李嘉鵬 賈玉柱 曹玉林

[摘要] 目的 探討新雙源雙能量CT單能譜成像及后處理技術(shù)在老年腰椎金屬內(nèi)固定術(shù)后評(píng)估的臨床應(yīng)用價(jià)值。 方法 回顧性分析經(jīng)浙江省立同德醫(yī)院診斷治療的48例老年腰椎壓縮性骨折內(nèi)固定的患者，經(jīng)新雙源雙能量CT檢測(cè)后，數(shù)據(jù)進(jìn)行后處理獲得50、80、110、140、170 keV不同能譜的圖像，由2名副主任醫(yī)師以上的放射科醫(yī)師在后處理系統(tǒng)里采用雙盲法對(duì)上述5組圖像和120 kV融合圖像的圖像質(zhì)量和偽影進(jìn)行獨(dú)立評(píng)估，并進(jìn)行評(píng)分，評(píng)分采用4分制的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，按照金屬固定物外形、位置及相鄰骨組織解剖細(xì)節(jié)顯示清楚程度和有無偽影，從4分到1分逐漸遞減。對(duì)不同的重建方法產(chǎn)生的圖像質(zhì)量和偽影大小的數(shù)據(jù)，采用kruskal-Wallis秩和檢驗(yàn)對(duì)圖像進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。 結(jié)果 兩位醫(yī)師評(píng)價(jià)圖像質(zhì)量進(jìn)行一致性檢驗(yàn)的結(jié)果顯示，兩位醫(yī)師的一致性非常強(qiáng)（Kappa=0.872）。新雙源雙能量CT成像的單能量技術(shù)在80 keV條件以上均可提供較好的圖像質(zhì)量，特別110 keV時(shí)圖像質(zhì)量達(dá)到最佳效果，3分達(dá)36例，4分4例和8例2分，與其他keV條件下比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（χ2=87.637，P=0.003）。 結(jié)論 新雙源雙能量CT單能譜成像技術(shù)在減少金屬偽影并提高圖像質(zhì)量中有明顯優(yōu)勢(shì)，能提高老年腰椎金屬內(nèi)固定術(shù)后的影像質(zhì)量，在110 keV時(shí)圖像效果最佳，對(duì)脊柱外科的臨床工作有很好的指導(dǎo)作用，值得進(jìn)一步推廣。

[關(guān)鍵詞] 體層攝影術(shù);X線計(jì)算機(jī);雙源CT;骨折內(nèi)固定

[中圖分類號(hào)] R814.42? ? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] B? ? ? ? ? [文章編號(hào)] 1673-9701（2020）35-0116-04

[Abstract] Objective To explore the clinical value of new dual-source monoenergetic imaging of dual energy CT and post-processing technology in elderly patients with lumbar spinal metal internal fixation. Methods A total of 48 elderly patients with internal fixation of lumbar vertebral compression fractures diagnosed and treated in Litongde Hospital in Zhejiang Province were retrospectively analyzed. After detected by new dual-source monoenergetic imaging of dual energy CT ， the data were processed to obtain 50， 80， 110， 140， and 170 kev images of different energy spectrums. The quality and artifacts of the five groups of images and the 120 kV fusion image were independently evaluated and scored by two radiologists titled associate chief physician or above in the post-processing system using double-blind methods. The scoring system was based on the shape， location， clarity degree of anatomical details of the adjacent bone tissue and the presence or absence of artifacts and adopted a 4-point scale， which gradually decreased from 4 to 1 point. The kruskal-Wallis rank sum test was used to analyze the image quality. Results The consistency of the two physicians in evaluating the image quality was rather high（Kappa=0.872）. The new dual-source monoenergetic imaging of dual energy CT can provide better image quality under the condition of above 80 keV， and the image quality reached the best at 110 keV; there were 36 cases with 3 points， 4 cases with 4 points， and 8 cases with 2 points; compared with other keV conditions， the difference was statistically significant（χ2=87.637， P=0.003）. Conclusion The new dual-source monoenergetic imaging of dual energy CT has significant advantages in reducing metal artifacts and improving image quality， and can improve the image quality of elderly lumbar spine after metal internal fixation. The image quality is best at 110 keV. It has a good guiding value on the clinical work of spine surgery and deserves further promotion.

