同源動態(tài)能譜CT掃描在骨折金屬內(nèi)固定術(shù)后的初步應(yīng)用

顏森森　岑秀雅　羅　敏▲　張　雷.溫州醫(yī)科大學附屬第三醫(yī)院 浙江省瑞安市人民醫(yī)院放射影像科，浙江瑞安　3500；.溫州醫(yī)科大學附屬第三醫(yī)院浙江省瑞安市人民醫(yī)院骨科，浙江瑞安　3500

同源動態(tài)能譜CT掃描在骨折金屬內(nèi)固定術(shù)后的初步應(yīng)用

顏森森1岑秀雅1羅敏1▲張雷2
1.溫州醫(yī)科大學附屬第三醫(yī)院 浙江省瑞安市人民醫(yī)院放射影像科，浙江瑞安325200；2.溫州醫(yī)科大學附屬第三醫(yī)院浙江省瑞安市人民醫(yī)院骨科，浙江瑞安325200

目的探討金屬內(nèi)固定術(shù)后病例同源動態(tài)能譜CT與多層螺旋CT掃描的圖像質(zhì)量及其輻射劑量的差異，評價同源動態(tài)能譜CT在去除金屬內(nèi)固定偽影中的應(yīng)用價值。方法收集2013年4月～2014年9月80例骨折金屬內(nèi)固定術(shù)后復查患者，隨機分為能譜CT掃描組、常規(guī)CT掃描組各40例，其中均包括脊柱12例，肱骨10例，脛腓骨18例，分別使用單源64層機器行同源雙電壓動態(tài)掃描模式和多層螺旋掃描模式。其中雙能掃描程序獲得的原始數(shù)據(jù)，使用雙能量軟件中的單能譜技術(shù)（Monoenergetic）處理，獲得6組不同光子能級圖像，由兩位有經(jīng)驗的放射科主治以上醫(yī)師按照四分法對圖像質(zhì)量進行評分，對兩位醫(yī)師評分的一致性采用Kappa分析。選擇其中能譜最優(yōu)圖像組與常規(guī)組成像中的內(nèi)固定釘偽影長度進行測量對比，并行配對t檢驗分析，測量并使用容積CT劑量指數(shù)（CT dose index vo1ume，CTDIvo1），行配對t檢驗分析評價輻射劑量情況。結(jié)果40例能譜掃描圖像，主觀評價顯示單源能譜消除金屬內(nèi)固定偽影最優(yōu)為130 keV能級，能譜組130 keV和多層螺旋CT掃描組的內(nèi)固定釘偽影長度比較，顯示能譜組金屬內(nèi)固定偽影更短，差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05），能譜組與多層螺旋CT掃描組初步對照，顯示能譜組輻射劑量更小，差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05）。結(jié)論同源動態(tài)能譜CT掃描與多層螺旋CT掃描技術(shù)對照，能夠有效消除金屬偽影，顯示骨折金屬內(nèi)固定術(shù)后細微結(jié)構(gòu)更清晰，輻射劑量減少。

