O-MAR技術在頭頸CT檢查中去除口腔內金屬偽影的應用評估

溫齊平，張濱，潘俊，樊文鑫，哈婷婷，常天靜

北京大學首鋼醫院 影像科，北京100144

O-MAR技術在頭頸CT檢查中去除口腔內金屬偽影的應用評估

溫齊平，張濱，潘俊，樊文鑫，哈婷婷，常天靜

北京大學首鋼醫院 影像科，北京100144

目的探討金屬偽影去除技術（Orthopedic Metal Artifact Reduction，O-MAR）在頭頸CT檢查中去除口腔內金屬偽影的效果。方法 按照入選條件選取2014年1月～12月間在我院行頭頸CT血管造影（Computed Tomographic Angiography，CTA）檢查同時口腔內含有鈦金屬補牙材料植入物的患者65例，掃描后對圖像分別進行O-MAR技術重建（A組）與常規技術重建（B組）。以雙側咬肌作為感興趣區（Region-of-Interest，ROI），比較兩組ROI的CT值標準差（Standard Deviation，SD），并對圖像質量進行主觀評分。采用配對t檢驗比較兩組SD值；圖像質量評分的比較采用配對資料的秩和檢驗和χ2檢驗。結果兩位醫師對兩組圖像質量評分結果：同側咬肌（z=-6.06，P＜0.05）；對側咬肌（z=-4.79，P＜0.05），差異具有統計學意義。且評分結果A組平均分較B組高（χ2=34.03，P＜0.05），差異具有統計學意義；A、B兩組圖像測得的SD值結果：同側咬肌（t=-9.34，P＜0.05），對側咬肌（t=-4.06，P＜0.05），差異具有統計學意義；A組雙側咬肌測得的SD值結果（t=1.48，P＞0.05）差異沒有統計學意義，B組雙側咬肌測得的SD值結果（t=5.38，P＜0.05）差異具有統計學意義。結論O-MAR能有效減少高原子序數偽影對圖像質量的影響，為臨床診斷提供有價值的診斷信息。

金屬偽影去除技術；迭代算法；CT血管造影；頸動脈疾病；咬肌

引言

目前，金屬植入術已經被廣泛地應用于臨床，當CT掃描部位存在金屬植入物時，圖像通常伴隨大量放射狀偽影，影響診斷的準確性。常規的CT圖像無法克服金屬及高原子序數植入物如齒科金屬填充物等引起的偽影[1]。

傳統方式通過升高管電壓來降低金屬偽影對于圖像的影響，但效果并不令人滿意，同時又增加了受檢者的輻射劑量。近年來，隨著掃描技術以及后處理重建技術的發展，從插值算法到能量減影成像，雖然取得了一定程度的進步，但仍然存在一定的局限性[2-5]。本研究應用CT去金屬偽影技術（Orthopedic Metal Artifact Reduction，O-MAR）與傳統重建比較金屬植入物對CT圖像質量的差別。同時結合圖像迭代重建技術-iDose4，評價應用O-MAR技術對于圖像質量的影響。

1 資料與方法

1.1 臨床資料

選取2014年1月～2014年12月期間在我院行頭頸部CT血管造影（Computed Tomographic Angiography，CTA）檢查的患者65例，其中男性34例，女性31例，平均年齡（62.58±6.23）歲。入選標準如下：① 臨床懷疑頭頸部動脈疾病患者；② 檢查前口腔內含有金屬假牙或牙內填充物；③ 檢查前所有患者接受血清肌酐及腎小球濾過率水平測試；排除標準如下：① 腎功能衰竭（eGFR＜60 mL/ min/1.73 m2）；② 造影劑過敏史；③ 雙側均含有金屬填充物的患者；④ 患者配合不佳，圖像運動偽影顯著。

1.2 造影劑注射、掃描方法及參數

采用128 iCT（Philips）進行頭頸部CTA檢查，采用雙流團注法，300 mg（I）/mL碘海醇45 mL+鹽水30 mL，注射速率5.0 mL/s。

感興趣區（Region-of-Interest，ROI）放在降主動脈上，CT值達到110 HU時自動觸發掃描，掃描范圍從主動脈弓到顱頂。管電壓100 kV，管電流100～300 mAs，應用球管電流實時動態調節技術（Dose Right），根據患者身體厚度自動控制輻射劑量。劑量噪聲指數（Dose Right Index，DRI）頸部區域設定為23，頭部區域DRI為25。Pitch 1.015，探測器選擇64×0.625，FOV 250 mm，管球旋轉一周0.5 s，重建算法選Standard B。

