能谱CT单能量成像和去金属伪影算法在先天性漏斗胸儿童胸腔镜下微创漏斗胸矫正术后的应用.pdf

基金项目:徐州市科技项目(KC21223)通信作者,E-mail:65311881 能谱 CT 单能量成像和去金属伪影算法在先天性漏斗胸儿童胸腔镜下微创漏斗胸矫正术后的应用李成龙,徐超,卢力亚,董丽娜(徐州市儿童医院医学影像科,江苏 徐州 221006)摘要:目目的的 评价单能量成像技术和去金属伪影算法(MARs)在提升先天性漏斗胸儿童胸腔镜下微创漏斗胸矫正术的 CT 图像质量的能力。方方法法 选取2022 年1 月2023 年8 月于徐州市儿童医院接受胸腔镜下微创漏斗胸矫正术的先天性漏斗胸患儿 114 例,收集其植入金属钢板后胸部 CT 平扫图像进行回顾性分析。测量 120 kVp-like、110 keV 和 110 keV+MARs、50 keV 和 50 keV+MARs 图像中金属钢板一端伪影暗区、临近伪影暗区的胸壁肌肉、背部竖脊肌的 CT 值和 SD 值,分别记为 CT1、CT2、CT3和 SD1、SD2、SD3,并计算|CT|和伪影指数(AI),比较每组之间的图像质量差异。结结果果 120 kVp-like 图像的 CT2、CT3、SD2、SD3、|CT|及 AI 值均高于110 keV 图像,低于 50 keV 图像,差异有统计学意义(P0.05)。120 kVp-like 图像的 CT1值低于 110 keV 图像,高于 50 keV图像,差异有统计学意义(P0.05),其余差异均有统计学意义(P0.05)。两位医师主观读片评分一致性良好。结结论论能谱 CT 高能单能量图像(110 keV)可有效抑制金属伪影,在此基础上联合 MARs 算法能进一步提升图像质量。关键词:能谱计算机断层扫描;单能量成像;去金属伪影算法;漏斗胸;伪影;儿童中图分类号:R814.3 文献标志码:A 文章编号:2096-3882(2024)03-0219-05DOI:10.3969/j.issn.2096-3882.2024.03.012Application of energy-spectrum CT monoenergetic imaging and metal-artifactreduction system in congenital funnel chest children after thoracoscopic minimally invasive funnel chest correctionLI Chenglong,XU Chao,LU Liya,DONG Lina(Department of Medical Imaging,Xuzhou Childrens Hospital,Xuzhou,Jiangsu 221006,China)Abstract:Objective To evaluate the ability of monoenergy imaging technique and metal-artifact reduction system(MARs)in improving the CT image quality of thoracoscopic minimally invasive funnel chest correction for children with congenital funnel chest.MethodsA total of 114 children with congenital funnel chest who underwent thoracoscopic minimally invasive funnel chest correction in Xuzhou Children s Hospital from January 2022 to August 2023 were selected,and their chest CT plain scan images after metal plate implantation were collected for retrospective analysis.We measured the CT value and SD value of the dark area of stent edge artifact,the soft tissue of chest wall around the dark area and the erector spine area of the back in the images of 120 kVp-like,110 