脊柱侧后凸畸形采用宝石能谱CT去伪影技术的价值分析及报道

脊柱侧后凸畸形采用宝石能谱 CT去伪影技术的价值分析及报道

邓治强 1 侯娅 2 ，陈丽 3

四川省内江市中医医院放射科 641100

【摘要】 目的 ：探讨能谱CT技术在脊柱侧后凸畸形术后去除金属伪影的临床运用。方法：对12例先天性脊柱后凸畸形患者，手术前、后均进行了DR片、术后能谱CT的检查及单能量加多种伪影去除系统（MARS）技术重建，间隔30kev，范围为40-140 kev，共4组单能量图像及4组单能量图像加MARS，从扫描层面中筛选出图像清晰无伪影的层面（A层）和伪影最明显的层面（B层）中的噪声值（SD）、CT进行评定。结果：40-140kev 4组单能量成像中，在100kev时A、B层面伪影基本消除， SD值统计学无差异(P＞ 0.05);其余3组单能量成像的SD值均存在明显差异(P <0.05) ；40-140kev4组单能量加MARS图像中，各组A、B两层面SD值有统计学意义(P <0.05)；在4组单能量成像中，以70 kev成像中CNR最佳，随着kev的增加，图像清晰度减低。结论：能谱CT扫描及MARS后重建能显著改善脊柱后凸畸形术后CT图像质量，对于椎管外软组织金属植入物去除，100 kev单能量成像显示最佳，7 0kev单能量图像尽管CNR最高，但噪声远远高于100kev图像，不利于观察椎管内软组织情况。

关键词： 能谱成像; 去伪影技术；脊柱；金属植入物；伪影

脊柱后凸畸形严重影响患者的健康和生活质量，手术治疗是治疗脊柱畸形最重要的手段^[1] ，临床治疗中应用金属植入物有可能引起椎管内出血、神经根损伤的病发症^[2] 。普通CT检查可以发现术后病发症的存在。先天后凸畸形患者金属植入物范围较大，容易产生大量星芒状的伪影，从而对于观察术后椎管内外结构产生干扰,造成诊断困难，不利于骨科医师对于患者术后患者的判断。本研究运用能谱技术，讨论最佳的单能量图像，获得最好的诊断效果。

1　资料与方法

1.1　一般资料

收集2018年1月至2020年6月我院12例脊柱后凸畸形患者，所有患者为先天性脊柱畸形。所有患者手术前、后均进行了DR片及术后的能谱CT扫描，其中男7例，女5例。胸椎4例，腰椎8例。年龄13-26岁，平均18岁。

1.2.　 CT扫描参数

采用GE宝石能谱CT（Discovery CT750HD）采用GSI扫描，扫描参数：管电压在0.5ms内，管电压在140/80kev转换，管电流600mA，调节螺距0.984。扫描层厚0.5毫米，层间距0.5毫米。运用GSIviewer进行分析。

1.3　图像处理及分析

采用单能量图像及单能量图像加MARS，在AW工作站进行图像数据处理分析，间隔30kev进行重建，共获得4组单能量图像及4组单能量图像加MARS图像。分别选取无伪影层面（A层）和伪影最明显的层面，检测每层兴趣区的CT值和SD值，并记录CT1、CT2、SD1、SD2。计算出金属伪影对比噪声。CNR=（CT1-CT2）/SD，所有图像由3名副主任及以上医师采用双盲法进行评定。主观评分运用4分法^[3] : 4分图像质量基本无伪影，图像质量最好；3分图像有部分伪影，质量较好；2分图像出现明显伪影，尚能观察；1分图像无法观察、伪影明显。

1.4统计学处理

采用SPSS20.0统计学软件进行统计学检验，所有数据采用均数±标准差进行分析，计量资料采用t检验， P<0.05为差异具有统计学意义。

1.5 结果

12例患者GSI能谱扫描，由表1记录数据分析，对4组40-140kev不同kev进行重建图像，其中A、B层面SD值在100kev单能量成像统计学无差异(P＞0.05)，在100kev时A、B层面伪影基本消除，SD值统计学无差异(P＞0.05)；另3组单能量的SD值在A、B层具有明显统计学差异 (P <0.05)。在4组单能量成像中，40kev显示较好，70kev成像中CNR最好，随着成像能量逐渐增加，CNR逐渐减小。70kev的CNR虽然最佳,但噪声远远高于100kev图像，故不利于观察椎管内软组织情况。12例 患者单能量加MARS重组，4种不同kev下，A、B两个层面的SD值如表2。40-140kev+MARS时，P <0.05，提示伪影最重层面感兴趣区的伪影未完全消失。

表1不同单能量下（40-140kev）下A、B层面图像重组结果（ ±s）

表2不同kev+MARS重组图像，观察指标（ ±s）

讨 论

先天畸形引起的胸腰段脊柱后凸畸形的矫形较为困难，手术风险大。脊柱内固定螺钉和钢板主要维持或恢复骨骼的生理结构完整性或稳定性。脊柱内固定术后CT检查是评估置入物位置和并发症。置入螺钉的正确位置是穿过椎弓根位于椎体内，不进入椎弓。常规CT上伪影的存在即影响置入物本身的观察，也无法评估周围骨质及软组织情况。

