能譜CT去金屬偽影技術對髖關節置換患者置換物偽影及成像質量效果影響研究＊

張曉慧 袁 穎

首都醫科大學附屬北京友誼醫院放射科(北京 100050)

在人口老齡化進程加重形勢下，髖關節炎、股骨頭壞死等關節疾病逐年上升，據悉全球病例近2.4億人，其中我國＞50歲人群患病率為14.3%[1]。隨髖關節置換術日臻成熟，越來越多病例傾向選擇該術式用于臨床治療，據估計，2019年全國髖關節置換術手術量逾90萬臺[2]。但于臨床應用過程中，仍有部分患者會出現假體松動、骨折、感染等并發癥，這可影響手術療效，進而導致患者預后不佳[3]。由此，及時發現診斷髖關節置換術后并發癥并進行干預至關重要?，F階段術后復查主要采用常規CT檢查，但髖關節置換術中使用金屬植入物在常規CT檢查中會形成星芒樣或放射狀偽影，原因主要為線束硬化及光子饑餓，可干擾周圍組織及骨質觀察，進而導致漏診或誤診[4]。隨儀器革新發展，現今立足卷積神經網絡(CNN)研發的能譜CT可瞬時切換高(140KV)/低電壓(80KV)同源、同時、同向收集數據，并在在投影空間中解析獲取101個單能量成像(40KeV～140KeV)，可有效避免X線能量不純形成的反射及散射導致的金屬偽影，此外，減少偽影發生還可通過圖像質量優化及最佳單能量圖像選擇來實現[5]。但能譜CT仍存在一定局限，因寬帶能譜光使用可導致測量物體X線吸收系數不確定，可能會在影像中表現出骨骼間帶狀偽影。且需根據患者個體化靈活選擇最佳單能量圖像[6]。而作為專門用于金屬偽影去除的去金屬偽影(MAR)技術，能有效糾正由“光子饑餓”造成的低密度偽影，可在能譜CT自帶單能量圖像基礎上進一步減少金屬偽影[7]。鑒于金屬植入物大小、形態及材質乃至植入部位差異影響，利用MAR去除金屬偽影效果存在一定差異。且MAR是否可用于髖關節、膝關節等大關節置換術后金屬植入物偽影去除尚未見可靠證據，有待進一步研究證實?，F作報道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料回顧性研究，研究時限：2022年1月至2023年10月；研究地點：首都醫科大學附屬北京友誼醫院；研究對象：髖關節置換患者；研究例數：42例。

納入標準：滿足髖關節置換指征；均應用CT能譜及MAR技術；患者及家屬對研究知情同意；排除標準：CT圖像質量欠佳，原因歸咎于患者自身或操作不當；精神認知異常；臨床資料缺失。其中，男24例，女18例；年齡45～78歲，平均(62.27±8.52)歲；手術原因：8例骨性關節炎、12例股骨頸骨折、20例股骨頭壞死及2例強直性脊柱炎。研究申請已通過北京友誼醫院倫理委員會核準并授意執行。

1.2 分組標準基于原始能譜CT掃描數據，權定能級范圍70～130keV，并以20keV能級為間隔(依次為70keV、90keV、110keV及130keV)，共計4組，所獲單能量圖像按MAR技術使用有無分為非MAR組、MAR組。

1.3 方法

1.3.1 掃描方法 指導患者仰臥，頭先進。采用256排Revolution型CT(美國GE公司)自髖關節置換術上下端(通常均＞5cm)行CT掃描，設置掃描參數，管電壓80/140kV快速切換，管電流采用Smart mA模式，電流變化范圍180～320mA，準直器寬度0.625mm，旋轉時間0.28s，螺距0.984，層厚0.6mm。重建間隔5mm，矩陣512×512。掃描后所獲80/140kV融合CT圖像數據傳至GE公司AW4.7工作站，啟用能譜分析軟件GS1 viewer，基于原始能譜CT掃描數據，權定能級范圍70～130keV，并以20keV能級為間隔，依次為70keV、90keV、110keV及130keV，共計4組，所獲單能量圖像按MAR技術使用有無分為非MAR組、MAR組。

