孫才淵，王鳳丹，張燕，薛華丹，金征宇

隨著骨科技術(shù)的快速發(fā)展，越來越多脊柱側(cè)彎、脊柱結(jié)核、脊柱骨折、脊柱退行性變及骨腫瘤等患者接受內(nèi)固定手術(shù)。鈦籠具有良好的生物相容性和力學(xué)屬性[1]，內(nèi)置長度可根據(jù)手術(shù)中病灶范圍以及正常椎體高度適當(dāng)截取，植骨顆粒可通過鈦籠網(wǎng)眼與骨床融合，減少手術(shù)后矯正角度的偏移及前路鋼板所受到的剪切力，因此鈦籠在脊柱截骨融合術(shù)中得到越來越廣泛的應(yīng)用[2]。

金屬內(nèi)固定物僅能提供短期支持，長期的脊柱力學(xué)穩(wěn)定性需要椎間植骨自身骨橋融合支持。由此，準(zhǔn)確判斷鈦籠椎間植骨融合情況對于患者的隨訪及預(yù)后有著重要意義。X線是重疊影像，無法顯示植骨細(xì)節(jié)，普通CT掃描因螺釘、鈦籠等內(nèi)固定物金屬偽影的存在嚴(yán)重影響對椎間植骨融合情況的觀察和評估。近年來國內(nèi)外研究者在不斷探索去除CT金屬偽影的方法。曾憲春等[3]、潘自兵等[4]報道GE寶石能譜CT掃描可在一次雙能掃描中重建出不同能量級單能圖像，可有效去除人工髖關(guān)節(jié)等大型金屬植入物產(chǎn)生的金屬偽影。國內(nèi)錢玲玲等[5]使用Siemens炫速雙源CT的單能譜技術(shù)可降低脊柱金屬內(nèi)固定術(shù)后產(chǎn)生的線束硬化偽影，有助于醫(yī)師觀察骨折愈合情況。李燕等[6]使用飛利浦骨去金屬偽影技術(shù)(orthopedic mental artifact reduction，O-MAR)證明O-MAR可明顯減少脊柱內(nèi)固定物金屬偽影的同時會對周圍組織產(chǎn)生影響，導(dǎo)致圖像失真。

對于脊柱鈦籠植骨融合術(shù)后患者，能譜CT是否能提高圖像信噪比、減少金屬偽影，從而有助清晰顯示和觀察椎間植骨融合情況，這方面的研究尚缺乏，因此本研究中應(yīng)用能譜CT掃描，通過對單能圖像與常規(guī)混合能量CT圖像的比較，探討能譜CT在鈦籠椎間植骨融合評估中的應(yīng)用價值。

材料與方法

1.一般資料

本研究為前瞻性研究，搜集2013年11月-2015年12月北京協(xié)和醫(yī)院骨科門診及住院的鈦籠椎間植骨融合術(shù)后患者，骨科醫(yī)師臨床判斷需要行CT檢查者，經(jīng)患者及家屬簽署知情同意書后，進(jìn)行能譜CT掃描。共計28例鈦籠椎間植骨融合術(shù)后患者行去金屬偽影CT及三維重建檢查，其中鈦籠位于脊柱頸段1例，頸胸段3例，胸段7例，胸腰段9例，腰段8例。男16例，女12例，年齡3～66歲，平均23.6歲。

2.CT掃描參數(shù)

采用GE寶石能譜64排Discovery CT 750 HD，寶石能譜成像(Gemstone Spectral Imaging，GSI)掃描參數(shù)：管電壓80～140 kVp瞬時切換，切換時間為0.5 ms，管電流550 mA，層厚0.625 mm，螺距0.984：1，球管旋轉(zhuǎn)速度為0.8 s/r。

