能谱CT去金属伪影(MAR)技术用于减低单髋关节置换物伪影

李 杰，袁 源，王春杰，袁慧书

(北京大学第三医院放射科，北京 100191)

近年来，随着髋关节置换术的应用增多，术后并发症亦增加，常见并发症包括术后感染、假体松动移位、周围骨质溶骨性病变及骨折等。影像学检查是发现和诊断相关并发症的主要办法，然而伪影对于常规CT观察置换物周围骨质、软组织以及盆腔结构存在一定影响。常见CT伪影主要由线束硬化和光子饥饿形成[1]。去金属伪影(metal artifacts reduction, MAR)技术能有效减低金属线圈、脊柱内固定物及关节置换物伪影，提高解剖结构清晰度[2-5]。本研究对33例单侧髋关节置换术后患者行能谱CT检查，观察不同keV条件下MAR技术减低置换物伪影的效果。

1 资料与方法

1.1 一般资料 收集2019年4月—11月33例于北京大学第三医院接受能谱CT平扫的单侧髋关节置换术后患者，男16例，女17例，年龄53～80岁，平均(63.2±7.9)岁。本研究经院医学伦理委员会批准[批准号：(2019)医伦审第(421-02)号]，检查前患者均签署知情同意书。

1.2 仪器与方法 采用GE Revolution CT仪，容积扫描模式, 扫描范围自骨盆中部至髋关节假体下端，管电压80/140 kVp瞬时切换，管电流为Smart mA模式，准直器宽度64×0.625 mm，螺距0.516，转速0.5 s/r。将原始数据导入GE工作站进行后处理，重建层厚2 mm，生成能量70～140 keV(间隔10 keV)MAR和非MAR图像各8组，骨窗图像设置为窗宽2 500 HU及窗位600 HU，软组织窗为窗宽350 HU及窗位40 HU。同时重建三维图像。

1.3 图像分析

1.3.2 主观评价 由1名具有3年以上骨骼肌肉影像学诊断经验的主治医师以Likert 5分量表法[7]评价图像质量，分别对骨质结构、假体周围肌肉组织和盆腔器官显影进行评分：5分，伪影极少或无伪影，可明确诊断；4分，出现轻度伪影但不影响诊断；3分，出现中度伪影，尚能做出诊断；2分，出现严重伪影，难以做出诊断；1分，出现严重伪影，无法诊断。以评分≥3分为有助于临床诊断。

1.4 统计学分析 采用SPSS 24.0统计分析软件。计量资料以±s表示。绘制非MAR图像不同区域AI值随能级变化的变化曲线，选取70～140 keV非MAR图像中评分较高的1组单能量图像进行统计分析，采用单因素方差分析比较伪影较少的非MAR单能量图像及70～140 keV MAR图像的差异，两两比较采用LSD法。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 非MAR图像AI及主观评分 非MAR图像上股骨头颈交界区关节前方、外侧肌肉组织及膀胱AI值随keV增加而呈先下降后稍上升的趋势，而关节后方肌肉组织和髋臼AI值随keV增加呈递减趋势，70～110 keV图像中二者AI值下降均较快，在110～140 keV水平趋于平缓，见图1。

图1 非MAR组图像中髋关节不同部位AI值随能级变化趋势

在高能量水平条件下，非MAR图像骨质结构显影评分增加，而关节周围软组织和盆腔结构出现条片状高密度伪影，评分呈减低趋势，见表1及图2。综合不同能级水平AI值的变化及主观评分，以能量110 keV水平非MAR图像为伪影较少的图像，对其进行统计分析。

表1 不同能级条件下MAR和非MAR图像主观评分结果(±s)

表1 不同能级条件下MAR和非MAR图像主观评分结果(±s)

能级(keV)周围软组织显影非MARMAR盆腔显影非MARMAR骨质结构显影非MARMAR701.06±0.242.94±0.341.85±0.364.15±0.611.85±0.364.85±0.36801.39±0.493.03±0.302.00±0.254.48±0.562.15±0.364.86±0.35901.97±0.173.33±0.532.79±0.414.76±0.432.81±0.394.94±0.231002.48±0.563.79±0.482.85±0.434.91±0.293.12±0.484.97±0.171102.82±0.393.94±0.422.97±0.524.97±0.173.64±0.595.00±01202.74±0.404.12±0.412.92±0.494.97±0.174.06±0.695.00±01302.29±0.374.45±0.502.67±0.445.00±04.57±0.785.00±01402.15±0.384.55±0.502.55±0.475.00±04.70±0.765.00±0

