O-MAR聯合iDose4技術在改善宮頸癌后裝治療CT定位圖像金屬施源器偽影中的應用

譚蕾，李克敏，黃慧瓊，賈鳳林，寧剛

610041 成都，四川大學華西第二醫院 腫瘤放化療科(譚蕾、李克敏、黃慧瓊)，放射科(賈鳳林、寧剛)

宮頸癌位于全球常見的女性惡性腫瘤第4位，2018年統計我國宮頸癌新發10.64萬例，死亡4.78萬例[1]。根據國際婦產科聯盟2018年指南[2]指出，針對局部晚期宮頸癌，首選同步放化療作為標準的治療方案，其中放療包括盆腔外照射加上宮腔內的后裝治療。在后裝治療中，根據《宮頸癌圖像引導三維近距離后裝治療中國專家共識》[3]，每一次后裝治療前，都需進行定位掃描、靶區勾畫和計劃設計，通常采用放療定位CT進行定位掃描。宮頸癌的后裝治療中，需要將施源器經陰道置入患者體內，常用的施源器材質有不銹鋼和塑料，組織間插植技術常用不銹鋼材質插植針。

金屬材質的施源器在CT定位成像過程中，往往會產生較為明顯的金屬偽影，圖像上常表現為放射狀硬化偽影及條狀暗帶，圖像質量下降，嚴重影響放療靶區的勾畫和施源器的重建。目前，用于去除金屬偽影的算法有以濾波反投影為代表的線性插值校正算法和迭代校正算法兩大類。其中，迭代校正算法中常用的是高級混合迭代重建算法(iDose4)和各公司的金屬偽影去除算法。飛利浦公司的金屬偽影去除技術(Metal Artifact Reduction for Orthopedic Implants，O-MAR)是利用微平板探測器，在原始數據上提取金屬部分，進行多次迭代，使金屬偽影得以改善的一種技術[4]。iDose4技術被證實可以降低噪聲，減少偽影，提高圖像質量[5-6]。因此，本研究將對比分析O-MAR聯合iDose4,以及分別采用O-MAR和iDose4在去除金屬偽影上的效果和價值。

1 材料和方法

1.1 一般資料

選取我院2021年3～12月行三維近距離后裝治療的宮頸癌根治性放療患者，均予簽署三維近距離治療知情同意書。納入標準：置入金屬施源器或插植針的患者；排除標準：1)使用非金屬施源器的患者;2)有嚴重運動偽影或其他大型金屬偽影的患者。

1.2 模擬定位和重建方法

所有患者均采用三維近距離后裝治療方法，即放療醫生每次置入施源器或插植針后均進行定位CT掃描，根據每次定位CT掃描圖像進行靶區勾畫和計劃制定。CT定位使用飛利浦大孔徑定位CT(型號為Philip Brilliance Big Bore，16排探測器，配備O-MAR和iDose4算法)。掃描后分別使用O-MAR & iDose4、O-MAR、iDose4算法及設備自帶的標準(Standard)算法進行重建，Standard算法作為對照組。

1.3 圖像評價

1.3.1 客觀評價 使用飛利浦圖像后處理軟件CT Viewer，選取金屬顯示較多的層面，在此層面上選取兩個感興趣區域(region of interest，ROI)，1個位于金屬施源器附近的軟組織位置(ROImetal)，1個位于遠離金屬施源器的軟組織位置(ROIref)，ROI面積均為1 cm2。將這兩個ROI利用CT Viewer中的對比功能，復制到其余兩組同一層面的同一位置上。分別記錄ROImetal和ROIref的平均CT值、標準差(standard deviation,SD) (代表噪聲)，利用以下公式計算出偽影指數(artifact index，AI)和對比噪聲比(contrast noise ratio，CNR)[7-12]：

1.3.2 主觀評價 由兩名具有五年以上靶區勾畫經驗的放療醫生，使用5分制法[13]對圖像進行盲法評價：1分表示偽影很重，無法辨認正常結構；2分表示辨認結構比較困難；3分表示能辨認結構，但信心較低；4分表示能辨認結構，信心中等；5分表示能辨認結構，信心較高。

1.4 統計學方法

使用SPSS 24.0軟件進行計量資料的分析，采用Kolmogorov-Smirnov檢驗分析計量資料的正態性，滿足或近似滿足正態分布的數據用進行統計描述，不符合正態分布的數據用中位數(四分位間距)表示。用Kappa一致性檢測對兩名醫生的主觀評分進行檢測，Kappa值<0.40代表一致性差，0.40≤Kappa值<0.75代表一致性一般，Kappa值≥0.75代表一致性較好。主客觀評價結果用獨立樣本t檢驗或秩和檢驗進行分析，P<0.05為差異有統計學意義。

2 結 果

根據納入排除標準，共收集到行三維近距離后裝治療的宮頸癌患者33例，年齡46～80歲，平均年齡(59.27±9.66)歲，每位患者行5～6次后裝治療，治療前均行CT定位，最終獲取到有金屬施源器或插植針的定位CT圖像90組。

