大腦前動脈瘤夾閉術(shù)后兩組圖像對比

3 討論

隨著醫(yī)療技術(shù)的發(fā)展，醫(yī)療水平的提高，越來越多的帶有金屬植入物的患者需要進行CT檢查。但是由于金屬植入物導(dǎo)致的偽影，會嚴重影響圖像質(zhì)量，嚴重干擾醫(yī)生進行快速、正確的診斷。

顱內(nèi)動脈瘤是由先天畸形及后天病理改變導(dǎo)致的血管壁病變，起病突然且易破裂出血，破裂風險隨時間延長而增加，動脈瘤一旦發(fā)生破裂造成蛛網(wǎng)膜下腔出血將會嚴重違紀患者生命臨床目前主要采取開顱夾閉術(shù)及血管內(nèi)介入動脈瘤栓塞術(shù)進行治療[13]。顱內(nèi)動脈瘤術(shù)后的影像學檢查具有重要意義，可用于觀察動脈瘤的殘余、復(fù)發(fā)以及周邊血管有無狹窄和痙攣等[13]。

對于腦動脈瘤術(shù)后復(fù)查的患者，彈簧圈和動脈瘤夾產(chǎn)生的金屬偽影會使術(shù)區(qū)周圍的組織結(jié)構(gòu)細節(jié)顯示不清，而且范圍較大的偽影往往會產(chǎn)生假象，對術(shù)后精確評價及隨訪復(fù)查帶來極大的挑戰(zhàn)[12]。

IMR平臺是目前最先進的全模型迭代技術(shù)，能明顯降低圖像噪聲，顯著提升圖像的空間、密度及軟組織分辨率；并明顯優(yōu)于FBP和混合迭代重建（iDose4）技術(shù)[14-16]。使以往CT在診斷及評估低對比病灶應(yīng)用上的局限性有所突破，為影像醫(yī)生提供更多的病灶信息和診斷信心。

本文所探討的IMR結(jié)合O-MAR技術(shù)是以線性內(nèi)插為基礎(chǔ)，綜合了各種技術(shù)的抑制金屬偽影的迭代重建算法。其基本原理如下：首先應(yīng)用標準加權(quán)的濾波反投影法進行閾值分割，建立一種只有金屬的圖像，再根據(jù)只有金屬的圖像投影確定因穿過金屬而被損壞的投影，最后舍棄沿金屬軌跡的投影，用未穿過金屬的相鄰?fù)队暗膬?nèi)插數(shù)據(jù)替換，從而達到減少金屬偽影的效果[16-18]。

表1 兩組患者的圖像客觀評分比較

因顱內(nèi)結(jié)構(gòu)組織對比分辨率低，例如灰質(zhì)和白質(zhì)之間的密度差異只有5～10 HU，傳統(tǒng)上需要采用5～10 mm層厚圖像進行病變的顯示與評估，但是由于層厚圖像容易受部分容積效應(yīng)的影響，對于小的病變的評估一直是CT在顱腦病變應(yīng)用方面的瓶頸。Suzuki等[19]研究表明IMR技術(shù)在1 mm薄層圖像優(yōu)勢更明顯。Nakaura等[20]對比了不同重建算法在1 mm與5 mm層厚對頭CT圖像質(zhì)量的影響，研究者以丘腦和內(nèi)囊的CT值、圖像噪聲、圖像對比度、CNR和總體圖像質(zhì)量作為主客觀評價指標。研究結(jié)果顯示，在1 mm圖像上，IMR的噪聲遠遠低于FBP和HIR圖像，并且丘腦和內(nèi)囊間的主觀對比度及CNR均優(yōu)于其他兩組，增強了對顱內(nèi)小病灶的顯示。

Wellenberg等[21]觀察了IMR在抑制體內(nèi)金屬置入物偽影方面的作用，結(jié)果顯示在聯(lián)合應(yīng)用O-MAR技術(shù)條件下，IMR平臺對于整體圖像質(zhì)量的改善最明顯；并且IMR技術(shù)具有提高CT值的準確性、降低噪聲及提高CNR和SNR的作用，其對嚴重金屬偽影的抑制最為有效。

在對CT掃描檢查產(chǎn)生的金屬偽影圖像質(zhì)量分析發(fā)現(xiàn)：IMR結(jié)合O-MAR技術(shù)對于腦內(nèi)動脈瘤夾閉和栓塞術(shù)后置入的金屬具有明顯抑制優(yōu)勢。兩組薄層迭代重建圖像相比，iDose4重建組的薄層圖像，其置入物周圍的放射狀金屬偽影嚴重，置入物區(qū)域及周圍組織結(jié)構(gòu)影像有缺失，從而影響臨床醫(yī)生對該部位組織結(jié)構(gòu)及病變的進一步觀察和診斷。而使用IMR結(jié)合O-MAR技術(shù)薄層迭代重建圖像，在置入的金屬異物周圍放射狀偽影的范圍明顯變小，偽影顯著變淡，其周邊組織結(jié)構(gòu)均勻區(qū)的SD值明顯減低，且金屬置入物周圍組織結(jié)構(gòu)能較清晰顯示。兩組數(shù)據(jù)存在顯著差異，并具有統(tǒng)計學上的意義。

研究顯示iDose4是混合迭代技術(shù)具有手動降低輻射劑量，提高圖像質(zhì)量的功能[9]；同樣IMR+O-MAR技術(shù)重建組圖像在同等掃描條件下其噪聲更低，圖像顯示更加平滑。在主觀評價上，IMR結(jié)合O-MAR技術(shù)薄層迭代重建圖像：主觀評分增高顯著且優(yōu)勢明顯；在視覺上偽影顯示更加微小，金屬植入物對周圍正常組織結(jié)構(gòu)的影響更低，分辨度更加清晰，對鄰近正常腦組織結(jié)構(gòu)和與置入的金屬異物銜接處同樣顯示良好。其所測的周圍組織的CT值更接近于實際的CT值，能夠更為真實地顯示組織結(jié)構(gòu)狀態(tài)，對于患者術(shù)后可能發(fā)生的置入物周圍組織的出血、炎癥、水腫和壞死等情況，可以早期、及時的預(yù)判和發(fā)現(xiàn)，能為臨床醫(yī)師提供更多有價值的診療信息。

本研究的局限性：① 樣本量偏少，有待進一步擴大樣本；② 不同金屬置入物的材料所產(chǎn)生的不同影響；③ 對金屬置入物部位的腦組織和結(jié)構(gòu)的顯示進行更加精細的評價。

綜上所述，IMR平臺結(jié)合O-MAR技術(shù)在保持原有掃描方法的基礎(chǔ)上能有效抑制腦內(nèi)動脈瘤夾閉術(shù)和動脈瘤栓塞術(shù)后的金屬偽影，能較清晰的顯示顱內(nèi)金屬異物的形態(tài)及病變周圍組織結(jié)構(gòu)。同時有效抑制了因手術(shù)所附加的金屬所產(chǎn)生的偽影，把病變以外周圍正常腦組織的影響降到最低。這充分顯示出了IMR+O-MAR技術(shù)的結(jié)合，在不增加輻射劑量的情況下能更大限度的使圖像具備更好地金屬偽影抑制能力，幫助醫(yī)師做出更快且更準確地診斷結(jié)論，同時還具有操作簡潔和安全的臨床應(yīng)用潛力，有助于進一步提高臨床醫(yī)生的診斷信心。