房加高 ，鄒月芬 ，徐海 ，孫濤 ，劉春光 ，盛志洪

1.南京醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院放射科，江蘇南京 210029；2.飛利浦醫(yī)療器械公司，江蘇南京 210005

全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)是治療終末期膝關(guān)節(jié)病變的主要手術(shù)方式，有助于改善患者的關(guān)節(jié)功能，減少關(guān)節(jié)疼痛，提高患者的生活質(zhì)量[1]。行全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)后需要對(duì)人工膝關(guān)節(jié)和內(nèi)置水泥的手術(shù)效果進(jìn)行評(píng)估，多排CT是最常用的方法。但常規(guī)的螺旋掃描會(huì)在膝關(guān)節(jié)金屬植入物周圍形成線束硬化偽影，嚴(yán)重影響對(duì)臨近結(jié)構(gòu)的觀察[2]。該文通過研究2017年8月—2018年4月期間在南京醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院實(shí)施的20例膝關(guān)節(jié)的CT掃描所得圖像，采用不同的CT算法，對(duì)比觀察MAR算法去除膝關(guān)節(jié)金屬偽影的效果。

1 資料與方法

1.1 一般資料

方便收集在南京醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院實(shí)施了全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)后的患者共計(jì)20例，男性8例，女性12例?；颊呔鶠槔夏晷怨切躁P(guān)節(jié)炎患者，所有患者手術(shù)后膝關(guān)節(jié)均有金屬植入物，為觀察手術(shù)效果，行膝關(guān)節(jié)部位CT掃描。

1.2 儀器與方法

使用飛利浦128排iCT，管電壓120 kv，管電流140～250 mAs，準(zhǔn)直器設(shè)置128×0.625，層厚0.585。掃描后使用常規(guī)iDose4迭代算法和MAR迭代算法進(jìn)行重建。除重建算法不同外，其余使用相同的重建參數(shù)，重建層厚1.5 mm，層間距 1.5 mm，重建矩陣為 512×512，窗寬 1 500，窗位500，均使用STD濾過。重建完成后對(duì)兩組不同算法生成的圖像進(jìn)行測(cè)量評(píng)估。

1.3 圖像處理與分析

使用飛利浦后處理工作站IntelliSpacePortal V6.0進(jìn)行測(cè)量和數(shù)據(jù)分析。在CT軸位圖像上選取在半月板顯示較多的層面進(jìn)行測(cè)量。觀察植入半月板周圍暗區(qū)偽影，表現(xiàn)為低CT值暗區(qū)，內(nèi)無解剖結(jié)構(gòu)，為偽影區(qū)，測(cè)量該層面?zhèn)斡懊娣e相加，即為該幅圖像金屬植入物所造成偽影的總面積。在同一層面測(cè)量半月板周圍肌肉的CT值的標(biāo)準(zhǔn)差作為該幅圖像的噪聲大小。

1.4 統(tǒng)計(jì)方法

對(duì)數(shù)據(jù)使用SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件進(jìn)行分析，對(duì)兩組圖像偽影面積和噪聲的比較使用配對(duì)t檢驗(yàn)，P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

金屬偽影面積的對(duì)比，常規(guī)迭代算法iDose4為(1 546±227.2)mm2，去金屬偽影算法為(216±64.3)mm2(t=2.94,P＜0.001)。MAR迭代算法比常規(guī)迭代算法減少86.1%。見圖1。

圖像噪聲的對(duì)比，常規(guī)迭代算法噪聲均數(shù)為73.2，去金屬偽影算法噪聲均數(shù)為52.1(t=1.82,P＜0.05)。去金屬偽影算法比常規(guī)迭代iDose4算法噪聲減小。

圖1 1例半月板置換術(shù)后患者膝關(guān)節(jié)CT圖像，使用兩種不同重建算法后所得圖像的對(duì)比。a，c，e為使用常規(guī)迭代算法iDose4的圖像，b，d，f為使用OMAR算法重建的圖像，在原始軸位及MPR重建后的矢狀位，冠狀位上，均顯示金屬偽影明顯減少。

3 討論

人工膝關(guān)節(jié)置換是通過手術(shù)將病損的膝關(guān)節(jié)部分或全部由人工制造的關(guān)節(jié)部件所替代。目前應(yīng)用最普遍的示全膝關(guān)節(jié)置換，即置換全部的股骨，脛骨關(guān)節(jié)面和/或髕骨[3]。關(guān)鍵在于恢復(fù)下肢生物力線，關(guān)節(jié)CT三維重建可以測(cè)量關(guān)節(jié)力線，股骨髓腔位置。手術(shù)效果進(jìn)行評(píng)估。全膝關(guān)節(jié)置換假體在射線下會(huì)產(chǎn)生金屬偽影。CT掃描或處理過程中產(chǎn)生的不屬于機(jī)體正常信號(hào)的圖像陰影[4]。X線穿過高密度的金屬物時(shí)產(chǎn)生衰減，導(dǎo)致對(duì)應(yīng)金屬物在射線方向后方投影數(shù)據(jù)缺如，周圍組織因部分容積效應(yīng)，光量子不足信號(hào)喪失而產(chǎn)生金屬偽影。常表現(xiàn)為，星條狀暗區(qū)，或放射狀高密度影。金屬偽影會(huì)導(dǎo)致信號(hào)的確失，降低圖像的清晰度，影響病變觀察，甚至導(dǎo)致漏診、誤診[5]。

