OMAR迭代去偽影技術與雙能量線性融合去偽影技術的對比性研究

劉豹，石明國，李劍，陳寒，陳培源，石磊

空軍軍醫大學西京醫院 a. 放射科；b. 骨科，陜西 西安 710032

引言

隨著醫用材料的發展，人體內金屬植入物手術日益增多。因此，準確定位術后內固定物位置，判斷術后并發癥的有無，以及為后期治療提供更準確的影像診斷變得極其重要。常規CT圖像，椎體內固定螺釘周圍會由于線束硬化和光子饑餓產生條帶狀暗影[1]，嚴重影響螺釘周圍結構的觀察和術后效果評估，同時降低了影像科醫生的診斷準確率，容易造成誤診和漏診。隨著設備的進步，各種去金屬偽影技術也使這一問題得到了一定程度的解決，包括能譜CT[2]和雙能量CT[3]。飛利浦OMAR（Orthopedic Metal Artifact Reduction）迭代算法是基于線性內插法的可去除金屬偽影的重建算法[4]。雙能量線性融合去偽影技術是基于雙能量成像模式下兩組不同能量圖像使用線性插值方法得到的融合圖像。本研究使用兩種不同去偽影技術對椎體固定術后患者做CT掃描后的重建，與常規圖像進行對比，探討OMAR迭代去偽影技術與雙能量線性融合去金屬偽影技術的效果差異。

1 材料與方法

1.1 一般資料

收集2018年6～11月在我院行腰椎內固定術后患者28例，胸椎內固定術后患者22例。患者臨床診斷為腰椎間盤突出、椎管狹窄、脊柱側彎及椎體骨折等疾病。所有患者術后2 d內使用Philips 256iCT行螺旋掃描觀察植入螺釘固定位置情況。術后3個月復查使用西門子Flash CT（Siemens Somatom Definition Flash Dual-source CT）雙能量掃描。患者年齡14～65歲，平均年齡32.58±6.23歲，男性28例，女性22例。納入標準：患者均行椎體內固定術，因評估術后情況及術后有臨床癥狀而由臨床醫師開具檢查申請單。本研究已獲本院醫學倫理委員會批準。

1.2 檢查方法

患者行椎體內固定術后2 d由臨床醫師開具CT椎體三維重建申請單，行CT椎體三維重建。掃描使用Philips 256iCT。掃描條件為120 kV，管電壓150～350 mAs，掃描層厚128×0.67。掃描野（Field of View，FOV）根據受檢者體型具體選擇[5]。掃描后使用常規濾波反投影算法（Filtered Back Projection，FBP）和OMAR迭代算法分別重建兩組薄層圖像，重建層厚1 mm，重建層距1 mm，重建矩陣512×512。常規FBP算法所得圖像為A組，OMAR迭代算法所得圖像為B組圖像。術后3月患者復查時使用Siemens Somatom Flash雙源CT。雙能量模式螺旋掃描，140/80 kV，80/380 mAs，掃描層厚128×0.6mm。重建融合系數-0.3，重建函數常規函數，重建層厚1 mm，重建層距1 mm，所得融合圖像為C組。

1.3 圖像評價

1.3.1 圖像主觀評價

所有薄層圖像均傳輸至飛利IntelliSpace Portal星云后處理工作站，3組數據分別由2名放射科主治醫師以互盲形式，采用Compare軟件兩兩對照評價法，通過最大密度投影（Maximum Intensity Projection，MIP）、多平面重組（Muti-Planner Reconstruction，MPR）等方式在相同位置、相同窗寬窗位的條件下進行對照觀察，圖像評分標準參考Gondim 5分法[6]：1分表示偽影很重，無法辨認正常結構；2分表示辨認結構比較困難；3分表示能辨認結構，但信心較低；4分表示能辨認結構，信心中等；5分表示能辨認結構，信心較高。兩名醫師的評分取均值納入統計分析。

1.3.2 圖像客觀評價

使用飛利浦自帶Compare軟件兩兩對照評價法對原始數據軸位數據進行客觀評價。分別在兩組原始圖像選取顯示金屬螺釘較多層面，測量螺釘前后1 cm處，面積約1 cm2的ROI內的SD值，作為圖像噪聲的客觀評價指標[7]，通過3次測量取均值納入統計分析。

