彭 剛，張志偉，郁 斌，郁仁強(qiáng)

(重慶醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院放射科，重慶 400016)

圖1 仿真胸部體模(A)及CT定位圖像(B)

CT檢查中，X線穿過金屬植入物時(shí)，光子缺乏和射束硬化所形成的金屬偽影可致圖像質(zhì)量明顯下降，影響診斷準(zhǔn)確性[1-2]。迭代去金屬偽影(iterative metal artifact reduction, IMAR)是一種減少金屬植入物偽影的計(jì)算機(jī)斷層重建技術(shù)，采用線性內(nèi)插正弦修復(fù)方法，以未穿過金屬的相鄰?fù)队皟?nèi)插數(shù)據(jù)來替換因穿過金屬而“損壞”的投影，獲得減少金屬偽影的效果[3]。前期研究[4-5]已通過體模實(shí)驗(yàn)和臨床試驗(yàn)證實(shí)IMAR能有效減少金屬偽影，提高圖像質(zhì)量。本研究進(jìn)一步探討不同CT掃描參數(shù)對IMAR去除金屬偽影效果的影響。

1 材料與方法

1.1 一般材料 采用“Lungman N1”型多用途男性仿真胸部體模(Kyoto Kagaku公司，圖1)，大小約43 cm×40 cm×48 cm，胸圍約94 cm，質(zhì)量重約18 kg，具有胸壁、肋骨、脊柱、肺、心臟、氣管支氣管及肺紋理等組織結(jié)構(gòu)，且X線衰減與人體等效，模擬胸部CT掃描時(shí)患者雙臂上舉仰臥體位，可從下方將縱隔及肺紋理結(jié)構(gòu)取出，經(jīng)四腔心水平放置2根40.0 mm×3.5 mm鈦合金螺釘于體模第7胸椎椎體兩側(cè)。

1.2 儀器與方法 采用Siemens Perspective CT掃描儀，分別于植入金屬螺釘前后對體模進(jìn)行掃描。采用自動(dòng)管電流調(diào)制技術(shù)進(jìn)行分組掃描。不同管電壓組：設(shè)定管電流70 mAs，管電壓分別為80 kV、110 kV和130 kV。不同管電流組：設(shè)定管電壓130 kV，管電流量20～120 mAs，間隔20 mAs。不同輻射劑量組：經(jīng)預(yù)實(shí)驗(yàn)設(shè)定低、中、高輻射劑量，即劑量長度乘積(dose length product, DLP)分別為200、150、100 mGy·cm 條件下掃描參數(shù)組合，分別以80、110、130 kV匹配310、68、29 mAs管電流量。其他掃描參數(shù)相同，準(zhǔn)直128 mm×0.6 mm，轉(zhuǎn)速0.5 s/rot，螺距1，層厚5 mm，F(xiàn)OV 380 mm。掃描結(jié)束對所有數(shù)據(jù)分別采用迭代重建(iterative reconstruction, IR)等級3和IMAR進(jìn)行重建。

1.3 圖像分析 ①主觀評價(jià)：由3名具有5年以上胸部影像學(xué)診斷經(jīng)驗(yàn)的主治醫(yī)師及副主任醫(yī)師對比分析圖像質(zhì)量，結(jié)果不一致時(shí)經(jīng)協(xié)商決定。采用4分法根據(jù)圖像中金屬偽影程度及鄰近組織結(jié)構(gòu)顯示情況進(jìn)行評分，0分：金屬偽影嚴(yán)重，鄰近組織顯示不清，不能診斷；1分：金屬偽影較多，鄰近組織大體結(jié)構(gòu)尚能顯示，影響診斷；2分：金屬偽影較少，可以診斷；3分：金屬偽影基本消除，診斷明確。②客觀評價(jià)：由1名具有8年工作經(jīng)驗(yàn)的影像科主管技師選取相同層面圖像測量不同參數(shù)IR和IMAR圖像中各組織結(jié)構(gòu)的CT值及其SD，于靠近螺釘金屬偽影較嚴(yán)重處勾畫ROI，肺實(shí)質(zhì)ROI面積(0.60±0.02) cm2，椎旁軟組織面積(2.00±0.10) cm2。

表1 不同管電壓組IMAR圖像客觀評價(jià)指標(biāo)比較(±s)

表1 不同管電壓組IMAR圖像客觀評價(jià)指標(biāo)比較(±s)

管電壓(kV)肺實(shí)質(zhì)SDΔHU(HU)椎旁軟組織SDΔHU(HU)8044.1±4.26264.42±5.2328.92±1.6498.44±3.3611032.56±1.09133.38±2.4424.72±0.9444.64±1.2313025.46±1.3474.92±0.4822.64±1.0324.98±1.11F值37.36180.7625.23210.33P值<0.01<0.01<0.01<0.01

