能譜CT去金屬偽影(MAR)技術(shù)用于減低單髖關(guān)節(jié)置換物偽影

李 杰，袁 源，王春杰，袁慧書

(北京大學(xué)第三醫(yī)院放射科，北京 100191)

近年來，隨著髖關(guān)節(jié)置換術(shù)的應(yīng)用增多，術(shù)后并發(fā)癥亦增加，常見并發(fā)癥包括術(shù)后感染、假體松動(dòng)移位、周圍骨質(zhì)溶骨性病變及骨折等。影像學(xué)檢查是發(fā)現(xiàn)和診斷相關(guān)并發(fā)癥的主要辦法，然而偽影對(duì)于常規(guī)CT觀察置換物周圍骨質(zhì)、軟組織以及盆腔結(jié)構(gòu)存在一定影響。常見CT偽影主要由線束硬化和光子饑餓形成[1]。去金屬偽影(metal artifacts reduction, MAR)技術(shù)能有效減低金屬線圈、脊柱內(nèi)固定物及關(guān)節(jié)置換物偽影，提高解剖結(jié)構(gòu)清晰度[2-5]。本研究對(duì)33例單側(cè)髖關(guān)節(jié)置換術(shù)后患者行能譜CT檢查，觀察不同keV條件下MAR技術(shù)減低置換物偽影的效果。

1 資料與方法

1.1 一般資料 收集2019年4月—11月33例于北京大學(xué)第三醫(yī)院接受能譜CT平掃的單側(cè)髖關(guān)節(jié)置換術(shù)后患者，男16例，女17例，年齡53～80歲，平均(63.2±7.9)歲。本研究經(jīng)院醫(yī)學(xué)倫理委員會(huì)批準(zhǔn)[批準(zhǔn)號(hào)：(2019)醫(yī)倫審第(421-02)號(hào)]，檢查前患者均簽署知情同意書。

1.2 儀器與方法 采用GE Revolution CT儀，容積掃描模式, 掃描范圍自骨盆中部至髖關(guān)節(jié)假體下端，管電壓80/140 kVp瞬時(shí)切換，管電流為Smart mA模式，準(zhǔn)直器寬度64×0.625 mm，螺距0.516，轉(zhuǎn)速0.5 s/r。將原始數(shù)據(jù)導(dǎo)入GE工作站進(jìn)行后處理，重建層厚2 mm，生成能量70～140 keV(間隔10 keV)MAR和非MAR圖像各8組，骨窗圖像設(shè)置為窗寬2 500 HU及窗位600 HU，軟組織窗為窗寬350 HU及窗位40 HU。同時(shí)重建三維圖像。

1.3 圖像分析

1.3.2 主觀評(píng)價(jià) 由1名具有3年以上骨骼肌肉影像學(xué)診斷經(jīng)驗(yàn)的主治醫(yī)師以Likert 5分量表法[7]評(píng)價(jià)圖像質(zhì)量，分別對(duì)骨質(zhì)結(jié)構(gòu)、假體周圍肌肉組織和盆腔器官顯影進(jìn)行評(píng)分：5分，偽影極少或無偽影，可明確診斷；4分，出現(xiàn)輕度偽影但不影響診斷；3分，出現(xiàn)中度偽影，尚能做出診斷；2分，出現(xiàn)嚴(yán)重偽影，難以做出診斷；1分，出現(xiàn)嚴(yán)重偽影，無法診斷。以評(píng)分≥3分為有助于臨床診斷。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析 采用SPSS 24.0統(tǒng)計(jì)分析軟件。計(jì)量資料以±s表示。繪制非MAR圖像不同區(qū)域AI值隨能級(jí)變化的變化曲線，選取70～140 keV非MAR圖像中評(píng)分較高的1組單能量圖像進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用單因素方差分析比較偽影較少的非MAR單能量圖像及70～140 keV MAR圖像的差異，兩兩比較采用LSD法。P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 非MAR圖像AI及主觀評(píng)分 非MAR圖像上股骨頭頸交界區(qū)關(guān)節(jié)前方、外側(cè)肌肉組織及膀胱AI值隨keV增加而呈先下降后稍上升的趨勢(shì)，而關(guān)節(jié)后方肌肉組織和髖臼AI值隨keV增加呈遞減趨勢(shì)，70～110 keV圖像中二者AI值下降均較快，在110～140 keV水平趨于平緩，見圖1。

