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口腔内金属植入物对影像学检查影响的研究进展

2019-7-19 10:07  来源:现代口腔医学杂志
编辑:王晓娜 石晶 阅读量:3030

    在口腔科的临床诊疗过程中,金属植入物发挥着不可或缺的作用,在口腔修复科固定修复体因其使用方便,稳定性能好已经成为修复牙列缺失、牙体缺损以及根管治疗之后冠修复的常用方法之一,其中常见的固定修复体一般包括氧化锆全冠、玻璃陶瓷(铸瓷)全冠、贵金属烤瓷冠、纯钛烤瓷冠、嵌体、固定桥以及种植固定修复体等;在口腔颌面外科许多颌面部外伤的患者均需要手术植入金属板,金属钉来进行内固定;在口腔正畸科为了达到矫治效果金属矫治器必不可少;此外在口腔内科一些含金属成分的充填材料(例如银汞合金)也因其良好的耐磨性能常常被用作后牙充填材料。

    但是,口腔内有金属植入物的患者在接受颅颈部影像学检查时往往会产生金属伪影,严重影响成像质量以及疾病的诊断。因此,评估口腔科常用的各类金属植入物产生伪影的大小以及影响因素成为大家研究的重点,本文针对国内外学者的研究成果,就口腔内金属植入物对MRI成像以及CT成像的影响加以综述如下。

    1.MRI的成像原理及其伪影概述

    1.1MRI的成像原理

    磁共振成像(magnetic resonance imaging,MRI)的原理是核磁共振,通过围绕在人体周围的环形线圈将磁场所产生的能量收集起来产生电信号,随后通过层面选择,相位编码,频率编码,K空间等进行图像重建。层面选择即选择进行MRI扫描的体层,使得与RF脉冲频率相同的层面内的质子发生共振因此只能收集到这一层的磁共振信号;相位编码与频率编码可确定信号体素来源的行和列,由此可得到包含整个层面中所有体素的全部数据信息;然后将这些空间信号通过填入K空间转换成数字信号,再通过计算机处理便可获得所需的MRI图像。

    1.2金属伪影产生的原因及形式

    当患者携带有金属植入物进行MRI检查时,金属的存在可使原有的磁场场强不均匀导致空间定位表达错误,使得金属周围的信号与该处剖解结构不符,从而产生伪影,严重影响图像质量,甚至干扰临床诊断。金属伪影在MRI成像上的表现形式有3种,即组织形态发生畸变、组织周围出现明显的高信号区、组织周围出现明显的信号流空区域。

    2.口腔金属植入物

    对MRI成像的影响目前,临床上常见的金属植入物形式多种多样,包括各种金属固定修复体,金属板,金属钉,金属矫治器以及含金属成分的充填体等,这些金属植入物其材料的磁化率,体积,形状,位置,数目等都会对MRI成像金属伪影的产生以及严重程度造成影响。

    2.1金属植入物材料对MRI成像的影响

    金属材料根据磁化率的不同可分为3类分别是铁磁性金属、顺磁性金属、抗磁性金属。铁磁性物质,其具有很强的磁性,很容易在磁场中磁化,且磁化方向与外磁场方向一致,使得原磁场显著加强,如镍铬合金、钴铬合金、不锈钢等,其对MRI影响较大,产生伪影的特征是组织畸变严重,铁磁性物体周围组织呈大面积无信号区,使周围组织器官发生信号错位而变形;顺磁性金属,其在外加磁场中呈现微弱的磁性,且磁化方向与外磁场方向一致,使原有磁场略有加强,如铝、锰、铂等,对MRI影响较小;抗磁性金属,磁性较微弱,不易被磁化,在磁场中磁化时磁化方向与外磁场方向相反,使得原磁场强度减弱,如金、银、铜、铅、汞等,对MRI影响较小。顺磁性和抗磁性这类非铁磁性物质其伪影的特征是圆形的低或无信号区,边缘呈高信号环带,使相应区域影像消失、模糊,组织和结构变形等。

