CT能谱成像技术去除脊柱金属植入物伪影的临床研究

--论著--

（江西省抚州市第一人民医院影像科，江西    抚州    344000）

    摘要： 目的    探讨CT能谱成像技术去除脊柱金属植入物伪影的临床效果。方法    选取2018年4月至2020年7月本院收治的脊柱金属植入物患者30例，均行CT能谱扫描，通过不同Kev下噪声值、伪影长度、伪影指数、主观评分分析，确定最佳单能量成像点；通过CT能谱图像（单能量+金属伪影消除）与混合能量图像质量比较，分析CT能谱成像技术在脊柱金属植入物伪影去除中的临床价值。结果    在所构建的单能量图像中，伪影长度随Kev增加而缩短，110 Kev时伪影指数最小，主观评分最高，可进行金属伪影消除重建。能谱成像伪影长度、伪影指标、主观评分等指标均优于混合能量图像（P＜0.05）。结论    脊柱金属植入物患者最佳单能量成像点为110 Kev，在最佳能量成像点进行金属伪影消除重建得到的图像质量较高，可有效去除脊柱金属植入物伪影，满足临床诊疗需求。

关键词： CT能谱成像技术；金属植入物；伪影

The clinical study of CT energy spectrum imaging technology in removing artifacts of spinal metal implants

LONG Xiang, HU Ling, WU Yinglan, YANG Yang

(Department of Imaging, Fuzhou First People' s Hospital of Jiangxi Province, Fuzhou, Jiangxi, 344000, China)

Abstract: Objective  To explore the clinical effect of CT energy spectrum imaging technology in removing artifacts from spinal metal implants. Methods  From April 2018 to July 2020, 30 patients with spinal metal implants were selected, all patients underwent CT energy spectrum. Determined the best single-energy imaging point through the analysis of noise value, artifact length, artifact index, and subjective score under different Kev; determine CT by comparing the quality of CT energy spectrum image (single energy+metal artifact elimination) and mixed energy image. Analysised the clinical value of CT energy spectrum imaging technology in the removal of spinal metal implant artifacts. Results  In the constructed single-energy image, the artifact length decreases with the increase of Kev. At 110 Kev, the artifact index was the smallest and the subjective score was the highest, and the metal artifacts could be eliminated and reconstructed. The index of artifact length, artifact index, subjective score in the energy spectrum imaging group were better than the mixed energy imaging group (P＜0.05). Conclusion  The best single-energy imaging point for patients with spinal metal implants is 110 Kev. The image quality obtained by metal artifact elimination and reconstruction at the best energy imaging point is better, which can effectively remove spinal metal implant artifacts and meet clinical diagnosis and treatment demand.

Key words: CT energy spectrum imaging technology; Metal implants; Artifacts

脊柱疾病是临床常见病、多发病，其病因复杂且对临床治疗具有较高的技术性、专业性要求^[1]。在脊柱疾病治疗中，外科治疗是主要治疗方法，其科学、合理运用可有效改善患者生存质量，促进患者健康恢复。随着近年来脊柱外科治疗技术的不断发展，椎弓根钉棒系统脊柱疾病，尤其是脊柱骨折中的治疗价值越来越高^[2]。但应用该技术时，需高度重视术后并发症诊疗，以改善患者预后。在临床诊疗过程中，数字化X线成像技术、多层螺旋CT检查技术、磁共振成像技术等均为较常用的影像学技术^[3]。数字化X线成像技术虽然操作简单、经济性强，但分辨率不高，且并发症诊断准确性、灵敏度低于于CT诊断、核磁共振诊断，而核磁共振诊断并不适用脊柱金属植入物患者并发症诊断。因此，CT诊断是脊柱金属植入物患者随诊最常用的检查技术。但脊柱金属植入物患者行CT诊断时，易受金属植入物伪影影响，降低图像质量，增加疾病识别、确诊、治疗难度^[4]。因此，如何消除金属植入物伪影，提高CT诊断图像质量已成为相关人员关注与研究的重点问题。临床实践表明，CT能谱成像技术能依靠单能量成像与金属伪影消除技术结合，有效减少金属植入物伪影，清晰显示检查器官及其周围组织结构、形态、密度，便于医生通过图像分析掌握患者疾病情况，制定科学、有效、准确疾病治疗方案^[5]。本研究探究CT能谱成像技术在去除脊柱金属植入物伪影中的应用效果，明确CT能谱成像技术临床价值，旨在为脊柱金属植入物患者疾病诊断提供参考依据。

