CT能谱成像技术去除脊柱金属植入物伪影的临床研究

龙翔，胡凌，吴迎澜，杨扬

（江西省抚州市第一人民医院影像科，江西抚州 344000）

脊柱疾病是临床常见病、多发病，其病因复杂且对临床治疗具有较高的技术性、专业性要求[1]。外科治疗是脊柱疾病的主要治疗方法，其科学、合理运用可有效改善患者生存质量，促进患者健康恢复。近年来，随着脊柱外科治疗技术的不断发展，椎弓根钉棒系统脊柱疾病，尤其是脊柱骨折中的治疗价值越来越高[2]。但应用该技术时，需高度重视术后并发症诊疗，以改善患者预后。在临床诊疗过程中，数字化X线成像技术、多层螺旋CT检查技术、磁共振成像技术等均为较常用的影像学技术[3]。数字化X线成像技术虽然操作简单、经济性强，但分辨率不高，且并发症诊断准确性、灵敏度低于CT诊断、核磁共振诊断，而核磁共振诊断并不适用于脊柱金属植入物患者并发症诊断。因此，CT诊断是脊柱金属植入物患者随诊最常用的检查技术。但脊柱金属植入物患者行CT诊断时，易受金属植入物伪影影响，降低图像质量，增加疾病识别、确诊、治疗难度[4]。因此，如何消除金属植入物伪影，提高CT诊断图像质量已成为相关人员

关注与研究的重点问题。临床实践表明，CT能谱成像技术能依靠单能量成像与金属伪影消除技术结合，有效减少金属植入物伪影，清晰显示检查器官及其周围组织结构、形态、密度，便于医生通过图像分析掌握患者疾病情况，制定科学、有效、准确疾病治疗方案[5]。本研究探究CT能谱成像技术在去除脊柱金属植入物伪影中的应用效果，明确CT能谱成像技术临床价值，旨在为脊柱金属植入物患者疾病诊断提供参考依据。

1 资料与方法

1.1 临床资料选取2018年4月至2020年7月于本院接受脊柱金属植入物患者30例，其中男19例，女11例；年龄28～83岁，平均（56.68±3.34）岁；颈椎金属植入物3例，胸椎金属植入物8例，腰椎金属植入物19例。纳入标准：均行脊柱金属植入物治疗与CT能谱扫描；自愿参与本研究，并签署知情同意书；无精神类疾病；研究经本院医学伦理委员会审核批准。排除标准：依从性差；临床资料不完整；无法正常、有效沟通；存在颈椎金属植入禁忌证；存在重要脏器器质性病变。

1.2 方法采用美国通用电气公司生产的Revolution HD精准能谱CT机对患者进行扫描。扫描模式选用GSI模式，参数设置为：管电流600 mA，管电压80～140 kVp瞬时切换，管电压切换时间0.5 ms，螺距0.984∶1，层厚与间隔均为0.5 cm，旋转时间0.79 s，速度0.39 cm/rot，视野15 cm×15 cm或35 cm×35 cm，矩阵512×512，CT剂量指数24.27 mGy。扫描结束后，进行图像重建，并将70 kVp单能量图像与120 kVp混合能量图像上传到工作站中进行能谱分析，在60～140 kVp区间，以10 keV为间距，重建多种单能量图像。测量计算与分析120 kVp混合能量图像、单能量图像、CT能谱图像（110 kVp单能量+金属伪影消除）的主、客观指标。

1.3 观察指标①主观指标：噪声值、伪影指数、伪影长度等。噪声值：在伪影最严重区域选取3～6个感兴趣区进行测量取均值，设为观察组；并选择伪影最少（或无伪影）区域进行噪声测量，设为对照组。伪影指数=（伪影噪声值2-无伪影噪声值2）1/2。伪影长度：按照美国材料与试验协会推荐方法进行测量[6]。②客观指标：图像质量主观评分，由2名高资历医生利用4分量表法进行图像质量评价，图像中金属植入物伪影严重，图像信息观察困难，计0分；金属植入物伪影较严重，可观察但效果欠佳，计1分；存在部分金属植入物伪影，多数信息可观察，计2分；不存在金属植入物伪影，信息清晰可见，计3分。

1.4 统计学方法采用SPSS 26.0统计软件进行数据分析，计量资料以“±s”表示，比较采用t检验，计数资料用[n（%）]表示，比较采用χ2检验，以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 最佳单能量成像点在60～140 keV区间所构建的单能量图像中，随着keV的不断增高，伪影长度逐渐缩短；在60～110 keV区间伪影噪声值、伪影指数呈逐渐变小趋势，主观评分呈逐渐增加趋势；在110～140 keV区间伪影噪声值、伪影指数呈逐渐增加趋势，主观评分呈逐渐减少趋势。110keV属于分界点，是最佳单能量成像点，110 keV单能量图像质量最佳，见表1。

表1 不同keV主客观指标比较（±s）Table 1 Comparison of subjective and objective indexes of different keV(±s)

表1 不同keV主客观指标比较（±s）Table 1 Comparison of subjective and objective indexes of different keV(±s)