    2.2金属植入物所含金属体积对MRI成像的影响

    金属植入物中所含金属体积与金属伪影的大小成正比,这是因为随着金属体积的增大,主磁场中不均匀的区域增大,使得修复体与人体组织的磁化率差异增大,且同种金属材料体积增大,其内部参与失相位的质子数也会增加,基于这两点原因,金属体积增大所产生的伪影必然会增大。王成洁等人选取直径相同、长度不同的ITI种植体行MRI检查时,发现其对应的伪影面积分别为2.2 cm2和3.5 cm2,说明体积不同对MRI金属伪影的面积影响不同。

    2.3金属植入物形态对MRI成像的影响

    金属植入物的形态与金属伪影的大小密切相关。Tominaga T等人研究认为,形态较小的短丝、薄板状的金属植入物所产生的伪影最小。BeufO等人研究发现金属形状才是影响伪影面积的重点;王旭东也发现镍铬合金的形状是影响MRI伪影程度的重要因素。

    2.4金属植入物位置对MRI成像的影响

    金属植入物位置对金属伪影面积的影响在目前已有的研究中显示:口腔内镍铬烤瓷固定修复体所产生的MRI伪影对软硬腭、舌、颌骨、上颌窦底等处的影像可能会产生影响;张蒙蒙发现就单冠而言,锤造冠,镍铬,钴铬,纯钛等单冠所产生的伪影面积大小在前牙区和后牙区无明显差异,但后牙区距离头颅部重要剖解标志较近,所以上颌牙后牙区多单位的贱金属修复体对头颅部需要检查的重要部位的MRI成像可能会产生影响,选择时需慎重,尤其是头颅部有病变需要进行MRI检查者;国外有文献认为伪影的形状受金属植入物与磁场方向夹角的影响,当二者垂直时,伪影呈现四叶草状,而二者平行时,伪影呈圆形或椭圆形。当金属植入物与磁场方向平行时,金属伪影的范围最小,随着二者夹角的增大,伪影的大小也成比例的倍增。

    2.5金属植入物数目对MRI成像的影响

    金属植入物数目对金属伪影的影响,国内孙樱林等人研究发现:镍铬合金冠数量増加,MRI影像上伪影的范围会扩大,伪影涉及层数亦会增多,并且这种数量的改变发生在水平梯度磁场场强的方向和垂直梯度磁场场强的方向上引起伪影改变是不同的,在水平梯度磁场场强的方向上,各层伪影面积改变会更加明显,并且每个实验冠产生的伪影范围都会有所扩大;如果这种数量的改变是在垂直梯度磁场场强的方向上,那么涉及伪影的层数会明显增多,但每个实验冠产生的伪影大小不会有明显改变。

    3.MRI成像减少金属伪影的方法

    金属植入物在MRI成像中所产生的伪影可以通过MRI成像过程中的各个环节进行减少及矫正。但在临床工作中考虑到磁场强度固定,金属植入物材料、形态不易改变等因素,因此为了达到减少MRI成像中金属伪影的目的,常常会选择改进序列技术对金属伪影进行矫正。国外学者研究发现在头颈部常规以及快速成像序列中产生伪影的比较中,相同合金中自旋回波序列(spin echo,SE)产生的伪影最小;Rudisch A等人发现在T1加权的SE序列、T1或T2加权的FSE序列以及单次激发半傅立叶采集快速自旋回波(half-Fourier acquisition single-shot turbo spin-echo,HASTE)序列下,金属体所产生的伪影都不大;Merkle EM等人研究认为在GRE序列下产生的金属伪影程度最重;刘广顺等人的实验结果表明Propeller DWI序列可以明显消除金属伪影;近年来有研究提出了去金属伪影序列(Syngo WARP),与常规序列相比,WARP主要采用了视角倾斜技术(view angle tilting,VAT)、层面编码金属伪影矫正技术(slice encoding formetal artifact correction,SEMAC)以及高带宽技术三种方法,其中VAT技术在频率编码梯度给出并读出回波信号的同时,额外添加一个层面选择梯度,可明显减少由磁场不均匀所引起的化学位移以及金属伪影,主要用于校正层面内的伪影。

