能譜CT MARs技術和單能量成像對脊柱金屬內固定消減偽影的比較

尹冰心 陳興燦

許多脊柱疾病需要行手術治療，置入脊柱金屬內固定。患者的術后復查較大程度依賴CT檢查，然而CT圖像的金屬偽影對手術效果的評估有嚴重影響。過去幾十年曾經嘗試多種辦法來減除CT圖像偽影［1-3］，然而由于各種原因（如運算太過復雜等）在臨床應用中存在缺陷。能譜CT的金屬偽影消除（Multi-Artifact Reduction system，MARs）技術和單能量（Monochromatic，Mono）成像為金屬偽影的減除提供了新的可能［4-6］。射線通過金屬植入物后會產生失能現象，MARs技術將此過程中造成的低信號進行處理，從而在金屬物存在的前提下，重新計算并處理受偽影影響的圖像數據，實現消減金屬偽影的作用［7］。Mono成像是通過對掃描所得的混合能量圖像進行能量解析，從而獲得某一特定能量水平的圖像。MARs技術可以在單能量圖像的基礎上進一步降低金屬偽影，使得到的CT掃描圖像更有利于臨床診斷。本文通過對能譜CT的MARs技術與Mono成像對金屬內固定偽影消減效果進行比較，研究其對脊柱金屬內固定偽影消減的價值。

1 資料與方法

1.1 一般資料 收集第903醫院2013年6月至2014年2月間15例患者，男7例，女8例，年齡32～59歲。所有受檢者均行脊柱金屬內固定手術治療，術后復查均行能譜成像（gemstone spectral imaging，GSI）掃描，并分別采用MARs技術與Mono成像，分別記為MARs組、Mono組。手術原因包括腰椎間盤突出癥9例，脊柱側彎及椎體骨折各2例，腰椎滑移及椎體結核各1例。涉及椎體節段包括T12～S1，其中涉及2椎體節段8例、涉及3椎體節段4例、涉及4椎體節段2例、涉及6椎體節段1例。所有受檢者均使用鈦釘作為脊柱金屬內固定。

1.2 掃描方法 所有患者均使用寶石能譜CT二代（Discovery CT 750 HD）進行掃描，參數如下：管電流600mA，管電壓在0.5ms周期內完成80kVp和140kVp的瞬間切換，層厚0.625mm，準直寬度為40mm，螺距為0.984∶1，X線管旋轉速度為0.8s/r。

1.3 圖像分析 對所有患者均行GSI掃描。使用能譜分析軟件（GSI Viewer）對圖像數據進行后處理，在40～140KeV單能量值間以10KeV為間距進行處理，分別獲得應用MARs技術與應用Mono成像的11組不同能量水平圖像。量化分析［5］：在椎管處選擇感興趣區（region of interest，ROI），分別選擇偽影較重層面和無偽影層面，所選取的ROI面積為50。測量ROI區域CT值的標準差（SD），標為SD偽影、SD無偽影，并計算感興趣區的偽影指數（artifacts index，AI），

1.4 統計學分析 采用SPSS 17.0統計軟件。服從或近似服從正態分布的計量資料以（）表示，組間比較采用配對t檢驗。P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

不同單能量條件下Mono組和MARs組間分別行配對t檢驗 顯 示， 在 70KeV（t=0.048，P＞0.05）、80KeV（t=-1.726，P＞0.05）、120KeV（t=-2.032，P＞0.05）、130KeV（t=-1.579，P＞0.05）及 140KeV（t=-1.061，P＞0.05）條件下，Mono組和 MARs組間不存在統計學差異；在40～60KeV及90～110KeV條件下，Mono組和MARs組間存在統計學差異（t分別為3.865、3.399、2.940、-2.833、-2.904、-2.571，P＜0.05）；在40～60KeV 條件下，AIMono＞AI MARs，MARs組圖像質量優于Mono組；在90～110KeV條件下，AIMono＜AI MARs，Mono組圖像質量優于MARs組，見表1、圖1。

表1 不同單能量值條件下Mono組和MARs組AI值及組間比較（）

表1 不同單能量值條件下Mono組和MARs組AI值及組間比較（）

單能量值 AI t df Sig.（雙側）Mono MARs 140KeV 26.65±18.73 31.05±23.59 -1.061 15 0.302 130KeV 24.88±17.74 31.49±24.29 -1.579 15 0.131 120KeV 22.85±16.98 31.89±25.53 -2.032 15 0.056 110KeV 20.55±16.63 32.82±26.65 -2.571 15 0.019 100KeV 18.41±17.51 34.06±28.67 -2.904 15 0.009 90KeV 19.51±20.12 35.60±31.98 -2.833 15 0.011 80KeV 26.98±27.34 36.93±37.29 -1.726 15 0.101 70KeV 40.21±43.78 39.82±45.99 0.048 15 0.963 60KeV 102.25±98.11 46.76±53.61 2.940 15 0.008 50KeV 150.33±140.32 64.09±75.43 3.399 15 0.003 40KeV 234.78±218.98 102.98±103.75 3.865 15 0.001

圖1 不同能量組單能量圖像軟組織窗（a代表MARs組，b代表Mono組，1～4分別為110KeV、90KeV、60KeV、40KeV能量條件下圖像。圖像偽影于低能量條件下較多，尤其是Mono組圖像；兩組偽影在高能量條件下均相對較少，Mono組周圍軟組織顯示更佳）

3 討論

脊柱內固定術后需要復查，觀察椎體是否存在細微骨折、周圍軟組織情況及椎管內情況等，較重的金屬偽影嚴重影響CT圖像質量，給診斷工作帶來不便［4］。能譜CT的出現為此問題的解決提供了新的辦法，近年也得到了廣泛的應用。本文就CT能譜成像MARS技術和MONO成像對脊柱金屬內固定消減偽影的價值討論如下。

能譜CT主要應用MARs技術和Mono成像兩大技術來消減金屬偽影。能譜CT GIS掃描所得圖像與傳統CT所得圖像不同之處在于，其可通過算法解析成不同單能量值圖像，因此行GSI掃描時，已經應用了Mono成像，即MARs技術是在應用Mono成像的基礎上應用的，因此使用MARs技術所得圖像為Mono+MARs圖像。

本組數據顯示，在40～60KeV條件下，MARs組圖像質量優于Mono組（見圖1），然而低能量區段的圖像質量較差，不足以應用于臨床，故作者認為此能量段MARs技術的優勢不具備臨床應用價值。在90～110KeV條件下，Mono組圖像質量優于MARs組（見圖1）。因此，不需應用MARs技術，僅Mono成像即可有效去除脊柱金屬內固定偽影。本結論也與部分學者研究結果相符，周科峰等［8］認為，是否應用MARs技術，與金屬內固定的大小、性質及形狀有關，在100Kev的單能量圖像上，比較細小的鈦金屬的螺釘、支架等金屬植入物偽影能有效消除，而比較大的人工關節等植入物，則需要加用MARs技術才能有效消減金屬偽影。

本課題仍然存在不足：受檢者所使用脊柱內固定的具體信息（如釘子形狀、長度、寬度，內固定金屬含量值）等未進行分類，即未將影響失能現象產生的因素考慮在內，因此該研究結果可能會有一定的偏差，需要進一步研究進行證實。