3.圖像處理

掃描后獲得常規(guī)混合能量圖像(Mixed組)及單能量圖像(110 keV，GSI組)。骨窗窗寬2000 HU，窗位500 HU；軟組織窗寬350 HU，窗位40 HU。在后處理工作站(GE Volume Share ADW4.6)分別將Mixed圖像和GSI圖像進(jìn)行矢狀面、冠狀面重建。對同一患者中無偽影層面進(jìn)行信號值、噪聲、信噪比(signal-to-noise ratio，SNR)測量，其中信號值為無金屬偽影層面中較均勻肌肉的CT值(CT muscle)，噪聲(standard deviation，SD)為同層面皮下脂肪中相同范圍皮下脂肪CT值標(biāo)準(zhǔn)差(SD fat)，SNR為CT muscle/SD fat比值(圖1)。再由兩位不同年資放射科醫(yī)師(Reader 1，11年骨骼肌肉系統(tǒng)影像診斷經(jīng)驗；Reader 2，5年一般影像診斷經(jīng)驗)獨立對每位患者鈦籠層面的Mixed圖像及GSI圖像進(jìn)行主觀評分，評分內(nèi)容包括三部分：偽影大小、鈦籠內(nèi)植骨顯示清晰程度、鈦籠內(nèi)植骨融合情況。其中偽影大小及鈦籠內(nèi)植骨顯示清晰程度為5分法[7]。偽影大小評分標(biāo)準(zhǔn)：1分，圖像無偽影，圖像質(zhì)量好；2分，圖像有較少條狀偽影，圖像質(zhì)量較好；3分，圖像有部分條狀偽影，不影響診斷；4分，圖像有較多條狀偽影，影響診斷；5分，圖像有嚴(yán)重偽影，無法診斷。植骨顯示清晰程度評分標(biāo)準(zhǔn)：1分為植骨完全清晰，圖像質(zhì)量好；2分為植骨較清晰，不影響評價；3分為植骨輕微影響評價；4分為植骨嚴(yán)重影響評價；5分為植骨無法評價。鈦籠內(nèi)植骨融合情況根據(jù)Brantigan-Steffee-Fraser(BSF)分級法進(jìn)行分級，為3分法[8-9]：1分為植骨吸收，鈦籠移位變形、結(jié)構(gòu)塌陷，內(nèi)固定器斷裂，植骨或鈦籠周圍有松動；2分為植骨部分融合，周圍有透亮線，植骨與椎體終板有骨橋形成；3分為植骨完全融合，至少1/2植骨有骨橋形成。

4.統(tǒng)計學(xué)分析

采用SPSS 18.0對所獲數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析。計數(shù)資料(噪聲、信噪比)采用配對樣本t檢驗；計量資料(主觀評分)采用Wilcoxon秩和檢驗，以P<0.05為差異具有統(tǒng)計學(xué)意義。采用組內(nèi)相關(guān)系數(shù)(intraclass correlation coefficient，ICC)評估兩位評分者評分一致性：ICC 0.61～0.80，一致性好；ICC 0.81～1.00，一致性非常好[10]。

結(jié) 果

1.兩位評分者對圖像評分進(jìn)行一致性檢驗

Mixed組偽影大小、植骨顯示清晰程度、植骨融合ICC值分別為0.81、0.91、1.00，GSI組偽影大小、植骨顯示清晰程度、植骨融合評分ICC值分別為0.681、0.641、0.955，兩位評分者對兩組圖像評分一致性好，其中兩位評分者對Mixed組偽影大小、植骨顯示清晰程度、植骨融合及GSI組植骨融合評分一致性非常好。

2.客觀指標(biāo)

GSI組圖像噪聲值11.17±2.27，Mixed組圖像噪聲值16.31±3.31，兩組差異有統(tǒng)計學(xué)意義(t=15.292，P<0.001)。GSI組圖像SNR為4.64±1.03，Mixed組圖像SNR為3.81±0.93，兩組差異有統(tǒng)計學(xué)意義(t=-7.749，P<0.001)。