體層攝影術(shù)；X線計算機；單源雙能；能譜；輻射劑量

［Abstract］Objective To eva1uate the c1inica1 app1ication of sing1e source dua1-energy（SSDE）CT within the meta1 fixed imaging by comparing image qua1ity and radiation dose with conventiona1 mu1ti-s1ice spira1 CT（MSCT）.Methods 80 cases of patients after interna1 fixations with meta1 inc1uded in the study were co11ected from Apri1 2013 to September 2014，were divided into energy spectrum CT scanning group and conventiona1 CT scanning group，each group 40 cases. Each group had 12 cases of spine，10 cases of humerus，18 cases of tibiofibu1a.Homo1ogous doub1e vo1tage dynamic scanning mode and mu1ti s1ice spira1 scanning mode were underwent by the sing1e source 64 1ayer machine 1ine.The origina1 data obtained by the dua1 energy scanning program was treated by sing1e energy spectrum（Monoenergetic）of dua1 energy software，6 different photon 1eve1 images were obtained，the image qua1ity was eva1uated by two experienced radio1ogists attending the above four points，Kappa ana1ysis was used to ana1yze the consistency of the two physicians.The 1ength of the interna1 fixation nai1 artifact in the image group and the conventiona1 composition image was measured and compared，para11e1 paired t test ana1ysis，vo1ume CT dose index was measured and used to eva1uated genera1 radiation dose through para11e1 paired t test ana1ysis.Results 40 cases of sing1e source dua1-energy（SSDE）CT，images of 130 keV had the best image qua1ity artifacts，compared with conventiona1 MSCT，meta1 artifacts in energy spectrum CT scanning group was more shorter（P＜0.05）.The radiation dose of energy spectrum CT scanning group was sma11er，and the difference was statistica11y significant（P＜0.05）.Conclusion Sing1e-source dua1-energy CT scanning techno1ogy can effective1y remove meta1 artifacts，c1ear1y show the meta1 interna1 fixation of fracture fine structure.

［Key words］Tomography；X-ray computed；Sing1e source dua1-energy；Energy spectrum；Radiation dosage

金屬內(nèi)固定已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于骨折的治療，其術(shù)后可能有各種后遺癥的發(fā)生，如感染、脫位、愈合不良等，需要對骨折固定術(shù)后患者進行療效監(jiān)測和遠期隨訪。金屬會在磁共振掃描中產(chǎn)生偽影，導致周圍信號缺損，術(shù)區(qū)的骨形態(tài)、結(jié)構(gòu)及其周邊軟組織情況成為盲區(qū)，X線檢查是一種前后疊加的圖像，在金屬內(nèi)固定及骨折細節(jié)顯示上有一定困難。所以目前評估骨折金屬內(nèi)固定術(shù)后情況，以多層螺旋CT掃描方式為主。但是夏春潮［1］、賈永軍等［2］認為，多層螺旋CT成像技術(shù)產(chǎn)生的金屬內(nèi)固定植入圖像偽影大，在顯示金屬內(nèi)固定物的位置及形態(tài)的整體性較差，評價術(shù)后的細微結(jié)構(gòu)不夠精確。臨床醫(yī)生需要一種更全面、直觀的影像技術(shù)評價金屬內(nèi)固定植入術(shù)后情況。近幾年，國內(nèi)外一些研究報道中顯示，雙源能譜或?qū)毷茏VCT在消除金屬內(nèi)固定偽影有效，能清楚顯示術(shù)區(qū)骨形態(tài)、結(jié)構(gòu)及周圍軟組織情況和金屬內(nèi)固定物的結(jié)構(gòu)，有較高圖像質(zhì)量，在此基礎(chǔ)上拓展，本文討論了西門子64排同源動態(tài)能譜CT與常規(guī)多層螺旋CT在骨折金屬內(nèi)固定術(shù)后患者中圖像細節(jié)質(zhì)量的差別，并且使用容積CT劑量指數(shù)（CT dose index vo1ume，CTDIvo1），評價其在實際應(yīng)用上的輻射劑量情況及是否可常規(guī)應(yīng)用于臨床。現(xiàn)報道如下。

1　資料與方法

1.1一般資料

收集2013年4月～2014年9月本院骨折金屬內(nèi)固定術(shù)后患者80例，經(jīng)倫理學委員會批準，研究對象均知情同意并簽署知情同意書，隨機分成兩組，同源動態(tài)能譜組40例，其中男28例，女12例，年齡25～70歲，平均47.75歲，常規(guī)多層螺旋CT組40例，男24例，女16例，年齡20～72歲，平均42.6歲；兩組病例均包括脊柱12例，肱骨10例，脛腓骨18例。

