黃鐘杰 劉 源 肖芝豹 曹楚瑜 陳健偉

CT檢查對(duì)脊柱金屬植入術(shù)后評(píng)價(jià)有重要價(jià)值。金屬植入物在普通CT掃描時(shí)會(huì)使射線硬度增高及產(chǎn)生“光子饑餓”效應(yīng)，從而出現(xiàn)束狀或放射狀高低混雜密度偽影，影響了診斷。解決金屬偽影問題可提高影像診斷準(zhǔn)確性。寶石CT能譜成像（gemstone spectral imaging, GSI）一次掃描可生成101組單能量（monochromatic, Mono）圖像，其不同Mono圖像產(chǎn)生金屬偽影存在差別。本文通過對(duì)140kVp（QC）與Mono圖像質(zhì)量、診斷效能進(jìn)行比較研究，探討GSI在減除脊柱金屬植入物偽影方面的應(yīng)用價(jià)值，并研究能譜曲線快速尋找最佳keV的可行性。

方 法

1. 一般資料

收集本院脊柱外科金屬植入術(shù)后懷疑并發(fā)癥者6例寶石CT掃描資料。男4例，女2例，平均年齡42歲。腰椎3例，胸椎2例，頸椎1例。本研究通過本院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)。所有患者檢查前均簽署知情同意書。

2.CT掃描及圖像處理

寶石CT（Discovery CT750HD）GSI模式掃描參數(shù)：管電壓80kVp/140kVp瞬時(shí)切換，管電流600mA，螺距0.984∶1，矩陣512×512，層厚5.0mm。掃描后QC圖像重建層厚0.625mm，設(shè)為對(duì)照組，并用GSI Viewer軟件將能譜圖像以10keV為間隔重建為11組Mono圖像。

3. 圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)

客觀評(píng)價(jià)：每例取偽影較重層面5～8層，在金屬植入物周圍偽影較重區(qū)域選取3～5個(gè)感興趣區(qū)（ROI），測(cè)其CT值和SD值。并取附近無偽影層面相同組織測(cè)其CT值和SD值為參照值。ROI面積控制在45～50mm2內(nèi)。通過比較QC和各Mono圖像的偽影指數(shù)（artifacts index，AI）和對(duì)比噪聲比（contrast-tonoise ratio，CNR）分析各Mono組的圖像質(zhì)量。AI和CNR計(jì)算公式[1]：

主觀評(píng)價(jià)：由3名放射科醫(yī)師（1名工作20年、2名工作9年）共同對(duì)QC組、Mono組圖像進(jìn)行評(píng)分。采用4分法分別評(píng)價(jià)軟組織、骨質(zhì)及植入金屬物。評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)[2-3]見表1。

4.能譜曲線確定最佳成像keV值

根據(jù)CNR公式可知，當(dāng)CT偽=CT參時(shí)CNR=0，金屬偽影影響最小。運(yùn)用GSI Viewer軟件取偽影區(qū)及參照區(qū)的能譜曲線，兩曲線相交點(diǎn)的CT值相等。6例共取偽影區(qū)90個(gè)ROI，記錄其相交點(diǎn)電壓值，并評(píng)價(jià)其最佳成像keV值的圖像質(zhì)量和診斷效能。

5.統(tǒng)計(jì)分析

計(jì)量資料符合正態(tài)分布比較采用t檢驗(yàn)。多組相關(guān)資料組間總體比較采用Friedman（F）檢驗(yàn)，組間總體有差別時(shí)，組間兩兩等級(jí)比較采用配對(duì)Wilcoxon檢驗(yàn)。均數(shù)記為±s。P＜0.05時(shí)差別有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。統(tǒng)計(jì)軟件采用SPSS17.0。