能量（keV）60 70 80 90 100 110 120 130 140噪声值观察组59.61±14.28 38.69±12.21 28.54±10.57 25.36±6.98 24.98±7.35 24.32±5.76 24.69±6.89 25.55±7.06 26.44±8.01对照组25.65±9.44 15.16±6.33 18.44±6.92 21.32±7.54 24.65±6.38 26.88±8.24 28.65±9.01 30.05±10.04 31.22±11.36伪影长度（mm）58.41±0.06 41.59±0.05 31.32±0.03 22.78±0.03 20.94±0.02 12.53±0.02 10.44±0.04 8.69±0.04 7.95±0.05伪影指数59.16±30.25 31.67±18.98 20.77±8.66 20.69±8.42 20.44±6.32 19.11±5.87 19.68±5.77 20.54±7.11 25.21±8.89主观评分（分）1.31±0.44 1.52±0.48 1.55±0.62 1.76±0.35 2.71±0.48 2.96±0.37 2.74±0.42 2.11±0.32 1.85±0.43

2.2 CT能谱图像与混合能量图像质量比较于110 keV下进行金属植入物伪影消除重建获得CT能谱图像。CT能谱图像组伪影长度、伪影指数、主观评分均优于混合能量图像组，差异具有统计学意义（P＜0.05），见表2。

表2 CT能谱图像组与混合能量图像组图像质量比较（±s）Table 2 Comparison of CT energy spectrum image group CT energy spectrum image quality with mixed energy image group(±s)

表2 CT能谱图像组与混合能量图像组图像质量比较（±s）Table 2 Comparison of CT energy spectrum image group CT energy spectrum image quality with mixed energy image group(±s)

组别CT能谱图像组混合能量图像组t值P值伪影长度（mm）8.68±0.21 63.74±4.56 66.065 0.000伪影指数19.21±5.38 62.55±18.27 12.884 0.000主观评分（分）2.75±0.18 1.36±0.26 24.076 0.000

3 讨论

CT图像伪影是指CT诊断所获得图像中非真实存在的阴影，是影响CT图像质量，降低CT诊断准确性、灵敏度的关键因素。CT图像伪影根据其来源划分，可分为系统伪影与扫描伪影两大类。系统伪影主要是指CT机使用过程中系统本身产生的伪影，如探测器偏差伪影；扫描伪影则是CT机使用过程中，受数据采集、信息处理、图像构建、检测者行为等因素影响形成的伪影[7]。本研究中的脊柱金属植入物伪影属于CT图像扫描伪影。脊柱金属植入物作为高密度物质，X线在穿过该物质时，X线光子被全部吸收，能量大幅度衰减，导致投射数据不足，无法清晰、准确显示金属植入物周围组织信息。同时，CT成像始终是在混合能量下进行，当脊柱金属植入物患者行CT检查时，X线经过植入物后，高能量射线穿过，而低能量射线被吸收，则平均能量变高，形成线束硬化伪影[8]。关于CT图像伪影去除，临床提出优化CT扫描参数、改进CT设备性能、针对伪影校正算法等多种方法，虽然在一定程度上降低了CT图像伪影，但整体伪影去除效果并不理想。随着能谱技术的创新发展与应用，CT能谱成像技术逐渐成为去除金属伪影、线束硬化伪影重要手段。有研究表明，应用CT能谱成像技术可得到40～140 keV的多个单能量图像，可消除CT机自身不稳定所带来的CT值漂移问题，降低系统伪影产生，提高CT图像清晰度[9]。美国通用电气公司生产的宝石能谱CT机，相对于传统CT机而言，激发的X射线拥有更强的穿透性能，可在0.5 ms内完成80～140 keV的快速切换，数据采集速度、成像速度快，可在一定程度上保证成像质量[10]。CT能谱成像技术将单能量图像技术与金属伪影消除技术有机结合，能根据CT值阈值分段，进行投影纠正，保证投射数据充足且准确，实现金属伪影、线束硬化伪影的有效去除。

本研究结果表明，①伪影长度随着keV的增高而缩短，说明高keV能在一定程度上去除脊柱金属植入物伪影。②在60～110 keV区间伪影噪声值、伪影指数呈逐渐变小趋势，主观评分呈逐渐增加趋势。说明在60～110 keV区间随着keV增加，伪影对图像质量的影响逐渐降低。③在110～140 keV区间，伪影噪声值、伪影指数随着keV的增加而增加，主观评分随着keV的增加逐渐减少。说明高keV虽然能够去金属伪影，但过高的keV会在一定程度上降低金属植入物周围组织噪声比，降低伪影去除整体效果。本研究中110 keV是最佳单能量成像点，所获得的单能量图像质量最好，与既往研究结果基本相符[11]。

本研究结果表明，CT能谱成像图像质量更好，伪影长度、伪影指数、主观评分等指标均优于混合能量图像。说明在应用CT能谱成像技术去除脊柱金属植入物伪影时，可通过最佳单能量成像与金属伪影消除技术有机结合获得高品质图像，提高脊柱金属植入物患者CT诊断准确性。

综上所述，CT能谱成像技术在脊柱金属植入物伪影去除中的临床价值显著，能有效改善脊柱金属植入物患者CT图像质量，降低影像学医师疾病诊断难度，提高诊断效能。同时，CT能谱成像技术的应用可在一定程度上提高金属植入物可视性，便于观察植入物在患者体内的状况，进行术后病情观察与并发症预防。