圖1 a)Mixed圖像信號值與噪聲值測量；b)GSI圖像信號值與噪聲值測量。 CTmuscle為均勻肌肉CT值 ；SD fat為脂肪標(biāo)準(zhǔn)差。 圖2 a)Mixed圖像中鈦籠、螺釘周圍大量放射狀偽影，周圍透亮線存在，鈦籠內(nèi)植骨與椎體終板骨橋形成，BSF分級為2分；b)GSI圖像中鈦籠、螺釘周圍放射狀偽影顯著減少，周圍透亮線存在，鈦籠內(nèi)植骨與椎體終板骨橋形成，BSF分級為2分。 圖3 男，8歲，T11～T12間半椎體切除+椎體間鈦籠植入。a)Mixed圖像鈦籠內(nèi)植骨周圍透亮線(箭)，植骨融合評分為2分；b)GSI圖像鈦籠內(nèi)植骨無透亮線，植骨融合評分為3分。 圖4 男，4歲，T12～L1椎體間鈦籠植入。a)Mixed圖像中植骨周圍透亮線(箭)，植骨與椎板骨橋形成，植骨融合評分為2分；b)GSI圖像中植骨周圍無透亮線，植骨與終板骨橋形成，植骨融合評分為3分。

3.主觀評分

Reader 1對Mixed組偽影大小評分為4.32±0.61，對GSI組偽影大小評分為3.00±0.67，兩組評分差異有統(tǒng)計學(xué)意義(Z=-4.876，P<0.001)；Reader 2對Mixed組偽影大小評分為4.11±0.63，對GSI組偽影大小評分2.75±0.65，兩組評分差異有統(tǒng)計學(xué)意義(Z=-4.818，P<0.001)。Reader 1對Mixed組植骨顯示清晰程度評分為3.46±0.51，對GSI組植骨顯示清晰程度評分為2.61±0.63，兩組評分差異有統(tǒng)計學(xué)意義(Z=-4.707，P<0.001)；Reader 2對Mixed組植骨顯示清晰程度評分為3.43±0.63，對GSI組植骨顯示清晰程度評分為2.46±0.64，兩組評分差異有統(tǒng)計學(xué)意義(Z=-4.508，P<0.001)。Reader 1對Mixed組植骨融合評分為2.00±0.90，對GSI組植骨融合評分為2.18±0.90，兩組差異沒有統(tǒng)計學(xué)意義(Z=-1.633，P=0.102>0.05)；Reader 2對Mixed組植骨融合評分為2.00±0.90，對GSI組植骨融合評分2.11±0.92，兩組差異沒有統(tǒng)計學(xué)意義(Z=-1.342，P=0.180>0.05)，見表1。

表1 Mixed組和GSI組主觀評分比較

Mixed圖像中鈦籠、螺釘周圍可見大量放射狀偽影，鈦籠內(nèi)植骨部分融合，與鄰近椎體終板骨橋形成，周圍有透亮線，BSF分級為2分(圖2a)；GSI圖像中鈦籠、螺釘周圍放射偽影顯著減少，鈦籠內(nèi)植骨與鄰近椎體終板骨橋形成，BSF分級為2分(圖2b)。有兩名患者的BSF在Mixed圖像和GSI圖像中不一致，分別為患者1(男，8歲，T11～T12間半椎體切除+椎體間鈦籠植入，圖3)和患者2(男，4歲，T12～L1椎體間鈦籠植入，圖4)，Mixed圖像中BSF分級為2分，GSI圖像中BSF分級為3分。

討 論

近年來相關(guān)研究報道寶石能譜CT在減少金屬偽影的臨床應(yīng)用價值[11-13]，因此可進(jìn)一步探討能譜CT在鈦籠椎間植骨融合評估中的應(yīng)用價值。

有相關(guān)研究認(rèn)為高能級射線丟失低能級電子信息，提高背景噪聲，從而降低SNR[6]。另有研究者已經(jīng)證明在能譜CT掃描中，GSI可減少來自脊柱螺釘、鈦板、大型髖關(guān)節(jié)假體等內(nèi)固定物產(chǎn)生的金屬偽影[12-13]。寶石能譜CT利用能譜曲線可快速有效獲得單能量圖像，在高電壓區(qū)可有效減少金屬植入物偽影[15-16]，最佳能量成像區(qū)間為100～120 keV。吳建國等[16]研究報道單源能譜CT成像能量級升高到一定程度(130 keV以上)，對應(yīng)圖像的SNR隨之減小，圖像質(zhì)量下降，因此本研究采用110 keV能量級進(jìn)行GSI掃描，對Mixed組和GSI組圖像中噪聲值、SNR進(jìn)行測量，結(jié)果顯示GSI組較Mixed組噪聲值降低，SNR增加，且差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)，證明110 keV能譜成像能有效降低噪聲，提高SNR。

