光子计数探测器(photon-counting detector, PCD) CT在前路颈椎间盘切除融合术(anterior cervical discectomy and fusion, ACDF)中的应用：改善金属伪影还原及对骨性融合评估的影响

《Investigative Radiology》：Photon-counting CT in Anterior Cervical Discectomy and Fusion: Improved Metal Artifact Reduction and Impact on Bone Fusion Assessment

　　

目的：评估锡(sn/tin)滤过的光子计数探测器(photon-counting detector, PCD) CT联合高能虚拟单能图像(virtual monoenergetic imaging, VMI)及迭代金属伪影去除(iterative metal artifact reduction, iMAR)对行前路颈椎间盘切除融合术(anterior cervical discectomy and fusion, ACDF)术后患者金属伪影去除效果、图像质量及植骨笼内(intragraft)与植骨笼外(extragraft)骨性融合(bone fusion)评估的影响。材料与方法：回顾性分析2023年至2026年间接受ACDF术且术后行锡滤过PCD-CT检查的患者。对标准多色重建(T3D)、iMAR多色重建(T3DiMAR)、120 keV虚拟单能图像(VMI120)及联合VMI120+iMAR(VMI120+iMAR)四种重建方式进行定量与定性金属伪影评估。定量分析包括测量低衰减(低密度)与高衰减(高密度)伪影区亨氏单位(Hounsfield Units, HU)值及校正噪声。三名肌骨放射科医师独立采用4分Likert量表评分5项影像特征并记录继发性伪影的有无。按聚醚醚酮(polyetheretherketone, PEEK)-钽(tantalum) cage与钛(titanium) cage及140 kVp与100 kVp采集进行亚组分析。结果：纳入44例患者(23例PEEK-钽cage，21例钛cage)。VMI120+iMAR实现最强金属伪影去除，低密度伪影由?362.5 HU降至?38 HU，高密度伪影由218.5 HU降至83.5 HU，噪声较T3D显著改善(均P<0.001)，该效应在钛cage邻近区域最显著。T3DiMAR在PEEK-钽cage中与VMI120+iMAR伪影去除效果相当(P=0.55~0.83)，但在钛cage中劣于VMI120+iMAR(P<0.001)。骨-金属界面清晰度经VMI120和VMI120+iMAR显著提高(P≤0.01)。植骨笼内与笼外骨性融合可见度在标准T3D图像上评分最高(中位数3~4)，而VMI120+iMAR显示最明显损害(中位数2~3，P≤0.01)。iMAR类重建引入继发性伪影，包括假骨溶解(pseudo-osteolysis，20.5%~38.6%)和白带伪影(white zone artifacts，50%~56.8%)，暗区(dark zone)与轮廓(silhouette)伪影较少见(4.5%~6.8%)。白带伪影在140 kVp较100 kVp显著更常见(P<0.05)，暗区与轮廓伪影仅见于100 kVp。读片者间一致性为基本一致至几乎完美(κ=0.62~0.94)。结论：锡滤过PCD-CT联合VMI120+iMAR在ACDF术后提供最有效的金属伪影去除并改善骨-金属界面清晰度(尤指钛cage邻近)，T3DiMAR次之。然而这些高级重建可能因重建诱导伪影损害骨性融合诊断准确性。iMAR类重建可引入假骨溶解(模拟假关节形成pseudoarthrosis)及白带伪影(模拟假骨桥形成)，具材料与管电压依赖性。因此推荐针对ACDF患者的PCD-CT评估采用重建方式特异性策略，在金属伪影去除与骨性融合诊断可靠性间取得平衡。

论文解读：光子计数探测器CT在前路颈椎间盘切除融合术中对金属伪影去除及骨性融合评估的价值——基于锡滤过、虚拟单能图像与迭代金属伪影去除的多重建方式对照研究

本研究发表于Investigative Radiology。

研究背景与立题依据

前路颈椎间盘切除融合术(anterior cervical discectomy and fusion, ACDF)是最常实施的颈椎手术，术后确认植骨区骨桥形成(骨性融合/bone fusion)是判断手术成功的关键，失败融合(假关节形成/pseudoarthrosis)发生率约2%~3%，常需翻修。CT是评估ACDF术后植骨笼内(intragraft)与植骨笼外(extragraft)骨性愈合的首选影像学手段，而光子计数探测器(photon-counting detector, PCD) CT因其光谱分辨能力与高空间分辨率，在显示cage周围骨小梁桥接方面具潜在优势。然而金属植入物(钛板、螺钉、钛或聚醚醚酮polyetheretherketone/PEEK-钽标记cage)引起的线束硬化(beam hardening)与光子饥饿(photon starvation)所致金属伪影严重干扰骨-金属界面及融合状态的判读。现有硬件与软件去伪影技术包括锡(Sn/tin)滤过预硬化X线能谱、从光谱数据重建虚拟单能图像(virtual monoenergetic imaging, VMI)及迭代金属伪影去除(iterative metal artifact reduction, iMAR)算法，三者联用在PCD-CT腰椎内固定中证实有效，但尚未系统在ACDF术后骨性融合评估中被探究。因此研究人员拟回顾性评估锡滤过PCD-CT及联合高能VMI与iMAR各重建方式对ACDF术后金属伪影量化、图像质量及植骨内/外骨融合可视化的影响。

