引用本文： 孫加冠, 李真林, 張雪琴, 楊吉學. 迭代重建技術降低踝關節內固定金屬偽影的價值. 華西醫學, 2017, 32(3): 431-433. doi: 10.7507/1002-0179.201508154 復制
踝關節骨折后內固定手術是治療踝關節骨折的臨床首選方法，但在手術過程中骨折部位周圍的骨膜及軟組織可能會受到破壞，對踝關節骨折內固定術后情況的準確診斷是術后治療、療效隨訪和愈合評價的關鍵[1-2]。目前，術后隨訪影像學以常規X線平片檢查最為常用[3-5]，但 X 線檢查因圖像重疊無法準確顯示骨內固定器周圍骨質情況。作為一種新的 X 線檢查方法，數字化斷層融合（digital tomosynthesis，DTS）掃描可以減少重疊，其空間分辨率高，金屬偽影小[6-7]。本研究旨在通過對踝關節 DTS 掃描后迭代重建（iterative reconstruction，IR）算法與濾波反投影（filter back projection，FBP）算法進行對比，探討 IR 技術在踝關節金屬內固定 DTS 掃描檢查中的臨床應用價值。現報告如下。
1 資料與方法
1.1 一般資料
搜集 2014 年 10 月—2015 年 6 月本科室踝關節骨折金屬內固定后行 DTS 檢查的患者 30 例，其中男 22 例，女 8 例；年齡 15～60 歲，平均 36 歲。
1.2 設備與掃描參數
檢查均采用 Sonialvision Safire Ⅱ型全數字化大平板透視-攝影系統（日本島津公司）。將被檢查部位置于檢查床中心，焦片距為 110 cm，選用 TOMOS 程序，均行正位和側位掃描，X 線管做與中線成 40° 夾角直線運動。曝光條件：管電壓 55～65 kV，根據年齡及胖瘦進行調節；斷層時間 7～9 s，得到 74 幅原始圖像。
1.3 圖像重建
將掃描獲得的原始圖像數據分別用 FBP 和 IR 算法采用相同的范圍、層高、層厚、層間距進行重建，重建后選取內固定最中心相同的層面圖像。
1.4 重建圖像評價
將兩組圖像在隱藏重建方式的情況下，分別由 2 名診斷醫師和 2 名骨科臨床醫師進行雙盲評價。圖像質量主觀評價標準：優（3 分），金屬內固定物周圍骨質細節顯示清楚，無失真，圖像密度分辨率高，圖像清晰，無金屬偽影干擾；良（2 分），金屬內固定物周圍骨質細節顯示一般，失真度小，圖像密度分辨率較低，圖像較清晰顯示，金屬偽影少，對周圍組織干擾小；差（1 分），金屬內固定物周圍骨質細節顯示不清楚，且圖像明顯失真，圖像密度分辨率低，金屬偽影明顯，周圍組織不能清晰顯示。主觀評價意見不一致時，采用少數服從多數的原則。測量螺釘偽影長度、螺釘與骨質結合間隙度數據作為客觀評價標準，測量數據值越小圖像質量越好。
1.5 統計學方法
采用 Excel 軟件進行統計分析。兩種算法重建圖像優質率的比較使用經連續性校正后的配對四格表χ2 檢驗，檢驗水準α=0.05。
2 結果
2.1 主觀評價
兩種算法重建圖像均無差片。IR 算法重建圖像優片比例為 86.7%（26/30），良片比例為 13.3%（4/30）；FBP 算法重建圖像優片比例為 10.0%（3/30），良片比例為 90.0%（27/30）。兩種圖像質量優質率比較差異有統計學意義（χ2=21.043，P<0.001）。見表 1。
表1
IR 與 FBP 算法重建圖像主觀評價（
n=30，例）
2.2 客觀測量
IR 算法重建圖像螺釘偽影長度、螺釘與骨質結合間隙度均為 0 mm，金屬植入物與骨質結合緊密；FBP 算法重建圖像螺釘偽影長度為 0 mm，螺釘與骨質結合存在約 0.2～0.3 mm 的間隙度，系金屬硬化束偽影；IR 和 FBP 算法重建圖像質量均符合診斷要求。見表 2。
表2
踝關節金屬內固定不同后處理客觀測量（
n=30，mm）
2.3 典型圖片