1.4 統計學分析

對主觀評分數據和客觀測量數據均取均值納入SPSS 17.0軟件包進行統計分析。3組間比較采用方差分析，兩兩比較采用LDS檢驗，以P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

同一腰椎內固定患者L3椎體螺釘層面圖像，見圖1。OMAR迭代去偽影圖像顯示金屬螺釘周圍偽影最少，幾乎沒有偽影影響，圖像質量最佳；雙能量線性融合去偽影圖像顯示金屬螺釘前緣有部分偽影，螺釘后緣偽影較少，硬膜囊受偽影影響小，不影響診斷；常規組FBP重建圖像顯示金屬螺釘前后緣偽影較重，硬膜囊受偽影影響，影響診斷。

圖1 同一腰椎內固定患者L3椎體螺釘層面

一例典型的（患者男，22歲）脊椎側彎，胸腰段金屬內固定術后圖像結果，見圖2。矢狀位OMAR迭代去偽影圖像顯示椎體前后緣金屬偽影較少，硬膜囊顯示較清晰，診斷影響不大；矢狀位常規組FBP重建圖像顯示椎體前后緣金屬偽影較大，硬膜囊顯示欠佳，對診斷影響較大。

圖像主觀評分中，兩名醫生間的一致性均較好（K=0.675，P＜0.05）。3組 圖 像 質 量 評 分 分 別 為 A 組3.15±4.26，B 組 4.15±0.35，C 組 3.54±4.26；A 組vs B組 P=0.006，A組 vs C組 P=0.254，B組 vs C組P=0.014。3組圖像客觀質量比較結果中，SD值分別為A組 36.78±5.24，B 組 22.5±5.35，C 組 31.54±4.26；A組 vs B組 P=0.000，A組 vs C組 P=0.026，B組 vs C組P=0.008。由此可見，B組圖像質量的主觀評分最高，且客觀評分SD值最低（表1～2）。

圖2 脊椎側彎，胸腰段金屬內固定術后圖像

表1 三組圖像主觀評分比較（

表1 三組圖像主觀評分比較（

注：#表示A組與B組比較；*表示B組與C組比較；&表示A組與C組比較。

images/BZ_32_236_1084_1193_1137.png主觀評分 (5分評價法) 3.35±0.48 4.15±0.353.54±0.26 t值 -0.341& -0.853# -0.642*P值 0.254& 0.006# 0.014*

表2 三組圖像客觀圖像質量的比較（）

表2 三組圖像客觀圖像質量的比較（）

注：#表示A組與B組比較；*表示B組與C組比較；&表示A組與C組比較；$表示A、B、C組3組間比較的方差分析。

圖像質量評分 A組 B組 C組 F值客觀評分(SD值) 35.78±5.2422.58±4.2631.54±5.35 t值 5.27& 13.36# 9.64* 86.25 P值 0.026& 0.000# 0.008* 0.001$

3 討論

骨科外科治療中常需要放置金屬螺釘固定椎體用于治療椎體病變。對于椎體內固定術后患者需要對金屬植入物位置、有無裂痕、繼發感染、對臨近組織有無壓迫等情況進行評估[8]。CT螺旋掃描作為評價椎體內固定術后效果的最高效手段可對金屬內固定螺釘進行多方位分析評價。同時金屬內固定螺釘在掃描時會產生嚴重的放射狀線束硬化偽影，影響CT圖像對內固定手術的評估。所以，在CT檢查中如何安全有效地去除金屬偽影帶來的影響，提高圖像質量稱為急需解決的問題。