keV and 110 keV+MARs,50 keV and 50 keV+MARs,which were indicated as CT1,CT2,CT3 and SD1,SD2,SD3,respectively,and calculate|CT|and artifact index(AI).The quality of these images were compared.Results The values of CT2,CT3,SD2,SD3,|CT|and AI in 120 kVp-like images were higher than those in 110 keV images and lower than those in 50 keV images,with statistical differences(P0.05).The CT1 value of 120 kVp-like image was lower than that of 110 keV image and higher than that of 50 keV image,with statistical differences(P0.05),while statistical differences were seen in other values(P0.05).The subjective reading scores of the two physicians were consistent.ConclusionsHigh-energy mono-energenic image(110 keV)of the energy-spectrum CT is effective in suppressing metal artifacts,and the combined use of MARs can further improve the quality of images.Key words:computed tomography;monoenergetic images;metal-artifacts reduction system;funnel chest;artifacts;children 先天性漏斗胸是儿童最常见的胸廓发育畸形1,主要特征是胸骨向内凹陷,形成一个或多个凹陷区域,导致胸部外观异常,如胸骨凹陷、胸部不对称等。漏斗胸可能会对心肺功能产生影响,出现呼吸困难、心脏压迫等症状。胸腔镜下微创漏斗胸矫正术是临床上治疗漏斗胸的常用方法,术后需要定期 CT 复查,明确植入的钢板位置及与周围组织关系2。矫形钢板横跨前胸壁,覆盖范围较大,常规 CT 扫描易出现金属伪影,影响观察效果。能谱CT 的单能量成像及去金属伪影算法(MARs)在此方面具有优势。本研究旨在分析常规混合能量图像与能谱 CT 单能量图像的质量,评价单能量成像及MARs 在提升图像质量方面的效果。1 资料和方法1.1 一般资料 选取2022 年1 月2023 年8 月于徐州市儿童医院接受胸腔镜下微创漏斗胸矫正术的先天性漏斗胸患儿 114 例。其中男 99 例、女 15 例,年龄 617 岁,平均 10.893.99 岁。漏斗胸矫正钢板尺寸:长 25.4 cm,宽 1.27 cm,材质为不锈钢。本研究经徐州市儿童医院伦理委员会批准(2022-05-14-H14)。1.2 检查方法 使用 GE Revolution 256 CT 进行扫描。使用能谱成像(gemstone spectral imaging,GSI)扫描模式检查。扫描参数:管电压 80140 kVp 瞬时切换,切换时间 0.25 ms,管电流 200 mA,层厚 5 mm,DFOV 25 40 cm;矩阵 512512,转速 0.5 s/转;螺距 0.984 1;迭代重建(ASIR-V)50%。扫描结束后,将 GSI 图像在 AW4.6 工作站上使用单能量(MONO)软件进行重建,重建 1.25 mm 层厚的 50 keV 单能量图像、50 keV+MARs 单能量图像、110 keV 单能量图像、110 keV+MARs 单能量图像和 120 kVp-like 混合能量图像。1.3 图像分析在 1.25 mm 层厚的纵隔窗(窗宽400 HU,窗位 40 HU)图像上取金属钢板一端伪影暗区、临近伪影暗区的胸壁肌肉、背部竖脊肌,测量其 CT 值及 SD 值,分别记为 CT1、CT2、CT3和 SD1、SD2、SD3,感兴趣区域(ROI)为圆形,面积 60 80 mm2,连续 3 次测量取平均值。