伪影是叠加在CT图像上的各种非真实的信号，容易造成误诊和误判。金属伪影和射线束硬化伪影是常规CT容易出现的。呈放射状或条索状低密度影的金属伪影，在内固定术后容易发现。产生原因是X射线穿过高密度的金属物质后，其能量急剧衰减，导致对应部分的探测器无法检测或检测到少量的信号，引起投影数据缺失，而周围组织X射线衰减信号亦不足的重建出完整的图像。常规CT球管产生混合能量，能谱有一定的范围，在扫描过程中低能量射线光子容易被吸收，高能量射线容易被穿过，从而产生硬化效应的伪影。宝石能谱CT通过新型探测器红宝石，显著提高了图像分辨率，实现了在常规混合能量图像中获得不同能量级的单能量图像，显著减少了由于X线束在穿过人体造成的线束硬化效应和放射状的金属伪影，提供清晰的图像，为患者带来了福音。

能谱CT去伪影的手段是通过单能量成像和MARS技术实现。根据临床对于影像质量需求，能谱CT扫描可以产生40-140kev的101个单能量图像。这些单能量成像的本质是同等地实现了机体在单能量X线源穿过的情况下获得的影像，这样有效地避免了混合能量下由于低能量射线衰减而造成的硬化伪影。较低的单能量水平由于密度分辨率的提高，可以清晰的显示病变；较高的单能量水平由于去除金属伪影，从而降低图像对比度。如何兼顾单能量图像的图像质量、信噪比和对比噪声比，值得我们研究。本研究对12例患者，采用能谱CT扫描。在40-140kev扫描范围内能谱区间，从40kev开始，每隔30kev进行单能量重建^[4]。结果提示，随着kev提高，伪影逐渐减少。随着管电压增加，CNR逐渐减小，100kev CNR达到最小值，显示此处伪影消减效果趋近于最佳。

4组单能量成像结果中，仅100kev成像中，A、B层面SD无统计学差异(P＞0.05)，表明B层伪影基本消除，达到最佳成像质量，较其它3组图像质量清晰。而70kev单能量成像中金属伪影减除少，CNR最大，但噪声比较大，故不能清晰观察椎管内结构。4组kev+MARS重建图像对比（P <0.05），表明伪影最重层面感兴趣区的伪影未能完全消除。黄钟杰等^[5] 研究认为，脊柱内固定术后应用单能量+MARS去伪影最容易引起大量伪影。MARS技术是能谱CT特有的去除伪影的技术，通过计算机运用和分析，补充由于射线没有穿过机体而发生的局部信号缺失，单能量图像与MARS技术结合，可以去除硬化伪影和金属伪影。本研究显示运用MARS技术可以去除部分伪影，它的主要作用是消除高密度粗大伪影，但同时可以产生大量线束状伪影，金属植入物部分显示不清，造成图像扭曲失真，不利于骨科医师对于患者术后情况正确判断。

综上所述，能谱CT利用GSI明显减除脊柱金属植入物的伪影，基本以100kev进行单能量成像时质量最佳^[6] ，可明显消除伪影，70kev单能量图像虽然CNR最佳，但噪声远超过100kev单能量图像，故不利于观察椎管内的情况。对于不同的病例，在使用不同的椎弓根钉、置入方法及置入部位不同时，最佳kev略有不同。本研究显示100kev单能量图像，为最佳的单能量图像，可以有效去除伪影，清晰显示置入物位置及其与周围结构的关系，对脊柱金属植入术后并发症的早期诊断能够提供准确的诊断。

参考文献

1. 赵宾, 王继红，宝石能谱CT在骨科患者术后检查中的应用效果分析[J].中国医疗设备，2016. 31(03):74-75.

2. 温齐平，张滨，潘俊， 等. O-MAR技术在头颅CT检查中去除口腔内金属伪的应用评 [J]. 中国医疗设备, 2017, 32(1): 50-53.

3. ZHOU CS, ZHAO YE,LUO S, et al. Monoenergetic imaging of dual-energy CT reduces artifacts from implanted metal orthopedic devices in patients with fractures [J].Acedemic Radiology, 2011, 18(10):1252-1257.

4. 王淳正，王战，宝石能谱CT去伪影技术对脊柱小型金属植入物成像中最佳单能量的临床研究[J].山西职工医学院学报，2017. 27(05):20-23.

5. 黄钟杰，曹楚瑜，刘源. 宝石能谱CT去除金属伪影软件减除脊柱和髋关节植入金属物伪影的价值[J]. 汕头大学医学院学报， 2014, 27(2): 115-114.

6. 吴雪丽, 田军, 张殿星，等. 数字化体层融合—去金属伪影技术在人工关节置换术后评估的应用研究 [J]. 医学影像学杂志, 2016, 26(10): 1895-1898.

邓治强

2020-9-15

工作单位：内江市中医医院放射科