单能量CT成像结合去金属伪影算法在儿童漏斗胸金属支架植入术后评估中的应用

李成龙 胡春峰

能谱CT是一种多参数、多种定量分析方法的成像技术，近年来越来越多的应用于临床，对该技术的研究也越来越受到关注，在胸部的应用前景广泛［1］，漏斗胸是儿童常见的先天性胸廓畸形，金属内支架矫形是治疗漏斗胸的主要手段，金属支架植入后需要定期复查支架的位置以及测量胸廓的内径，由于金属支架的植入，伪影会影响金属支架的细节显示，包括断裂、松动、移位、周围血肿等［2］，能谱CT的单能量成像结合去金属伪影算法，能有效去除金属伪影，本研究旨在通过对单能量图像和常规扫描图像进行对比分析，找出最适合临床诊断的图像。

资料与方法

1.一般资料

40例先天性漏斗胸金属支架植入术后的儿童，男22例，女18例，随机分为两组。A组20例，男13例，女 7例，年龄 9.15±0.34岁，体重 38.16±1.1 kg；B组 20例，男 9例，女 11例，年龄 9.63±0.51岁，体重36.63±1.7 kg，两组病例的年龄、体重差异无统计学意义（P＞0.05）。

2.检查方法

设 备 ：GE Revolution 256 CT，A 组 ： 能 谱（gemstone spectral imaging，GSI）扫描模式，管电压80～140 kV，管电流 200 mA，层厚 5 mm，重组层厚1.25 mm，螺距 0.984∶1，ASIR-V 50%，最佳单能量重组+去金属伪影算法（metal artifacts reduction，MAR），以 10%为间隔，重组出 40～140 keV的 11组图像。B组：螺旋扫描，管电压100 kV，自动 mA，噪 声 指 数 （noise index，NI）10， 层 厚5 mm，重组层厚 1.25 mm， 螺距 0.984∶1，ASIR-V 50%。 扫描范围均为胸廓入口至肺底，用铅衣对患儿的甲状腺、生殖腺等敏感部位进行包裹防护。

3.图像分析

取支架两端高密度伪影区测量CT值及标准差（standard deviation，SD），记为 CT伪影和 SD伪影，取同层面背部肌肉CT值及SD，将其作为标准CT值和 SD，计为CT标准和 SD标准，计算CT差值：△CT=CT伪影－CT标准和伪影指数（artifact index，AI）=（SD伪影2-SD标准2）1/2， 记录剂量长度乘积（dose length product，DLP）并根据转换因子k计算有效剂量（effective dose，ED）。

4.主观评价

两位副主任医师对两组图像的纵隔窗 （窗宽400 HU，窗位40 HU）独立阅片并计分，评分标准：图像评分标准：1分，伪影大，组织间分界不清，不能用于诊断；2分，伪影较大，组织间分界不清，不能用于诊断；3分，伪影一般，组织间分界尚清，可用于诊断；4分，伪影低，组织间分界可辨，可以满足诊断；5分，图像质量非常好，组织间分界清晰，可以满足诊断。评分≥3分为符合诊断要求，≤2分不符合诊断要求，记录4分以上图像的能量范围。

5.统计学分析

采用配对t检验，对A、B两组图像的△CT值和AI值进行比较，以P＜0.05为差异有统计学意义。对两位医生的主观评分一致性采用Weighted Kappa检验，k≤0.41为一致性差，0.42≤k≤0.77为一致性比较好，0.77≤k为一致性好。

结 果

A 组 40～60 keV 单能量图像（图 1a～1c,图 1l～1n）△CT值较B组（图2a,2b）高，差异有统计学意义（P＜0.05），A 组 70～140 keV 单能量图像（图 1d～1k,图 1o～1v）△CT 值较 B 组（图 2a,2b）低，差异有统计学意义（P＜0.05），其中 110～140 keV 图像（图1h～1k,1s～1v）明显降低，A 组 40～70 keV 单能量图像（图 1a～1d,图 1l～1o）AI值较 B 组（图 2a,2b）高，差异有统计学意义（P＜0.05），A 组 80～140 keV 单能量图像（图 1e～1k,图 1p～1v）AI值较 B 组（图 2a,2b）低，差异有统计学意义（P＜0.05），其中 100～140 keV 图像（图 1g～1k,图 1r～1v）AI值明显降低（表 1）。A组DLP和ED大于 B组 （90.22±6.31 mGy·cm 比 36.43±4.20 mGy·cm，1.52±0.15 mSv比0.62±0.34 mSv），差异有统计学意义（P＜0.05），主观读片，4分以上的图像为100～140 keV（图1g～1k）区间，两位医师的评分一致性良好（表2）。

讨 论

常规CT通常已具备较高的时间分辨率和空间分辨率［3］，能谱技术的产生，在此基础上增加了能量分辨率和理化性质分辨率，加上强大的后处理功能，可实现多参数、多种定量分析的目的。能谱CT的原理是高性能球管的电压在40～140 keV之间瞬时（0.25 s）切换，将两个数据集组合后处理，实现多参数CT成像模式，最具代表性的功能分别是：能谱曲线、定量分析基物质（如碘、钙、水等）浓度，有效原子序数、单能量CT值，常规CT扫描产生的射线并非单能量射线，对X线吸收强的物质CT值高，对X线吸收差的物质CT值低，扫描是低能量射线比高能量射线衰减更快，是穿过人体的平均能量升高，从而产生射束硬化的现象［4］，X线经过金属时会产生较高的衰减，因而数据量降低，重组后产生金属伪影，常规CT对金属伪影束手无策［5］，影响图像质量和诊断结果，能谱CT扫描时球管在高、低两个能量之间切换得到的数据经过后处理得到虚拟单能量图像，这种重组出单能量图像近似某种单能量射线引起的真实衰减［6］，可以有效减少射线的硬化伪影。有研究表明，与低keV图和常规扫描的图像比较，高keV图像噪声更低［7,8］。

