陳宗桂 陸思璇 管海辰 張英俊 董曉軍,*

1.湖南醫(yī)藥學(xué)院 (湖南 懷化 418000)

2.湖南省直中醫(yī)院 (湖南 株洲 412008)

在腰椎疾病的治療中，腰椎內(nèi)固術(shù)是一項(xiàng)有效的治療技術(shù)。它主要用以治療腰椎不穩(wěn)、脊柱側(cè)凸、退變性椎間盤(pán)、腰椎椎管狹窄等疾病[1-3]，對(duì)腰椎內(nèi)固術(shù)的隨訪(fǎng)、療效評(píng)估和術(shù)后的影像學(xué)復(fù)查發(fā)揮著重要作用。當(dāng)前所有影像學(xué)檢查手段中，CT影像學(xué)檢查逐漸成為臨床上術(shù)后評(píng)價(jià)螺釘植入情況的金標(biāo)準(zhǔn)[4]。但是，在常規(guī)CT圖像中，腰椎內(nèi)固定術(shù)后影像檢查，金屬螺釘對(duì)X線(xiàn)有較高衰減，CT圖像常表現(xiàn)為亮暗條紋，使得術(shù)后效果的評(píng)估受到嚴(yán)重影響。迭代去金屬偽影算法(iterative metal artifact reduction，IMAR)是專(zhuān)門(mén)針對(duì)金屬偽影的一種算法。但是，對(duì)IMAR算法去除腰椎內(nèi)金屬偽影的效果鮮有相關(guān)研究報(bào)道。為此，本文對(duì)32例腰椎內(nèi)固定術(shù)后擬行腰椎CT檢查病人的影像資料進(jìn)行回顧性分析，以探討IMAR技術(shù)對(duì)消除金屬偽影的作用，以期改善術(shù)后CT圖像質(zhì)量，并為臨床醫(yī)師提供更多的影像資料。

1 資料與方法

1.1 一般資料收集2021年6月至2022年6月，于我院行腰椎椎弓根內(nèi)固定術(shù)后CT復(fù)查患者32例。在臨床上，患者被診斷為退變性椎體滑脫、椎管狹窄、退變性椎間盤(pán)等。其中，女14例，男18例，年齡范圍為24-88歲，平均(55.1±2.9)歲。因本研究為回顧性研究，故而未進(jìn)行倫理審查。在研究中，研究對(duì)象的輻射劑量沒(méi)有做任何調(diào)整，沒(méi)有倫理上的爭(zhēng)論，受檢者無(wú)需簽署知情同意書(shū)。

1.2 方法患者取仰臥位，雙臂上舉，采用西門(mén)子Force雙源CT進(jìn)行螺旋掃描，掃描范圍為全部腰椎椎體，掃描參數(shù):管電流600mA，管電壓130kvP，層厚0.5mm，螺距0.65，間隔0.5mm，固定窗寬/窗位(骨窗1800 HU/600 HU，軟組織窗530 HU/65HU)，機(jī)架旋轉(zhuǎn)一周的最短時(shí)間為0.28s。于常規(guī)腰椎掃描參數(shù)中，進(jìn)行IMAR選項(xiàng)勾選，獲取IMAR技術(shù)處理后的圖像資料。在各組圖像中，選擇腰椎內(nèi)螺紋釘金屬偽影影響最大層面。比較IMAR技術(shù)處理前后，兩組圖像上4個(gè)感興趣區(qū)域的AI值、CT值與AG值，并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，以P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。通過(guò)掃描獲取的圖像，均要保存于后處理工作站。

1.3 圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)

1.3.1 圖像主觀評(píng)價(jià) 采用IMAR技術(shù)對(duì)后處理工作站中的CT金屬偽影圖像進(jìn)行處理。為了保護(hù)病人隱私，會(huì)隱藏CT影像中的病人信息與掃描參數(shù)。CT圖像顯示的參數(shù)：軟組織窗位為65HU、窗寬為530HU；骨窗的窗位為600HU、窗寬為1800HU。將CT金屬偽影處理前后的兩組圖像采用多平面重建(MPR)和容積再現(xiàn)(VR)，以評(píng)價(jià)IMAR技術(shù)對(duì)金屬偽影的抑制效果。由三名高職稱(chēng)醫(yī)生分別對(duì)IMAR處理前后的CT圖像冠狀面、橫斷面與矢狀面進(jìn)行影像質(zhì)量評(píng)估，評(píng)估內(nèi)容包括金屬偽影對(duì)椎間盤(pán)、軟組織、豎脊肌與椎弓根的影響。根據(jù)Gondim等[5]公布的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：偽影重，不能辨認(rèn)正常結(jié)構(gòu)，1分；辨認(rèn)結(jié)構(gòu)較為困難，2分；可以辨認(rèn)結(jié)構(gòu)，但缺乏信心，3分；可以辨認(rèn)結(jié)構(gòu)，自信心中等，4分；可以辨認(rèn)結(jié)構(gòu)，有較高的信心，5分。

