骨去金属伪影技术对腰椎内固定术后CT图像质量影响的研究

李艳，沈倩，兰永树，戴贵东

在CT图像中，各种金属植入物（如钢板、髓内钉、金属支架）会在周围因为线束硬化而产生伪影［1］。这些伪影严重影响医师对金属植入物及其周围器官结构的观察，给临床诊治带来极大的困难，因此，金属伪影的减少或去除是获得良好图像的关键。目前已有多种校正金属伪影的方法［2－3］，但是大部分文献都是对金属伪影减少方面的关注，而对其周围组织结构是否会产生影响却缺乏研究。本研究拟通过临床病例的观察分析，对使用骨去金属伪影技术（orthopedic mental artifact reduction，O－MAR）前后的图像进行比较，探讨O－MAR技术在减少金属伪影的同时是否对金属周围组织结构产生影响。

材料与方法

1．临床资料

选取本院2017年3－9月因腰椎骨折、滑脱等病行腰椎内固定术后复查腰椎CT的患者33例，男16例，女17例，年龄27～74岁，平均51．6岁。

2．检查方法

采用Philips iCT对腰椎金属内固定患者腰椎内固定区进行扫描，扫描范围包括金属内固定器并且上下超过1个椎体，扫描方向从头端至足端。扫描参数：管电压120kV、管电流300mAs，机架旋转时间为0．75s，层厚0．67mm，螺距因子0．6，扫描野160×160 mm2，矩阵512×512。分别采用O－MAR和iDose迭代重建算法（迭代指数为3）进行图像重建。将图像传至Philips Portal后处理工作站，进行图像后处理，并进行图像质量评价。

3．图像评价

①客观评价：结合软组织窗及骨窗于椎弓根螺钉产生伪影最大的层面手动选取4个类圆形兴趣区（椎管、椎体、腰大肌、腰大肌旁脂肪），面积为50mm2，测量CT值和SD值，重复测量3次，取平均值为最终结果。测量时使用Philips Portal工作站的compare软件使O－MAR组与非O－MAR组CT图像的层面及兴趣区的位置、大小一致（图1，2）。

②主观评价：由3名放射科高年资医师对OMAR组与非O－MAR组进行图像质量评价，选择椎弓根螺钉产生伪影最大层面的软组织窗及骨窗图像上进行评价，评分不一致时，由3名医师讨论后决定。评分标准参考张沉石等［4］的标准进行。诊断信心明确（4分）：金属伪影面积极小或无伪影，周围结构（椎体、肌肉、脂肪）清晰，图像无失真；诊断信心尚可（3分）：伪影面积稍大，周围结构略模糊，图像轻度失真；诊断信心不足（2分）：伪影面积大，周围结构显示模糊，图像中度失真；无法诊断（1分）：伪影面积较大，周围结构显示不清，图像重度失真。

4．统计学分析

采用SSPS 17．0统计分析软件，计量资料以均数±标准差表示。经检验所有客观评价参数值均不符合正态分布，非O－MAR组与O－MAR组的椎管、椎体、腰大肌、腰大肌旁脂肪的CT值和SD值及主观评分均采用秩和检验，P＜0．05为差异有统计学意义。

结 果

O－MAR组椎管、脂肪的CT值大于非O－MAR组，而O－MAR组椎体、腰大肌的CT值小于非OMAR组，差异均有统计学意义（P＜0．05）。O－MAR组的椎管（Z＝－2．70，P＝0．007）、腰大肌（Z＝－4．89，P＜0．01）、脂肪（Z＝－4．28，P＜0．01）的SD值较非O－MAR组均降低，差异有统计学意义（P＜0．05），而椎体的SD值与非O－MAR组比较差异无统计学意义（Z＝－0．13，P＝0．893），见表1。O－MAR组图像较非O－MAR组图像伪影明显减少，但不同组织均有不同程度失真，O－MAR组主观评分与非OMAR组主观评分差异无统计学意义（Z＝－0．277，P＝0．782），见表2、图1。