1  资料与方法

1.1    临床资料    选取2018年4月至2020年7月在本院接受脊柱金属植入物治疗患者30例，其中男19例，女11例；年龄28～83岁，平均（56.68±3.34）岁；颈椎金属植入物3例，胸椎金属植入物8例，腰椎金属植入物19例。纳入标准：均行脊柱金属植入物治疗与CT能谱扫描；自愿参与本研究，并签署知情同意书；无精神类疾病；研究经本院伦理委员会审核批准。排除标准：依从性差；临床资料不完整；无法正常、有效沟通；存在颈椎金属植入禁忌证；存在重要脏器器质性病变。

1.2    方法    采用美国通用电气公司生产的Revolution HD精准能谱CT机对患者进行扫描。扫描模式选用GSI模式，参数设置为：管电流600 mA，管电压80～140 Kvp瞬时切换，管电压切换时间0.5 ms，螺距0.984:1，层厚与间隔均为0.5cm，旋转时间0.79 s，速度0.39 cm/rot，视野15 cm×15 cm或35 cm×35 cm，矩阵512×512，CT剂量指数24.27 mGy。扫描结束后，进行图像重建，并将70 Kvp单能量图像与120 Kvp混合能量图像上传到工作站中进行能谱分析，在60～140 Kvp区间，以10 Kev为间距，重建多种单能量图像。测量计算与分析120 Kvp混合能量图像、单能量图像、CT能谱图像（110 Kvp单能量+金属伪影消除）的主、客观指标。

1.3   观察指标    ①主观指标：噪声值、伪影指数、伪影长度等。噪声值：在伪影最为严重区域选取3～6个感兴趣区进行测量取均值，设为观察组；并选择伪影最少（或无伪影）区域进行噪声测量，设为对照组。伪影指数=（伪影噪声值²-无伪影噪声值²）^1/2。伪影长度：按照美国材料与试验协会推荐方法进行测量^[6]。②客观指标：图像质量主观评分，由2名高资历医生利用4分量表法进行图像质量评价，图像中金属植入物伪影严重，图像信息观察困难，计0分；金属植入物伪影较严重，可观察但效果欠佳，计1分；存在部分金属植入物伪影，多数信息可观察，计2分；不存在金属植入物伪影，信息清晰可见，计3分。

1.4    统计学方法    采用SPSS 26.0统计软件进行数据分析，计量资料以“x±s”表示，比较采用t检验，计数资料用[n（%）]表示，比较采用X²检验，以P＜0.05为差异有统计学意义。

2  结果

2.1    最佳单能量成像点    在60~140 Kev区间所构建的单能量图像中，随着Kev的不断增高，伪影长度逐渐缩短；在60～110 Kev区间伪影噪声值、伪影指数呈逐渐变小趋势，主观评分呈逐渐增加趋势；在110～140 Kev区间伪影噪声值、伪影指数呈逐渐增加趋势，主观评分呈逐渐减少趋势。110Kev属于分界点，是最佳单能量成像点，110Kev单能量图像质量最佳。

表  1    不同Kev主客观指标比较（x±s）

Table 1  Comparison of subjective and objective indexes of different Kev (x±s)