近年來國內(nèi)外報道顯示能譜CT成像能夠有效減少骨科內(nèi)固定物相關(guān)金屬偽影，使金屬內(nèi)固定術(shù)后細(xì)微結(jié)構(gòu)顯示更為清晰[17]。本研究中兩位評分者對Mixed組和GSI組偽影大小、植骨顯示清晰程度評分差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.001)。Mixed圖像中鈦籠、螺釘、植骨周圍見大量放射狀偽影，鈦籠內(nèi)植骨受偽影影響使得閱片者無法作出準(zhǔn)確判斷，GSI圖像中放射狀偽影顯著減少，鈦籠、螺釘邊緣以及植骨內(nèi)結(jié)構(gòu)清晰可見，閱片者能作出準(zhǔn)確評估。閱片者對兩組圖像的評分差異有統(tǒng)計學(xué)意義，表明能譜CT可有效減少鈦籠椎間植骨中的偽影，使鈦籠內(nèi)椎間植骨顯示更為清晰。

以往文獻(xiàn)中對脊柱鈦籠植骨融合術(shù)后研究尚缺乏，僅王俊波等[18]使用雙源CT探討頸椎鈦網(wǎng)植骨融合術(shù)后的應(yīng)用價值，文中未對植骨融合狀態(tài)分級做詳細(xì)統(tǒng)計學(xué)分析。本研究結(jié)果顯示Mixed圖像和GSI圖像的植骨融合BSF分級評分差異沒有統(tǒng)計學(xué)意義，Mixed圖像中鈦籠、螺釘周圍存在大量放射狀偽影，鈦籠內(nèi)植骨有融合，與鄰近椎體終板骨橋形成，植骨周圍有透亮線。與Mixed圖像相比，GSI圖像中鈦籠、螺釘周圍放射偽影顯著減少，但鈦籠內(nèi)未見更多植骨融合，故BSF分級無變化，說明GSI圖像減少金屬偽影，對BSF分級無影響。值得注意的是本研究中有2名患者BSF分級在兩組圖像中發(fā)生變化，Mixed圖像中金屬偽影影響對骨橋的觀察，植骨周圍顯示為透亮線，GSI圖像減少鈦籠內(nèi)植骨中的偽影，周圍無透亮線存在，清晰顯示骨橋及更多植骨融合的存在，使得患者BSF分級發(fā)生變化，GSI技術(shù)對鈦籠內(nèi)植骨融合BSF分級評估可能有一定的臨床意義，有進(jìn)一步研究的價值。

本研究的局限性：①本研究樣本量較小，一共28例入組患者，待樣本量充足后可進(jìn)一步驗證；②本研究參照其他研究報道的去除骨關(guān)節(jié)金屬偽影最佳能量級110 keV，沒有使用其他能量級圖像作為對比，在鈦籠植骨融合CT評估中110 keV是否為最佳能級還需進(jìn)一步驗證，同時本研究中患者術(shù)中所使用的內(nèi)固定器型號與偽影的關(guān)系亦不明確；③本研究沒有評估患者臨床融合的情況，無法使用手術(shù)探查(金標(biāo)準(zhǔn))與CT的BSF分級進(jìn)行對照，未來可與骨科醫(yī)師合作進(jìn)一步論證植骨影像學(xué)融合與臨床融合的關(guān)系。

綜上所述，GSI能降低CT圖像噪聲，提高CT圖像信噪比，減少金屬偽影，使鈦籠內(nèi)植骨顯示更清晰，從而對鈦籠椎間融合情況的評估更為準(zhǔn)確可靠。