[Key words] Tomography; X-ray computer; Dual-source CT; Fracture internal fixation

由于骨傷科金屬內(nèi)固定器械的迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，影像檢查成為術(shù)后內(nèi)固定復(fù)查的常規(guī)檢查[1]。普通X線由于缺少對(duì)內(nèi)固定及周圍結(jié)構(gòu)的細(xì)微顯示，已經(jīng)不能滿足臨床對(duì)金屬內(nèi)固定物的評(píng)價(jià)[2-3]。但是由于金屬內(nèi)固定影響磁場(chǎng)均勻性，MRI檢查時(shí)產(chǎn)生的偽影無法分辨內(nèi)固定及其周圍結(jié)構(gòu)的圖像質(zhì)量[4]。因此CT成為骨傷科術(shù)后復(fù)查及評(píng)估預(yù)后的重要檢查之一[5]。特別是老年人，由于腰椎普遍骨質(zhì)稀疏，骨密度降低，腰椎內(nèi)固定手術(shù)，再由于腹部臟器與腰椎重疊，X線檢查不能精確顯示腰椎內(nèi)固定器的位置與周圍結(jié)果的關(guān)系，腰椎術(shù)后CT檢查尤為重要。令人遺憾的是普通CT甚至多層螺旋CT的金屬偽影一直是診斷圖像評(píng)估的一個(gè)重大限制條件[6]。近年來，國(guó)內(nèi)外報(bào)道指出，雙源CT能有效消除金屬內(nèi)固定偽影，對(duì)圖像質(zhì)量提高有一定作用[7]。本研究進(jìn)一步探討新雙源雙能量CT單能譜成像在消除腰椎金屬內(nèi)固定偽影的應(yīng)用，現(xiàn)報(bào)道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料

收集本院2015年9月～2018年9月腰椎壓縮性骨折內(nèi)固定植入術(shù)后患者48例，男32例，女16例，年齡68～76歲，平均（67.5±8.2）歲，排除腰椎原發(fā)性腫瘤及腰椎轉(zhuǎn)移瘤者，所有患者術(shù)后復(fù)查均經(jīng)雙源雙能量CT腰椎掃描。

1.2 方法

采用德國(guó)西門子第二代炫速雙源CT機(jī)（SOMATOM Definition FLash），所有評(píng)估的患者均在這一設(shè)備下評(píng)估。掃描前注意要去除患者衣物上防止偽影產(chǎn)生的金屬物件，患者仰臥于檢查床上，雙手上舉或放置胸口，防止上臂的骨性干擾。按照掃描步驟首先進(jìn)行常規(guī)定位像的掃描，然后啟動(dòng)雙能量掃描模式，方向采用頭足側(cè)掃描，范圍的選取按照常規(guī)掃描范圍，但注意要包括整個(gè)金屬內(nèi)固定物，而且必須要超出內(nèi)固定物上下3 cm以上才能結(jié)束。

雙源雙能量CT的椎體雙能量掃描參數(shù)如下：A球管電壓為140 kV，參考管電流為58 mAs;B球管電壓為100 kV，管電流為185 mAs，掃描前開啟實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)曝光劑量調(diào)節(jié)器CARE Dose 4D，掃描準(zhǔn)直器0.6 mm×128 mm，掃描管球的旋轉(zhuǎn)速度為0.5 s/圈，螺距采用0.6，兩個(gè)管球的FOV如下：A管50 cm×50 cm，B管33 cm×33 cm，兩個(gè)X球管夾角保持94°不變。掃描后計(jì)算機(jī)自動(dòng)重建得到3組圖像數(shù)據(jù)，分別為140、100和120 kV線性融合圖像的圖像數(shù)據(jù)，層厚1.0 mm、間距1.0 mm。

雙能量140和100 kV圖像數(shù)據(jù)調(diào)入Siemens圖像工作站Dual-Energy軟件中，利用單能譜成像（Monoenergenic）技術(shù)，提取50、80、110、140、170 keV圖像進(jìn)行去偽影處理，層厚重建成0.6 cm，然后在inspace后處理軟件中進(jìn)行多平面重建技術(shù)（MPR）、最大密度投影（MIP）和容積顯示（VR）。