金屬偽影產生的根本原因與金屬本身的高衰減系數造成的光子饑餓效應有關，同時還包括很多因素，如噪聲、射線硬化、部分容積效應、散射線、能譜硬化等[9]。金屬偽影的嚴重程度也受許多因素的影響，包括金屬自身特性、管電壓、管電流、重建層厚、重建算法等[10]。金屬偽影嚴重降低圖像質量，影響臨近結構的顯示與觀察[11]。常規可通過物理前置過濾、雙能量掃描及不同后處理算法來校正金屬產生的偽影[12-14]。雙能量成像技術是相對高級的重建技術，可減輕射線硬化偽影，但對光子饑餓效應產生的偽影卻效果不佳，改變不大。脊柱椎體植入物造成偽影直接影響了椎體前后緣軟組織顯示，尤其是主動脈及周圍肌肉的觀察。OMAR為一種改進的迭代重建技術，是目前較先進的去偽影技術，對圖像的迭代重建只針對金屬像素而對非金屬圖像不造成影響[15]。本研究通過測量A、B、C三組金屬螺釘前后緣的SD值來客觀判斷去偽影效果，同時采用主觀評分來評估3組圖像的圖像質量，以此來比較OMAR迭代重建技術與雙能量線性融合去偽影技術的優劣。結果顯示OMAR迭代重建技術可以有效減少金屬偽影提高圖像質量，可顯著改善金屬螺釘后緣多裂肌、豎脊肌及螺釘前緣主動脈血管的圖像噪聲，減少金屬植入物造成的偽影，使細微關鍵結構可視化[14]。雖然OMAR沒有完全去除金屬偽影，但能夠減少偽影對CT圖像質量的影響，顯著增加圖像的信噪比，提供更多的診斷信息。主觀與客觀評價結果均充分證明OMAR迭代重建技術去除金屬偽影有效，并且圖像質量較高。

雙能量線性融合去偽影技術是利用高低千伏射線穿透能力的不同將兩組圖像進行融合所得到的圖像。高能射線穿透金屬螺釘能力強，偽影較少，但圖像中軟組織噪聲較大。低能射線穿透金屬螺釘能力弱，偽影較多，但圖像中軟組織噪聲較小。將兩種高低能量圖像按比例進行融合獲得去偽影圖像。但此方法無法解決光子饑餓效應產生的條索狀偽影，同時在圖像細節顯示能力不足。這也是雙能量C組圖像噪聲、SNR、主觀得分低于B組的原因所在。其次，雙能量掃描模式有效FOV較小，包含范圍小，不適用于范圍較大部位的金屬植入物掃描，如肩關節置換，雙側股骨頭置換術等。OMAR迭代重建技術為全掃描野重建，適用于任何部位，包含信息全面，不會產生信息缺失。

OMAR迭代重建去偽影技術與傳統去偽影技術所采用的插值技術不同。傳統插值技術是替換掉原始投影數據中受金屬異物污染的數據來達到去除金屬偽影的目的，但容易產生次生偽影。OMAR是對圖像中的物質結構重新定義和分類，再對所定義的不同組織對應的投影數據進行反復對比迭代運算，尋找出原始數據中金屬偽影對應的投影數據并從中剔除。如此反復迭代，直至圖像中沒有大簇的金屬像素存在，最終得到去偽影重建圖像[15]。所以，OMAR迭代重建技術對圖像的迭代重建只針對圖像中金屬像素而不會影響非金屬因素[15]。這也是OMAR迭代重建去偽影技術能清晰顯示金屬螺釘螺紋等細節的原因所在。Li等[16]針對OMAR進行了系統和定量的分析和研究，發現其去偽影能力更強，不僅能提供更清晰的解剖結構，而且可以避免金屬偽影區域影像密度的主觀誤判。

本研究重點關注各組圖像之間的圖像質量，使用ROI的SD值作為評價圖像噪聲指標。雖然SD值已廣泛用于圖像質量的評估，但不能排除定量參數可能并沒有真正衡量圖像的質量。同時選擇金屬固定物的部位較為單一，缺少其他部位的金屬植入物進行對比，需要擴大研究范圍，進一步證明OMAR技術圖像描述的準確性。

綜上所述，OMAR迭代重建去偽影技術能夠有效地抑制圖像噪聲，去除金屬偽影對圖像質量的影響，使金屬植入物周圍組織結構能夠清晰顯示。OMAR迭代重建去偽影技術對比雙能量線性融合去偽影技術在細微結構及細節處顯示能力較好，圖像質量更高，為臨床提供更多有價值的診斷信息。