1.2檢查方法

1.2.1同源動態(tài)能譜CT組 使用最新的Siemens SOMATOM Definition AS 64排能譜CT機，采用同源雙電壓（80 kVp、140 kVp）動態(tài)掃描模式，檢查范圍包括骨折術(shù)區(qū)及完整的金屬內(nèi)固定物，兩次檢查參數(shù)為：管電壓分別為80kVp、140kVp，管電流分別為165mAs、55 mAs，開啟實時動態(tài)曝光劑量調(diào)節(jié)（CARE Dose 4D），螺距1.0，S1ice 0.75 mm（128×0.6 mm），Rotation time 1.0 s，increment 0.5 mm，圖像重建算法為標準算法，采用濾波反投影（fi1tered back projection，F(xiàn)BP）重建，選用B70重建核；需要著重關(guān)注的是，兩次檢查不能移動被檢查部位。

1.2.2常規(guī)多層螺旋CT組 亦使用Siemens SOMATOM Definition AS 64排螺旋CT機，使用多層螺旋掃描方式，檢查范圍包括骨折術(shù)區(qū)及完整的金屬內(nèi)固定物，檢查參數(shù)為：管電壓120 kVp，管電流150 mAs，CARE Dose 4D技術(shù)，螺距1.0，S1ice 0.75 mm（128×0.6 mm），Rotation time 1.0 s，increment 0.5 mm，圖像重建算法為標準算法，采用濾波反投影重建。

1.3分析方法

同源動態(tài)能譜組患者檢查結(jié)束后，得到兩組計算機重組數(shù)據(jù)，即同源動態(tài)能譜組的數(shù)據(jù)（80 kVp、140 kVp），將其導入工作站，使用Dua1 Energy軟件中的單能譜成像（Monoenergetic）技術(shù)，行數(shù)據(jù)處理，即可得到范圍40～190 keV的不同能量級圖像，取40、70、100、130、160、190 keV的不同光子能量點對圖像進行金屬偽影去除，每組不同光子能量圖像均重建為層厚、層距均1.0 cm的圖像，再使用同一工作站的3D后處理軟件，對圖像進行各種重建。

對常規(guī)掃描組掃描完成獲得的圖像行重建，獲得一組層厚、層距均為1.0 cm的多層螺旋CT掃描圖像，保存并使用同一工作站的3D后處理軟件，對圖像進行各種重建。

利用最大密度投影（maxima1 intensity projection，MIP）、容積顯示（vo1ume rendering，VR）、多平面重建技術(shù)（mu1ti-p1anner reformation，MPR）等重建技術(shù)，分別對同源動態(tài)能譜組和常規(guī)螺旋CT組的不同組圖像進行后處理重建。

同源動態(tài)能譜掃描的骨折術(shù)后金屬內(nèi)固定植入患者所獲得的各組圖像均由兩名高年資的影像科主治醫(yī)師采用雙盲法對各組不同能級圖像質(zhì)量及金屬偽影去除效果進行評分，包括金屬植入物的形態(tài)、位置、偽影大小及骨折處微小細節(jié)的顯影能力，采用四分法評分，評分標準［3］如下：1分：金屬內(nèi)固定有明顯偽影，圖像無法觀察；2分：金屬內(nèi)固定偽影較多，圖像細節(jié)尚可顯示；3分：金屬內(nèi)固定有較少偽影，圖像細節(jié)顯影優(yōu)良；4分：金屬偽影不明顯，能清楚顯示圖像微小細節(jié)。兩位醫(yī)師在意見不統(tǒng)一的情況下，通過協(xié)商達成一致。

能譜圖像最優(yōu)組（130 keV）和多層螺旋CT掃描組中，選擇長度相同、植入部位相近、與橫斷位掃描大致平行的內(nèi)固定釘，根據(jù)美國材料與實驗協(xié)會（American Society of Testing Materia1s，ASTM）推薦的偽影測量方法，通過工作站的后處理軟件，在同樣的窗寬、窗位條件下測量偽影的最大長度。

