多排螺旋CT扫描MAR算法在去除膝关节金属伪影中的应用价值

房加高 ，邹月芬 ，徐海 ，孙涛 ，刘春光 ，盛志洪

1.南京医科大学第一附属医院放射科，江苏南京 210029；2.飞利浦医疗器械公司，江苏南京 210005

全膝关节置换术是治疗终末期膝关节病变的主要手术方式，有助于改善患者的关节功能，减少关节疼痛，提高患者的生活质量[1]。行全膝关节置换术后需要对人工膝关节和内置水泥的手术效果进行评估，多排CT是最常用的方法。但常规的螺旋扫描会在膝关节金属植入物周围形成线束硬化伪影，严重影响对临近结构的观察[2]。该文通过研究2017年8月—2018年4月期间在南京医科大学第一附属医院实施的20例膝关节的CT扫描所得图像，采用不同的CT算法，对比观察MAR算法去除膝关节金属伪影的效果。

1 资料与方法

1.1 一般资料

方便收集在南京医科大学第一附属医院实施了全膝关节置换术后的患者共计20例，男性8例，女性12例。患者均为老年性骨性关节炎患者，所有患者手术后膝关节均有金属植入物，为观察手术效果，行膝关节部位CT扫描。

1.2 仪器与方法

使用飞利浦128排iCT，管电压120 kv，管电流140～250 mAs，准直器设置128×0.625，层厚0.585。扫描后使用常规iDose4迭代算法和MAR迭代算法进行重建。除重建算法不同外，其余使用相同的重建参数，重建层厚1.5 mm，层间距 1.5 mm，重建矩阵为 512×512，窗宽 1 500，窗位500，均使用STD滤过。重建完成后对两组不同算法生成的图像进行测量评估。

1.3 图像处理与分析

使用飞利浦后处理工作站IntelliSpacePortal V6.0进行测量和数据分析。在CT轴位图像上选取在半月板显示较多的层面进行测量。观察植入半月板周围暗区伪影，表现为低CT值暗区，内无解剖结构，为伪影区，测量该层面伪影面积相加，即为该幅图像金属植入物所造成伪影的总面积。在同一层面测量半月板周围肌肉的CT值的标准差作为该幅图像的噪声大小。

1.4 统计方法

对数据使用SPSS 19.0统计学软件进行分析，对两组图像伪影面积和噪声的比较使用配对t检验，P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

金属伪影面积的对比，常规迭代算法iDose4为(1 546±227.2)mm2，去金属伪影算法为(216±64.3)mm2(t=2.94,P＜0.001)。MAR迭代算法比常规迭代算法减少86.1%。见图1。

图像噪声的对比，常规迭代算法噪声均数为73.2，去金属伪影算法噪声均数为52.1(t=1.82,P＜0.05)。去金属伪影算法比常规迭代iDose4算法噪声减小。

图1 1例半月板置换术后患者膝关节CT图像，使用两种不同重建算法后所得图像的对比。a，c，e为使用常规迭代算法iDose4的图像，b，d，f为使用OMAR算法重建的图像，在原始轴位及MPR重建后的矢状位，冠状位上，均显示金属伪影明显减少。

3 讨论

人工膝关节置换是通过手术将病损的膝关节部分或全部由人工制造的关节部件所替代。目前应用最普遍的示全膝关节置换，即置换全部的股骨，胫骨关节面和/或髌骨[3]。关键在于恢复下肢生物力线，关节CT三维重建可以测量关节力线，股骨髓腔位置。手术效果进行评估。全膝关节置换假体在射线下会产生金属伪影。CT扫描或处理过程中产生的不属于机体正常信号的图像阴影[4]。X线穿过高密度的金属物时产生衰减，导致对应金属物在射线方向后方投影数据缺如，周围组织因部分容积效应，光量子不足信号丧失而产生金属伪影。常表现为，星条状暗区，或放射状高密度影。金属伪影会导致信号的确失，降低图像的清晰度，影响病变观察，甚至导致漏诊、误诊[5]。