圖1 非MAR組圖像中髖關(guān)節(jié)不同部位AI值隨能級(jí)變化趨勢(shì)

在高能量水平條件下，非MAR圖像骨質(zhì)結(jié)構(gòu)顯影評(píng)分增加，而關(guān)節(jié)周圍軟組織和盆腔結(jié)構(gòu)出現(xiàn)條片狀高密度偽影，評(píng)分呈減低趨勢(shì)，見表1及圖2。綜合不同能級(jí)水平AI值的變化及主觀評(píng)分，以能量110 keV水平非MAR圖像為偽影較少的圖像，對(duì)其進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

表1 不同能級(jí)條件下MAR和非MAR圖像主觀評(píng)分結(jié)果(±s)

表1 不同能級(jí)條件下MAR和非MAR圖像主觀評(píng)分結(jié)果(±s)

能級(jí)(keV)周圍軟組織顯影非MARMAR盆腔顯影非MARMAR骨質(zhì)結(jié)構(gòu)顯影非MARMAR701.06±0.242.94±0.341.85±0.364.15±0.611.85±0.364.85±0.36801.39±0.493.03±0.302.00±0.254.48±0.562.15±0.364.86±0.35901.97±0.173.33±0.532.79±0.414.76±0.432.81±0.394.94±0.231002.48±0.563.79±0.482.85±0.434.91±0.293.12±0.484.97±0.171102.82±0.393.94±0.422.97±0.524.97±0.173.64±0.595.00±01202.74±0.404.12±0.412.92±0.494.97±0.174.06±0.695.00±01302.29±0.374.45±0.502.67±0.445.00±04.57±0.785.00±01402.15±0.384.55±0.502.55±0.475.00±04.70±0.765.00±0

2.2 110 keV非MAR圖像及不同能級(jí)MAR圖像AI值比較 單因素方差分析結(jié)果顯示，圖像中股骨頭頸交界區(qū)前方、后方、外側(cè)肌肉組織、髖臼及膀胱AI值總體差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(F=13.31、9.93、13.70、17.01、12.11，P均<0.01)，MAR圖像偽影明顯減少，見圖2。兩兩比較顯示，70～140 keV水平MAR圖像中關(guān)節(jié)前方、外側(cè)肌肉組織和膀胱AI值均低于110 keV非MAR圖像(P均<0.05)，110～140 keV水平MAR圖像中，后方肌肉組織和100～140 keV水平MAR圖像髖臼處AI值均低于110 keV非MAR圖像(P均<0.05)；相比70 keV及80 keV水平MAR圖像，高keV水平MAR圖像不同區(qū)域AI值減低(P均<0.05)，其余不同能量MAR圖像AI值差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均>0.05)，見圖3。圖4示1例MRA圖像偽影明顯減少，三維重建圖像清晰顯示假體下端移位。

圖2 患者男，46歲，股骨頭缺血壞死右髖關(guān)節(jié)置換術(shù)后 A～D.分別為80、100、120、140 keV條件下非MAR圖像；E～H.分別為80、100、120、140 keV條件下MAR圖像

圖3 110 keV非MAR圖像與不同能量MAR圖像AI值比較 A～E.分別為股骨頭頸交界區(qū)前方、后方、外側(cè)肌肉組織及髖臼、膀胱 *：與110 keV非MAR圖像比較，P<0.05；#：與70 keV MAR圖像比較，P<0.05；&：與80 keV MAR圖像比較，P<0.05

圖4 患者女，77歲，右髖關(guān)節(jié)置換術(shù)后 A、B.分別為110 keV非MAR圖像及三維重建圖像；C、D.110 keV MAR圖像(C)和三維重建圖像(D)顯示偽影明顯減少，假體下端移位