1.3 圖像重建方法

使用O-MAR迭代重建技術（A組）與常規重建技術（B組）對65例患者掃描圖像分別進行重建。具體參數如下：iDose4Level（5），軸位層厚0.9 mm，層間距0.45 mm（窗位40 HU，窗寬350 HU），矩陣512×512。

1.4 圖像處理及分析方法

同屏同層面顯示A、B兩組數據的軸位圖像，分別找到受金屬植入物影響最嚴重的層面截圖，上傳至閱片系統備用。主觀評價：兩名具有診斷經驗的醫師參照一定標準對兩組圖像中的雙側咬肌進行評分，并記錄所有評分結果。如遇意見分歧，由兩位醫師共同確定最終評分結果，根據條紋偽影的程度、圖像的銳利度、紋理的自然程度和口腔的結構顯示情況[6]進行綜合評分。評分標準：0分（見圖1a）。金屬植入物周邊放射狀偽影重，圖像銳利度差，紋理不自然，影響口腔結構及周圍組織的觀察；1分（見圖1b）。金屬植入物周邊放射狀偽影較重，圖像銳利度較差，紋理不自然，口腔結構及周圍組織的觀察欠清晰；2分（見圖1c）。金屬植入物周邊放射狀偽影尚可，圖像銳利度較好，紋理較自然，口腔內結構顯示正常，周圍組織尚可分辨；3分（見圖1d）。金屬植入物周邊無放射狀偽影，圖像銳利度良好，紋理自然，口腔內結構清晰顯示，周圍組織清晰分辨。

圖1 四種分值圖像對比

客觀評價：根據美國材料與試驗協會推薦的偽影測量方法進行測量和分析。在金屬偽影植入物同側及對側分別勾畫感興趣區域，測定ROI SD值。ROI位置的選取原則為：軸位圖像上，金屬植入物同側咬肌上選取受金屬偽影影響比較嚴重的區域，對側選取偽影影響較小的區域。ROI面積選（30.46±0.5）mm2，并分別記錄A、B兩組的SD值。

1.5 統計學方法

使用SPSS 16.0統計學軟件進行分析，評分結果的比較采用配對設計的秩和檢驗和χ2檢驗，SD值的比較采用配對t檢驗，P＜0.05時認為差異具有統計學意義。

2 結果

兩位醫師對A、B兩組圖像噪聲的主觀評分及統計分析結果，見表1。

表1 A、B兩組圖像同側與對側咬肌噪聲的評分統計分析結果 (例)

A組患者圖像質量評分的平均分為（2.35±0.43）較B組平均分（1.28±0.31）高，差異具有統計學意義（χ2=34.03，P＜0.05)。

2.1 兩種不同的重建方式，雙側咬肌SD值的差別

A組同側咬肌SD值（11.26±4.25）明顯低于B組（18.26±6.97），t=-9.34，P＜0.05，差異具有統計學意義（圖2a同側咬肌與圖2b同側咬肌對比）。A組對側咬肌SD值（11.47±2.98）明顯低于B組（13.23±4.15），t=-4.06，P＜0.05，差異具有統計學意義（圖2a對側咬肌與圖2b對側咬肌對比）。

2.2 同一種重建方式雙側咬肌SD值的差別

A組同側咬肌SD值（11.26±4.25）與對側咬肌SD值（11.47±2.98）的差異沒有統計學意義（t=1.48，P=0.15，＞0.05），可以認為A組雙側咬肌SD值相同，圖像信噪比相同。說明受金屬偽影影響較大的同側咬肌經O-MAR重建后有效果（圖2a，A組雙側咬肌對比）。B組同側咬肌（18.26±6.97）與對側咬肌SD值（11.47±2.98）的差異具有統計學意義（t=5.38，P=0.00，＜0.05），說明未經O-MAR重建的圖像雙側咬肌信噪比不同，信噪比是有差別的（圖2b，B組雙側咬肌對比）。

圖2 OMAR重建的（A組）與普通重建的（B組）圖像雙側SD值比較

3 討論

CT圖像的偽影是指各種不同類型的干擾在圖像中的體現，主要來源于兩大類：① 來自于CT機本身的技術原因；② 來自于被掃描的物體或人。后者包括運動偽影和金屬偽影[7]。金屬偽影主要包括：射束硬化、光子饑餓效應。這類偽影嚴重降低了圖像質量，影響了臨近結構的顯示與觀察[8]，給影像診斷帶來困難，甚至導致無法診斷。