表2 不同管電流量組IMAR算法圖像客觀評價(jià)指標(biāo)比較(±s)

表2 不同管電流量組IMAR算法圖像客觀評價(jià)指標(biāo)比較(±s)

管電流量(mAs)肺實(shí)質(zhì)SDΔHU(HU)椎旁軟組織SDΔHU(HU)2028.74±2.07167.54±9.3525.4±0.4830.24±2.574026.9±1.12175.42±5.4321.24±0.4733.02±1.876026.56±3.94154.26±3.8720.8±0.1233.06±2.28033.38±2.56143.3±2.2716.3±0.4632.8±0.4210026.24±3.75143.5±1.7820.52±0.9733.06±1.3312036.78±4.5993.58±3.4317.28±2.0336.26±2.36F值9.0174.6254.243.44P值<0.01<0.01<0.01<0.05

表3 不同輻射劑量組IMAR圖像客觀評價(jià)指標(biāo)比較(±s)

表3 不同輻射劑量組IMAR圖像客觀評價(jià)指標(biāo)比較(±s)

DLP(mGy·cm) 參數(shù)組合管電壓(kV)/管電流(mAs)肺實(shí)質(zhì)SDΔHU(HU)椎旁軟組織SDΔHU(HU)100130/2964.4±4.26161.1±5.2335.8±1.6433.85±3.36150110/6850.5±1.09224.4±2.4427.3±0.9443.22±1.2320080/31091.2±1.34380.6±0.4828.3±1.0380.1±1.11F值-437.666684.1352.38874.77P值-<0.01<0.01<0.01<0.01

CT圖像客觀評價(jià)指標(biāo)：噪聲(CT值的標(biāo)準(zhǔn)差，standard deviation, SD),CT值偏差ΔHU(ΔHU=HU金屬-HU無金屬),即相同ROI植入金屬螺釘前后CT值之差。每個(gè)ROI測量5次，以均值為最后結(jié)果。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析 采用SPSS 22.0統(tǒng)計(jì)分析軟件。計(jì)量資料以±s表示。采用Kruskal-Wallis檢驗(yàn)比較不同參數(shù)圖像的主觀評分，并行多重比較；以方差分析比較不同參數(shù)圖像SD及ΔHU的差異，以LSD檢驗(yàn)行兩兩比較；采用線性回歸分析及Pearson相關(guān)分析觀察圖像質(zhì)量客觀評價(jià)指標(biāo)與掃描參數(shù)的相關(guān)性，|r|<0.5為低度相關(guān)，0.5≤|r|<0.8為中度相關(guān)，|r|≥0.8為高度相關(guān)。P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，P<0.01為差異有顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 不同管電壓組圖像質(zhì)量比較 管電壓80、110、130 kV條件下，圖像中位主觀評分分別為1.0分、1.5分、2.0分，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(χ2=11.49，P<0.01)。相同管電流量條件下，隨管電壓從80 kV增加至130 kV，金屬偽影不斷減少，鄰近結(jié)構(gòu)清晰度不斷改善(圖2)。IMAR圖像肺實(shí)質(zhì)和錐旁軟組織SD、ΔHU隨管電壓增加而減小，兩兩比較差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均<0.05)，見表1。肺實(shí)質(zhì)SD及ΔHU與管電壓均呈高度負(fù)相關(guān)(r=-0.91、-0.99，P均<0.01)，椎旁軟組織SD及ΔHU與管電壓亦呈高度負(fù)相關(guān)(r=-0.85、-0.97，P均<0.01),各客觀評價(jià)指標(biāo)與管電壓相關(guān)性好。

2.2 不同管電流組圖像質(zhì)量比較 不同管電流組圖像主觀評分差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(χ2=0.63，P>0.05)。相同管電壓條件下，隨管電流量從20 mAs逐漸增加至120 mAs，金屬偽影變化不明顯；IMAR圖像中肺實(shí)質(zhì)及錐旁軟組織SD、ΔHU差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均<0.05)，見表2。管電流量為40、60、100 mAs時(shí)，肺組織SD及椎旁軟組織SD和ΔHU兩兩比較差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均>0.05)；管電流量80 mAs與100 mAs時(shí)肺組織ΔHU、管電流量80 mAs與120 mAs時(shí)椎旁軟組織SD差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均>0.05)，余多重兩兩比較差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均<0.05)。肺實(shí)質(zhì)SD及椎旁軟組織ΔHU與管電流量低度相關(guān)(r=0.20、0.29，P均<0.01)，肺實(shí)質(zhì)ΔHU及椎旁軟組織SD與管電流量呈中等負(fù)相關(guān)(r=-0.59、-0.56，P均<0.01)。