1.3.2 圖像分析 信噪比(SNR)及偽影指數(AI)計算(客觀評價)：在相同層面，測量置換物周圍肌肉、周圍骨組織、膀胱及皮下脂肪4個感興趣區(ROI)(每個ROI大小約為30～64mm2)的CT值及標準差(SD)，每個位置分別放3次ROI，重復測量3次取平均值，以CT皮下脂肪及SD皮下脂肪為基準(即在皮下脂肪放ROI)，測算置換物周圍肌肉、周圍骨組織、膀胱在相同能級下的信噪比(SNR)及偽影指數(AI)。計算公式如下[8]：SNR=CTx值/SDx值，其中，x指代置換物周圍肌肉、周圍骨組織及膀胱；AI=(SDx值2-SD脂肪值2)0.5。 置換物周圍肌肉、骨質結構及盆腔器官情況主觀評分：由2名高年資(工作年限12年、14年)放射醫師在盲法下獨立評估置換物周圍肌肉、骨質結構及盆腔器官情況等結構金屬偽影及周圍組織情況，參考文獻[9]，采用Likert 5級評分法(1～5分)，以嚴重偽影產生，無法實施診斷計作1分，以嚴重偽影產生，難以實施診斷計作2分，以中度偽影產生，尚可實施診斷計作3分，以輕微偽影產生，不形成診斷干擾計作5分，以偽影極少或未形成，可明確診斷計作5分。若意見出現分歧，則經協商后統一口徑。

1.4 統計學處理應用SPSS 22.0軟件作統計處理，符合正態分布計量資料以“±s”形式表示，重復測量數據行獨立樣本t檢驗，若P<0.05，差異有統計學意義。

2 結 果

2.1 兩組置換物周圍肌肉、周圍骨組織、膀胱在相同能級下的SNR及AI比較隨能級升高，兩組置換物周圍肌肉、周圍骨組織、膀胱SNR均有升高，AI均有降低，且在70～110KeV能級條件下，MAR組置換物周圍肌肉、周圍骨組織SNR均高于非MAR組，AI均低于非MAR組，差異有統計學意義(P<0.05)，在70～130KeV能級條件下，MAR組膀胱SNR均高于非MAR組，AI均低于非MAR組，差異有統計學意義(P<0.05)，詳見表1-3。

表1 兩組置換物周圍肌肉在相同能級下的SNR及AI比較

表2 兩組置換物周圍骨組織在相同能級下的SNR及AI比較

表3 兩組膀胱在相同能級下的SNR及AI比較

2.2 兩組置換物周圍肌肉、骨質結構及盆腔器官情況主觀評分比較隨能級升高，非MAR組周圍肌肉、盆腔器官主觀評分先升后降，于110KeV抵達最高值，骨質結構主觀評分逐步升高，MAR周圍肌肉、骨質結構及盆腔器官情況主觀評分均逐步升高，于70keV、90keV、110keV及130keV相同能級下，相較于非MAR組，MAR周圍肌肉、骨質結構及盆腔器官情況主觀評分均更高(P<0.05)，詳見表4。

表4 兩組置換物周圍肌肉、骨質結構情況及盆腔器官情況主觀評分比較

3 討 論

在CT檢查過程中，經髖關節置換術植入金屬物通?？沙霈F線束硬化及金屬投影，前者是指機體經混合能量X射線束穿過后，組織首先吸收低能量X射線，使得高能量X射線穿透機體組織，X射線束平均能量獲有整體提升，由此導致X射線束硬化形成杯狀或條狀偽影[10]；后者是因X射線束穿透金屬時強度驟然衰減引發CT投影數據失真形成的高密度條狀偽影[11]。雖然借助窗位降低、窗寬擴大以及骨算法重建可一定程度減少傳統CT檢查形成的金屬植入物偽影，但造影過大可影響圖像質量，且周圍軟組織難以有效顯示、評估，此外，還無法解決X線束形成的硬化偽影[12]。隨CT儀器革新發展，能譜CT自身具有的單能量成像以及結合MAR技術在偽影去除作用日益明確，現已在義齒種植[13]、顱內動脈瘤彈簧圈栓塞術[14]、脊柱后固定術[15]患者偽影去除上獲有確切效果。但在髖關節置換術上，能譜CT聯合MAR技術偽影去除效果尚缺乏深入研究。