2.2 110 keV非MAR图像及不同能级MAR图像AI值比较 单因素方差分析结果显示，图像中股骨头颈交界区前方、后方、外侧肌肉组织、髋臼及膀胱AI值总体差异均有统计学意义(F=13.31、9.93、13.70、17.01、12.11，P均<0.01)，MAR图像伪影明显减少，见图2。两两比较显示，70～140 keV水平MAR图像中关节前方、外侧肌肉组织和膀胱AI值均低于110 keV非MAR图像(P均<0.05)，110～140 keV水平MAR图像中，后方肌肉组织和100～140 keV水平MAR图像髋臼处AI值均低于110 keV非MAR图像(P均<0.05)；相比70 keV及80 keV水平MAR图像，高keV水平MAR图像不同区域AI值减低(P均<0.05)，其余不同能量MAR图像AI值差异无统计学意义(P均>0.05)，见图3。图4示1例MRA图像伪影明显减少，三维重建图像清晰显示假体下端移位。

图2 患者男，46岁，股骨头缺血坏死右髋关节置换术后 A～D.分别为80、100、120、140 keV条件下非MAR图像；E～H.分别为80、100、120、140 keV条件下MAR图像

图3 110 keV非MAR图像与不同能量MAR图像AI值比较 A～E.分别为股骨头颈交界区前方、后方、外侧肌肉组织及髋臼、膀胱 *：与110 keV非MAR图像比较，P<0.05；#：与70 keV MAR图像比较，P<0.05；&：与80 keV MAR图像比较，P<0.05

图4 患者女，77岁，右髋关节置换术后 A、B.分别为110 keV非MAR图像及三维重建图像；C、D.110 keV MAR图像(C)和三维重建图像(D)显示伪影明显减少，假体下端移位

2.3 110 keV非MAR图像及不同能级MAR图像的SNR比较 单因素方差分析结果显示，股骨头颈交界区前方、后方肌肉组织、髋臼及膀胱SNR总体差异无统计学意义(F=0.95、0.84、1.13、0.07，P均>0.05)，外侧肌肉组织SNR总体差异有统计学意义(F=2.83，P=0.01)。两两比较显示，110～140 keV MAR图像外侧方肌肉组织SNR高于110 keV非MAR图像(P均<0.05)，其余各图像SNR值差异无统计学意义(P均>0.05)，见图5。

图5 110 keV非MAR图像与不同能量MAR图像SNR值比较 A～E.分别为股骨头颈交界区前方、后方、外侧肌肉组织及髋臼、膀胱 *：与110 keV非MAR组比较，P<0.05

3 讨论

能谱CT支持高(140 kVp)和低(80 kVp)瞬时电压切换，获取40～140 keV共101个单能量图像，通过优化图像质量和选择最佳单能量图像，可有效减低金属物所致硬化伪影[3,8]。本研究结果显示，随能级递增，非MAR图像伪影减少，但在高keV水平置换物周围软组织出现高密度伪影，即仅用单能量成像无法有效减低金属伪影。70 keV图像质量接近常规120 kVp混合能量图像，本研究以之作为分析图像的能级起点，比较70～140 keV MAR图像与110 keV非MAR图像客观评价及主观评分，发现MAR图像的AI值减低、SNR值增加，主观评分亦增加，尤其置换物周围软组织伪影明显减少，肌肉及肌间隙显影清晰，提示MAR技术能有效减少髋关节置换物伪影[8-9]。本组1例MRA图像伪影明显减少，三维重建图像清晰显示假体下端移位，提示MRA技术有助于检出术后并发症。

本研究结果显示高keV水平MAR图像不同区域AI值较70 keV或80 keV水平MAR图像减低，而高keV水平MAR图像AI值差异无统计学意义，不同能级MAR图像SNR差异无统计学意义，提示MAR技术减低单髋关节置换物伪影的keV范围较大，可避免高keV导致软组织对比度下降[10]。HAN等[11]认为MAR技术在减低金属伪影的同时亦会引入新伪影，可使盆腔脏器显示模糊不清。本研究发现单侧髋关节置换物伪影主要影响显示同侧盆腔组织，采用MAR技术后图像伪影明显减少，并未出现新伪影；且高于80 keV条件时MAR图像置换物周围软组织、盆腔结构显影及骨质结构显影的主观评分均≥3分，髋臼与假体股骨头间隙及关节软组织显影清晰，有助于临床诊疗。

本研究的主要局限性：①样本量有限；②仅对股骨头颈交界处图像进行客观评价，而未评价髋臼和股骨干；③仅关注髋关节置换物周围软组织和骨质显影情况，未评价其诊断效能；④MAR技术减低金属物伪影的效果可能受金属材质影响，有待进一步探讨。

综上所述，MAR技术可有效减少单侧髋关节置换物伪影，提高解剖结构清晰度，有助于临床诊疗。