根據 IR 和 FBP 圖像噪聲、金屬內固定周圍骨質清晰度等主觀評價，金屬內固定的金屬偽影分布及長度、金屬內固定螺釘與骨質結合程度的測定結果顯示，兩種重建圖像質量有顯著差異。見圖 1、2。
圖1
28 歲男性右踝關節粉碎性骨折患者金屬內固定術后常規數字 X 線攝影及 FBP、IR 技術重建圖像 a. 數字 X 線攝影片，骨折內部骨質情況不能顯示；b. FBP 圖像，內固定金屬螺釘周圍有明顯的黑化束影（白箭），圖像較模糊；c. IR 圖像，金屬內固定及螺釘與周圍骨質結合緊密，圖像中內部骨質清晰，骨質無黑化束影（白箭）
圖2
32 歲男性右側內外踝關節骨折患者金屬內固定術后常規數字 X 線攝影及 FBP、IR 技術重建圖像 a. 數字 X 線攝影圖像，骨折部位內部愈合不可見；b. FBP 圖像，內部情況可見，但螺釘周圍黑化束影明顯（白箭），骨折部位顯示模糊；c. IR 圖像，內部清晰顯示，骨折部位骨質清晰可見（白箭）
3 討論
骨折金屬內固定術后，手術醫師最關心的術后問題如固定失敗與否、骨折愈合情況、并發癥發生情況等均需要通過影像檢查確診。普通 X 線攝片作為踝關節創傷術后常規檢查，具有操作簡單、費用低廉、方便易行、空間分辨力高的優點。但由于 X 線片顯示的是復合圖像，其所包括的影像結構相互重疊遮蓋，解剖結構和骨折線往往不易顯示，踝關節部位內的細微變化無法顯示，因而無法據其作出有價值的評判。MRI 掃描去金屬偽影（syngo WARP）技術可以減輕金屬植入物 MR 偽影，改善圖像質量[8]；但 MRI 檢查去金屬偽影序列會有一定的圖像信噪比降低[9]，且 MRI 掃描檢查費用昂貴，檢查時間長，性價比低，不利于推廣應用。雙源 CT 單能譜成像技術能有效減少脊柱內固定器金屬偽影，極大程度降低線束硬化偽影對圖像質量的影響[10-11]；但放射檢查中 X 線的輻射危害已經成為社會關注的問題[12]，降低受檢者的輻射劑量勢在必行，CT 掃描輻射劑量大，不宜大量推廣應用。隨著 DTS 技術的更新發展，作為常規 X 線臨床金屬植入物檢查的重要補充，DTS 掃描后可選擇重建原始圖像內任何高度層面的斷層圖像，避免了組織的重疊，而 IR 技術解決了金屬內固定偽影的問題。使用 DTS 采集重建的圖像可以避免金屬偽影并獲得更高的空間分辨率，且輻射劑量僅為 CT 的 1/5[13]。
日本島津公司將 IR 后處理軟件稱為斷層融合-島津金屬偽影消除技術（tomosynthesis - Shimadzu metal artifact reduction technology，T-Smart）。T-Smart 的基本方法是在采集的原始圖像重建過程中，將金屬組件從其他部分中分離出來，金屬圖像和金屬以外圖像分別使用不同的迭代逼近算法創建斷層融合圖像，最后進行綜合，將金屬偽影消除，形成清晰的斷層影像。而 FBP 無法分離出原始圖像內的高密度物質，重建時金屬與骨質密度差距大，使其結合部形成硬化束偽影無法消除。T-Smart 的出現解決了 FBP 中金屬物周圍的硬化束偽影問題并使圖像更為清晰。本研究收集的 30 例踝關節創傷后金屬內固定均采用鈦合金材料，測量評價結果顯示，與 FBP 重建相比，采用 IR 技術重建圖像，顯著消除了金屬偽影，提高了金屬植入物周圍結構的顯示能力，降低了圖像的噪聲，提高了圖像空間分辨率，金屬植入物周圍骨質解剖結構顯示清晰，能更好地滿足骨科醫師對患者療效、并發癥及愈合情況的評價。
本研究是在踝關節創傷金屬內固定患者斷層融合掃描檢查的基礎上，采用不同的后處理軟件對原始圖像數據進行重建分析，不存在重復掃描增大患者輻射劑量的問題。但本研究并未對內固定形狀、幾何尺寸、固定部位進行規范。由于研究樣本數據量太少，將來的研究可以納入更多的患者樣本，使研究結果更具準確性和說服力。