1.4統(tǒng)計學分析

使用SPSS19.0統(tǒng)計學軟件對所獲得的數(shù)據(jù)行分析。使用Kappa檢驗分析兩位醫(yī)師對圖像質(zhì)量評價的一致性。其中Kappa值為0.81～1.00時，表示兩位醫(yī)師主觀評分吻合度非常強；Kappa值為0.61～0.80時，表示兩位醫(yī)師主觀評分吻合度強；Kappa值為0.41～0.60時，表示兩位醫(yī)師主觀評分吻合度一般；Kappa值≤0.4時，表示兩位醫(yī)師主觀評分吻合度差。利用配對t檢驗分析最佳能級能譜圖像和多層螺旋CT組圖像偽影有無差異，P＜0.05為差異有統(tǒng)計學意義。利用配對t檢驗分析能譜組圖像和多層螺旋CT組圖像的容積CT劑量指數(shù)（CT dose index vo1ume，CTDIvo1），評價其在實際應(yīng)用中的輻射劑量情況。

2　結(jié)果

2.1能譜組不同光子能量主觀評分

40例金屬內(nèi)固定植入患者6組不同光子能量下兩位醫(yī)師主觀評分見表1，檢驗結(jié)果顯示兩位醫(yī)師之間的一致性較強，Kappa值均＞0.85（P＜0.01），單能譜最佳圖像評分均分布在130 keV能級。見表1。

表1　不同光子能量條件下主觀評分（n）

2.2能譜組（130 keV）及常規(guī)組不同部位螺釘偽影長度比較

對不同部位金屬內(nèi)固定植入患者的能譜掃描最佳能級（130 keV）及常規(guī)多層螺旋CT掃描圖像內(nèi)固定螺釘偽影進行測量和分析。兩組患者中相同部位者，取相同長度、相近位置，并且長軸大致平行于掃描層面的螺釘，以相同窗寬窗位條件下測量其前方偽影的最大長度，不同部位偽影長度均存在顯著性差異（P＜0.05）。見表2。

表2　能譜組13O keV和常規(guī)組螺釘偽影長度比較（，mm）

表2　能譜組13O keV和常規(guī)組螺釘偽影長度比較（，mm）

組別　n 脊柱組（n=12）（釘長60 mm）肱骨組（n=10）（釘長26 mm）脛腓骨組（n=18）（釘長15 mm）能譜組（130 keV）常規(guī)組t值P值40 40 20.62±2.19 53.73±2.19 -46.45 ＜0.05 3.96±0.35 11.22±0.75 -18.83 ＜0.05 3.12±0.27 10.38±0.46 -35.72 ＜0.05

2.3能譜組（130 keV）及常規(guī)組不同部位圖片比較

圖1～3為多層螺旋CT掃描MPR重建圖像，圖4～6為同源動態(tài)能譜CT掃描130 keVMPR重建圖像，顯示同源動態(tài)能譜CT掃描技術(shù)能夠明顯消除線束硬化偽影，改善骨折金屬內(nèi)固定術(shù)后的圖像質(zhì)量，可以清晰顯示骨折金屬內(nèi)固定術(shù)后的骨折線等細微結(jié)構(gòu)，其中130 keV可以提供最佳圖像質(zhì)量，比常規(guī)多層螺旋掃描成像明顯更優(yōu)。

圖1～3　常規(guī)螺旋CT掃描MPR重建圖片，金屬內(nèi)固定偽影明顯，臨近骨折線顯示模糊不清

圖4～6　同源能譜CT掃描13OkeV（能級）MPR重建圖像，金屬內(nèi)固定偽影明顯消除，骨折細節(jié)顯影清晰

2.4常規(guī)組和能譜組容積CT劑量指數(shù)比較

容積CT劑量指數(shù)（CT dose index vo1ume，CTDI-vo1）是表征在重建層面內(nèi)輸出的平均輻射劑量的一個指數(shù)，由掃描后機器自動生成，因同源動態(tài)能譜技術(shù)是80 kVp和140 kVp兩次掃描，記錄并計算兩項CTDIvo1值之和。記錄常規(guī)螺旋CT掃描的CTDIvo1值。在不考慮體重指數(shù)等個體差異情況下，常規(guī)組和能譜組CT劑量指數(shù)比較見表3，脊柱及肱骨部位常規(guī)組容積CT劑量指數(shù)明顯大于能譜組，脛腓骨組容積CT劑量指數(shù)兩組差別不大，表明能譜CT掃描在不同部位的輻射劑量，不大于常規(guī)螺旋掃描。