結(jié) 果

QC與Mono每組測(cè)得90個(gè)ROI，AI和CNR值及比較結(jié)果見表2。

AI和CNR各能量級(jí)別總體組間比較有差別（F檢驗(yàn)，P=0.00＜0.05）。各級(jí)別Mono組與混合能組AI比較：40keV、50keV組高于QC組；60keV、70keV、80keV組與混合能組無差別；而90～140keV組低于QC組。各級(jí)別Mono組與QC組CNR比較：40～90keV組高于QC組；100～120keV組低于QC組；而130～140keV組與QC組無差別。100keV、110keV和120keV組的 AI和CNR均低于QC組且無差別（F檢驗(yàn)，P=0.58＞0.05、P=0.055＞0.05）。

6例共取偽影較重24個(gè)層面進(jìn)行主觀評(píng)分。圖像質(zhì)量評(píng)分比較見表3。

Mono組與QC組圖像比較，軟組織在40～8 0 k eV組的偽影無減少，診斷效能無提高；在90～140keV偽影評(píng)分明顯減低，診斷效能提高。110keV、120keV和130keV組評(píng)分一致（F 檢驗(yàn)P＞0.05）；且低于90keV、100keV、140keV三組圖像質(zhì)量評(píng)分（Wilcoxon檢驗(yàn)，P=0.00，0.01，0.01）。對(duì)于骨質(zhì)顯示，40～80keV組圖像質(zhì)量無提高；90～140keV組金屬偽影減少，骨質(zhì)觀察和診斷效能有明顯提高，其中110～140keV組評(píng)分一致（F 檢驗(yàn)P＞0.05）并低于90keV、100keV組評(píng)分（Wilcoxon檢驗(yàn)，P=0.00，P=0.00）。對(duì)于金屬植入物的觀察，40～80keV組圖像質(zhì)量無提高；90～140keV組偽影比QC組減少，其中110～140keV組評(píng)分一致（F 檢驗(yàn)P＞0.05），且低于90keV、100keV組（Wilcoxon檢驗(yàn)P=0.00，P=0.00）。

表1 軟組織、骨質(zhì)、植入金屬4分法評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

表2 QC與Mono圖像AI及CNR結(jié)果比較

運(yùn)用能譜曲線共取得9 0個(gè)ROI的最佳keV值，其中95%落在90～140keV范圍內(nèi)，均值為110.89keV±13.14keV。因110keV的圖像質(zhì)量均在最優(yōu)等范圍之列，故將其作為對(duì)照,比較能譜曲線相交點(diǎn)keV值的圖像質(zhì)量。結(jié)果見表4。

利用能譜曲線獲得最佳圖像的CNR低于110keV圖像的CNR，兩者的客觀指標(biāo)AI和主觀評(píng)分（軟組織、骨質(zhì)、金屬植入物的評(píng)分）無差別。

圖3 為50keV Mono圖像。圖4 為偽影區(qū)及參照區(qū)ROI的電壓-CT值曲線圖，兩ROI等CT值的電壓為3 4 110keV。

討 論

1. 寶石CT GSI去除脊柱金屬植入物偽影的應(yīng)用價(jià)值

脊柱金屬植入物在CT圖像上會(huì)產(chǎn)生束狀或放射狀低密度暗帶及高密度亮帶，這是掃描時(shí)射線通過金屬后產(chǎn)生的射線硬化效應(yīng)及光子饑餓效應(yīng)所致。金屬偽影影響著CT對(duì)骨科金屬植入術(shù)后的評(píng)價(jià)。在脊柱棒釘系統(tǒng)內(nèi)固定術(shù)后，少量的偽影即可影響椎管、側(cè)隱窩、椎間孔、椎弓根及金屬植入物等結(jié)構(gòu)的觀察（圖1），而這些精細(xì)結(jié)構(gòu)用其他影像學(xué)檢查往往無法滿意顯像。用GSI成像后在高電壓區(qū)間脊柱術(shù)區(qū)各結(jié)構(gòu)及金屬植入物均可滿意顯示（圖2）。這顯示了GSI去除金屬偽影技術(shù)在骨科金屬植入術(shù)后評(píng)價(jià)上有重要臨床應(yīng)用價(jià)值。