綜上所述，DTS 掃描 IR 技術能有效消除金屬偽影，清晰顯示踝關節金屬內固定術后骨質的細微結構，極大地消除線束硬化偽影對圖像質量的影響，能夠全面觀察骨折愈合情況，為臨床醫師提供高質量的影像學圖像。
踝關節骨折后內固定手術是治療踝關節骨折的臨床首選方法，但在手術過程中骨折部位周圍的骨膜及軟組織可能會受到破壞，對踝關節骨折內固定術后情況的準確診斷是術后治療、療效隨訪和愈合評價的關鍵[1-2]。目前，術后隨訪影像學以常規X線平片檢查最為常用[3-5]，但 X 線檢查因圖像重疊無法準確顯示骨內固定器周圍骨質情況。作為一種新的 X 線檢查方法，數字化斷層融合（digital tomosynthesis，DTS）掃描可以減少重疊，其空間分辨率高，金屬偽影小[6-7]。本研究旨在通過對踝關節 DTS 掃描后迭代重建（iterative reconstruction，IR）算法與濾波反投影（filter back projection，FBP）算法進行對比，探討 IR 技術在踝關節金屬內固定 DTS 掃描檢查中的臨床應用價值。現報告如下。
1 資料與方法
1.1 一般資料
搜集 2014 年 10 月—2015 年 6 月本科室踝關節骨折金屬內固定后行 DTS 檢查的患者 30 例，其中男 22 例，女 8 例；年齡 15～60 歲，平均 36 歲。
1.2 設備與掃描參數
檢查均采用 Sonialvision Safire Ⅱ型全數字化大平板透視-攝影系統（日本島津公司）。將被檢查部位置于檢查床中心，焦片距為 110 cm，選用 TOMOS 程序，均行正位和側位掃描，X 線管做與中線成 40° 夾角直線運動。曝光條件：管電壓 55～65 kV，根據年齡及胖瘦進行調節；斷層時間 7～9 s，得到 74 幅原始圖像。
1.3 圖像重建
將掃描獲得的原始圖像數據分別用 FBP 和 IR 算法采用相同的范圍、層高、層厚、層間距進行重建，重建后選取內固定最中心相同的層面圖像。
1.4 重建圖像評價
將兩組圖像在隱藏重建方式的情況下，分別由 2 名診斷醫師和 2 名骨科臨床醫師進行雙盲評價。圖像質量主觀評價標準：優（3 分），金屬內固定物周圍骨質細節顯示清楚，無失真，圖像密度分辨率高，圖像清晰，無金屬偽影干擾；良（2 分），金屬內固定物周圍骨質細節顯示一般，失真度小，圖像密度分辨率較低，圖像較清晰顯示，金屬偽影少，對周圍組織干擾小；差（1 分），金屬內固定物周圍骨質細節顯示不清楚，且圖像明顯失真，圖像密度分辨率低，金屬偽影明顯，周圍組織不能清晰顯示。主觀評價意見不一致時，采用少數服從多數的原則。測量螺釘偽影長度、螺釘與骨質結合間隙度數據作為客觀評價標準，測量數據值越小圖像質量越好。
1.5 統計學方法
采用 Excel 軟件進行統計分析。兩種算法重建圖像優質率的比較使用經連續性校正后的配對四格表χ2 檢驗，檢驗水準α=0.05。
2 結果
2.1 主觀評價
兩種算法重建圖像均無差片。IR 算法重建圖像優片比例為 86.7%（26/30），良片比例為 13.3%（4/30）；FBP 算法重建圖像優片比例為 10.0%（3/30），良片比例為 90.0%（27/30）。兩種圖像質量優質率比較差異有統計學意義（χ2=21.043，P<0.001）。見表 1。
表1
IR 與 FBP 算法重建圖像主觀評價（
n=30，例）
2.2 客觀測量
IR 算法重建圖像螺釘偽影長度、螺釘與骨質結合間隙度均為 0 mm，金屬植入物與骨質結合緊密；FBP 算法重建圖像螺釘偽影長度為 0 mm，螺釘與骨質結合存在約 0.2～0.3 mm 的間隙度，系金屬硬化束偽影；IR 和 FBP 算法重建圖像質量均符合診斷要求。見表 2。
表2
踝關節金屬內固定不同后處理客觀測量（
n=30，mm）
2.3 典型圖片
根據 IR 和 FBP 圖像噪聲、金屬內固定周圍骨質清晰度等主觀評價，金屬內固定的金屬偽影分布及長度、金屬內固定螺釘與骨質結合程度的測定結果顯示，兩種重建圖像質量有顯著差異。見圖 1、2。
