CT能譜成像技術去除眼眶金屬植入物偽影的臨床應用

吳堅 徐冶敏 韓永順 陶曉峰

眼眶位于顱面中部并向前突出，易遭受外力打擊。隨著近年來交通事故等引起的外傷日益增多，眼眶骨折發生率明顯增加。大多數的眼眶骨折需要手術治療，手術的主要內容為眶內植入修復材料封閉眶壁缺損，以恢復眼球正常位置、回納疝出的軟組織及矯正擴大的眶腔容積。人工生物材料是目前使用最多的眶壁缺損修復材料，為便于術后隨訪評估，修復材料在CT圖像上的密度需高于眶內外軟組織密度，其中以具有良好生物相容性的金屬鈦[2]最為常用。CT被認為是眼眶骨折首選的影像檢查技術[1]，但高密度的金屬成分在常規CT圖像上會產生放射星芒狀的偽影，不同程度影響周圍細微結構的觀察及診斷。寶石CT通過將采集數據解析為一系列單能量圖像，即能譜成像技術 （Gemstone spectral imaging，GSI），使復雜的X線衰減線性化，從而消減常規CT掃描獲得的混合能量圖像上的金屬偽影。鑒于CT能譜成像技術消減金屬偽影的獨特優勢，本研究將其用于眼眶骨折修復術后檢查，以改善圖像質量、提高評估效果，具體報道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料

2015年5月 至2017年6月，共32例眼眶外傷金屬植入物修復術后患者納入研究。其中，男17例（19只眼），女15例（16只眼）；年齡17～71歲，平均（42±6.76）歲。

1.2 CT掃描及處理

使用GE Discovery CT 750 HD掃描系統，患者取仰臥位，平行于聽眶下線進行軸位掃描，包全眼眶和病變范圍。采用GSI模式掃描，管電壓在0.5 ms周期內完成140 kVp和80 kVp的瞬間切換，管電流600 mA，準直寬度40 mm，層厚0.625 mm，螺距0.984:1；X線球管旋轉速度0.8 s/r；矩陣512。直接獲得140 kVp的混合能量圖像，并應用能譜分析軟件獲得40～140 keV（以10 keV為間距）共11組單能量圖像，分別選取每組圖像中偽影最明顯層面及無偽影層面進行觀察和測定。

1.3 CT圖像分析

1.3.1 主觀評價

由3名放射醫師采用雙盲法對混合能量圖像和單能量圖像進行觀察評分。按金屬偽影對診斷所需圖像質量的影響程度，評分分為4級：優，基本無偽影，完全不影響診斷；良，偽影少，可以診斷；一般，偽影較多，診斷受限制；差，偽影明顯，無法診斷。

1.3.2 數值測定計算

分別選擇混合能量圖像和單能量圖像相同的金屬偽影最明顯處和無偽影層面，劃定感興趣區（ROI）、測量感興趣區的CT值和噪聲（即SD值，代表感興趣區CT值的標準差）。根據公式計算偽影指數（A rtifact index，AI）、對比噪聲比（C ontrast to noise ratio，CNR）。

1.4 統計學處理

使用SSPS22.0統計軟件，利用Kendall's W檢驗分析3位放射科醫生對CT圖像評價的一致性。Kendall's W系數分布在0～1之間，數值越大，一致程度越強。如果Kendall's W系數大于0.8，說明研究數據具有很強的一致性，若小于0.4則一致性差。

2 結果

對混合能量圖像和單能量圖像的主觀評價結果顯示，隨著keV的升高，圖像質量越好，即GSI消減金屬偽影的效果越好。3位醫生診斷結果的Kendall's W系數為0.876（P＜0.05），具有很強的一致性。