计算 CT 2和 CT3差值的绝对值:|CT|=|CT2-CT3|和伪影指数(AI)=(SD22-SD23)1/2。图像观察使用 GE AW4.6 影像后处理工作站,显示器的有效分辨率2 M。1.4 主观评分由两位副主任医师对各组图像的纵隔窗独立阅片并打分。图像评分标准:1 分,金属物周围及远处大量伪影,边缘显示不清,邻近组织间分界不清,不能用于诊断;2 分,金属物周围多量伪影,远处伪影少,金属边缘显示不清,邻近组织间分不清,不能用于诊断;3 分,金属物周围较多伪影,金属物形态及边缘模糊,邻近组织间分界模糊,可用于诊断;4 分,金属物周围少量伪影,金属物形态及边缘稍模糊,邻近组织间分界可辨,可以满足诊断;5分,图像质量非常好,无或极少伪影,金属物边缘清晰,形态规则,邻近组织间分界清晰,可以满足诊断。记录 4 分以上图像。1.5 统计学处理采用 SPSS 26.0 软件进行统计学分析。经检验,各组数据不满足正态分布,故采用中位数(最小值,最大值)表示。采用两相关样本秩和检验分析各组图像的客观数据,采用加权 检验分析 2 位医生的主观评分一致性,0.41:一致性差,0.420.77:一致性比较好,0.77:一致性好。2 结 果本组病例剂量长度乘积(DLP):(177.46 34.77)mGycm,有效辐射剂量(ED):(2.560.32)mSv。各组图像的 CT1、CT2、CT3、SD2、SD3、|CT|及 AI 值见表 1 和表 2。120 kVp-like 图像的 CT2、CT3、SD2、SD3、|CT|及 AI 值均高于 110 keV 图像,低于 50 keV 图像,差异有统计学意义(P0.05)。120 kVp-like 图像的 CT1值低于 110 keV 图像,高于 50 keV 图像,差异有统计学意义(P0.05),其余差异均有统计学意义(P0.05)。经医师读片分析,110 keV+MARs 图像评分最高,图像质量最好。两位医师的评分一致性良好(表 3)。此外,110 keV+MARs 组图像所重建出来的 VR 图像可以清晰显示金属钢板与周围组织的关系(图 1)。表 1 各组图像 CT1、CT2、CT3、|CT|值比较指标CT1CT2CT3|CT|120 kVp-like-809.73(-1020.16,-356.26)120.44(-8.60,239.75)83.74(46.19,144.25)39.04(0.08,153.03)50 keV-1017.3(-1024.00,-755.25)257.55(-133.68,594.61)142.22(47.07,310.62)118.35(6.87,434.98)50 keV+MARs-874.42(-1024.00,-202.88)a108.42(-56.68,237.38)a108.34(42.59,204.86)a32.25(1.32,193.35)a110 keV-298.60(-792.87,-32.95)62.08(6.91,104.86)58.15(39.76,79.35)12.95(0.17,54.52)110 keV+MARs-81.94(-483.19,77.77)b48.89(-21.26,90.14)b57.20(34.94,86.59)10.31(0.19,80.76)与 120 kVp-like 图像比较:P0.05;与 50 keV 图像比较:aP0.05;与 100 keV 图像比较:bP0.05表 2 各组图像 SD2、SD3、AI 值比较指标SD2SD3AI120 kVp-like31.68(16.20,115.74)19.38(10.23,30.90)25.37(5.29,113.58)50 keV62.63(28.55,408.93)34.17(17.72,60.17)51.70(6.92,406.97)50 keV+MARs42.38(23.78,111.04)a28.24(16.61,49.24)a28.77(4.84,109.31)a110 keV20.01(10.82,78.66)13.11(6.99,19.73)13.94(0.76,78.24)110 keV+MARs15.80(9.26,73.62)b11.11(6.71,34.05)b10.36(0.92,73.23)b 与 120 kVp-like 图像比较:P0.05;与 50 keV 图像比较:aP0.05;与 100 keV 图像比较:bP0.05表 3 各组主观评分比较指标评分 1评分 2一致性()120 kVp-like1.570.251.660.340.64350 keV1.330.321.420.280.642122徐州医科大学学报 J Xuzhou Med Univ 2024,44(3)续表 3指标评分 1评分 2一致性()50 keV+MARs1.430.161.510.430.634110 keV4.140.224.200.310.702110 keV+MARs4.510.194.430.270.681图 1 由 100 keV+MARs 图像重建的 VR 图像3 讨 论能谱 CT 是一种多参数、多种定量分析方法的CT 成像技术,近年来广泛应用于临床3。