圖1
28 歲男性右踝關節粉碎性骨折患者金屬內固定術后常規數字 X 線攝影及 FBP、IR 技術重建圖像 a. 數字 X 線攝影片，骨折內部骨質情況不能顯示；b. FBP 圖像，內固定金屬螺釘周圍有明顯的黑化束影（白箭），圖像較模糊；c. IR 圖像，金屬內固定及螺釘與周圍骨質結合緊密，圖像中內部骨質清晰，骨質無黑化束影（白箭）
圖2
32 歲男性右側內外踝關節骨折患者金屬內固定術后常規數字 X 線攝影及 FBP、IR 技術重建圖像 a. 數字 X 線攝影圖像，骨折部位內部愈合不可見；b. FBP 圖像，內部情況可見，但螺釘周圍黑化束影明顯（白箭），骨折部位顯示模糊；c. IR 圖像，內部清晰顯示，骨折部位骨質清晰可見（白箭）
3 討論
骨折金屬內固定術后，手術醫師最關心的術后問題如固定失敗與否、骨折愈合情況、并發癥發生情況等均需要通過影像檢查確診。普通 X 線攝片作為踝關節創傷術后常規檢查，具有操作簡單、費用低廉、方便易行、空間分辨力高的優點。但由于 X 線片顯示的是復合圖像，其所包括的影像結構相互重疊遮蓋，解剖結構和骨折線往往不易顯示，踝關節部位內的細微變化無法顯示，因而無法據其作出有價值的評判。MRI 掃描去金屬偽影（syngo WARP）技術可以減輕金屬植入物 MR 偽影，改善圖像質量[8]；但 MRI 檢查去金屬偽影序列會有一定的圖像信噪比降低[9]，且 MRI 掃描檢查費用昂貴，檢查時間長，性價比低，不利于推廣應用。雙源 CT 單能譜成像技術能有效減少脊柱內固定器金屬偽影，極大程度降低線束硬化偽影對圖像質量的影響[10-11]；但放射檢查中 X 線的輻射危害已經成為社會關注的問題[12]，降低受檢者的輻射劑量勢在必行，CT 掃描輻射劑量大，不宜大量推廣應用。隨著 DTS 技術的更新發展，作為常規 X 線臨床金屬植入物檢查的重要補充，DTS 掃描后可選擇重建原始圖像內任何高度層面的斷層圖像，避免了組織的重疊，而 IR 技術解決了金屬內固定偽影的問題。使用 DTS 采集重建的圖像可以避免金屬偽影并獲得更高的空間分辨率，且輻射劑量僅為 CT 的 1/5[13]。
日本島津公司將 IR 后處理軟件稱為斷層融合-島津金屬偽影消除技術（tomosynthesis - Shimadzu metal artifact reduction technology，T-Smart）。T-Smart 的基本方法是在采集的原始圖像重建過程中，將金屬組件從其他部分中分離出來，金屬圖像和金屬以外圖像分別使用不同的迭代逼近算法創建斷層融合圖像，最后進行綜合，將金屬偽影消除，形成清晰的斷層影像。而 FBP 無法分離出原始圖像內的高密度物質，重建時金屬與骨質密度差距大，使其結合部形成硬化束偽影無法消除。T-Smart 的出現解決了 FBP 中金屬物周圍的硬化束偽影問題并使圖像更為清晰。本研究收集的 30 例踝關節創傷后金屬內固定均采用鈦合金材料，測量評價結果顯示，與 FBP 重建相比，采用 IR 技術重建圖像，顯著消除了金屬偽影，提高了金屬植入物周圍結構的顯示能力，降低了圖像的噪聲，提高了圖像空間分辨率，金屬植入物周圍骨質解剖結構顯示清晰，能更好地滿足骨科醫師對患者療效、并發癥及愈合情況的評價。
本研究是在踝關節創傷金屬內固定患者斷層融合掃描檢查的基礎上，采用不同的后處理軟件對原始圖像數據進行重建分析，不存在重復掃描增大患者輻射劑量的問題。但本研究并未對內固定形狀、幾何尺寸、固定部位進行規范。由于研究樣本數據量太少，將來的研究可以納入更多的患者樣本，使研究結果更具準確性和說服力。
綜上所述，DTS 掃描 IR 技術能有效消除金屬偽影，清晰顯示踝關節金屬內固定術后骨質的細微結構，極大地消除線束硬化偽影對圖像質量的影響，能夠全面觀察骨折愈合情況，為臨床醫師提供高質量的影像學圖像。
