應用骨科植入物金屬偽影減少術去除碘對比劑硬化偽影的可行性分析

朱維聰 王彬 曾慧蕓 范林

臨床上胸部疾病最重要的影像學檢查手段是CT胸部掃描，對良惡性腫瘤鑒別及縱隔病變、大血管病變則需平掃后行增強掃描。依據解剖結構，右頭臂靜脈走行短而直，無重要血管鄰近，變異和因吸氣引起的生理性狹窄均少見，而左頭臂靜脈走行較長，跨越主動脈弓及其三個屬支，吸氣后屏氣可產生生理性狹窄且左頭臂靜脈變異常見，因此，胸部CT增強掃描靜脈通路首選右側上肢注射對比劑[1～4]。在快速團注高濃度碘對比劑時，大量對比劑通過并短暫積聚在腋靜脈、鎖骨下靜脈及頭臂靜脈中，常產生明顯的對比劑硬化偽影，影響對斷層結構的判斷，使圖像質量下降，嚴重時可造成漏診或誤診[5]，且選擇左上肢靜脈注射造影劑時偽影往往更加明顯。對于非能譜CT設備而言，高管電壓掃描可在一定程度上減少硬化偽影[6]，但作用有限且輻射劑量明顯增加。本研究探討應用骨科植入物金屬偽影減少術（Metal artifact reduction for orthopedic implants，O-MAR）去除胸部CT增強掃描中患者腋靜脈和鎖骨下靜脈對比劑偽影的可行性。

1 材料與方法

1.1 臨床資料 選擇2021年6～7月在我院擬行胸部CT增強掃描的患者26例，其中男14例，女12例，年齡34～84歲，平均（58.12±13.39）歲。本研究通過我院倫理委員會批準，所有受檢患者均簽署知情同意書。

1.2 掃描方案 采用飛利浦128排256層螺旋CT（Philips Brilliance iCT）掃描儀掃描。患者取仰臥位，雙臂上舉過頭頂，同時上臂長軸基本呈平行狀，掃描范圍自肺尖至肺底。參數設置：準直寬度128mm×0.625mm；層厚3mm；管電壓120kV；管電流采用固定噪聲指數（Noise index，NI）為20的自動管電流調制技術，管電流最大350mAs（開啟Z-Modulation和3D-Modulation模式）；矩陣512×512；螺距0.763；球管轉速0.33r/s；同時應用iDose4技術，迭代等級Level選3。采用高壓注射器團注對比劑（碘佛醇，320mgI/ml），對比劑總量80ml，注射流率3.5ml/s，注射對比劑后20s行動脈期掃描。在胸部增強掃描參數中勾選O-MAR選項，單次掃描可同時得到O-MAR技術處理前后2組圖像數據。由同一技師進行掃描操作，掃描所得圖像于后處理工作站留存。

1.3 圖像質量評價

1.3.1 圖像主觀評價 將圖像傳輸至后處理工作站，隱藏掃描參數信息。統一窗寬和窗位，軟組織窗窗寬360HU、窗位60HU。由兩名高級職稱放射醫師對O-MAR技術處理前后2組圖像分別進行主觀質量評分，評價標準為：0分，偽影很重，鄰近組織結構無法辨認，不能診斷；1分，偽影較重，鄰近組織大體結構尚能顯示，圖像尚能觀察，但診斷比較困難；2分，偽影較少，鄰近組織顯示欠清晰，圖像質量欠佳，但基本可以診斷；3分，偽影很少，鄰近組織顯示尚清晰，圖像質量較好，可以診斷；4分，無偽影，鄰近組織顯示清晰，圖像質量好，可以明確診斷。兩名醫師意見不統一時通過討論取得一致意見。

