溫齊平，張濱，潘俊，樊文鑫，哈婷婷，常天靜

北京大學(xué)首鋼醫(yī)院 影像科，北京100144

O-MAR技術(shù)在頭頸CT檢查中去除口腔內(nèi)金屬偽影的應(yīng)用評估

溫齊平，張濱，潘俊，樊文鑫，哈婷婷，常天靜

北京大學(xué)首鋼醫(yī)院 影像科，北京100144

目的探討金屬偽影去除技術(shù)（Orthopedic Metal Artifact Reduction，O-MAR）在頭頸CT檢查中去除口腔內(nèi)金屬偽影的效果。方法 按照入選條件選取2014年1月～12月間在我院行頭頸CT血管造影（Computed Tomographic Angiography，CTA）檢查同時(shí)口腔內(nèi)含有鈦金屬補(bǔ)牙材料植入物的患者65例，掃描后對圖像分別進(jìn)行O-MAR技術(shù)重建（A組）與常規(guī)技術(shù)重建（B組）。以雙側(cè)咬肌作為感興趣區(qū)（Region-of-Interest，ROI），比較兩組ROI的CT值標(biāo)準(zhǔn)差（Standard Deviation，SD），并對圖像質(zhì)量進(jìn)行主觀評分。采用配對t檢驗(yàn)比較兩組SD值；圖像質(zhì)量評分的比較采用配對資料的秩和檢驗(yàn)和χ2檢驗(yàn)。結(jié)果兩位醫(yī)師對兩組圖像質(zhì)量評分結(jié)果：同側(cè)咬?。▃=-6.06，P＜0.05）；對側(cè)咬肌（z=-4.79，P＜0.05），差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。且評分結(jié)果A組平均分較B組高（χ2=34.03，P＜0.05），差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；A、B兩組圖像測得的SD值結(jié)果：同側(cè)咬肌（t=-9.34，P＜0.05），對側(cè)咬?。╰=-4.06，P＜0.05），差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；A組雙側(cè)咬肌測得的SD值結(jié)果（t=1.48，P＞0.05）差異沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，B組雙側(cè)咬肌測得的SD值結(jié)果（t=5.38，P＜0.05）差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。結(jié)論O-MAR能有效減少高原子序數(shù)偽影對圖像質(zhì)量的影響，為臨床診斷提供有價(jià)值的診斷信息。

金屬偽影去除技術(shù)；迭代算法；CT血管造影；頸動脈疾病；咬肌

引言

目前，金屬植入術(shù)已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于臨床，當(dāng)CT掃描部位存在金屬植入物時(shí)，圖像通常伴隨大量放射狀偽影，影響診斷的準(zhǔn)確性。常規(guī)的CT圖像無法克服金屬及高原子序數(shù)植入物如齒科金屬填充物等引起的偽影[1]。

傳統(tǒng)方式通過升高管電壓來降低金屬偽影對于圖像的影響，但效果并不令人滿意，同時(shí)又增加了受檢者的輻射劑量。近年來，隨著掃描技術(shù)以及后處理重建技術(shù)的發(fā)展，從插值算法到能量減影成像，雖然取得了一定程度的進(jìn)步，但仍然存在一定的局限性[2-5]。本研究應(yīng)用CT去金屬偽影技術(shù)（Orthopedic Metal Artifact Reduction，O-MAR）與傳統(tǒng)重建比較金屬植入物對CT圖像質(zhì)量的差別。同時(shí)結(jié)合圖像迭代重建技術(shù)-iDose4，評價(jià)應(yīng)用O-MAR技術(shù)對于圖像質(zhì)量的影響。

1 資料與方法

1.1 臨床資料

選取2014年1月～2014年12月期間在我院行頭頸部CT血管造影（Computed Tomographic Angiography，CTA）檢查的患者65例，其中男性34例，女性31例，平均年齡（62.58±6.23）歲。入選標(biāo)準(zhǔn)如下：① 臨床懷疑頭頸部動脈疾病患者；② 檢查前口腔內(nèi)含有金屬假牙或牙內(nèi)填充物；③ 檢查前所有患者接受血清肌酐及腎小球?yàn)V過率水平測試；排除標(biāo)準(zhǔn)如下：① 腎功能衰竭（eGFR＜60 mL/ min/1.73 m2）；② 造影劑過敏史；③ 雙側(cè)均含有金屬填充物的患者；④ 患者配合不佳，圖像運(yùn)動偽影顯著。