表1 33例临床病例的不同组织的CT值、噪声值

表2 33例临床病例的图像质量的主观评分

讨 论

随着外科手术的不断改进和介入技术的迅速发展，高密度的植入物（特别是金属植入物）在临床得到广泛应用，其作用得到医务工作者的一致认同和患者的高度认可。椎弓根螺钉内固定术后通常需要通过影像检查来对手术疗效进行评价，CT检查是最常用的术后影像评价手段之一［5－6］，但是这些高密度的螺钉在CT图像上容易产生线束硬化伪影，影响螺钉本身及周围组织结构的观察，从而降低了CT图像的质量并严重影响手术疗效的评价。为此很多CT生产厂家都也在不断改进和完善CT设备及CT技术，目前CT图像去除伪影主要的方法有双能CT、双源CT及能谱CT等［7－9］，但是以上方法会重复扫描或者同时进行两次不同能量扫描，虽然去除金属伪影效果显著，但也会造成患者所受辐射剂量明显增加。本文中的O－MAR技术是一个重建后处理技术，它通过多次迭代运算采用投影数据的修正来消除金属伪影，不会增加扫描的辐射剂量。O－MAR适合骨科大型金属植入物［10］，如本研究中的椎体内固定术使用的螺钉。

图1 男，42岁，因L4／5椎间盘左侧旁中央型巨大突出而行经腰椎后路椎管减压融合术。a）非O－MAR组椎弓根层面软组织窗图像；b）非OMAR组同一层面骨窗图像；c）O－MAR组椎弓根层面软组织窗图像；d）O－MAR组同一层面骨窗图像。O－MAR组较非O－MAR组伪影明显减少，但是图像失真明显，如软组织界限欠清、脂肪组织模糊（图c箭），骨组织缺失（图d箭）。

刘颖等［11］研究表明O－MAR技术使用后的CT图像金属伪影范围减小明显、伪影密度减低，图像噪声显著降低，所测得的软组织CT值更接近于真实值，更有利于术后观察。高思喆等［12］研究认为O－MAR应用于颅内动脉瘤术后时均可以不同程度去除伪影，使周围组织显示得更清楚。在本研究中通过评价腰椎内固定术后O－MAR组与非O－MAR组的主观评分及客观评分，并且主观评价中充分考虑周围不同组织结构，结果显示O－MAR组的不同组织（除椎体）的SD值均小于非O－MAR，说明了O－MAR技术对不同组织均有降低噪声的效果，而且伪影明显减少，这与刘颖等、高思喆等人的研究相似，但并不完全一致，本文的主观评分没有差异，可能原因是O－MAR虽然会减少图像伪影，但是却造成组织结构模糊、骨组织的缺失（图1），拉低了主观评分，降低了图像质量，使得图像失真，这与张沉石等［4］的研究相符，其原因可能是O－MAR算法进行金属与组织分类之后，组织的CT值是模拟组织代替金属伪影的插值数据，这会使各组织重建后细节失真、分界不清，如肌肉、脂肪组织的模糊、骨组织的缺失等。也可能是以上研究着重关注伪影减少，却忽略了各种组织在图像中的显示情况，或者是不同部位的软组织分布及种类不一致，导致使用O－MAR后影响也不同。而且本研究在主观评分时还发现伪影不能完全去除，残余伪影主要在高密度伪影与软组织的交界区，Li等［13］研究报道伪影的残留原因可能是金属、组织分类识别和移除的过程可能不完善，使得交界区的数据插值错误，也可能是金属植入物造成的X线散射和线束硬化通过重建过程影响图像质量，使得周围组织结构重建后失真。所以在临床的诊断和治疗过程中，医生应该结合非O－MAR原始图像的使用，方能最大限度地减少误诊和误治。

综上所述，O－MAR可以明显减少伪影的同时也会对周围的组织产生影响，导致图像失真。因此认为在诊断时应该同时观看非O－MAR的图像才能减少误判。