1.3.2 圖像客觀評(píng)價(jià) 在IMAR技術(shù)處理前后測(cè)量并記錄ROI內(nèi)CT值。選擇每一組偽影最重層面取4個(gè)感興趣區(qū)分別測(cè)量其CT值、偽影指數(shù)值和平均梯度值，其中ROI1為受金屬偽影影響最嚴(yán)重的軟組織(即密度最低)區(qū)域；ROI2為金屬與骨質(zhì)界面；ROI3為受金屬偽影影響的豎脊肌處；ROI4為受金屬偽影影響最小的軟組織處。對(duì)各個(gè)ROI進(jìn)行5次測(cè)量，取平均值。在測(cè)量過(guò)程中，兩組圖像感興趣區(qū)的大小與位置盡可能保持一致。另外，本文還采用偽影指數(shù)值(artifact index，AI) 和平均梯度(average gradient，AG)評(píng)價(jià)IMAR技術(shù)抑制金屬偽影的效果。偽影指數(shù)的公式(1)：

式中，SDROI是感興趣區(qū)域內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)差值，SDfat是脂肪區(qū)域內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)差值。偽影指數(shù)是定量反映組織受金屬偽影影響程度大小，偽影指數(shù)越大，圖像分辨率越差，CT圖像表達(dá)的信息越少。平均梯度主要指金屬偽影周?chē)幕叶茸兓闆r，也就是灰度變化率，灰度變化率可以用來(lái)描述圖像的清晰度。公式(2)：

其中，M×N為圖像矩陣，ΔIx與ΔIy為分別對(duì)圖像以水平和垂直方向的結(jié)構(gòu)元素進(jìn)行形態(tài)學(xué)處理后，獲得的梯度信息。一般圖像具有的平均梯度越大，圖像表達(dá)的信息越全面，圖像的清晰度越高。因此，其值越大越好。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法對(duì)比分析IMAR技術(shù)處理前后2組圖像，采用SPSS 19.0軟件分別對(duì)感興趣區(qū)域的AI值、CT值和AG值及影像質(zhì)量評(píng)分等各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行配對(duì)樣本t檢驗(yàn)，以P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 主觀評(píng)價(jià)結(jié)果骨質(zhì)和金屬界面、螺釘周?chē)浗M織、椎弓根與豎脊肌顯示情況。去偽影后，骨質(zhì)和金屬界面、螺釘周?chē)浗M織和豎脊肌區(qū)域評(píng)分高于去偽影前(P＜0.05)，見(jiàn)表1。

金屬與骨質(zhì)界面和豎脊肌處的主觀評(píng)分表1 比較FBP組和FBP+IMAR中偽影最重的軟組織區(qū)域、

2.2 客觀評(píng)價(jià)結(jié)果將圖像傳送到后處理工作站，利用IMAR技術(shù)對(duì)處理前后的薄層圖像進(jìn)行多平面重建(MPR)，如圖1所示。其中圖1A表示IMAR處理前的影像，由于在金屬螺釘與骨質(zhì)界面產(chǎn)生的高密度偽影，使得金屬螺釘周?chē)能浗M織和螺釘與周?chē)琴|(zhì)界面顯示不清；螺釘在豎脊肌上產(chǎn)生低密度的金屬偽影導(dǎo)致無(wú)法通過(guò)CT圖像評(píng)判金屬螺釘?shù)闹踩肭闆r。圖1B為IMAR處理后的影像，軟組織上的低密度與高密度偽影顯著減輕。螺釘與周?chē)琴|(zhì)界面顯示清楚，同時(shí)金屬螺釘對(duì)豎脊肌的影響明顯減弱。經(jīng)VR重建后，獲得CT圖像的三維成像，見(jiàn)圖2。在圖2上可以明顯觀察到采用IMAR技術(shù)使螺釘在椎弓根上產(chǎn)生的金屬偽影得到抑制，圖像細(xì)節(jié)顯示良好，周?chē)Y(jié)構(gòu)清晰可見(jiàn)。在偽影最重層面，測(cè)量感興趣區(qū)域的CT值，見(jiàn)表2～表5。FBP+IMAR組中金屬螺紋釘附近軟組織和豎脊肌的CT值和AG值較FBP組均提高，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)。而FBP+IMAR組的偽影指數(shù)比FBP組低(P＜0.05)。IMAR處理后結(jié)果提示經(jīng)過(guò)IMAR技術(shù)校正后，組織的CT值更接近正常組織的CT值，圖像細(xì)節(jié)顯示更清晰和偽影更小，CT圖像更加真實(shí)可靠。FBP+IMAR組中金屬與骨質(zhì)界面的CT值和偽影指數(shù)比FBP組小，兩組對(duì)比均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)。而FBP+IMAR組的AG值比FBP組高，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)。IMAR處理后結(jié)果提示經(jīng)過(guò)IMAR技術(shù)校正后，金屬與骨質(zhì)界面的CT值更接近正常組織CT值，圖像質(zhì)量更高且能提供更多信息。FBP+IMAR組中受偽影影響最小軟組織的CT值、AG和偽影指數(shù)較FBP組沒(méi)有明顯區(qū)別(P＞0.05)。結(jié)果表明IMAR技術(shù)對(duì)非金屬偽影區(qū)域的影響較小，并且正常組織解剖細(xì)節(jié)能夠有效保留。