1.2 造影劑注射、掃描方法及參數(shù)

采用128 iCT（Philips）進(jìn)行頭頸部CTA檢查，采用雙流團(tuán)注法，300 mg（I）/mL碘海醇45 mL+鹽水30 mL，注射速率5.0 mL/s。

感興趣區(qū)（Region-of-Interest，ROI）放在降主動脈上，CT值達(dá)到110 HU時(shí)自動觸發(fā)掃描，掃描范圍從主動脈弓到顱頂。管電壓100 kV，管電流100～300 mAs，應(yīng)用球管電流實(shí)時(shí)動態(tài)調(diào)節(jié)技術(shù)（Dose Right），根據(jù)患者身體厚度自動控制輻射劑量。劑量噪聲指數(shù)（Dose Right Index，DRI）頸部區(qū)域設(shè)定為23，頭部區(qū)域DRI為25。Pitch 1.015，探測器選擇64×0.625，F(xiàn)OV 250 mm，管球旋轉(zhuǎn)一周0.5 s，重建算法選Standard B。

1.3 圖像重建方法

使用O-MAR迭代重建技術(shù)（A組）與常規(guī)重建技術(shù)（B組）對65例患者掃描圖像分別進(jìn)行重建。具體參數(shù)如下：iDose4Level（5），軸位層厚0.9 mm，層間距0.45 mm（窗位40 HU，窗寬350 HU），矩陣512×512。

1.4 圖像處理及分析方法

同屏同層面顯示A、B兩組數(shù)據(jù)的軸位圖像，分別找到受金屬植入物影響最嚴(yán)重的層面截圖，上傳至閱片系統(tǒng)備用。主觀評價(jià)：兩名具有診斷經(jīng)驗(yàn)的醫(yī)師參照一定標(biāo)準(zhǔn)對兩組圖像中的雙側(cè)咬肌進(jìn)行評分，并記錄所有評分結(jié)果。如遇意見分歧，由兩位醫(yī)師共同確定最終評分結(jié)果，根據(jù)條紋偽影的程度、圖像的銳利度、紋理的自然程度和口腔的結(jié)構(gòu)顯示情況[6]進(jìn)行綜合評分。評分標(biāo)準(zhǔn)：0分（見圖1a）。金屬植入物周邊放射狀偽影重，圖像銳利度差，紋理不自然，影響口腔結(jié)構(gòu)及周圍組織的觀察；1分（見圖1b）。金屬植入物周邊放射狀偽影較重，圖像銳利度較差，紋理不自然，口腔結(jié)構(gòu)及周圍組織的觀察欠清晰；2分（見圖1c）。金屬植入物周邊放射狀偽影尚可，圖像銳利度較好，紋理較自然，口腔內(nèi)結(jié)構(gòu)顯示正常，周圍組織尚可分辨；3分（見圖1d）。金屬植入物周邊無放射狀偽影，圖像銳利度良好，紋理自然，口腔內(nèi)結(jié)構(gòu)清晰顯示，周圍組織清晰分辨。

圖1 四種分值圖像對比

客觀評價(jià)：根據(jù)美國材料與試驗(yàn)協(xié)會推薦的偽影測量方法進(jìn)行測量和分析。在金屬偽影植入物同側(cè)及對側(cè)分別勾畫感興趣區(qū)域，測定ROI SD值。ROI位置的選取原則為：軸位圖像上，金屬植入物同側(cè)咬肌上選取受金屬偽影影響比較嚴(yán)重的區(qū)域，對側(cè)選取偽影影響較小的區(qū)域。ROI面積選（30.46±0.5）mm2，并分別記錄A、B兩組的SD值。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

使用SPSS 16.0統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件進(jìn)行分析，評分結(jié)果的比較采用配對設(shè)計(jì)的秩和檢驗(yàn)和χ2檢驗(yàn)，SD值的比較采用配對t檢驗(yàn)，P＜0.05時(shí)認(rèn)為差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

兩位醫(yī)師對A、B兩組圖像噪聲的主觀評分及統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果，見表1。

表1 A、B兩組圖像同側(cè)與對側(cè)咬肌噪聲的評分統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果 (例)

A組患者圖像質(zhì)量評分的平均分為（2.35±0.43）較B組平均分（1.28±0.31）高，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（χ2=34.03，P＜0.05)。