減少金屬偽影的方法有物理前置過濾、水校正、雙能量掃描等，也有許多不同的后處理算法來校正這些金屬帶來的偽影[9-12]。如能量成像技術是相對高級的重建技術，可以減輕射線硬化偽影，但是對于光子饑餓產生的條索狀偽影卻無能為力[13]。

口腔植入物造成的偽影直接影響了雙側咬肌及周圍軟組織的觀察，本研究通過測量A、B兩組雙側咬肌的SD值來客觀判斷去除偽影的效果，同時采用主觀評分來評估兩組圖像的質量，以此來衡量O-MAR重建技術的優劣。結果顯示O-MAR重建技術有效果，可以提高同側咬肌周圍組織的信噪比并可以顯著減少金屬植入物造成的偽影，使關鍵結構可視化[14]。本研究使用常規技術重建的圖像（B組），植入物中心向四周的放射狀偽影嚴重，植入物中心及周圍的軟組織缺失，形成黑色團塊狀偽影，掩蓋了周圍的組織，影響臨床醫師對病變的觀察與判斷。使用O-MAR技術重建后的圖像（A組），植入物中心向四周的放射狀偽影變淡，且植入物中心及周圍缺失的組織被填充，能夠清晰顯示雙側的咬肌，盡管O-MAR沒有完全消除金屬偽影，但它能夠減少這些偽影對CT圖像的影響，并且能夠顯著增加圖像的信噪比，為臨床提供更多的診斷信息。主觀與客觀評價結果均充分說明O-MAR重建技術去除金屬偽影有效，且圖像質量普遍提高。

本研究使用的O-MAR重建技術是基于迭代算法的重建技術，在不增加輻射劑量的前提下實現更加優秀的去金屬偽影成像。O-MAR技術實施的關鍵在于，首先進行組織分離，將原始圖像分離出全部的金屬像素，其余組織的像素均設置為零；再通過反復對比迭代運算，將金屬及高原子序數造成的偽影數據從原始數據中剔除，并開始O-MAR的迭代循環，直至圖像里沒有出現較大簇的金屬像素，最終得到滿意的重建圖像[15]。

O-MAR的圖像不是直接來自于原始非校正圖像，而是將金屬數據從正弦投影中識別并完全移除而得到的。O-MAR技術對圖像的迭代重建是只針對圖像中的金屬像素而不會影響非金屬圖像[16]。O-MAR技術具備以下優勢：① 可以同時減輕條索狀偽影和硬化偽影；② 可以全FOV成像，解決能量成像技術因為患者體型大或擺位不正無法去除金屬偽影的問題；③ 不會增加患者接受的輻射劑量，同時保持較高的對比度；④ 是第一個用迭代重建的處理方法，其重建速度能夠滿足臨床應用。

本研究重點關注評價各組圖像之間的圖像質量，而沒有關注診斷準確性的評估，所以具有一定的局限性；其次，用ROI的SD值作為評價圖像噪聲指標，已廣泛用于圖像質量的評估（一般來說，降低圖像噪聲意味著更好的圖像質量），但不能排除定量參數可能并沒有真正衡量圖像的質量。在目前的研究中，O-MAR重建技術可以減少金屬植入物引起的圖像噪聲，經O-MAR重建技術修正后的圖像比未修正的圖像更為合理。然而，O-MAR圖像沒有參考標準（如核磁共振、手術）。因此，可能需要進一步臨床研究證明O-MAR圖像描述的準確性。

4 結論

O-MAR技術能夠有效的抑制噪聲和金屬偽影對圖像的影響，使金屬植入物周圍的組織結構能夠清晰顯示，因此能有效地減少金屬偽影對圖像質量的影響，為臨床診斷提供有價值的診斷信息。

[1] Kalender WA,Hebel R,Ebersberger J.Reduction of CT artifacts caused by metallic implants[J].Radiology,1987,164:576-577.

[2] Tohnak S,Mehnert AJ,Mahoney M,et al.Dental CT metal artefact reduction based on sequential substitution[J].Dentomaxillofac Rad, 2011,40:184-190.

[3] LemmensC,Faul D,Nuyts J.Suppression of metal artifacts in CT using a reconstruction procedure that combines MAP and projection completion[J].IEEE Trans Med Imaging,2009,28:250-260.

[4] 侯代倫,孫小麗,王仁貴,等.迭代重建算法在頭頸部CT血管成像中的臨床應用價值[J].實用放射學雜志,2014,30(12):2065-2067.

[5] 汪芳,楊利莉,哈若水,等.迭代重建技術在CT頸動脈入顱底段CT血管成像中的作用[J].中華放射學雜志,2013,47(11):975-979.

