IMAR对椎体植入物患者CT图像的影响*

郁仁强，吕发金，张志伟△，姚开情，彭 刚，曾勇明，杨 亚

(1.重庆医科大学附属第一医院放射科，重庆 400016；2.成都市妇女儿童中心医院放射科，成都 610000)

受检部位有金属植入物的患者在接受常规CT检查时，金属植入物会产生放射状和暗区伪影，放射状伪影和暗区伪影会影响组织结构及病变的显示，导致放射科医生误诊或不能诊断[1-2]。大部分金属植入物患者不宜做磁共振成像(magnetic resonan imaging,MRI)检查，临床医生需要观察患者术后效果及感染等情况时，只能选择CT检查，但其不可避免会产生金属伪影。临床上减少金属伪影常用的方法有能谱扫描和去伪影软件。迭代去金属伪影算法(iterative metal artifact reduction，IMAR)是新一代减少金属伪影算法，可在原始数据重建图像的基础上叠加使用该算法。该方法减少金属伪影，简单方便，对CT设备硬件要求不高，临床应用前景广。本文旨在研究IMAR的应用对椎体植入物患者CT图像的影响。

1 资料与方法

1.1一般资料 选择2015年4月至2016年4月在重庆医科大学附属第一医院放射科行脊柱检查，且椎体内有金属植入物(椎弓根螺钉)的患者45例，其中男29例，女16例，年龄18～71岁，平均(42.91±15.15)岁，本研究通过该院伦理委员会批准，所有纳入研究的患者均签署知情同意书。

1.2方法

1.2.1检查方法 采用上海西门子医疗器械有限公司生产的SOMATOM Perspective CT，行常规椎体扫描，扫描参数：管电压130 kV，参考管电流量200 mAs，CARE dose 4D技术，螺距0.55，重建卷积核B31，层厚1 mm，层间距1 mm，分别采用常规滤波反投影(filtered back projection,FBP)和FBP+IMAR两种重建方式，伪影校正算法选择椎体植入物(Spine implants)。

1.2.2图像质量主观评价 由两名有3年以上临床诊断工作经验的放射医师采用5分法分别对两种重建图像进行主观图像质量评价，当评分不一致时，由两人共同商量确定；并观察IMAR重建图像是否有新的伪影出现。评分标准如下，5分：图像无金属伪影，图像质量非常好，诊断效果最佳；4分：图像有少许金属伪影，图像质量好，诊断效果佳；3分：图像有中度的金属伪影，图像质量可接受，足够诊断；2分：图像有明显的金属伪影，图像质量不好，诊断信心明显降低；1分：图像有严重的金属伪影，图像质量非常差，无法诊断。

1.2.3CT值测量及噪声评价 分别选择两种重建图像中无金属植入物(椎体中份层面)和有金属植入物(椎体中份的螺钉层面)的图像各一幅分析，在西门子公司的多模式工作站(multimodality workplace,MMWP)上测量脊椎骨组织的CT值，可以保证相同图像不同重建方式在相同部位测量，测量区域选择在椎体中间， 视野(field of view,FOV)为0.1～0.2 cm2，测量时避开明显的条纹状伪影区和病变区域。将椎体骨组织CT值的标准差定义为噪声，作为图像客观评价指标。

1.3统计学处理 使用SPSS19.0统计软件进行统计分析，采用配对t检验统计两种重建方式的椎体骨组织CT值和图像噪声值，Wilcoxon符号秩检验统计两种重建方式的主观图像质量评分，检验水准α=0.05，以P<0.05为差异有统计学意义。

2 结 果

2.1主观图像质量评价结果 两名放射医师对金属植入物图像FBP和FBP+IMAR两种算法图像主观评价得分分别为(1.69±0.56)、(3.36±0.53)分，二者比较差异有统计学意义(Z=-6.05，P<0.01)。金属植入物图像FBP重建，有明显的放射状高密度影及暗区伪影，会掩盖周围软组织，降低放射医师的诊断信心；采用FBP+IMAR重建后，放射状高密度影及暗区伪影会明显减少，周围软组织可见，见图1。