2.1 兩種不同的重建方式，雙側(cè)咬肌SD值的差別

A組同側(cè)咬肌SD值（11.26±4.25）明顯低于B組（18.26±6.97），t=-9.34，P＜0.05，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（圖2a同側(cè)咬肌與圖2b同側(cè)咬肌對比）。A組對側(cè)咬肌SD值（11.47±2.98）明顯低于B組（13.23±4.15），t=-4.06，P＜0.05，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（圖2a對側(cè)咬肌與圖2b對側(cè)咬肌對比）。

2.2 同一種重建方式雙側(cè)咬肌SD值的差別

A組同側(cè)咬肌SD值（11.26±4.25）與對側(cè)咬肌SD值（11.47±2.98）的差異沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（t=1.48，P=0.15，＞0.05），可以認(rèn)為A組雙側(cè)咬肌SD值相同，圖像信噪比相同。說明受金屬偽影影響較大的同側(cè)咬肌經(jīng)O-MAR重建后有效果（圖2a，A組雙側(cè)咬肌對比）。B組同側(cè)咬?。?8.26±6.97）與對側(cè)咬肌SD值（11.47±2.98）的差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（t=5.38，P=0.00，＜0.05），說明未經(jīng)O-MAR重建的圖像雙側(cè)咬肌信噪比不同，信噪比是有差別的（圖2b，B組雙側(cè)咬肌對比）。

圖2 OMAR重建的（A組）與普通重建的（B組）圖像雙側(cè)SD值比較

3 討論

CT圖像的偽影是指各種不同類型的干擾在圖像中的體現(xiàn)，主要來源于兩大類：① 來自于CT機(jī)本身的技術(shù)原因；② 來自于被掃描的物體或人。后者包括運(yùn)動偽影和金屬偽影[7]。金屬偽影主要包括：射束硬化、光子饑餓效應(yīng)。這類偽影嚴(yán)重降低了圖像質(zhì)量，影響了臨近結(jié)構(gòu)的顯示與觀察[8]，給影像診斷帶來困難，甚至導(dǎo)致無法診斷。

減少金屬偽影的方法有物理前置過濾、水校正、雙能量掃描等，也有許多不同的后處理算法來校正這些金屬帶來的偽影[9-12]。如能量成像技術(shù)是相對高級的重建技術(shù)，可以減輕射線硬化偽影，但是對于光子饑餓產(chǎn)生的條索狀偽影卻無能為力[13]。

口腔植入物造成的偽影直接影響了雙側(cè)咬肌及周圍軟組織的觀察，本研究通過測量A、B兩組雙側(cè)咬肌的SD值來客觀判斷去除偽影的效果，同時(shí)采用主觀評分來評估兩組圖像的質(zhì)量，以此來衡量O-MAR重建技術(shù)的優(yōu)劣。結(jié)果顯示O-MAR重建技術(shù)有效果，可以提高同側(cè)咬肌周圍組織的信噪比并可以顯著減少金屬植入物造成的偽影，使關(guān)鍵結(jié)構(gòu)可視化[14]。本研究使用常規(guī)技術(shù)重建的圖像（B組），植入物中心向四周的放射狀偽影嚴(yán)重，植入物中心及周圍的軟組織缺失，形成黑色團(tuán)塊狀偽影，掩蓋了周圍的組織，影響臨床醫(yī)師對病變的觀察與判斷。使用O-MAR技術(shù)重建后的圖像（A組），植入物中心向四周的放射狀偽影變淡，且植入物中心及周圍缺失的組織被填充，能夠清晰顯示雙側(cè)的咬肌，盡管O-MAR沒有完全消除金屬偽影，但它能夠減少這些偽影對CT圖像的影響，并且能夠顯著增加圖像的信噪比，為臨床提供更多的診斷信息。主觀與客觀評價(jià)結(jié)果均充分說明O-MAR重建技術(shù)去除金屬偽影有效，且圖像質(zhì)量普遍提高。

本研究使用的O-MAR重建技術(shù)是基于迭代算法的重建技術(shù)，在不增加輻射劑量的前提下實(shí)現(xiàn)更加優(yōu)秀的去金屬偽影成像。O-MAR技術(shù)實(shí)施的關(guān)鍵在于，首先進(jìn)行組織分離，將原始圖像分離出全部的金屬像素，其余組織的像素均設(shè)置為零；再通過反復(fù)對比迭代運(yùn)算，將金屬及高原子序數(shù)造成的偽影數(shù)據(jù)從原始數(shù)據(jù)中剔除，并開始O-MAR的迭代循環(huán)，直至圖像里沒有出現(xiàn)較大簇的金屬像素，最終得到滿意的重建圖像[15]。