[6] 薛龍梅,宮亞琳,張志遠.寶石能譜CT在去金屬偽影技術最佳單能量的再研究[J].實用醫學雜志,2015,31(4):586-589.

[7] 毛錫金,夏吉凱,曹新山.雙源CT單能譜成像技術在腰椎峽部裂術后去金屬內固定偽影的應用[J].實用放射學雜志,2014, 30(4):641-644.

[8] 潘自兵,趙凱,海錄,等.能譜CT成像技術在減除金屬植入物偽影方面的應用價值[J].實用放射學雜志,2015,31(6):1014-1017.

[9] 李慶亮,閆鑌,孫宏勝,等.X-CT 金屬偽影校正方法綜述[J].CT理論與應用研究,2011,20(1):131-140.

[10] Bamberg F,Dierks A,Nikolaou K,et al.Metal artifact reduction by dual energy computed tomography using monoenergetic extrapolation[J].Eur Radiol,2011,21:1424-1429.

[11] Mahnken AH,Raupach R,Wildberger JE,et al.A new algorithm for metal artifact reduction in computed tomography: in vitro and in vivo evaluation after total hip replacement[J].Invest Radiol, 2003,38:769-775.

[12] Glover GH,Pelc NJ.An algorithm for the reduction of metal clip artifacts in reconstructions[J].Med Phys,1981,8:799-807.

[13] 惠萍,王新江,崔志鵬,等.CT能譜成像在消除金屬移植物偽影中的應用價值[J].中華放射學雜志,2011,45(8):740-742.

[14] Hilgers G,Nuver T,Minken A.The CT number accuracy of a novel commercial metal artifact reduction algorithm for large orthopedic implants[J].Appl Clin Med Phys,2014,15(1):4597.

[15] Philips Healthcare.Metal Artifact Reduction for Orthopedic Implants (O-MAR)[EB/OL].(2012-01-08)[2016-05-04].http:// clinical.netforum.healthcare.philips.com/us_en/Explore/White-Papers/CT/Metal-Artifact-Reduction-for-Orthopedic-Implants-(O-MAR).

[16] 李曉莉,馮衛華,董誠,等.CT能譜成像技術減除金屬植入物偽影的定量實驗研究[J].中華放射學雜志,2011,45(8):736-739.

本文編輯 聶孝楠

Application Evaluation of Orthopedic Metal Artifact Reduction Technique in Reducing Dental Metallic Artifacts in Head and Neck CT Examination

WEN Qi-ping, ZHANG Bin, PAN Jun, FAN Wen-xin,
HA Ting-ting, CHANG Tian-jing Department of Radiology, Peking University Shougang Hospital, Beijing 100144, China

ObjectiveTo explore the effect of Orthopedic Metal Artifact Reduction (O-MAR) technique in reducing dental metallic artifacts in head and neck CT examination. Methods 65 patients with dental titanium prosthesis were conducted head and neck CT angiography scan. The patients were selected from Jan. to Dec. in 2014 of our hospital. The images were reconstructed by two different algorithms of O-MAR technique (group A) and traditional technique (group B). The regions of interest were placed in bilateral masseter muscles. Two groups’ standard deviation of the regions of interest was measured with paired t-test and image quality was subjectively scored. The image quality scores and demonstration of the oral cavity were conducted between two doctors, and analyzed with rank sum test and χ2test.ResultsThe results of two doctors’ image quality scores are: ipsilateral masseter (z=-6.06, P＜0.05); contralateral masseter (z=-4.79, P＜0.05), the difference is statistically significant. Image quality score in group A is higher than that of group B (χ2=34.03, P＜0.05), the difference is statistically significant; The standard deviation results are ipsilateral masseter (t=-9.34, P＜0.05) and contralateral masseter (t=-4.06, P＜0.05), the difference is statistically significant. There is no significant difference of bilateral masseter standard deviation in group A (t=1.48, P＞0.05), while the difference of bilateral masseter standard deviation in group B (t=5.38, P＜0.05) is statistically significant.ConclusionO-MAR technique is superior in decreasing the effect of high atomic number artifacts on image quality, and provides valuable information for clinical diagnosis.

orthopedic metal artifact reduction technique; iterative algorithm; CT angiography; carotid artery disease; masseter muscle

R814.42

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2017.01.012

1674-1633(2017)01-0050-04

2016-05-04

張濱，主任醫師，主要研究方向為CT診斷。

通訊作者郵箱：zhangbin-m@126.com