2.2    CT能谱图像与混合能量图像质量比较   于110 Kev下进行金属植入物伪影消除重建获得CT能谱图像。CT能谱图像组伪影长度、伪影指数、主观评分均优于混合能量图像组，，差异具有统计学意义（P＜0.05），见表2。

表  2    CT能谱图像组与混合能量图像组图像质量比较（x±s）

Table 2  Comparison of CT energy spectrum image group CT energy spectrum image quality with mixed energy image group (x±s)

3  讨论

CT图像伪影是指CT诊断所获得图像中非真实存在的阴影，是影响CT图像质量，降低CT诊断准确性、灵敏度的关键因素。CT图像伪影根据其来源划分，可分为系统伪影与扫描伪影两大类。系统伪影主要是指CT机使用过程中系统本身产生的伪影，如探测器偏差伪影；扫描伪影则是CT机使用过程中，受数据采集、信息处理、图像构建、检测者行为等因素影响形成的伪影^[7]。本研究中的脊柱金属植入物伪影属于CT图像扫描伪影。脊柱金属植入物作为高密度物质，X线在穿过该物质时，X线光子被全部吸收，能量大幅度衰减，导致投射数据不足，无法清晰、准确显示金属植入物周围组织信息。同时，CT成像始终是在混合能量下进行的，当脊柱金属植入物患者行CT检查时，X线经过植入物后，高能量射线穿过，而低能量射线被吸收，则平均能量变高，形成线束硬化伪影^[8]。关于CT图像伪影去除，临床提出优化CT扫描参数、改进CT设备性能、针对伪影校正算法等多种方法，虽然在一定程度上降低了CT图像伪影，但从整体伪影去除效果并不理想。随着能谱技术的创新发展与应用，CT能谱成像技术逐渐成为去除金属伪影、线束硬化伪影重要手段。有研究表明，应用CT能谱成像技术可得到40～140 Kev的多个单能量图像，可消除CT机自身不稳定所带来的CT值漂移问题，降低系统伪影产生，提高CT图像清晰度^[9]。美国通用电气公司生产的宝石能谱CT机，相对于传统CT机而言，激发的X射线拥有更强的穿透性能，可在0.5 ms内完成80～140 Kev的快速切换，数据采集速度、成像速度快，可在一定程度上保证成像质量^[10]。CT能谱成像技术将单能量图像技术与金属伪影消除技术有机结合，能根据CT值阈值分段，进行投影纠正，保证投射数据充足且准确，实现金属伪影、线束硬化伪影的有效去除。

本研究结果表明，①伪影长度随着Kev的增高而缩短，说明高Kev能在一定程度上去除脊柱金属植入物伪影。②在60～110Kev区间伪影噪声值、伪影指数呈逐渐变小趋势，主观评分呈逐渐增加趋势。说明在60～110Kev区间随着Kev增加，伪影对图像质量的影响逐渐降低。③在110～140Kev区间，伪影噪声值、伪影指数随着Kev的增加而增加，主观评分随着Kev的增加逐渐减少。说明高Kev虽然能够去金属伪影，但过高的Kev会在一定程度上降低金属植入物周围组织噪声比，降低伪影去除整体效果。本研究中110 Kev是最佳单能量成像点，所获得的单能量图像质量最好，与既有研究结果基本相符^[11]。

本研究结果表明，CT能量图像质量更好，伪影长度、伪影指数、主观评分等指标均优于混合能量图像。说明在应用CT能谱成像技术去除脊柱金属植入物伪影时，可通过最佳单能量成像与金属伪影消除技术有机结合获得高品质图像，提高脊柱金属植入物患者CT诊断准确性。

综上所述，CT能谱成像技术在脊柱金属植入物伪影去除中的临床价值显著，能有效改善脊柱金属植入物患者CT图像质量，降低影像学医师疾病诊断难度，提高诊断效能。同时，CT能谱成像技术的应用可在一定程度上提高金属植入物可视性，便于观察植入物在患者体内的状况，进行术后病情观察与并发症预防。

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