CT能谱成像技术去除眼眶金属植入物伪影的临床应用
2019-04-01吴坚徐冶敏韩永顺陶晓峰
吴坚 徐冶敏 韩永顺 陶晓峰
眼眶位于颅面中部并向前突出，易遭受外力打击。随着近年来交通事故等引起的外伤日益增多，眼眶骨折发生率明显增加。大多数的眼眶骨折需要手术治疗，手术的主要内容为眶内植入修复材料封闭眶壁缺损，以恢复眼球正常位置、回纳疝出的软组织及矫正扩大的眶腔容积。人工生物材料是目前使用最多的眶壁缺损修复材料，为便于术后随访评估，修复材料在CT图像上的密度需高于眶内外软组织密度，其中以具有良好生物相容性的金属钛[2]最为常用。CT被认为是眼眶骨折首选的影像检查技术[1]，但高密度的金属成分在常规CT图像上会产生放射星芒状的伪影，不同程度影响周围细微结构的观察及诊断。宝石CT通过将采集数据解析为一系列单能量图像，即能谱成像技术 （Gemstone spectral imaging，GSI），使复杂的X线衰减线性化，从而消减常规CT扫描获得的混合能量图像上的金属伪影。鉴于CT能谱成像技术消减金属伪影的独特优势，本研究将其用于眼眶骨折修复术后检查，以改善图像质量、提高评估效果，具体报道如下。
1 资料与方法
1.1 一般资料
2015年5月 至2017年6月，共32例眼眶外伤金属植入物修复术后患者纳入研究。其中，男17例（19只眼），女15例（16只眼）；年龄17～71岁，平均（42±6.76）岁。
1.2 CT扫描及处理
使用GE Discovery CT 750 HD扫描系统，患者取仰卧位，平行于听眶下线进行轴位扫描，包全眼眶和病变范围。采用GSI模式扫描，管电压在0.5 ms周期内完成140 kVp和80 kVp的瞬间切换，管电流600 mA，准直宽度40 mm，层厚0.625 mm，螺距0.984:1；X线球管旋转速度0.8 s/r；矩阵512。直接获得140 kVp的混合能量图像，并应用能谱分析软件获得40～140 keV（以10 keV为间距）共11组单能量图像，分别选取每组图像中伪影最明显层面及无伪影层面进行观察和测定。
1.3 CT图像分析
1.3.1 主观评价
由3名放射医师采用双盲法对混合能量图像和单能量图像进行观察评分。按金属伪影对诊断所需图像质量的影响程度，评分分为4级：优，基本无伪影，完全不影响诊断；良，伪影少，可以诊断；一般，伪影较多，诊断受限制；差，伪影明显，无法诊断。
1.3.2 数值测定计算
分别选择混合能量图像和单能量图像相同的金属伪影最明显处和无伪影层面，划定感兴趣区（ROI）、测量感兴趣区的CT值和噪声（即SD值，代表感兴趣区CT值的标准差）。根据公式计算伪影指数（A rtifact index，AI）、对比噪声比（C ontrast to noise ratio，CNR）。
1.4 统计学处理
使用SSPS22.0统计软件，利用Kendall's W检验分析3位放射科医生对CT图像评价的一致性。Kendall's W系数分布在0～1之间，数值越大，一致程度越强。如果Kendall's W系数大于0.8，说明研究数据具有很强的一致性，若小于0.4则一致性差。
2 结果
对混合能量图像和单能量图像的主观评价结果显示，随着keV的升高，图像质量越好，即GSI消减金属伪影的效果越好。3位医生诊断结果的Kendall's W系数为0.876（P＜0.05），具有很强的一致性。
单能量图像中，随着keV的升高，CNR值逐渐升高，至110 keV图像CNR值达到最高，其CNR值明显高于混合能量图像（P＜0.01）；随着keV的升高，图像的SD值逐渐降低，达到70 keV后SD值降低明显，110 keV单能量图像的SD值最小，其SD值明显小于混合能量图像的SD值（P＜0.05）；不同keV的单能量图像选定层面中，随着keV的升高，图像的AI值逐渐降低，在110 keV图像AI值最低，其AI值明显小于混合能量图像的AI值（P＜0.01）（表1、2）。
表1 混合能量图像与110keV下单能量图像的SD、CNR、AI的比较Table 1 Comparison of SD,CNR and AI between polychromatic images and monochromatic images under 110 keV
表1 混合能量图像与110keV下单能量图像的SD、CNR、AI的比较Table 1 Comparison of SD,CNR and AI between polychromatic images and monochromatic images under 110 keV
