去金屬偽影序列在腰椎金屬植入物術(shù)后磁共振成像中的應(yīng)用?

魏 娟 李培嶺,2 趙振江,2郭智萍

1.河南省洛陽正骨醫(yī)院(河南省骨科醫(yī)院)放射科 (河南 鄭州 450000)

2.河南省慢病健康管理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(河南 鄭州 450000)

隨著腰椎疾病患者的增多，接受腰椎金屬植入物手術(shù)的患者日益增加，其中，自體骨移植聯(lián)合腰椎椎弓根螺釘內(nèi)固定成為腰椎退行性疾病的標(biāo)準(zhǔn)治療術(shù)式[1]。MRI檢查由于良好的軟組織分辨率，在腰椎金屬植入物術(shù)后患者中得到廣泛應(yīng)用，去金屬偽影(syngo WARP)優(yōu)化序列由于可減少腰椎金屬植入物術(shù)后患者M(jìn)RI圖像中的金屬偽影，有助于清晰顯示金屬植入物周圍的解剖結(jié)構(gòu)及病變范圍，在腰椎金屬植入物術(shù)后患者中得到一定的應(yīng)用[2-3]。MRI檢查的抑脂序列有益于病變的顯示，對(duì)診斷術(shù)后患者是否存在并發(fā)癥至關(guān)重要[4]。但由于去金屬偽影序列掃描時(shí)間較普通序列長，作為MRI常規(guī)檢查有一定限制。本研究的目的是探討1.5T MRI腰椎金屬植入物患者短反轉(zhuǎn)時(shí)間反轉(zhuǎn)恢復(fù)(short tau inversion recovery sequence，STIR)序列與脂肪抑制syngo WARP序列在金屬植入物偽影面積、植入物周圍解剖結(jié)構(gòu)的可見性及術(shù)后并發(fā)癥評(píng)估方面的差異，探討脂肪抑制syngo WARP序列在腰椎金屬植入物患者中是否較STIR序列具有優(yōu)越性。

1 資料與方法

1.1 研究對(duì)象本研究為回顧性研究，收集2020年1月至2021年7月，在我院行1.5T MRI檢查的腰椎金屬植入物術(shù)后的患者圖像。

本研究的納入標(biāo)準(zhǔn)如下：在腰椎和骶骨之間行椎弓根螺釘固定的成年患者；MRI掃描序列中均包括矢狀位常規(guī)STIR序列及syngo WARP T2-tirm序列的患者圖像；所用金屬植入物均為鈦合金椎弓根螺釘。所有患者在進(jìn)行檢查前均簽署知情同意書。

1.2 MRI數(shù)據(jù)采集采用德國Siemens Magnetom Aera 1.5T超導(dǎo)MRI掃描儀，使用18通道脊柱相控陣線圈，所有患者掃描序列中均包括矢狀位常規(guī)STIR序列及syngo WARP T2-tirm成像；掃描序列的重復(fù)時(shí)間(repetitiontime，TR)、回波時(shí)間(echo time，TE)、視野(field of view，F(xiàn)OV)、層厚、層間距、矩陣、帶寬，具體參數(shù)見表1。

表1 39例患者矢狀面常規(guī)STIR和syngo WARP T2-tirm磁共振成像參數(shù)

1.3 圖像分析由兩位9年以上的高年資放射科醫(yī)生在PACS工作站進(jìn)行圖像測量、分析及評(píng)估，主要包括植入物偽影面積的測量、評(píng)價(jià)植入物周圍解剖結(jié)構(gòu)的可見性及術(shù)后并發(fā)癥的評(píng)估。

1.3.1 定量評(píng)價(jià) 偽影面積測量：由1位醫(yī)師選取同一患者常規(guī)STIR序列和syngo WARP T2-tirm序列中相匹配的旁正中(金屬螺釘椎間孔層面)矢狀位圖像，手動(dòng)勾畫感興趣區(qū)，測量金屬偽影的面積，包括信號(hào)缺失所形成的暗區(qū)、信號(hào)堆積所形成的亮區(qū)及金屬植入物周圍的幾何失真區(qū)域[5-6]。

1.3.2 定性評(píng)價(jià) 植入物周圍解剖結(jié)構(gòu)可見性的評(píng)估，包括椎體、椎弓根、椎間神經(jīng)孔、神經(jīng)根及椎管在螺釘界面的可見度，評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)如下：0級(jí)，完全不可見；1級(jí)，可見面積小于解剖結(jié)構(gòu)的25%；2級(jí)，可見面積在25%-50%之間；3級(jí)，可見面積在50%~75%之間；4級(jí)，可見面積超過預(yù)期面積的75%，但輕微受金屬偽影影響；5級(jí)，完全可見。