主要关键技术方法

研究人员回顾性纳入2023—2026年单中心行ACDF术且术后接受颈部非增强锡滤过PCD-CT(双源NAEOTOM Alpha, QuantumSn模式，自动选140或100 kVp，重建核Br64，量子迭代重建QIR 3级，层厚0.8 mm)患者44例(PEEK-钽cage 23例，钛cage 21例)。对同一原始数据生成四种重建数据集：①标准多色图像(T3D)；②T3D+iMAR(T3D_iMAR)；③120 keV虚拟单能图像(VMI₁₂₀)；④VMI₁₂₀+iMAR(VMI_120+iMAR)。由肌骨专科放射科医师进行定量测量(近植入物高/低密度伪影区HU值及校正噪声SD_corr)与定性评分(伪影范围、诊断可判读性、骨-金属界面清晰度、植骨笼内/外骨融合可见度，4分Likert)并记录iMAR引入的假骨溶解(pseudo-osteolysis)、白带伪影(white zone artifacts)、暗区(dark zone)及轮廓(silhouette)伪影，按cage材质及管电压亚组分析，采用Friedman检验及McNemar检验等统计学处理，Fleiss κ评估读片者间一致性。

研究结果

患者特征与图像采集

共44例(女21例，男23例，平均年龄58.9±9.9岁)，中位融合节段2(范围1~5)，PEEK-钽与钛cage两组基线无差异。140 kVp组CTDI_vol与DLP显著高于100 kVp组(均P<0.001)。

定量图像分析(Quantitative Image Analysis)

全队列中VMI_120+iMAR较标准T3D最大程度降低低密度伪影(?362.5 HU→?38 HU)、高密度伪影(218.5 HU→83.5 HU)及校正噪声(均P<0.001)，T3D_iMAR次之(P<0.05 vs VMI_120+iMAR)，VMI₁₂₀单独仅部分改善伪影且噪声无显著变化(P=0.08~0.38)。PEEK-钽cage亚组中T3D_iMAR与VMI_120+iMAR伪影与噪声抑制效果相当且无统计学差异(P=0.35~0.83)，VMI₁₂₀单独对PEEK-钽cage去伪影效果差。钛cage亚组中VMI_120+iMAR各项去伪影指标均优于T3D_iMAR(均P<0.01)，VMI₁₂₀单独亦较T3D改善(均P<0.05)。140 kVp与100 kVp亚组总体伪影参数无显著差异。

定性图像分析(Qualitative Image Analysis)

全队列及钛cage亚组中VMI_120+iMAR伪影范围最小(中位数3~4，P<0.001 vs其余)，骨-金属界面清晰度VMI₁₂₀与VMI_120+iMAR显著优于T3D(P≤0.01)。植骨笼内骨融合可见度以标准T3D最高(中位数3.5~4，P≤0.01 vs其余重建)，VMI_120+iMAR最低(中位数2)。植骨笼外骨融合T3D与T3D_iMAR评分最高(中位数4，无差异P=0.12~0.34)。PEEK-钽cage亚组中T3D_iMAR与VMI_120+iMAR去伪影效果相当且优于T3D，骨融合可见度T3D、T3D_iMAR、VMI₁₂₀间无差异但VMI_120+iMAR受损(中位数2，P<0.05 vs T3D)。读片者间一致性κ=0.62~0.86。

伪影分析(Artifact Analysis)

假骨溶解仅见于含iMAR重建，VMI_120+iMAR全队列发生率38.6%(17/44)，高于T3D_iMAR之20.5%(P<0.05)，钛cage中更高达61.9%。白带伪影只出现于iMAR类重建(50%~56.8%)，T3D_iMAR与VMI_120+iMAR间无差异(P>0.25)，钛cage中达81.0%。白带伪影在140 kVp显著多于100 kVp(P<0.05)；暗区与轮廓伪影罕见且仅见于100 kVp之PEEK-钽cage VMI重建。

讨论与结论翻译

本研究表明，锡滤过PCD-CT联合VMI_120+iMAR在ACDF术后提供最强定量与定性金属伪影及噪声去除，并提升骨-金属界面(尤钛cage邻近)清晰度，PEEK-钽cage中T3D_iMAR去伪影效果近似VMI_120+iMAR，VMI₁₂₀单独对含高原子序数钽标记cage去伪影不足。标准多色(T3D)图像对植骨笼内与笼外骨性融合可视化仍最优，VMI_120+iMAR显著降低融合可见度。iMAR类重建引入具临床意义的继发性伪影：假骨溶解可模拟假关节形成，白带伪影可模拟假骨桥形成，二者呈材料依赖(钛cage更常见)与管电压依赖(白带伪影140 kVp更频，暗区/轮廓伪影仅100 kVp)。因此推荐ACDF术后PCD-CT评估采用重建方式特异性策略：①以T3D图像行骨性融合首要评估；②辅以VMI_120+iMAR观察金属伪影区及骨-金属界面；③所有iMAR类图像须与相应非iMAR图像交叉比对以排除伪影误诊。局限性含回顾性单中心设计、cage材质亚组样本量有限、未测试其他keV能级、无电子积分探测器CT对照及缺乏手术/组织学金标准验证融合状态。

结论(Conclusions)：

锡滤过PCD-CT联合VMI_120+iMAR在ACDF术后提供最有效金属伪影去除并改善骨-金属界面清晰度(尤围绕钛cage)，PEEK-钽cage中T3D_iMAR具相近去伪影效果；但标准多色(T3D)图像仍最适于可靠显示骨性融合。iMAR类重建引入具临床相关性的假骨溶解(模拟假关节形成)与白带伪影(模拟假骨桥形成)——具材料依赖性与kVp依赖性。上述发现支持对ACDF患者PCD-CT评估采取重建方式特异性方案，在实质性金属伪影抑制与骨性融合诊断可靠性间权衡。