通常來說，不同能級水平圖像特征不一，處于40～65KeV水平的X線能量較低，穿透力不高，較易吸收，導致圖像對比度增強，但與此同時噪音增強，圖像質量普遍較差。而70KeV水平圖像質量與120KV常規混合能量質量接近。而能譜CT能級范圍為40～140KeV，考慮到輻射劑量不宜過高，茲本文以間隔20KeV進行劃分，權定能級范圍為70～130KeV。由本文結果顯示：隨能級上升，兩組置換物周圍肌肉、周圍骨組織、膀胱SNR均有升高，AI均有降低。且與非MAR組相比，MAR組在70～110KeV能級條件下，置換物周圍肌肉、周圍骨組織SNR更高，AI更低，在70～130KeV能級條件下，膀胱SNR更高，AI更低。提示能譜CT聯合MAR技術可減少髖關節置換術患者偽影及噪音。究其原因在于[16-17]：MAR是在CNN基礎上發展而來的，經過特征提取、非線性濾波及圖像重建步驟可區分組織結構和射束硬化偽影區，且可預測部分偽影信息。而后對射線通過金屬植入物后產生的光子饑餓現象形成的低信號進行數據處理，以便獲取準確金屬植入物及其周圍組織投影數據，并考慮到金屬植入物存在這一前提條件下，對圖像數據進行重新計算，可有效降低金屬偽影作用。但在130KeV能級條件下，能譜CT聯合MAR技術較單一能譜CT在置換物周圍肌肉、周圍骨組織的偽影減少效果上并未體現明顯益處。原因在于MAR在偽影校正時可能因過分矯正導致形成新的偽影(主要是將具有較大密度差別的機構誤當做偽影)，且能級過大時，還可影響軟組織及肌肉的診斷分析。這與Βongers等[18]研究證實相較于單一能譜CT，能譜CT聯合MAR技術金屬偽影去除效果更好結論相符，但該研究認為130KeV為最佳能級，與本文結論有所不符，究其原因可能與金屬植入物大小、結構及形態差異有關。而在獲有良好偽影去除效果的同時，還需充分顯示金屬植入物周圍肌肉及組織乃至膀胱的關系，以便獲得高質量圖像進行準確臨床診斷。但能級上升在減少AI值的同時，隨之而來的問題是對比度下降，可影響金屬植入物軟組織層次比對[19]。由此，筆者還與放射科醫師一同協作，進一步探討了能譜CT聯合MAR技術對髖關節置換患者置換物成像質量效果。根據本文結果發現單一能譜CT在110KeV可同時兼顧到偽影去除及金屬植入物周圍組織及結構顯示2個方面，且能譜CT聯合MAR技術亦有助于髖關節置換患者置換物成像質量提高。這與李杰等[20]研究表明≥110KeV水平可使脊柱患者獲有較佳成像質量，便于臨床診斷進行相符。

綜上所述：髖關節置換患者應用能譜CT聯合MAR技術，置換物偽影得以減少，成像質量效果獲有提高，推薦在110KeV能級水平上采用MAR技術，可最大限度消除金屬偽影，并充分顯示臨近組織，更有助于臨床診斷。但本文存在以下局限：(1)納入樣本數目較少，僅42例，尚待擴大樣本量以使研究更具代表性；(2)未控制光子饑餓效應的影響，即未對金屬植入物具體信息，諸如大小、形態及金屬含量進行細化分類，由此可能導致研究結論出現一定偏倚；(3)本文權定能級范圍為70～130KeV，以間隔20KeV進行劃分，要明確最佳能級水平還有待研究從90～130KeV按間隔10KeV作進一步細分。