這種去除金屬偽影的作用得益于寶石CT的GSI技術(shù)。GSI采用單源雙能（電壓80kVp/140 kVp瞬時(shí)切換）掃描模式。采集的原始圖像可被GSI Viewer軟件分解為101個(gè)從40～140keV的連續(xù)Mono圖像，實(shí)現(xiàn)一次掃描得到多組單能量圖像。GSI射線能量具有單一性，高能量的射線通過金屬衰減后其能量均勻性仍保持較好，減少了硬化效應(yīng)；同時(shí)因高能量射線穿透力強(qiáng)，減少了穿過金屬時(shí)能量的衰減，減輕了“光子饑餓效應(yīng)”。因此單能量高keV減除了金屬偽影，低能量射線則無減除金屬偽影作用。相反因射線能量較低，穿透金屬時(shí)衰減量大而加重了“光子饑餓效應(yīng)”，使低能量區(qū)的圖像質(zhì)量嚴(yán)重下降。

2.GSI去除金屬偽影的最佳條件選擇

本研究各主觀評(píng)價(jià)和客觀指標(biāo)最佳條件的交集范圍為110～120keV。文獻(xiàn)[4-5]使用同樣方法得出最優(yōu)keV值分別為110keV和120keV。因患者個(gè)體差異，其最優(yōu)成像條件可能不同。因此本文提出最佳成像條件應(yīng)有一定范圍，不同靶點(diǎn)其最佳成像條件有所不同。通過主觀評(píng)價(jià)優(yōu)選出的最佳成像條件范圍略寬，這可能的原因是主觀評(píng)分的敏感性不如客觀測(cè)試。雖然130keV、140keV仍有少量偽影，但由于偽影范圍局限，對(duì)診斷影響不明顯，故對(duì)評(píng)分未產(chǎn)生明顯影響。

根據(jù)同一物質(zhì)對(duì)不同能量射線衰減系數(shù)的不同，GSI利用自帶軟件可描繪ROI keV-CT值曲線，即能譜曲線。利用能譜曲線可快速地尋得不同ROI CT值相等的條件keV值（圖3，4）。利用能譜曲線快速尋找ROI軟組織的最佳成像電壓值范圍與通過客觀及主觀評(píng)分尋找的最佳成像區(qū)間基本吻合。用其所尋電壓值成像，其圖像質(zhì)量亦均屬優(yōu)等，其消除金屬偽影有效，且可滿足診斷（圖5）。操作時(shí)對(duì)參照點(diǎn)的選擇可能會(huì)影響最佳電壓值的選擇。當(dāng)金屬植入物周圍發(fā)生病變但被偽影掩蓋時(shí)，通過該方法可能使病變區(qū)與參照點(diǎn)正常組織呈等密度從而產(chǎn)生假陰性。能譜曲線研究顯示不同ROI其最佳成像范圍不同。因此使用該方法提倡在金屬植入物周圍多采集幾處ROI觀察。該方法快速捷便有效，是一種值得推薦的方法。

3. 研究的不足與展望

本研究數(shù)據(jù)顯示AI和CNR標(biāo)準(zhǔn)差較大。這是由于金屬偽影與金屬成分、植入物位置、形狀大小、排列等相關(guān)[6]，不同層面金屬物的細(xì)微變化使AI和CNR產(chǎn)生一定的波動(dòng)。金屬所致的硬化效應(yīng)和光子饑餓效應(yīng)性質(zhì)不同，混雜存在，導(dǎo)致有些ROI同時(shí)包含了兩種性質(zhì)偽影，使得SD離均值較大。圖像質(zhì)量主觀評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)可能存在敏感度低。進(jìn)一步的研究應(yīng)擴(kuò)大病例數(shù)及對(duì)植入物的性狀進(jìn)行細(xì)化分類比較研究，同時(shí)完善主觀評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)。GSI消除金屬偽影作用可能在其他部位骨科金屬植入術(shù)后、金屬介入術(shù)后及急診等方面也有臨床意義，有進(jìn)一步研究的價(jià)值。