2.3 不同輻射劑量組圖像質(zhì)量比較 低輻射劑量條件掃描圖像質(zhì)量主觀評分高于中、高輻射劑量條件(χ2=8.58，P<0.05)，以高管電壓聯(lián)合低管電流量條件掃描圖像金屬偽影較低管電壓聯(lián)合高管電流量條件減少。不同輻射劑量組IMAR圖像肺實(shí)質(zhì)及椎旁軟組織SD、ΔHU差異均有顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01)；中、高輻射劑量條件掃描圖像椎旁軟組織SD差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，余兩兩比較差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均<0.05)，見表3。

圖2 不同管電壓組胸部CT金屬螺釘周圍偽影 A.管電壓80 kV圖像； B.管電壓110 kV圖像； C.管電壓130 kV圖像

3 討論

CT圖像中常見金屬植入物產(chǎn)生的偽影，嚴(yán)重影響周圍組織結(jié)構(gòu)的顯示[6-7]。各大醫(yī)療儀器公司研發(fā)了不同技術(shù)用于減少金屬偽影，如雙能量CT去金屬偽影[8-9]、去金屬偽影軟件(MARs)[10]及去骨植入物金屬偽影(OMAR)迭代技術(shù)[11-12]等。IMAR聯(lián)合射線束硬化校正、線性內(nèi)插標(biāo)準(zhǔn)化正弦圖修復(fù)和分頻去金屬偽影各種技術(shù)[3]，以未穿過金屬的相鄰?fù)队暗膬?nèi)插數(shù)據(jù)替換因穿過金屬而“損壞”的投影，獲得減少金屬偽影的效果，有效解決了金屬去偽影技術(shù)對硬件設(shè)備要求高以及產(chǎn)生新偽影等問題[3]。

本研究所用仿真胸部體模各組織結(jié)構(gòu)與人體等效，結(jié)果具有可參考性。優(yōu)化掃描參數(shù)需要進(jìn)行重復(fù)掃描，而以體模為研究對象避免了倫理問題。本研究采用主觀及客觀評價(jià)法綜合分析圖像質(zhì)量，主觀評分以4分法評價(jià)圖像質(zhì)量，客觀評價(jià)以CT值的SD表示圖像噪聲水平，反映金屬螺釘產(chǎn)生偽影所致圖像質(zhì)量下降程度，以CT值的偏差ΔHU反映金屬偽影對組織真實(shí)CT值的影響。

本研究結(jié)果顯示，以不同管電壓獲得圖像的主觀評分及客觀評價(jià)差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，表明在相同管電流量條件下，以IMAR算法獲得圖像的質(zhì)量隨管電壓增加而改善，且管電壓與圖像客觀評價(jià)指標(biāo)的相關(guān)性好，提示IMAR算法中，管電壓是改善圖像質(zhì)量的重要因素。相同管電壓條件下，隨管電流量增加，圖像質(zhì)量無明顯改善，圖像質(zhì)量客觀指標(biāo)不斷波動(dòng)，與管電流量的相關(guān)性欠佳。管電流量主要決定X線束光子的數(shù)量，管電壓主要決定X線束光子的能量及穿透能力，而金屬偽影的產(chǎn)生主要是由于X線穿過致密物質(zhì)后過度衰減導(dǎo)致光子缺乏及線束硬化。因此，采用IMAR時(shí)，調(diào)整管電壓比改變管電流量對改善圖像質(zhì)量更有效。

本研究分別于低、中、高輻射劑量下進(jìn)行管電壓和管電流組合，發(fā)現(xiàn)低輻射劑量圖像質(zhì)量優(yōu)于中、高輻射劑量，高管電壓聯(lián)合低管電流量掃描圖像質(zhì)量較低管電壓條件明顯改善，提示在不增加輻射劑量的情況下，可通過增加管電壓、減少管電流量來減輕金屬偽影對圖像質(zhì)量的影響，值得臨床參考。

綜上所述，管電壓是影響IMAR效果的主要因素，采用IMAR去除金屬偽影時(shí)，增加管電壓對于改善圖像質(zhì)量效果更佳，而在增加管電壓的同時(shí)減少管電流量可減輕金屬偽影對圖像質(zhì)量的影響，并降低輻射劑量。

本研究僅為體模研究，結(jié)果有待臨床驗(yàn)證；僅針對80、110、130 kV 3組管電壓進(jìn)行觀察，有待進(jìn)一步研究。