2.1 客觀評價

對4種重建方式的客觀指標進行正態性檢測，結果顯示均不符合正態性分布，用中位數(四分位間距)表示，用Kruskal-Wallis秩和檢驗對4組數據進行比較。從表1可看出，4種重建算法產生的圖像客觀評價指標的差異均具有統計學意義(均P<0.001)；O-MAR & iDose4組的SD 16.55(12.53～19.40)和AI 14.34(10.29～18.25)顯著低于其余三組(H=183.012，P<0.001；H=181.430，P<0.001)，CNR 0.04(0.01～0.08)顯著大于其余三組(H=28.706，P<0.001)；O-MAR & iDose4組與O-MAR組、iDose4組、Standard組兩兩之間的SD、AI差異均有統計學意義(均P<0.001)，O-MAR & iDose4組CNR與其余組差異具有統計學意義(P<0.001)，其余三組CNR差異無統計學意義。圖1可看出，O-MAR & iDose4組和O-MAR組較其余兩組在抑制金屬偽影和圖像噪聲,提高對比度上有顯著改善。

表1 4種重建算法的客觀指標測量比較結果

圖1 四種重建算法噪聲SD、CNR和AI對比箱型圖

A. Standard deviation; B. Contrast-to-noise ratio; C. Artifact index.

2.2 主觀評分

為減少誤差，兩名醫生重復進行了兩次評分，經Kappa一致性檢測 ，結果顯示同一名醫生兩次觀察的結果Kappa值>0.75，一致性強；兩名醫生對4組圖像的評分結果Kappa值均>0.75，P<0.05，一致性強。4組評分數據均不符合正態性分布，評分結果以中位數(四分位間距)表示，O-MAR & iDose4組的評分為5(4～5)，O-MAR組的評分為5(4～5)；iDose4組的評分為3(3～4)；Standard組的評分為2(2～2)。將各組評分行Kruskal-Wallis秩和檢驗，兩兩行Bonferroni多重均數比較。結果(表2)可看出，除O-MAR & iDose4組與O-MAR組主觀評分差異無統計學意義(Z=-0.476，P=1.000)外，其余各組間評分都具有顯著差異，且有統計學意義(P<0.001)。

表2 四種重建算法的主觀評分結果比較

圖2分別顯示了金屬三腔管和宮腔管的同一層面四種重建算法得出的圖像，可直觀地看出，經過O-MAR & iDose4算法重建后的圖像，無論是在金屬三腔管還是單獨宮腔管的層面，其光子饑餓效應和射束硬化偽影都有較為明顯的改善。

圖2 四種重建方式圖像比較

3 討 論

近距離放射治療是宮頸癌根治性放療的重要治療手段，圖像引導下的近距離放射治療可明顯提高宮頸癌的局控率和患者總生存率，減少泌尿系統及消化道副反應的發生[14]。宮頸癌的近距離治療中，通常使用碳纖維和不銹鋼兩種材質的施源器，其中不銹鋼施源器由于價格較低及尺寸較小的優點，在國內被廣泛應用于臨床[15]。

不銹鋼制成的金屬施源器在CT成像時，會由于噪聲、射束硬化、部分容積效應、散射及X線的能譜硬化等原因產生明顯金屬偽影[16]。O-MAR技術是于2012年由飛利浦醫療發布的用于放射治療的新型金屬偽影減少算法，它是一種結合迭代算法和投影替換的技術，通過對圖像內物質結構的重新定義和分類，計算圖像內不同組織對應的投影數據，將金屬偽影對應的投影數據從原始數據中清除，通過正向投影模擬出近似無金屬影響的圖像，反復迭代，以達到減少金屬偽影的目的[17-18]。

Li等[19]對O-MAR改善金屬植入物偽影進行了模體和臨床的研究，發現O-MAR能明顯改善大型金屬植入物的偽影，在金屬附近層面的噪聲也得到明顯改善(SD由93.7降至38.2)。范華君等[20]發現O-MAR聯合iDose4可明顯改善因為金屬義齒造成的頭頸血管成像中的偽影，這與本研究得出的結論相似。但王茹等[21]在研究O-MAR聯合iDose4改善肝癌經導管動脈栓塞術后的高密度碘油沉積偽影上的價值時發現，單獨使用O-MAR或聯合O-MAR與iDose4都未能得到滿意的圖像，其原因可能是碘油沉積處最高CT值不足1 000HU，其所造成的硬化偽影不如金屬銳利，無法被O-MAR計算。

本研究中，O-MAR & iDose4組測得的金屬成分噪聲值明顯小于其余三組，根據公式①、②得出，AI顯著低于其余三組，CNR顯著高于其余三組。另外，在本研究中，從主觀上兩名觀察者給出的得分來看，O-MAR聯合iDose4算法與單獨O-MAR算法的得分均高于其它兩種算法，但兩組之間差異并無統計學意義，其原因可能是由于主客觀評價標準的差異所致。

綜上，O-MAR聯合iDose4算法在減少噪聲和AI，提高對比度上有顯著優勢，特別是在金屬施源器的三維后裝模擬定位掃描中，可改善金屬施源器偽影，增加放療醫生勾畫的信心和準確性。

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