表3　常規(guī)組和能譜組容積CT劑量指數(shù)比較（，mGy）

表3　常規(guī)組和能譜組容積CT劑量指數(shù)比較（，mGy）

組別　脊柱　肱骨　脛腓骨能譜組常規(guī)組t值P 6.77±0.56 17.22±2.75 13.88 ＜0.05 5.65±0.31 16.68±4.36 7.79 ＜0.05 7.27±0.59 7.80±0.91 3.09 ＞0.05

3　討論

隨著交通工具的發(fā)展，各種外傷事故頻發(fā)，骨折事件增多，骨科手術(shù)各種金屬植入物廣泛應(yīng)用，包括髓內(nèi)釘、內(nèi)固定鋼板等，術(shù)后可能的各種并發(fā)癥、后遺癥等發(fā)生率仍然較高，臨床醫(yī)生最關(guān)心的術(shù)后問題，均需要通過相關(guān)的影像學檢查得以明確。內(nèi)固定植入術(shù)后的圖像準確評價顯得越來越重要［4，5］。多層螺旋CT的問世，有著優(yōu)良的密度分辨率，在微小細節(jié)骨折改變各種征象顯示及各種三維重建技術(shù)在骨質(zhì)結(jié)構(gòu)、形態(tài)、骨折等征象的顯影上有著明顯優(yōu)勢，可以對植入金屬的位置、骨質(zhì)情況及解剖關(guān)系進行評估，對于骨質(zhì)結(jié)構(gòu)和軟組織顯示來說，都不失為一種良好的重建技術(shù)，但是金屬植入物周圍形成的線束硬化偽影，與軸位圖像一樣有明顯的金屬偽影，即使適當增加MPR的厚度，也只是使偽影略微減少［6，7］，仍然明顯影響鄰近重要結(jié)構(gòu)的觀察、評估。近年來隨著能譜CT發(fā)展，在金屬內(nèi)固定偽影消除上取得了良好的成果［8］。

常規(guī)CT圖像是由各種不同混合能量的光子而成的線束成像。經(jīng)過較高密度的物質(zhì)吸收衰減后，高能量的光子比低能量的光子被衰減吸收的少，因此穿透物體后的光子被“硬化”，從而產(chǎn)生線束硬化偽影。能譜CT成像能提供一組不同能級的單能譜圖像，成為其突出優(yōu)勢。物質(zhì)本身密度決定了單一能量水平的物質(zhì)衰減系數(shù)，能保持同一物質(zhì)的恒定衰減系數(shù)，能夠選擇性得出體現(xiàn)所謂組織特性的雙能量圖像［9，10］，從而減少線束硬化偽影的產(chǎn)生［11］。