1.3 圖像評(píng)價(jià)

圖像由2名副主任醫(yī)師以上專門從事骨關(guān)節(jié)研究的放射科醫(yī)師在后處理系統(tǒng)里獨(dú)立進(jìn)行圖像分析，采用雙盲法對(duì)圖像質(zhì)量和偽影進(jìn)行評(píng)估。評(píng)分按照金屬固定物外形、位置及相鄰骨組織解剖細(xì)節(jié)顯示清楚程度和有無偽影狀從4分到1分。4分：金屬內(nèi)固定物位置及骨折處解剖細(xì)節(jié)顯示清楚，無偽影存在;3分：金屬內(nèi)固定物位置及骨折處解剖細(xì)節(jié)顯示一般，不影響診斷;2分：金屬內(nèi)固定物位置及骨折處解剖細(xì)節(jié)顯示不清，影響診斷;1分：金屬偽影明顯，骨折處解剖結(jié)構(gòu)不能觀察[8]。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

采用SPSS19.0統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，不同的重建方法產(chǎn)生的圖像質(zhì)量和偽影大小的數(shù)據(jù)，采用kruskal-Wallis秩和檢驗(yàn)。利用Kappa檢驗(yàn)評(píng)估2名醫(yī)師對(duì)圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)的一致性，0.75≤k<1.00時(shí)，表示一致性較好;0.40≤k<0.75時(shí)，表明一致性一般;k<0.40時(shí)，表明一致性差。

2 結(jié)果

表1列舉了不同keV條件下及用于常規(guī)診斷的融合圖像120 kV的圖像質(zhì)量的比較以及應(yīng)用秩和檢驗(yàn)后對(duì)應(yīng)的秩次值。對(duì)兩位醫(yī)師評(píng)價(jià)圖像質(zhì)量進(jìn)行一致性檢驗(yàn)的結(jié)果顯示，兩位醫(yī)師間的一致性非常強(qiáng)（Kappa值=0.872）。從表1可以看出新雙源雙能量CT成像的單能量技術(shù)在80 keV條件以上均可提供較好的圖像質(zhì)量（圖1～3），特別110 keV時(shí)圖像質(zhì)量達(dá)到最佳效果，3分達(dá)36例，4分4例和2分8例，與其他keV條件下比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（χ2=87.637，P=0.003）。

3 討論

腰椎由于其特殊部位金屬內(nèi)固定術(shù)后，普通X線難以分辨內(nèi)固定器狀態(tài)、骨折愈合情況及并發(fā)癥發(fā)生狀況，常需要通過CT來明確診斷[9]。且高密度的金屬物質(zhì)在X投射后的大量衰減，導(dǎo)致內(nèi)固定放射狀偽影，以至于周圍結(jié)構(gòu)無法分辨。特別是老年人，由于骨質(zhì)密度普遍降低，骨小梁稀疏，往往內(nèi)固定術(shù)的金屬偽影嚴(yán)重影響腰椎的術(shù)后觀察。然而雙源雙能量CT產(chǎn)生以前都是以混合能量的CT設(shè)計(jì)，難以降低金屬周圍結(jié)構(gòu)顯示的清晰度。今年雙源雙能量技術(shù)的CT應(yīng)用為金屬內(nèi)固定放射偽影帶來了福音，并成為研究的熱點(diǎn)[10]。