A：FBP重建；B：FBP+IMAR重建

图1两种重建算法的图像质量

表1 两种算法图像中椎体骨组织CT值及噪声值比较

2.2图像CT值及噪声值 无金属植入物图像中，FBP和FBP+IMAR两种算法椎体骨组织的CT值分、图像噪声值比较，差异有统计学意义(t=-8.27、-31.44，P<0.01)；使用IMAR算法后，其图像的CT值和噪声值都会增加，分别增加了0.35%、3.98%。金属植入物图像中，两种算法椎体骨组织的CT值、图像噪声值比较，差异有统计学意义(t=14.33、19.09，P<0.01)；使用IMAR算法后，其图像的CT值和噪声值都会减小，分别减少了50.18%、52.02%，见表1。

3 讨 论

CT广泛用于骨折术后复查的患者，用来评价骨性结构、周围软组织及金属植入物位置是否合适。但由于金属植入物的存在，会产生金属伪影，从而影响对以上结构的观察和判断。为了降低金属植入物在CT检查中的影像，各大医疗设备公司也推出过能谱成像减少金属伪影、Metal Artifact Reduction Software (MARs)和Orthopedic MAR(OMAR)等软件减少金属伪影[3-8]。能谱成像和MARs软件减少金属伪影技术需要较高要求的硬件设备支持才能够实现；OMAR软件减少金属伪影技术多适用于四肢大关节植入物，且出现新伪影的概率较高[8-9]。

国内外部分学者研究用能谱成像、MARs技术减少椎弓根螺钉中金属伪影效果[10-11]，尚很少有报道IMAR技术在减少椎弓根螺钉中金属伪影效果。IMAR技术采用联合3种减少金属伪影技术：射线束硬化校正、线性内插的标准化正弦图修复和分频减少金属伪影技术，是最新推出的减少金属伪影技术的算法[12-13]，不需要特殊的硬件设备支持，在常规扫描后，即可行IMAR重建，操作简单，重建速度快。IMAR重建同时提供了不同部位的减少金属伪影算法，可以实现不同部位植入物的个体化减少金属伪影处理。

本课题组回顾性分析该院45例接受CT检查的椎弓根螺钉植入物的患者，结果表明：经FBP重建，椎弓根螺钉产生的金属伪影明显，金属植入物周围组织显示不清，导致放射科医师诊断信心下降，甚至部分图像不能用于诊断；使用IMAR算法，可以明显改善图像中组织的CT值，IMAR重建后图像中脊椎骨组织的CT值更为接近真实的情况，与国外学者AXENTE等[14]研究结果相似。减少椎弓根螺钉所产生的金属伪影效果明显，尤其是对螺钉长轴方向上的条纹状高密度影及暗区伪影，可以修复无IMAR算法重建图像中被伪影掩盖的组织结构和病变，满足临床诊断要求。但本课题组的研究分析并未涉及无金属伪影影响层面的图像[15]。

进一步研究发现使用IMAR技术时，对于无金属伪影影响层面的图像，会轻微增加其层面内椎体骨组织的CT值和图像噪声(分别增加了0.35%、3.98%)，故在临床工作中，要注意对于组织CT值要求比较精确或CT值的绝对值相对较大时，使用IMAR算法对CT值的影响较大，无金属伪影影响层面的图像应尽量避免使用IMAR算法重建。对于有金属伪影影响层面的图像，会明显减少其层面内椎体骨组织的CT值和图像噪声(分别减少了50.18%、52.02%)，降低了金属植入物对图像的影像，改善图像质量。但IMAR算法并不能完全去除图像中的放射状伪影及暗区伪影，尤其对于体积较大的螺钉所致的伪影及螺钉长轴方向上的伪影， IMAR算法有待进一步优化。

本研究的创新在于研究一种新型、方便实现的去金属伪影技术的临床应用，结果发现IMAR技术对无金属伪影影响层面图像和有金属伪影影响层面图像的改变不一致，可为临床上合理使用去金属伪影技术提供理论依据。本研究尚存在一些不足：(1)选点不够全面，仅选择测量脊椎骨组织；(2)评价IMAR去除金属伪影的临床病例的部位比较单一，对于设备提供的其他部位没有纳入研究；(3)无法比较IMAR算法修正后的组织CT值与真实CT值的差异，有螺钉植入的部位多是有病变的椎体，也无法与其他正常椎体相比较。临床研究中所存在的问题和不足，为本研究下一步研究仿真模体实验提供研究方向和思路。