該文所探討的去除金屬偽影迭代技術(shù)是綜合了射線束硬化校正，線性內(nèi)插的標(biāo)準(zhǔn)化正弦圖修復(fù)和分頻去偽影技術(shù)，基于線性內(nèi)插去金屬偽影法來達(dá)到減少金屬偽影的效果[6]。原理是應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)加權(quán)的濾波反投影法，進(jìn)行閾值分割，建立一種只有金屬的圖像，然后根據(jù)只有金屬的圖像投影確定因穿過金屬而被損壞的投影，舍棄沿金屬軌跡的投影，用未穿過金屬的相鄰?fù)队暗膬?nèi)插數(shù)據(jù)替換，從而產(chǎn)生一幅沒有金屬偽影的圖像[7]。

該研究將20例膝關(guān)節(jié)術(shù)后的CT掃描圖像作為分析對(duì)象，重點(diǎn)闡述MAR算法去除偽影的效果。兩組圖像去偽影效果的評(píng)價(jià)指標(biāo)，偽影面積在圖像上主要代表信號(hào)損失帶來的低信號(hào)偽影，而噪聲在圖像上主要代表金屬放射狀高信號(hào)偽影。其中偽影面積的測(cè)量結(jié)果表明MAR算法所得圖像的偽影影響的面積比常規(guī)iDose4算法所得圖像偽影面積大幅減少，約為86.1%。這表明MAR算法通過內(nèi)插數(shù)據(jù)替換，將金屬植入物的所帶來的信號(hào)損失大部分進(jìn)行了有效的補(bǔ)全。Hegazy M等[8]的實(shí)驗(yàn)中，信號(hào)損失的補(bǔ)全率約為89%，與該次所做的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)大體相當(dāng)。高于該次的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，其主要原因是在膝關(guān)節(jié)處，金屬植入物的厚度在膝關(guān)節(jié)的厚度的比重較大，使得在X線穿過掃描部位所得有效信號(hào)較少，部分位置數(shù)據(jù)仍缺失。但總體而言偽影面積的減少仍非常有效。反映在二維重建圖像上，由于信號(hào)缺失補(bǔ)全，提高了測(cè)量關(guān)節(jié)力線的準(zhǔn)確性，為評(píng)估術(shù)后效果提供精確的數(shù)據(jù)。

在放射狀高信號(hào)偽影上，使用噪聲這個(gè)參數(shù)來代表，噪聲越高，說明高信號(hào)偽影越大，反之則越小。該研究中 iDose4 噪聲為 73.2，MAR 為 52.1（P＜0.05），表明MAR算法的高信號(hào)偽影相對(duì)于iDose4算法明顯降低。這與其它研究者的結(jié)果是一致的。郁斌等[9]研究了胸椎部位MAR算法去除金屬偽影噪聲效果，數(shù)據(jù)顯示胸椎部分軟組織噪聲分別為68.54和28.94,骨組織噪聲分別為121.81和83.28，與該次研究的膝關(guān)節(jié)部位的噪聲值差不多，說明MAR算法在人體各部位去除偽影的效果均非常明顯。金屬高信號(hào)噪聲的減小使得組織細(xì)節(jié)可以更多的顯示。在該次研究中發(fā)現(xiàn)在常規(guī)idose4上金屬植入物部分旁邊組織輪廓無法顯示，但是通過MAR算法重建所得圖像可以觀察置換部位骨水腫的情況，這是MAR算法對(duì)膝關(guān)節(jié)術(shù)后最直接的臨床作用。

在目前，多數(shù)單源單能MSCT多采用插值法校正金屬偽影。如使用迭代濾波反投影法[10],雖然在一定程度上矯正了金屬偽影，單減少金屬偽影的效果并不明顯。Han SC等[11]運(yùn)用雙能CT去除金屬偽影，研究顯示隨著能量的升高，偽影密度和周圍軟組織密度均較低能量者為高，其中測(cè)得的去偽影效果最好的偽影密度和軟組織密度分別為（-341±309）HU 和（45.6±20.2）HU，去除金屬偽影效果很好。但是雙能CT本身掃描過程中劑量較單源單能CT較大，不適合廣泛應(yīng)用。而該研究中的MAR算法只是一種后處理算法，其數(shù)據(jù)采集過程與常規(guī)容積掃描無異，不額外增加患者的輻射劑量，因此更適宜在臨床中廣泛推廣。

MAR算法在去除金屬偽影上也有一些不足，例如對(duì)于體型較胖者，由于掃描條件的限制，去除金屬偽影效果不太理想。但是整體而言，MAR算法在臨床上還是很有價(jià)值的。

綜上所述，MAR算法可以有效去除CT掃描中的金屬偽影，提高圖像信噪比，改善圖像的清晰度，在全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)后觀察和診斷手術(shù)效果提供更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，去金屬偽影迭代技術(shù)可以在全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)后CT掃描中常規(guī)使用，可以大力推廣。