雙源CT（DSCT）配備了兩套X線球管和與之相匹配的探測(cè)器。兩個(gè)球管分別采用與之相匹配的管電壓和管電流獨(dú)立運(yùn)行，兩個(gè)探測(cè)器可通過衰減的X線采集到不組織器官兩套數(shù)據(jù)[11]。即使100 kV和140 kV的X線對(duì)同一組織進(jìn)行掃描時(shí)X線衰減也會(huì)得出不同的數(shù)據(jù)。雙源CT單能譜技術(shù)根據(jù)X線的此種特性，利用2個(gè)不同能量的X線管及探測(cè)器所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)通過傅里葉變換后得到不同keV下的單能圖像[12]。雙源CT雙能量單能譜成像技術(shù)是雙能量CT成像最新發(fā)展中的一項(xiàng)技術(shù)[13]。CT球管工作是無法制作出單一能量光子的X線，經(jīng)常發(fā)射不同能級(jí)的X線光子，而X線光子通過物質(zhì)時(shí)往往會(huì)產(chǎn)生兩種衰減—康普頓散射和光電效應(yīng)[14]。原子序數(shù)較低的元素對(duì)X線的衰減主要是康普頓散射，如氫原子、氧原子、碳原子等;原子序數(shù)較高的，如鈣離子、碘離子等產(chǎn)生的主要是光電效應(yīng)[15]。X線光子通過衰減值高的物質(zhì)會(huì)較多的吸收低能量的X線光子，高能量的X線光子會(huì)穿透過去。這樣X線穿透不同物質(zhì)時(shí)會(huì)產(chǎn)生射線硬化偽影和金屬偽影。單能譜成像技術(shù)可以在雙能量掃描后經(jīng)過計(jì)算機(jī)處理，計(jì)算機(jī)可以虛擬運(yùn)算出物質(zhì)在各個(gè)單能級(jí)水平的CT值，從而生成虛擬的單能譜圖像和能譜曲線[16]。雙源CT雙能量成像就是利用雙能量CT掃描的基物質(zhì)分離原理計(jì)算出任意X線能級(jí)下的單能譜圖像，從而實(shí)現(xiàn)單能譜成像。其可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)參數(shù)算法和定量的物質(zhì)分析。雙能量CT掃描單能譜成像依據(jù)不同的物質(zhì)在X線通過情況下的兩種衰減，產(chǎn)生不同的衰減吸收系數(shù)，從而產(chǎn)生了不同X線能量水平的單能譜圖像，通過選取不同的能量值，可以得到圖像的最佳對(duì)比度[17]。對(duì)于機(jī)體的生理和病理特征，得到組織器官的單能量衰減曲線。通過單能譜重建技術(shù)，可選擇范圍為40～190 keV，可以進(jìn)行任意整數(shù)的選擇，同時(shí)觀察處理效果[18]。通過對(duì)keV的調(diào)整選擇合適的keV達(dá)到圖像偽影和噪聲最小，以滿足臨床的診斷需求[19]。二代雙源CT由于X線球管輸出能量提高、掃描視野擴(kuò)大以及使用了能譜純化技術(shù)等使得圖像質(zhì)量得到了提高，其噪聲較一代雙源CT有所下降[20]。能譜純化技術(shù)的設(shè)計(jì)不但采用超高敏感度的探測(cè)器，同時(shí)配合CARE Dose4D軟件，使得球管的管電流根據(jù)患者的體重、體表面積、身高等因素自動(dòng)調(diào)節(jié)，達(dá)到圖像質(zhì)優(yōu)而又減少患者的輻射劑量，并且二代雙源CT還可以自動(dòng)調(diào)節(jié)，減少X線中的無效低能成分[21]。本研究發(fā)現(xiàn)，最佳的腰椎keV在110 keV，此keV下圖像噪聲與金屬偽影達(dá)到比較滿意的效果，與文獻(xiàn)報(bào)道基本一致[22]。

本研究的局限性在于樣本數(shù)量較少，樣本組成過于單一，對(duì)統(tǒng)計(jì)結(jié)果可能會(huì)有一定影響。評(píng)分系統(tǒng)的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，人為因素占主導(dǎo)作用，可能對(duì)結(jié)果產(chǎn)生影響。另外對(duì)雙源CT雙能量掃描的劑量沒有統(tǒng)計(jì)，以后在減少輻射劑量方面需進(jìn)行進(jìn)一步的研究。

綜上所述，第二代新雙源雙能量CT單能譜成像掃描技術(shù)能夠減低腰椎內(nèi)固定的金屬偽影，更好的顯示腰椎金屬固定物的細(xì)微結(jié)構(gòu)，可消除線束硬化偽影對(duì)圖像質(zhì)量的影響，對(duì)脊柱外科的臨床工作有很好的指導(dǎo)作用，值得進(jìn)一步推廣。

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（收稿日期：2020-07-30）