2.3 110 keV非MAR圖像及不同能級(jí)MAR圖像的SNR比較 單因素方差分析結(jié)果顯示，股骨頭頸交界區(qū)前方、后方肌肉組織、髖臼及膀胱SNR總體差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(F=0.95、0.84、1.13、0.07，P均>0.05)，外側(cè)肌肉組織SNR總體差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(F=2.83，P=0.01)。兩兩比較顯示，110～140 keV MAR圖像外側(cè)方肌肉組織SNR高于110 keV非MAR圖像(P均<0.05)，其余各圖像SNR值差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均>0.05)，見圖5。

圖5 110 keV非MAR圖像與不同能量MAR圖像SNR值比較 A～E.分別為股骨頭頸交界區(qū)前方、后方、外側(cè)肌肉組織及髖臼、膀胱 *：與110 keV非MAR組比較，P<0.05

3 討論

能譜CT支持高(140 kVp)和低(80 kVp)瞬時(shí)電壓切換，獲取40～140 keV共101個(gè)單能量圖像，通過優(yōu)化圖像質(zhì)量和選擇最佳單能量圖像，可有效減低金屬物所致硬化偽影[3,8]。本研究結(jié)果顯示，隨能級(jí)遞增，非MAR圖像偽影減少，但在高keV水平置換物周圍軟組織出現(xiàn)高密度偽影，即僅用單能量成像無法有效減低金屬偽影。70 keV圖像質(zhì)量接近常規(guī)120 kVp混合能量圖像，本研究以之作為分析圖像的能級(jí)起點(diǎn)，比較70～140 keV MAR圖像與110 keV非MAR圖像客觀評(píng)價(jià)及主觀評(píng)分，發(fā)現(xiàn)MAR圖像的AI值減低、SNR值增加，主觀評(píng)分亦增加，尤其置換物周圍軟組織偽影明顯減少，肌肉及肌間隙顯影清晰，提示MAR技術(shù)能有效減少髖關(guān)節(jié)置換物偽影[8-9]。本組1例MRA圖像偽影明顯減少，三維重建圖像清晰顯示假體下端移位，提示MRA技術(shù)有助于檢出術(shù)后并發(fā)癥。

本研究結(jié)果顯示高keV水平MAR圖像不同區(qū)域AI值較70 keV或80 keV水平MAR圖像減低，而高keV水平MAR圖像AI值差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，不同能級(jí)MAR圖像SNR差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，提示MAR技術(shù)減低單髖關(guān)節(jié)置換物偽影的keV范圍較大，可避免高keV導(dǎo)致軟組織對(duì)比度下降[10]。HAN等[11]認(rèn)為MAR技術(shù)在減低金屬偽影的同時(shí)亦會(huì)引入新偽影，可使盆腔臟器顯示模糊不清。本研究發(fā)現(xiàn)單側(cè)髖關(guān)節(jié)置換物偽影主要影響顯示同側(cè)盆腔組織，采用MAR技術(shù)后圖像偽影明顯減少，并未出現(xiàn)新偽影；且高于80 keV條件時(shí)MAR圖像置換物周圍軟組織、盆腔結(jié)構(gòu)顯影及骨質(zhì)結(jié)構(gòu)顯影的主觀評(píng)分均≥3分，髖臼與假體股骨頭間隙及關(guān)節(jié)軟組織顯影清晰，有助于臨床診療。

本研究的主要局限性：①樣本量有限；②僅對(duì)股骨頭頸交界處圖像進(jìn)行客觀評(píng)價(jià)，而未評(píng)價(jià)髖臼和股骨干；③僅關(guān)注髖關(guān)節(jié)置換物周圍軟組織和骨質(zhì)顯影情況，未評(píng)價(jià)其診斷效能；④MAR技術(shù)減低金屬物偽影的效果可能受金屬材質(zhì)影響，有待進(jìn)一步探討。

綜上所述，MAR技術(shù)可有效減少單側(cè)髖關(guān)節(jié)置換物偽影，提高解剖結(jié)構(gòu)清晰度，有助于臨床診療。