O-MAR的圖像不是直接來自于原始非校正圖像，而是將金屬數(shù)據(jù)從正弦投影中識別并完全移除而得到的。O-MAR技術(shù)對圖像的迭代重建是只針對圖像中的金屬像素而不會影響非金屬圖像[16]。O-MAR技術(shù)具備以下優(yōu)勢：① 可以同時(shí)減輕條索狀偽影和硬化偽影；② 可以全FOV成像，解決能量成像技術(shù)因?yàn)榛颊唧w型大或擺位不正無法去除金屬偽影的問題；③ 不會增加患者接受的輻射劑量，同時(shí)保持較高的對比度；④ 是第一個(gè)用迭代重建的處理方法，其重建速度能夠滿足臨床應(yīng)用。

本研究重點(diǎn)關(guān)注評價(jià)各組圖像之間的圖像質(zhì)量，而沒有關(guān)注診斷準(zhǔn)確性的評估，所以具有一定的局限性；其次，用ROI的SD值作為評價(jià)圖像噪聲指標(biāo)，已廣泛用于圖像質(zhì)量的評估（一般來說，降低圖像噪聲意味著更好的圖像質(zhì)量），但不能排除定量參數(shù)可能并沒有真正衡量圖像的質(zhì)量。在目前的研究中，O-MAR重建技術(shù)可以減少金屬植入物引起的圖像噪聲，經(jīng)O-MAR重建技術(shù)修正后的圖像比未修正的圖像更為合理。然而，O-MAR圖像沒有參考標(biāo)準(zhǔn)（如核磁共振、手術(shù)）。因此，可能需要進(jìn)一步臨床研究證明O-MAR圖像描述的準(zhǔn)確性。

4 結(jié)論

O-MAR技術(shù)能夠有效的抑制噪聲和金屬偽影對圖像的影響，使金屬植入物周圍的組織結(jié)構(gòu)能夠清晰顯示，因此能有效地減少金屬偽影對圖像質(zhì)量的影響，為臨床診斷提供有價(jià)值的診斷信息。

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本文編輯 聶孝楠

Application Evaluation of Orthopedic Metal Artifact Reduction Technique in Reducing Dental Metallic Artifacts in Head and Neck CT Examination

WEN Qi-ping, ZHANG Bin, PAN Jun, FAN Wen-xin,
HA Ting-ting, CHANG Tian-jing Department of Radiology, Peking University Shougang Hospital, Beijing 100144, China

ObjectiveTo explore the effect of Orthopedic Metal Artifact Reduction (O-MAR) technique in reducing dental metallic artifacts in head and neck CT examination. Methods 65 patients with dental titanium prosthesis were conducted head and neck CT angiography scan. The patients were selected from Jan. to Dec. in 2014 of our hospital. The images were reconstructed by two different algorithms of O-MAR technique (group A) and traditional technique (group B). The regions of interest were placed in bilateral masseter muscles. Two groups’ standard deviation of the regions of interest was measured with paired t-test and image quality was subjectively scored. The image quality scores and demonstration of the oral cavity were conducted between two doctors, and analyzed with rank sum test and χ2test.ResultsThe results of two doctors’ image quality scores are: ipsilateral masseter (z=-6.06, P＜0.05); contralateral masseter (z=-4.79, P＜0.05), the difference is statistically significant. Image quality score in group A is higher than that of group B (χ2=34.03, P＜0.05), the difference is statistically significant; The standard deviation results are ipsilateral masseter (t=-9.34, P＜0.05) and contralateral masseter (t=-4.06, P＜0.05), the difference is statistically significant. There is no significant difference of bilateral masseter standard deviation in group A (t=1.48, P＞0.05), while the difference of bilateral masseter standard deviation in group B (t=5.38, P＜0.05) is statistically significant.ConclusionO-MAR technique is superior in decreasing the effect of high atomic number artifacts on image quality, and provides valuable information for clinical diagnosis.

orthopedic metal artifact reduction technique; iterative algorithm; CT angiography; carotid artery disease; masseter muscle

R814.42

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2017.01.012

1674-1633(2017)01-0050-04

2016-05-04

張濱，主任醫(yī)師，主要研究方向?yàn)镃T診斷。

通訊作者郵箱：zhangbin-m@126.com