参数 混合能量图像 单能量图像parameter polychromatic images monochromatic images SD 39.89±11.87 26.91±8.11 CNR 0.40±0.27 0.76±0.32 AI 41.01±9.98 27.42±3.28
表2 不同keV下单能量图像的SD、CNR、AI值Table 2 SD,CNR and AI values of monochromatic images under different keV
表2 不同keV下单能量图像的SD、CNR、AI值Table 2 SD,CNR and AI values of monochromatic images under different keV
Parameter 40 keV 50 keV 60 keV 70 keV 80 keV 90 keV 100 keV 110 keV 120 keV 130 keV 140 keV SD 139.18±21.78 106.61±18.23 77.79±13.12 50.09±8.97 39.89±7.98 33.14±6.93 29.89±11.90 26.91±8.11 39.89±11.91 39.89±11.88 28.91±8.12 CNR 0.27±0.27 0.29±0.33 0.36±0.32 0.40±0.28 0.48±0.29 0.56±0.37 0.65±0.28 0.76±0.32 0.72±0.11 0.70±0.31 0.71±0.33 AI 141.01±9.98 97.42±3.28 81.01±9.99 57.42±3.29 41.01±9.10 37.42±3.30 31.01±9.11 27.42±3.28 41.01±8.02 41.01±9.99 37.42±3.29
3 讨论
眼部外伤通常伴有骨折，常见为单纯内壁骨折、单纯眶底骨折和内下壁（眶底和内壁）骨折，属于眼眶爆裂性骨折；单纯外壁骨折和单纯眶顶骨折极其少见，多伴有眶缘骨折，属于眼眶复合性骨折。对于CT扫描显示眼外肌和眶内容物无明显嵌顿或疝出，眶壁骨折和缺损较小，眼球内陷和复视不明显的患者，可先采用药物治疗。但是，多数眼眶骨折需要手术治疗，手术的主要内容就是眶壁缺损修复：依据眶壁缺损的大小，修剪和塑形修复材料使之适应眶壁缺损的大小和形状[1]。术后复查眼眶CT，明确植入材料的部位和骨折缺损修复情况，是眼眶骨折修复后必不可少的随访内容。这就要求修复材料在CT图像上清晰显示，便于术后观察[3]。综合各种因素，目前临床最多采用的眼眶骨折修复材料均为钛网或包含钛网的复合材料，其可被CT明确清晰识别，有利于评估眼眶骨折修复植入物的位置等情况。本研究所有病例的眼眶骨折修复植入物均为钛网。
既然是金属，在CT图像上显示自身高密度影的同时，不可避免会产生伪影，即所谓非真实的影像，进而对周围真实的组织结构影像产生干扰，影响诊断。不同于人体脊柱、四肢等部位，眼部正常的解剖结构本身就细小复杂、形态不规则，常规CT检查已要求较高空间分辨率[4]，眼眶骨折后或手术修复后，局部解剖结构必定发生各种各样的改变，修复植入物产生的金属伪影即便很微小，也会干扰正常解剖或异常改变的辨识。另外，植入物移位、卡压周围软组织后的继发感染、功能障碍等术后并发症，首要的检查依据也是CT扫描[1]，修复植入物产生的金属伪影经常会影响对细微结构变化的观察，从而延误后续治疗。
植入物金属伪影这一CT检查难题长期困扰医学影像界，宝石CT的出现，超越以往常规CT的局限，实现宝石探测器、能谱栅成像、动态500排和高清低剂量图像等方面的技术突破，球管仅需0.5 ms就能进行140 kVp和80 kVp间的切换，几乎在同时间、同角度的情况下得到两组不同能量的采样，然后通过对这两组高度匹配的能量信息在投影空间的解析，可获得一系列单能量的图像，基本去除线束硬化效应引起的CT值的“漂移”，即金属伪影在高keV单能量图像上能够被有效消减。GSI还能改善图像空间分辨率[5-6]，有利于后续进行容积显示（VR）、多平面重组（MPR）及最大密度投影（MIP）等图像后处理，提供修复植入物与周围结构关系的更直观信息[7]。
本组研究表明，CT能谱成像技术能明显减少金属伪影的干扰，显著提高眼眶术后结构的显示能力。110 keV是眼眶金属植入患者图像质量最佳的单能量成像点。