能谱 CT单能量成像是基于扫描过程中采集的高能量和低能量数据集的平衡组合,重建出近似某种能量真实的单能 X 线衰减的图像,可为临床提供更为丰富的影响信息,提高诊断准确度。其基本工作流程为:数据采集获取高低电压(80 keV 和 140 keV)2 组数据线性吸收投影数据物质密度投影数据重建基物质图单能量成像重建单能量图4-5。先天性漏斗胸是儿童常见的胸廓发育畸形。胸腔镜下微创漏斗胸矫正术是目前临床首选的术式,钢板植入后需定期随访复查,观察胸廓的形态、钢板的位置。金属伪影在常规 CT 扫描是不可避免的6-7。金属植入物的材质、尺寸、放置位置是影响金属伪影的重要因素8。金属的厚度和密度均与金属伪影的严重程度呈正相关9。本研究中用于微创漏斗胸矫正术的钢板,横跨整个前胸壁,虽然厚度适中,但范围较广,且材质为不锈钢,常规条件扫描伪影明显,金属边缘及周围软组织显示不清,影响临床诊断。本研究纳入样本均采用能谱扫描模式,将能谱数据重建为 120 kVp-like、110 keV、50 keV 图像,涵盖混合能量、高能量、低能量级别,并对图像质量进行比较,评价不同能量 CT 图像对金属伪影的去除能力。结果表明,120 kVp-like 图像的 CT2、CT3、SD2、SD3、|CT|及 AI 值均高于 110 keV 图像,低于50 keV 图像,差异有统计学意义(P0.05);120 kVp-like 图像的 CT1低于110 keV 图像,高于50 keV 图像,差异有统计学意义(P0.05),其余差异均有统计学意义(P0.05)。上述结果提示,高能量图像对金属伪影的抑制效果更好,金属伪影对周围软组织的 CT 值影响也较小,但 2 个区域的噪声和 AI 值有明显差异,说明 MARs有抑制图像噪声的能力。反观低能量 50 keV 和 50 keV+MARs 图像,加入 MARs 后,各项测量值均有改善,也说明 MARs 具有抑制伪影的作用。主观评价方面,两位诊断医生一致认为 110 keV 和 110 keV+MARs 图像的质量更好,其他组图像不能用于诊断,两位医师的评分一致性良好。本研究存在一定的局限性。首先,能谱 CT 可以重建40140 keV 范围内的101 个单能量图,但本研究纳入能量图数量有限。此外,本研究仅采用一种材质的矫形钢板,未来有必要纳入更多类型的钢板研究其差异。综上,能谱 CT 高能单能量图像(110 keV)可有效抑制金属伪影,在此基础上联合 MARs 能进一步提升图像质量。参考文献:1尚华,张大,杨林,等.漏斗胸 Nuss 矫形术对胸廓的影响及相关因素分析J.中华小儿外科杂志,2020,41(1):42-46.2 余平文,张晨雷,刘宏旭.微创漏斗胸矫形术术后并发症危险因素分析J.中华小儿外科杂志,2018,9(39):654-659;3 沈云.宝石 CT 能谱成像原理及其扫描射线剂量J.中国医疗设备,2012,17:13-164 贾蒙,王梦悦,李越,等.双侧光谱 CT 减少骨科金属植入物伪影J.南京医科大学学报(自然科学版),2023,43(3):386-391.5 李杰,袁源,王春杰,等.能谱 CT 去金属伪影(MAR)技术用于减低单髋关节置换物伪影J.中国医学影像技术,2021,37(1):131-135.6 姬龙,余娜,苟瀚恒,等.能谱 CT 加 MAR 技术联合 VR 降伪影技术对金属植入物的显示能力分析J.中国医疗设备,2022,37(8):177-182.7 孙彤彤,黄熙菎,罗腾龙,等.双侧探测器光谱 CT 虚拟单能量成像联合去除植入物金属伪影用于减少置换髋关节假体金属伪影 J.中国医学影像技术,2023,39(7):1084-1088.8 胡永志,王彬彬,曹达,等.能谱 CTMAR 技术在上腹部弹簧圈栓塞术后随访中的价值研究J.中国医疗设备,2023,38(2):73-77.9 李贝贝,刘义军,赵明月,等.能谱 CT MMAR 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