能谱CT单能成像与MARs在髋关节置换术后金属植入物伪影去除的研究

摘要

目的:研究能谱CT单能量成像(monochromatic imaging)及单能量+去伪影技术(metal artefact reduction software，MARs)在去除髋关节置换假体周围伪影的效果，并评价加用MARs技术是否可以提高图像质量，其在诊断髋关节置换术后并发症的临床价值。
　　方法:收集本院31例单侧髋关节置换术后患者的能谱(Gemstone SpectralImaging，GSI)扫描资料，22例全髋置换、9例半髋置换，其中21例MARs后处理。重组1.25mm层厚单能量及MARs图像，将图像传至GE AW4.5后处理工作站，在GSI和MARs原始图像进行感兴趣区(region of interest，ROI)测量，获得数据.xls表，提取出ROI的单能量80、100、120、140keV及80、100、120、140keV+MARs图像的CT值及噪声值(Standard Deviation，SD)。
　　客观评价:(1)轴位图像伪影最重层面画取3个目标ROI和一个背景ROI，目标ROI分别为髋关节前、外、后方均匀的肌肉组织，背景ROI位于对侧无伪影的皮下脂肪区，计算每个ROI的伪影指数(Artifacts Index，AI;AI=(SD12-SD22)1/2)。(2)选择轴位盆腔内伪影最重层面，膀胱和子宫/前列腺伪影最大处选择目标ROI，背景ROI位于相应层面无伪影区的皮下脂肪，计算AI值。(3)选择同一患者髋关节假体伪影最大层面，在置换侧与同层面健康侧髋关节前/外/后方肌肉区取相同大小的ROI，提取数据.xls表中各单能量的CT值和SD值。
　　主观评价:两位放射医师独立对单能量120keV与140keV有无MARs图像行双盲法主观评分。(1)影像质量的主观评分采用（1-4分标准），4分基本无伪影，假体形态结构及骨皮质显示清楚，周围软组织清晰，盆腔脏器显示清晰，可以诊断;3分有部分伪影，假体与周围骨分界较清晰，软组织显示较清楚，盆腔脏器较清晰，不影响诊断;2分伪影较重，假体与周围骨分界不清晰，周围软组织显示欠清，盆腔脏器显示不清，对诊断信心有影响;1分伪影重，假体与周围骨质、周围软组织、盆腔脏器均不能观察，不能诊断。(2)以临床髋关节翻修术后结果对照，两位放射医师经协商后对最佳单能量+MARs轴位和冠状位图像进行评价:假体臼杯是否有迁移（迁移5-10mm，＞10mm;连续透亮带）;假体是否有碎裂（假体柄碎裂，骨水泥断裂）;假体柄是否有下沉（下沉＞3mm），影像上符合其中一项者则诊断为松动;将单能量+MARs图像与单能量及同期数字化X线(Digitalradiography，DR)图像进行比较，观察各自对骨质溶解和髋关节周围是否有炎症的显示情况。
　　统计方法:对各单能量之间和单能量+MARs之间的伪影指数比较使用配对t检验，对单能量120、140keV与120keV、140keV+MARs之间伪影指数、各单能量影像和单能量+MARs影像上CT值和SD值校正能力比较使用配对t检验。影像质量的主观评分比较使用配对卡方检验。两位放射医师之间主观评分的一致性使用Kappa检验。使用统计软件SPSS17.0，P＜0.05有统计学意义。
　　结果:
　　客观评价:同一个位置在不同单能量下AI均值随着keV值增高，逐渐降低。髋关节植入物前侧、后侧和盆腔脏器在单能量140keV的AI值最低，均低于其他单能量水平，差异有统计学意义（P＜0.05）;外侧和膀胱的AI值在单能量120keV和140keV最低，均低于单能量80keV和100keV，差异有统计学意义（P＜0.05），单能量120keV与140keV之间差异无统计学意义（P≥0.05）;同一个位置在不同单能量+MARs影像的AI均值随着keV值增高逐渐降低。髋关节植入物后侧、盆腔脏器和膀胱在单能量140keV的AI值最低，均低于其他单能量水平，差异有统计学意义（P＜0.05）;前侧和外侧的AI值在单能量120keV和140keV最低，均低于单能量80keV和100keV，差异有统计学意义（P＜0.05），单能量120keV与140keV之间差异无统计学意义（P≥0.05）。在置换髋关节周围前侧、后侧和外侧位置，单能量120keV、140keV+MARs影像的AI均值均小于无MARs影像的AI均值，差异有统计学意义（P＜0.05）;在盆腔脏器与膀胱，单能量120keV、140keV与120keV、140keV+MARs影像的AI值比较，差异无统计学意义（P≥0.05）;无MARs的各个单能量影像中，置换侧髋关节与对侧髋关节前、外、后侧肌肉的CT值有差异，差异有统计学意义（P＜0.05）。有MARs的各个单能量影像中，置换侧髋关节与对侧髋关节前与后位置肌肉的CT值接近，差异无统计学意义（P≥0.05），外侧的CT值有差异，差异有统计学意义（P＜0.05）。有无MARs单影像置换侧与对侧在前、外、后三个位置肌肉的SD值均有差异，差异有统计学意义（P＜0.05）。
　　主观评价:两位放射医师评分结果Kappa检验高度一致性。高keV较低keV伪影明显减少，单能量+MARs较单能量图像伪影减少，假体较单能量图变细，假体-骨质边界清楚，但部分单能量+MARs图像上新产生了一些条片状伪影，假体的部分细小结构被消除。但两放射医师对单能量+MARs的评分高于无MARs图像的评分，差异有统计学意义(P＜0.05)。单能量+MARs图像上可以发现DR常见的征象，且可以发现DR和单能量图不能发现的细小骨溶解或碎裂。
　　结论:
　　1、能谱CT单能量成像技术可以有效减少髋关节置换术后假体周围的伪影，不同位置较理想的重建单能量水平一致性较好，120keV和140keV可以得到同等的去伪影效果，120keV+MARs和140keV+MARs可以得到同等的去伪影效果。
　　2、单能量+MARs可以比单能量影像更明显地减少髋关节植入假体周围的伪影，提高图像质量;但MARs技术对去除盆腔内伪影效果较单能量影像无明显优势。
　　3、使用单能量+MARs技术可以减少伪影，使髋关节假体周围组织的CT值测量更真实，而单能量成像只能使伪影有所减少，不能消除伪影对CT值测量的影响;去除髋关节假体周围伪影建议使用MARs技术。
　　4、单能量+MARs技术较单能量图像及DR图像发现髋关节置换术后并发症的细微征象方面更有优势。

目录

声明

摘要

前言

材料与方法

一、研究对象

二、扫描技术及图像后处理

三、图像评价

四、统计方法

结果

一、客观评价

1、不同单能量水平伪影指数比较

2、单能量与单能量+MARs影像AI均值比较

3、髋关节假体伪影最大层面置换侧与健侧髋关节周期肌肉ROI的CT值与SD值校正结果

二、主观评价

1、图像质量总体评价

2、髋关节置换后并发症评价

讨论

一、能谱CT单能量及MARs重建影像去除伪影原理

二、能谱CT去除置换髋关节周围不同位置伪影的最佳单能量影像

三、MARs重建技术对于髋关节周围伪影去除效果

四、去伪影技术对髋关节周围组织CT值的影响

五、能谱CT单能量及单能量+MARs图像的临床评估

六、本研究的局限性和展望

结论

参考文献

三、综述 能谱CT去伪影技术与临床应用现状

致谢