單能量圖像中，隨著keV的升高，CNR值逐漸升高，至110 keV圖像CNR值達到最高，其CNR值明顯高于混合能量圖像（P＜0.01）；隨著keV的升高，圖像的SD值逐漸降低，達到70 keV后SD值降低明顯，110 keV單能量圖像的SD值最小，其SD值明顯小于混合能量圖像的SD值（P＜0.05）；不同keV的單能量圖像選定層面中，隨著keV的升高，圖像的AI值逐漸降低，在110 keV圖像AI值最低，其AI值明顯小于混合能量圖像的AI值（P＜0.01）（表1、2）。

表1 混合能量圖像與110keV下單能量圖像的SD、CNR、AI的比較Table 1 Comparison of SD,CNR and AI between polychromatic images and monochromatic images under 110 keV

表1 混合能量圖像與110keV下單能量圖像的SD、CNR、AI的比較Table 1 Comparison of SD,CNR and AI between polychromatic images and monochromatic images under 110 keV

參數 混合能量圖像 單能量圖像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下單能量圖像的SD、CNR、AI值Table 2 SD,CNR and AI values of monochromatic images under different keV

表2 不同keV下單能量圖像的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 討論

眼部外傷通常伴有骨折，常見為單純內壁骨折、單純眶底骨折和內下壁（眶底和內壁）骨折，屬于眼眶爆裂性骨折；單純外壁骨折和單純眶頂骨折極其少見，多伴有眶緣骨折，屬于眼眶復合性骨折。對于CT掃描顯示眼外肌和眶內容物無明顯嵌頓或疝出，眶壁骨折和缺損較小，眼球內陷和復視不明顯的患者，可先采用藥物治療。但是，多數眼眶骨折需要手術治療，手術的主要內容就是眶壁缺損修復：依據眶壁缺損的大小，修剪和塑形修復材料使之適應眶壁缺損的大小和形狀[1]。術后復查眼眶CT，明確植入材料的部位和骨折缺損修復情況，是眼眶骨折修復后必不可少的隨訪內容。這就要求修復材料在CT圖像上清晰顯示，便于術后觀察[3]。綜合各種因素，目前臨床最多采用的眼眶骨折修復材料均為鈦網或包含鈦網的復合材料，其可被CT明確清晰識別，有利于評估眼眶骨折修復植入物的位置等情況。本研究所有病例的眼眶骨折修復植入物均為鈦網。

既然是金屬，在CT圖像上顯示自身高密度影的同時，不可避免會產生偽影，即所謂非真實的影像，進而對周圍真實的組織結構影像產生干擾，影響診斷。不同于人體脊柱、四肢等部位，眼部正常的解剖結構本身就細小復雜、形態不規則，常規CT檢查已要求較高空間分辨率[4]，眼眶骨折后或手術修復后，局部解剖結構必定發生各種各樣的改變，修復植入物產生的金屬偽影即便很微小，也會干擾正常解剖或異常改變的辨識。另外，植入物移位、卡壓周圍軟組織后的繼發感染、功能障礙等術后并發癥，首要的檢查依據也是CT掃描[1]，修復植入物產生的金屬偽影經常會影響對細微結構變化的觀察，從而延誤后續治療。

植入物金屬偽影這一CT檢查難題長期困擾醫學影像界，寶石CT的出現，超越以往常規CT的局限，實現寶石探測器、能譜柵成像、動態500排和高清低劑量圖像等方面的技術突破，球管僅需0.5 ms就能進行140 kVp和80 kVp間的切換，幾乎在同時間、同角度的情況下得到兩組不同能量的采樣，然后通過對這兩組高度匹配的能量信息在投影空間的解析，可獲得一系列單能量的圖像，基本去除線束硬化效應引起的CT值的“漂移”，即金屬偽影在高keV單能量圖像上能夠被有效消減。GSI還能改善圖像空間分辨率[5-6]，有利于后續進行容積顯示（VR）、多平面重組（MPR）及最大密度投影（MIP）等圖像后處理，提供修復植入物與周圍結構關系的更直觀信息[7]。

本組研究表明，CT能譜成像技術能明顯減少金屬偽影的干擾，顯著提高眼眶術后結構的顯示能力。110 keV是眼眶金屬植入患者圖像質量最佳的單能量成像點。