現(xiàn)今在臨床中應(yīng)用的能譜成像技術(shù)有雙kVp成像、雙X線管技術(shù)、瞬時雙kVp技術(shù)、雙掃描技術(shù)［11］，其中單球管機器實現(xiàn)能譜成像技術(shù)包括瞬時雙kVp技術(shù)和雙掃描技術(shù)。瞬時雙kVp掃描技術(shù)，因受物理條件限制，不易實現(xiàn)自動毫安功能，不能隨意選擇管電流，研究顯示其輻射劑量較常規(guī)多層螺旋CT掃描的輻射劑量略高或相近［12，13］。本組研究采用的是雙掃描模式，其中主要缺點是由于能量時間分辨率不足引起的運動偽影，但對于骨折內(nèi)固定病例來說，由呼吸和器官蠕動等引起的偽影影響較小。本次研究中采用同源動態(tài)能譜掃描技術(shù)，即雙掃描技術(shù)，在同一次檢查中進行80 kV和140 kV兩次不同管電壓掃描，具有高達27 928次/s的采樣率，對比其他同源能譜CT 的7131次/s的采樣率，多達4倍信息量；此外還擁有40～190 keV的151個寬能級的單能譜圖像，為臨床提供了更多細節(jié)結(jié)構(gòu)的信息量；由于其掃描時采用了能譜純化技術(shù)，利用雙能后處理軟件的（Monoenergetic）單能譜重建成像技術(shù)，可以有效減少高能中無效的低能成分，消除金屬內(nèi)固定偽影，使其三維重建后的圖像能夠?qū)崿F(xiàn)真正的各向同性，利用計算機軟件行三維重建產(chǎn)生更加直觀、優(yōu)質(zhì)、多角度及多方位的重建圖像，對X線檢查圖像重疊及多層螺旋CT檢查金屬內(nèi)固定所致X線束硬化偽影的缺點進行彌補，更加清楚顯示骨折術(shù)后金屬內(nèi)固定及其周圍結(jié)構(gòu)的細節(jié)改變，有利于骨折金屬內(nèi)固定術(shù)后的療效評估［14］。此外掃描過程中使用的4D CARE Dose技術(shù)是一種劑量調(diào)節(jié)管理軟件，通過實時X線管電流的調(diào)節(jié)，有效地控制劑量［15，16］，排除體重指數(shù)等個體差異，不同部位的能譜CT掃描輻射劑量小于或接近于常規(guī)CT掃描，可以大致看出單源能譜的雙掃描并不增加輻射劑量，Mac Douga11等［17］報道過多的輻射劑量會導致癌癥幾率明顯增加，此項技術(shù)可以作為常規(guī)檢查應(yīng)用于臨床。

本研究的不足之處，首先在于該研究的樣本量較小，其次未對金屬內(nèi)固定物的材質(zhì)加以區(qū)分、比較，對不同部位的輻射劑量評估，未考慮體重指數(shù)等是否存在明顯差異，屬于粗略性的評估，可能存在誤差，希望今后能參與更多樣本的研究，有更客觀的評價標準，從而進一步研究論證結(jié)果的可靠性。另外，本研究中使用的Siemens SOMATOM Definition AS 64排CT機僅配置FBP標準算法，常規(guī)多層螺旋CT掃描的相關(guān)研究顯示，基于模型的迭代重建（VEO）和自適應(yīng)統(tǒng)計迭代重建較濾波反投影重建算法（ASiR）在保證圖像質(zhì)量的前提下，將能使CT掃描過程中的輻射劑量進一步下降［18-21］。受到目前濾波反投影算法（FBP）的局限性限制，不能進一步降低掃描劑量，否則明顯增加圖像噪聲，圖像質(zhì)量降低明顯［22］。相信隨著今后的單源能譜CT機的發(fā)展，采用更先進的算法，能更進一步降低輻射劑量。

本研究基于64排同源動態(tài)能譜CT對骨折金屬內(nèi)固定術(shù)后圖像質(zhì)量評估，隨著在各種等級醫(yī)院的使用，檢查費用低，較常規(guī)多層螺旋CT輻射劑量不增加，能明顯消除金屬內(nèi)固定的偽影，提供更高質(zhì)量的影像信息，能為更多醫(yī)院骨折術(shù)后患者提供更加直觀、方便、安全的影像評價技術(shù)，對于骨折術(shù)后金屬固定植入患者的療效監(jiān)測和遠期隨訪，提供更多更準確的信息，在骨折術(shù)后金屬內(nèi)固定植入患者中的隨訪復查中可以推廣應(yīng)用。

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Preliminary aPPlication of single-source dual-energy CT in the evaluation of metal fixation of fractures

YAN Sensen1CEN Xiuya1LUO Min1ZHANG Lei2
1.Department of Radio1ogy，the Third Affi1iated Hospita1 of Wenzhou Medica1 University（Rui'an Peop1e's Hospita1），Rui'an325200，China；2.Department of Orthopedics，the Third Affi1iated Hospita1 of Wenzhou Medica1 University （Rui'an Peop1e's Hospita1），Rui'an325200，China

R816.8

B

1673-97O1（2O16）11-OO96-O5

浙江省科技計劃項目（2015C33287）▲

2016-01-29）