1.3.2 圖像客觀評價 在O-MAR技術處理前后受高濃度造影劑所致偽影影響最嚴重的橫斷層面上，選取3個感興趣區（ROI）分別進行CT值、SD值測量，見圖1。其中，ROI1位于注射對比劑側受高密度偽影影響的胸小?。ɑ蛐卮蠹。┨?，測量值記作CT1、SD1；ROI2位于注射對比劑側受低密度偽影影響的組織處，測量值記作CT2、SD2；ROI3位于同層面對側胸大肌（或胸小?。┨?，測量值記作CT3、SD3；測量時兩組圖像感興趣區的位置和大小盡量一致，ROI平均面積為15～80mm2。選取O-MAR技術處理前圖像低密度偽影最顯著層面測量其偽影長度，并于O-MAR技術處理后相同層面測量該組圖像的偽影長度，偽影長度以其最長長徑為測量值，單位為mm，見圖2。以標準差SD值代表圖像的噪聲，同時計算偽影區興趣組織的偽影指數（Artifact index，AI），用于描述偽影嚴重程度，計算公式為[7]：AI=，其中SDa是存在偽影的測量噪聲，SDb是背景噪聲，在本研究中SDa分別取SD1、SD2，SDb取SD3，AI1為高密度偽影區組織的偽影指數值，AI2為低密度偽影區組織的偽影指數值。

圖1 ROI測量示意圖

圖2 偽影長度測量示意圖

1.4 統計學方法 應用SPSS 26.0軟件對數據進行統計學分析。分別對O-MAR技術處理前后2組圖像的主觀評價結果采用兩相關樣本非參數檢驗—Wilcoxon帶符號秩檢驗，客觀評價結果進行兩配對樣本t檢驗，包括各個ROI的CT值、SD值、AI值及偽影長度，以P<0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 主觀評價結果 選擇上肢靜脈穿刺注射，其中左側上肢靜脈6例，右側上肢靜脈20例，O-MAR技術處理前圖像質量評分平均為（1.19±0.895）分，處理后圖像質量評分平均為（2.77±0.587）分，O-MAR技術處理后的圖像質量顯著高于處理前（Z=-4.264，P<0.05）。

2.2 客觀評價結果 O-MAR技術處理后高密度偽影區（ROI1）的CT值較處理前顯著降低，更接近正常組織（ROI3）CT值（P<0.05）；低密度偽影區（ROI2）CT值較處理前顯著增高（P<0.05），更接近正常組織（ROI3）CT值；參考區域（ROI3）CT值在圖像處理前后差異無統計學意義（P>0.05）；處理后重建圖像偽影長度較處理前顯著降低（P<0.05），見表1。O-MAR技術處理后偽影區（ROI1、ROI2）SD值及AI值均低于處理前（P<0.05）；參考區域（ROI3）SD值在處理前后比較差異無統計學意義（P>0.05），見表2。

表1 O-MAR技術處理前后兩組圖像興趣區組織CT值及偽影長度比較（±s）

表1 O-MAR技術處理前后兩組圖像興趣區組織CT值及偽影長度比較（±s）

時間 CT1（HU） CT2（HU） CT3（HU） 偽影長度（mm）處理前 162.335±39.384 -284.035±117.229 54.012±10.511 36.423±12.753處理后 110.123±26.820 -104.388±68.191 53.158±12.692 9.819±10.127 t 8.176 -8.455 0.750 9.337 P 0.000 0.000 0.461 0.000

表2 O-MAR技術處理前后兩組圖像興趣區組織SD值及AI值比較（±s）

表2 O-MAR技術處理前后兩組圖像興趣區組織SD值及AI值比較（±s）

時間 SD1（HU） SD2（HU） SD3（HU） AI1 AI2處理前 31.773±12.635 61.550±38.788 8.808±1.767 30.306±13.010 60.476±39.430處理后 20.504±6.889 39.508±22.947 9.208±1.802 17.756±8.135 37.732±24.126 t 4.674 3.567 -1.721 4.868 3.650 P 0.000 0.001 0.098 0.000 0.001