该文所探讨的去除金属伪影迭代技术是综合了射线束硬化校正，线性内插的标准化正弦图修复和分频去伪影技术，基于线性内插去金属伪影法来达到减少金属伪影的效果[6]。原理是应用标准加权的滤波反投影法，进行阈值分割，建立一种只有金属的图像，然后根据只有金属的图像投影确定因穿过金属而被损坏的投影，舍弃沿金属轨迹的投影，用未穿过金属的相邻投影的内插数据替换，从而产生一幅没有金属伪影的图像[7]。

该研究将20例膝关节术后的CT扫描图像作为分析对象，重点阐述MAR算法去除伪影的效果。两组图像去伪影效果的评价指标，伪影面积在图像上主要代表信号损失带来的低信号伪影，而噪声在图像上主要代表金属放射状高信号伪影。其中伪影面积的测量结果表明MAR算法所得图像的伪影影响的面积比常规iDose4算法所得图像伪影面积大幅减少，约为86.1%。这表明MAR算法通过内插数据替换，将金属植入物的所带来的信号损失大部分进行了有效的补全。Hegazy M等[8]的实验中，信号损失的补全率约为89%，与该次所做的实验数据大体相当。高于该次的实验数据，其主要原因是在膝关节处，金属植入物的厚度在膝关节的厚度的比重较大，使得在X线穿过扫描部位所得有效信号较少，部分位置数据仍缺失。但总体而言伪影面积的减少仍非常有效。反映在二维重建图像上，由于信号缺失补全，提高了测量关节力线的准确性，为评估术后效果提供精确的数据。

在放射状高信号伪影上，使用噪声这个参数来代表，噪声越高，说明高信号伪影越大，反之则越小。该研究中 iDose4 噪声为 73.2，MAR 为 52.1（P＜0.05），表明MAR算法的高信号伪影相对于iDose4算法明显降低。这与其它研究者的结果是一致的。郁斌等[9]研究了胸椎部位MAR算法去除金属伪影噪声效果，数据显示胸椎部分软组织噪声分别为68.54和28.94,骨组织噪声分别为121.81和83.28，与该次研究的膝关节部位的噪声值差不多，说明MAR算法在人体各部位去除伪影的效果均非常明显。金属高信号噪声的减小使得组织细节可以更多的显示。在该次研究中发现在常规idose4上金属植入物部分旁边组织轮廓无法显示，但是通过MAR算法重建所得图像可以观察置换部位骨水肿的情况，这是MAR算法对膝关节术后最直接的临床作用。

在目前，多数单源单能MSCT多采用插值法校正金属伪影。如使用迭代滤波反投影法[10],虽然在一定程度上矫正了金属伪影，单减少金属伪影的效果并不明显。Han SC等[11]运用双能CT去除金属伪影，研究显示随着能量的升高，伪影密度和周围软组织密度均较低能量者为高，其中测得的去伪影效果最好的伪影密度和软组织密度分别为（-341±309）HU 和（45.6±20.2）HU，去除金属伪影效果很好。但是双能CT本身扫描过程中剂量较单源单能CT较大，不适合广泛应用。而该研究中的MAR算法只是一种后处理算法，其数据采集过程与常规容积扫描无异，不额外增加患者的辐射剂量，因此更适宜在临床中广泛推广。

MAR算法在去除金属伪影上也有一些不足，例如对于体型较胖者，由于扫描条件的限制，去除金属伪影效果不太理想。但是整体而言，MAR算法在临床上还是很有价值的。

综上所述，MAR算法可以有效去除CT扫描中的金属伪影，提高图像信噪比，改善图像的清晰度，在全膝关节置换术后观察和诊断手术效果提供更准确的数据，去金属伪影迭代技术可以在全膝关节置换术后CT扫描中常规使用，可以大力推广。