術(shù)后并發(fā)癥診斷的評(píng)估，包括椎體、椎間盤、椎間孔和椎弓根螺釘、椎管、椎旁軟組織的術(shù)后并發(fā)癥。對(duì)于每個(gè)結(jié)構(gòu)，并發(fā)癥是否存在分為以下兩類：不確定性的，即懷疑是否存在；確定性的，絕對(duì)有或絕對(duì)無。包括椎旁軟組織有無水腫、血腫、膿腫或竇道；椎體骨質(zhì)信號(hào)有無異常；椎間孔是否存在狹窄；椎間盤有無突出等異常改變；椎管異常改變，包括椎管內(nèi)血腫或膿腫，椎管狹窄，脊髓或馬尾信號(hào)異常，腦脊液瘺等；椎弓根螺釘異常的評(píng)價(jià)，包括位置異常或有無穿破骨質(zhì)；如果在任何層面看到任何不確定的病變，圖像就被認(rèn)為是不確定[7]。兩名醫(yī)師分別對(duì)圖像進(jìn)行評(píng)價(jià)，意見不一致時(shí)經(jīng)協(xié)商給出統(tǒng)一意見。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析使用SPSS 25.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，兩種序列間金屬偽影面積的比較采用配對(duì)t檢驗(yàn)，P<0.01表示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；用Wilcoxon秩和檢驗(yàn)評(píng)估植入物周圍解剖結(jié)構(gòu)可見性的差異，P<0.01表示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；觀察者間的可靠性評(píng)估使用kappa一致性分析，k值>0.75為一致性好，k值在0.4~0.75之間為一致性較好，k值<0.4為一致性差；計(jì)量資料結(jié)果以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差(±s)表示。

2 結(jié) 果

39例腰椎植入物患者中，男性21例，女性18例，年齡32歲~79歲，平均年齡56.69±10.54歲。術(shù)后檢查時(shí)間5天~5年6個(gè)月，平均術(shù)后檢查時(shí)間約9.2個(gè)月，其中15例患者術(shù)后檢查時(shí)間小于10天。平均節(jié)段數(shù)2.64±0.843，其中2節(jié)段22例，3節(jié)段10例，4節(jié)段6例，5節(jié)段1例。

2.1 金屬偽影面積比較syngo WARP T2-tirm序列和常規(guī)STIR序列上金屬偽影面積分別為(21.38±9.64)和(32.46±12.72)cm2，t＝-12.755，P＝0.000，P<0.01，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。syngo WARP T2-tirm序列金屬偽影面積明顯小于常規(guī)STIR序列(圖1、圖2)。

圖1 箱式圖顯示syngo WARP T2-tirm 序列和常規(guī)STIR序列上金屬偽影面積的差別，syngo WARP T2-tirm序列金屬偽影面積的平均值顯著小于常規(guī)STIR序列。圖2 45歲女性患者，因腰椎椎管狹窄行L4-5椎體融合術(shù)并L4-S1腰椎后路內(nèi)固定術(shù)，實(shí)線表示手工繪制的ROI，包括信號(hào)空洞、信號(hào)堆積和幾何失真區(qū)，常規(guī)STIR序列(圖2A)和syngo WARP T2-tirm序列(圖2B)偽影面積分別約41.35cm2和22.69cm2。圖3 65歲男性患者，因腰椎椎管狹窄行L4-5、L5-S1椎體融合術(shù)并L4-S1腰椎后路內(nèi)固定術(shù)，矢狀位相同層面示syngo WARP T2-tirm序列(圖3B、圖3D)金屬內(nèi)固定偽影面積較常規(guī)STIR序列(圖3A、圖3B)明顯減小，圖3B可清晰顯示椎間孔、椎弓根，但椎間孔內(nèi)神經(jīng)根的顯示相對(duì)較差；圖3C示L5椎體受金屬植入物偽影的影響，無法準(zhǔn)確判斷L5椎體螺釘周圍是否存在骨髓水腫，圖3D示同層面金屬植入物偽影明顯減小，L5椎體無骨髓水腫存在。

2.2 植入物周圍解剖結(jié)構(gòu)的可見性評(píng)價(jià)將兩名影像診斷醫(yī)師在syngo WARP T2-tirm序列和常規(guī)STIR序列矢狀位上對(duì)植入物周圍椎體、椎弓根、椎間孔及神經(jīng)根的可見性進(jìn)行Kappa一致性分析，Kappa值范圍為0.713~0.809，兩者一致性較好。經(jīng)Wilcoxon秩和檢驗(yàn)，P<0.001，差異均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(表2)。兩者比較，syngo WARP T2-tirm序列能夠清晰顯示植入物周圍椎體、椎弓根及椎間孔，而常規(guī)STIR序列能清晰顯示椎間孔內(nèi)神經(jīng)根。

表2 腰椎金屬植入物周圍解剖結(jié)構(gòu)可見性評(píng)價(jià)