3 討論

偽影產生的原因各不相同，且具有不同的CT值及偽影形狀，均不同程度地影響組織結構及病變的觀察，從而影響診斷。其中，射線束硬化偽影和金屬偽影對CT圖像質量的影響最為顯著[8]。X線管發出的X線束是具有不同高低能量的混合射線束，在穿透人體組織過程中，低能量射線比高能量射線衰減快，使得透過物體后射線束平均能量增加，稱為射線束的硬化效應，這種現象主要出現在兩種組織密度差異過大的交界區[9～12]。胸部增強CT掃描時，經靜脈注射的大量高濃度造影劑進入心肺循環之前，會在腋靜脈和鎖骨下靜脈內短暫積聚或部分殘留，從而產生明顯的射線束硬化偽影，掩蓋鄰近正常解剖結構或病變，影響診斷[5]。雖然右側上肢靜脈回流較左側通暢，阻力較小，腋靜脈和鎖骨下靜脈內積聚或殘留的對比劑較少，但選擇右側上肢注射對比劑也不能完全消除硬化線束偽影[13～17]。因此，在最大程度地減少造影劑引起射線束硬化偽影的同時保證圖像質量成為工程學家與影像學醫生的共同目標。

為了減少射線束硬化偽影，相關研究提出不同的方法和理論。傳統CT成像可以采用補償濾線器、優化采集方案及改變重建算法參數設置等減輕硬化偽影，如增加管電壓和管電流、更精確的準直、薄層掃描和更大的層厚觀察、優化重建濾波參數、調整窗寬窗位等[18]。增加管電流和管電壓減少偽影的程度有限，同時也會增加患者的輻射劑量，因此不能廣泛應用于臨床掃描。傳統CT成像對偽影減少效果比較有限，隨著CT設備硬軟件的快速發展，為滿足臨床診斷要求，研究者進行了各種嘗試爭取最大程度地減少射線束硬化偽影，如應用能譜成像技術被證實能很好地去除射線束硬化偽影[19～21]，但能譜成像在一定程度上會增加輻射劑量。

本研究所探討的O-MAR技術是一項去金屬偽影的迭代后處理算法，這個復雜過程被嵌入CT掃描儀的重建系統中。運算關鍵是從原始輸入圖像中減去輸出校正圖像的迭代循環，所得圖像隨后可以成為新的輸入圖像，并且可以重復處理。該技術的第一步是對圖像內物質結構投影進行重新分類和定義，再通過對新分類和定義的組織投影數據進行循環迭代運算，直到金屬數據點被完全識別并移除，從而去除金屬偽影[22，23]。如果圖像中不存在大的金屬像素簇，則不執行進一步處理，因此，O-MAR對非金屬圖像沒有影響。以往認為，使用O-MAR技術僅針對體內存在金屬植入物的患者，而高濃度碘對比劑產生射線束硬化偽影的機制與金屬相似。本研究表明，O-MAR技術對高濃度碘對比劑產生的硬化偽影也有很好的去除效果?？梢钥闯觯瑧肙-MAR技術可顯著減輕胸部CT增強掃描中患者腋靜脈和鎖骨下靜脈對比劑射線束硬化偽影，O-MAR技術處理后高密度偽影區及低密度偽影區組織CT值均更接近正常組織CT值，并且偽影區的噪聲值及偽影指數均顯著降低，圖像質量顯著提高，為疾病的診斷提供更多幫助。另外，O-MAR技術處理前后對照組織區域（ROI3）的CT值及SD值差異無統計學意義，表明O-MAR技術對非偽影區域圖像沒有影響，正常組織影像得到充分保留。

綜上所述，應用O-MAR技術可有效去除高濃度碘對比劑產生的硬化偽影，提高圖像質量。由于系統在選擇O-MAR時重建兩組圖像，因此圖像容易獲得，臨床工作中可根據需要結合O-MAR技術處理前后圖像共同進行診斷，以提高因造影劑硬化偽影的存在而受到負面影響的CT圖像可視化程度。