表2 IMAR處理前后各ROI1的CT值(HU)、AI值和AG值

表3 IMAR處理前后各ROI2的CT值(HU)、AI值和AG值

表4 IMAR處理前后各ROI3的CT值(HU)、AI值和AG值

表5 IMAR處理前后各ROI4的CT值(HU)、AI值和AG值

3 討論

椎弓根螺釘內(nèi)固定術(shù)在腰椎疾病，如腰椎不穩(wěn)、腰椎滑脫、退行性疾病等方面得到了廣泛的應(yīng)用[6-8]。金屬偽影在CT圖像的表現(xiàn)為星狀或者黑白條狀偽影，可減少金屬周?chē)M織結(jié)構(gòu)的清晰度，不利于術(shù)后骨質(zhì)破壞、腰椎細(xì)微骨折、椎管內(nèi)結(jié)構(gòu)等情況的顯示，嚴(yán)重影響手術(shù)療效的評(píng)價(jià)。盡管調(diào)整窗寬和窗位有助于抑制金屬偽影，但是其不能完全去除X線(xiàn)束硬化偽影，常常需要借助容積再現(xiàn)技術(shù)加以補(bǔ)充，但這些技術(shù)對(duì)細(xì)微骨折部位的解剖細(xì)節(jié)顯示不夠清晰。針對(duì)CT圖像中金屬偽影，常用的方法有雙源CT和能譜CT等[9-10]。但是，采用以上方法需要重復(fù)掃描或采用兩束不同能量X線(xiàn)束快速掃描，這必然會(huì)導(dǎo)致患者受到更多輻射的劑量。

目前已有相關(guān)研究提出了不同的方法以抑制CT掃描中金屬植入物的影響，并且取得不同程度的效果[11-13]。郁仁強(qiáng)等[14]研究表明IMAR技術(shù)會(huì)使得噪聲明顯降低，提高CT圖像的質(zhì)量，使組織CT值與真實(shí)值更接近，對(duì)術(shù)后觀察更加有利。郁斌等[15]的研究表明IMAR技術(shù)可使得金屬偽影的嚴(yán)重程度得到顯著改善，并對(duì)組織CT值進(jìn)行校正，使之與真實(shí)CT值更加接近。在本研究中，F(xiàn)BP+IMAR組靠近金屬偽影區(qū)域(軟組織和豎脊肌)的AI值均小于FBP組和AG值與CT值均大于FBP組，這說(shuō)明了IMAR技術(shù)能顯著降低金屬偽影的嚴(yán)重程度，并對(duì)組織CT值進(jìn)行校正，使之與組織真實(shí)CT值更加接近。這與郁仁強(qiáng)和郁斌等人的研究結(jié)果相似，但并不完全一致。針對(duì)IMAR技術(shù)對(duì)于金屬與骨質(zhì)界面的CT值、AI值和AG值的影響不大。其原因可能是IMAR技術(shù)對(duì)金屬區(qū)域分割過(guò)程中，未能準(zhǔn)確將金屬區(qū)域分割出來(lái)導(dǎo)致殘留數(shù)據(jù)提高了校正后組織的CT值，這部分殘留的數(shù)據(jù)仍舊會(huì)使圖像細(xì)節(jié)失真和界限不清等。Yu L等[16]研究表明經(jīng)過(guò)校正后的CT圖像，金屬植入物周邊殘留偽影可能是金屬與組織分割不完整，使得兩種組織交界處的數(shù)據(jù)插值錯(cuò)誤，從而導(dǎo)致重建后CT圖像在兩種組織的交界存在失真，這與本研究的結(jié)果一致。在遠(yuǎn)離金屬偽影區(qū)域的軟組織FBP+IMAR組和FBP組的CT值、AI值和AG值無(wú)顯著差異。這說(shuō)明了對(duì)于沒(méi)有金屬偽影存在的組織IMAR技術(shù)不會(huì)對(duì)其有影響。本研究對(duì)于CT圖像的主觀評(píng)分進(jìn)一步說(shuō)明IMAR技術(shù)在抑制CT金屬偽影的有效性。

由此可見(jiàn)IMAR技術(shù)能夠改善腰椎金屬內(nèi)固定術(shù)后CT圖像質(zhì)量，為骨科醫(yī)師提供更全面的信息，讓醫(yī)師對(duì)患者療效、并發(fā)癥及預(yù)后做出準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)。同時(shí)，所得到的影像更具真實(shí)感，可為臨床提供更精確、更多的影像信息。