口腔颌面区MDCT中采用牙科Overlay与O-MAR算法进行金属伪影抑制

《Diagnostics》：Metal Artifact Reduction in Oral Cavity MDCT Using Dental Overlays and the O-MAR Algorithm

　　

背景/目的：评估不同CT协议与重建算法下，牙科实验室材料Overlay对口腔颌面区多层螺旋CT(MDCT)金属伪影减少的影响。方法：采用拔除人牙、金属烤瓷修复体及弹道明胶作为软组织替代物构建拟人下颌模型；测试6种牙科材料（Elite HD+、Vonflex S Putty、Tropicalgin、MB Wax 1、Zetaplus、COE-PAK）作为Overlay；在低剂量与标准协议下行MDCT采集，并进行原始重建与O-MAR（Orthopedic Metal Artifact Reduction）重建，共28个数据集；两名放射科医师独立评估伪影指数(AI)、总体图像质量(OIQ)与球形标记可见性(SMV)，观察者间一致性极好（ICC=0.985）。结果：Vonflex S Putty模型始终显示最低AI与最高OIQ，且在两种协议与两种重建下表现稳定；Elite HD+与Zetaplus结果亦佳，COE-PAK与MB Wax 1常表现不佳；Tropicalgin在原始重建下AI高，但O-MAR后明显改善；SMV分析证实低剂量条件下仅Vonflex S Putty持续优于对照。结论：硅基Overlay尤其是Vonflex S Putty可有效减少MDCT金属伪影并改善图像质量；Overlay选择联合O-MAR等MAR算法，是优化金属修复体患者诊断准确性的互补策略。

研究背景方面，多层螺旋CT（MDCT，Multidetector Computed Tomography）在头颈与颌面（DMF，dento-maxillofacial）成像中应用广泛，可提供高空间分辨率、软组织显示与增强扫描能力，对口腔腔癌（OCC，oral cavity cancer）骨侵犯及淋巴结评估十分重要。然而牙科金属修复体会产生金属伪影，其物理机制包括射线硬化（beam hardening）、光子饥饿（photon starvation）、散射（scatter）与边缘效应（edge effects），导致暗带、白色线状条纹与颗粒噪声，影响解剖与病灶显示。传统采集参数调整效果有限且可能增加辐射剂量；现代滤波、校正软件、投影插值、迭代重建、深度学习MAR、双能CT（DECT，Dual-Energy CT）、光子计数CT（PCCT，Photon-Counting CT）虽有进展，但硬件依赖强、普及受限。口腔特定解剖允许采用牙科Overlay吸收散射并缓解射线硬化，既往研究多限于锥形束CT（CBCT，Cone Beam CT），MDCT中尚缺相关证据，因此研究人员开展本项 phantom 研究。

论文发表于《Diagnostics》。

关键技术方法方面，研究人员经伦理审批后，使用拔除人牙与金属烤瓷修复体构建拟人下颌phantom，以弹道明胶模拟软组织并嵌入石膏球标记；采用统一3 mm间隙托盘在牙冠表面施加6种牙科实验室材料Overlay；使用Philips Ingenuity 64 CT行低剂量（120 kV、280 mA）与标准（120 kV、468 mA）协议采集，各材料重复扫描；每例均做原始重建与O-MAR重建，共28个数据集；定量采用软组织核（Standard, B），于下颌弓软组织模拟区放置约1 mm² ROI，以AI=√(SD_a²?SD_ref²)计算伪影指数（AI，Artifact Index）；定性采用骨核（YA），由两名放射科医师以5级Likert量表评OIQ与舌侧球形标记可见性（SMV，Spherical Marker Visibility）；统计学用SPSS行正态性检验、ANOVA/Kruskal–Wallis与ICC可靠性分析。

1. 3.
   Results

3.1. Quantitative Analysis

研究人员通过ROI标准差与AI比较发现，低剂量原始重建时所有Overlay模型AI显著低于对照，Vonflex S Putty最低；O-MAR后AI普遍下降，仅Vonflex S Putty与Tropicalgin低于对照。标准协议原始重建中除Tropicalgin外各材料AI低于对照，Vonflex S Putty仍最低；O-MAR后Tropicalgin改善最明显，Vonflex S Putty与MB Wax 1与对照无显著差异。结论为Vonflex S Putty在不同协议与重建下AI稳定低位，Tropicalgin对O-MAR响应最强。

3.2. Qualitative Analysis

研究人员以骨核图像评估OIQ与SMV，观察者间ICC分别为0.874与0.889。低剂量下Elite HD+、Zetaplus、Vonflex S Putty的OIQ显著高于对照，Vonflex S Putty最高；O-MAR下MB Wax 1与COE-PAK低于对照。标准协议原始重建中所有模型异于对照，Vonflex S Putty最高、MB Wax 1较低；O-MAR下多数硅材料优于对照，COE-PAK仍较差。SMV方面，低剂量仅Vonflex S Putty持续优于对照；标准原始重建中多数非硅材料降低标记可见性；O-MAR标准协议下仅COE-PAK显著变差。结果表明硅基Addition silicone与Condensation silicone更利成像，蜡与氧化锌糊剂不适合作Overlay。

讨论部分总结：研究人员指出金属修复体、钛种植体仍损害MDCT图像；MAR算法原多用于骨科植入物，口腔解剖使Overlay策略可行。Overlay材料需高于软组织但低于金属的放射密度，且应均匀以免引入新畸变。本研究定量用软组织窗、定性用骨窗，使伪影以最显著形式被记录。O-MAR大幅降AI，但材料特性仍影响结果；Tropicalgin基线伪影重、O-MAR获益最大，说明Overlay选择与MAR算法互补。Vonflex S Putty、Elite HD+、Zetaplus延续了CBCT研究中的优势，A-silicone均质性与放射密度曲线最利于伪影减少；COE-PAK不均质、MB Wax 1密度低且贴合差，故表现差。临床意义在于椅旁施加Overlay耗时短、耐受好，硅基A-silicone可提升金属修复患者MDCT诊断信心。局限性为phantom研究、每配置单次采集、无金属自由对照，需体内研究验证。

1. 5.
   Conclusions
   结论翻译：本研究证明特定牙科Overlay材料可显著影响口腔MDCT伪影严重度与诊断质量。被测材料中，Vonflex S Putty始终表现最优，Elite HD+与Zetaplus亦有效，COE-PAK与MB Wax 1受不均质与适配差限制。总体而言，硅基Overlay尤其A-silicone是MDCT伪影减少最有前景的候选；其放射密度特征、均匀性及临床操作性利于降低金属修复体影响。将适宜Overlay选择与安全相关MAR算法如O-MAR联用，可形成优化诊断准确性的互补策略。未来需患者研究验证该phantom结论并探索更多重建技术。