去金属伪影算法（metal artifacts reduction，MAR）是一种图像的后处理方法，利用图像重组减少金属对于周围组织的影响［9］。其原理是在没有损坏的原始数据基础上，通过相应的迭代算法，把被条纹伪影损坏的数据识别出来，并给予修正，最终有效减少CT图像的金属伪影，虚拟单能量可有效减少硬化伪影，MAR算法可有效降低金属与周围组织间的条纹伪影，因此虚拟单能量图结合MAR技术，能有效降低金属伪影，提升图像质量，提高诊断效率和正确率，为客观证实单能量图像加上MAR算法是否有效，在图像上进行一些列测量，并计算出相关指标。具体方法是在图像上选取伪影区域和正常组织区域画出兴趣区，测量CT值和SD值、CT值差值伪影指数（AI）。

表1 常规扫描与40～140 keV单能量图的△CT值和AI值的比较

先天性漏斗胸（pectus excavatum，PE）又称为先天性胸廓凹陷畸形，是儿童常见的胸廓发育畸形，是胸廓畸形中最常见的类型［10］。如不及时治疗，会进行性加重，进而压迫心脏、肺，对呼吸循环功能造成影响［11］，同时也会影响发育，对儿童心理也产生负面影响。漏斗胸的治疗方法采用外科手术矫治，传统方法包括胸骨上举术、胸骨翻转术，但被临床广泛关注和使用的还是微创手术，即通过胸腔镜植入金属支架矫正漏斗胸，即Nuss术，1998年由Nuss等［12］报道，目前已经称为临床首选的术式［13］。 Park 等［14］的研究表明，先天性漏斗胸患儿大于3岁早期修复是安全且有效的，并且能避免畸形由对称性向不对称的转化。小年龄组儿童的骨质软并且肋骨较长，便于微创手术，国内文献报道［15,16］接受矫治手术的儿童集中3岁以上，钢板植入后一般2年取出，在此期间3～6个月复查CT，观察钢板位置、与周围组织间的关系。

无论医生还是家长，辐射剂量是特别重视的方面之一。早期研究显示能谱CT的辐射剂量较常规CT扫描相对略高［17］，随着技术不断更新突破，尤其是先进的迭代算法的出现，使能谱CT在获取高质量图像同时不增加辐射剂量，更多的图像信息变得更为现实［18］。有研究显示，在胸部扫描能谱CT产生的辐射剂量与常规CT扫描无明显统计学差异［19,20］。因为儿童胸部常规平扫采用100 kV的管电压，本研究发现相比较100 kV的胸部常规平扫，能谱单能量CT扫描的DLP和ED均高于常规平扫，差异有统计学意义（P＜0.05），客观分析表明，A组40～60 keV单能量图像△CT值较B组高，70～140 keV单能量图像△CT值较B组低，差异均有统计学意义（P＜0.05），其中110～140 keV 图像明显降低，A组40～70 keV单能量图像AI值较B组高，80～140 keV单能量图像AI值较B组低，差异均有统计学意义（P＜0.05），其中100～140 keV 图像 AI值明显降低，主观读片表明，100～140 keV图像大于4分，可满足临床诊断，两位医生的读片一致性良好。结合客观分析的结果，110～140 keV区间的单能量图像最适合先天性漏斗胸术后复查。

表2 常规扫描与40～140 keV单能量图的主观评分及一致性分析

图1 a)～k)40～140 keV软组织窗（窗宽400 HU，窗位40 HU）单能量MAR图，随着keV的升高，金属伪影逐步减低，支架边缘与周围软组织的关系逐步清晰，与低keV图和常规扫描的图像比较，高keV（100～140 keV）图像噪声更低，MAR算法可有效降低金属与周围组织间的条纹伪影；l)～v)40～140 keV骨窗（窗宽2000 HU，窗位350 HU）单能量MAR图，与低 keV图和常规扫描的图像比较，高keV（100～140 keV）图像可明显消除支架两端的硬化伪影 图2 a)常规100 kV软组织窗（窗宽400 HU，窗位40 HU）图像，金属支架周围噪声大，支架边缘与周围软组织界限不清；b)常规100 kV骨窗（窗宽2000 HU，窗位350 HU）图像，金属支架模糊，两端硬化伪影明显

本研究没有对单能量图和MAR算法图单独进行分析，并且仅针对漏斗胸的支架伪影研究，今后会对其他金属植入物的图像进行更广泛的研究；关于辐射剂量，通过减少扫描范围或扫描时提高迭代权重的办法降低。

综上，先天性漏斗胸金属支架植入术后的能谱CT检查，110～140 keV单能量图像结合去金属伪影算法（MAR）有效去除金属伪影，减少支架对周围组织的影响，有效降低金属支架伪影［21,22］。