2.3 術(shù)后并發(fā)癥的評(píng)估39例患者中，術(shù)前診斷椎管狹窄35例，椎體骨折2例，椎體及軟組織感染2例。術(shù)后MRI復(fù)查示：2例患者由于椎旁軟組織水腫范圍較小，syngo WARP T2-tirm序列能明確有軟組織水腫，而常規(guī)STIR序列由于金屬偽影存在而難以確定；3例患者syngo WARP T2-tirm序列能明確存在椎體骨髓水腫，而常規(guī)STIR序列由于金屬偽影存在而難以確定(圖3)。對(duì)于椎管及椎間盤是否存在病變，兩個(gè)序列評(píng)估基本一致。4例患者由于金屬偽影較大，常規(guī)STIR序列難以確定是否存在椎間孔狹窄，而syngo WARP T2-tirm序列可明確椎間孔狹窄。

3 討 論

3.1 syngo WARP序列減低金屬植入物偽影的研究腰椎金屬植入物患者行MRI檢查時(shí)，金屬偽影產(chǎn)生的原因主要是金屬植入物存在導(dǎo)致周圍局部磁場不均勻，金屬植入物附近的磁場信號(hào)強(qiáng)度發(fā)生改變，導(dǎo)致空間位置錯(cuò)誤、信號(hào)丟失和脂肪抑制失敗[8-9,11-14]。在MR圖像上主要表現(xiàn)為信號(hào)丟失所形成的暗區(qū)、信號(hào)過度積累所形成的亮區(qū)以及組織結(jié)構(gòu)的幾何形變、解剖結(jié)構(gòu)的失真[10,13-15]。減少金屬偽影的策略包括：低磁場強(qiáng)度成像、相位和頻率編碼方向的選擇、基于自旋-回波的脈沖序列、高接收帶寬、高射頻帶寬、薄層成像、增加圖像矩陣、使用短反轉(zhuǎn)時(shí)間反轉(zhuǎn)恢復(fù)序列(STIR)[14,17]。其中syngo WARP序列與常規(guī)序列相比，主要采用視角傾斜技術(shù)( viewangle tilting，VAT)、層面編碼金屬偽影矯正技術(shù)(slice encoding for metal artifact correction，SEMAC)以及高帶寬技術(shù)，能有效減少或者去除金屬植入物偽影，并能夠提高金屬植入物周圍局部組織解剖及病變的顯示能力[13,16-21]。STIR序列在金屬存在的情況下，通過匹配反轉(zhuǎn)脈沖和激勵(lì)脈沖的帶寬，可以消除金屬內(nèi)固定周圍殘余的失效脂肪抑制，有效提高腫瘤、骨髓水腫、感染的檢出[12,15-16]。

本研究中，腰椎金屬植入物患者M(jìn)RI檢查， syngo WARP T2-tirm序列和常規(guī)STIR序列金屬偽影的面積分別為(21.38±9.64)和(32.46±12.72)cm2，syngo WARP T2-tirm序列能有效減小金屬偽影面積約35%，與以往研究[3,8,14,16]syngo WARP序列可有效降低金屬植入物偽影一致。本研究用測量金屬偽影面積的方法，給出兩種序列腰椎植入物患者的金屬偽影面積，使得金屬偽影減少的數(shù)據(jù)更為直觀化、具體化。

3.2 syngo WARP序列降低金屬偽影的價(jià)值syngo WARP序列掃描時(shí)間較常規(guī)序列有所延長，且信噪比稍有降低[3,8,15,19]。部分術(shù)后患者由于疼痛難以堅(jiān)持，會(huì)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)偽影，影響圖像質(zhì)量。從本研究結(jié)果來看，syngo WARP tirm序列可有效減低植入物周圍的金屬偽影，使椎體、椎管及椎間孔得以良好的顯示；另一方面，由于syngo WARP tirm序列信噪比降低，椎間孔內(nèi)神經(jīng)根的顯示較常規(guī)STIR序列稍差，這一結(jié)論與以往研究[17]稍有出入，其原因可能是觀察者不能完全盲評(píng)，出現(xiàn)觀察偏倚所致。對(duì)術(shù)后并發(fā)癥的評(píng)估，由于syngo WARP T2-tirm序列能明顯降低金屬偽影，有助于病變的顯示，優(yōu)于常規(guī)STIR序列對(duì)患者術(shù)后并發(fā)癥的評(píng)估。

盡管有很多研究報(bào)道了syngo WARP序列的優(yōu)點(diǎn)[3,8,13,18,20]，但對(duì)syngo WARP序列是否能取代傳統(tǒng)成像還不確定。從本研究和既往研究的結(jié)果來看，作者建議在術(shù)后隨訪MRI檢查中采用syngo WARP序列作為常規(guī)序列的補(bǔ)充。

3.3 本研究的局限性首先，syngo WARP tirm序列和常規(guī)STIR序列圖像存在差異，主觀評(píng)分方面無法做到完全盲評(píng)，會(huì)出現(xiàn)評(píng)分偏倚；其次，由于本研究樣本量較小，觀察到的并發(fā)癥種類并不完全，有待后續(xù)擴(kuò)大樣本量繼續(xù)研究；再次，本研究僅納入矢狀位syngo WARP T2-tirm序列和常規(guī)STIR序列其他序列并未納入此次研究中，有待于進(jìn)一步完善觀察研究。