    SEMAC是在VAT技术的基础之上,另外在层面选择梯度上加一梯度脉冲,主要用于减少层面间的金属伪影。高带宽技术(约为常规序列带宽的4倍)能够降低接收噪声,并能够提高对金属植入物周围局部组织剖解细节的显示能力。

    4.CT的成像原理及其伪影的概述

    4.1CT的成像原理

    CT(computed tomography)是由X线发射源和一个探测器组成,从X射线管发出的X射线穿过被测物体时,X射线会与物体发生相互作用,这些相互作用的最终结果是部分X射线被吸取或散射,所以当X射线穿过一种材料时它的强度被衰减。受到被测物体的衰减,对面探测器接收含有沿途衰减信息数据,即投影值。然后X射线源和探测器沿顺时针方向旋转一个特定角度θ后继续重复扫描,直至旋转360°为止,即可得到所有角度上含有沿途衰减部分信息的投影数据,即可得到被测物体的CT图像。

    CT值的范围为-1024HU—+3071HU,在临床上可以通过设置只显示感兴趣的那部分CT值范围,即窗口。且可以通过调节窗口的中心(窗位)和宽度(窗宽)显示该范围内的细节信息,同时把高于这个范围上限的CT值显示为白色,低于范围下限的CT值显示为黑色,这就增强了各类型组织之间密度的细微差异,为实际应用提供更有价值的信息。

    4.2金属伪影产生的原因及形式

    当X射线穿过金属物质时,射线会发生急剧的衰减,导致对应的投影数据失真,并破坏投影数据的整体完备性和连续性,不同密度、不同尺寸的金属物体,吸取X射线的能力不同;如高密度金属能够遮挡大部分X射线,进而使探测器接收不到CT扫描信号;低密度的金属物吸取一部分X射线,使探测器收集到的扫描信号减弱,CT数据不能准确反映扫描物体,使得投影数据出现了跃变,重建图像之后,会在金属周围产生大量明暗相间的放射条纹状伪影,即金属伪影。这些伪影一般数量众多,严重降低图像质量,给疾病诊断带来困难,甚至造成误诊,漏诊,延误病情。

    5.口腔金属植入物对CT成像的影响

    国外有文献报道CT图像上的金属伪影与金属植入物内所含金属的一些特性参数,如密度、厚度及形状等相关,国内魏亦龙等人研究发现,在金属体积、厚度和位置完全一致的情况下密度成为影响金属伪影的决定因素,在CT影像上可以看到伪影的范围和密度值成正比,密度越大则产生伪影的面积越大。

    高密度的金属(如金钯合金、银钯合金)产生的CT伪影遮盖范围大影响CT的影像质量,对后期的CT诊断产生较大的影响;中等密度的金属(如镍铬合金、钴铬合金)也会有伪影,对CT图像的质量有影响,但是要小于高密度的金属;密度较低的金属(如钛金属)比其他四种金属产生的金属伪影要小的多,对CT的图像质量影响也较小。从对于CT干扰的方面来讲钛金属应该是首选的冠修复材料。此外国内有学者研究认为CT产生伪影的大小与金属的横断面积也有关,扫描时当金属的位置与扫描平面相垂直所产生的横断面积最小,因此产生的伪影面积也较小。

    6.CT成像减少伪影的方法

    目前减少CT图像产生的金属伪影的方法主要有如下几种:

    ①双能矫正法,它是1985年由Coleman提出的,是指用两种不同能量的X射线分别扫描被测物体,其在某一固定能量水平下它的X线衰减系数分布是确定的,从而减少了CT图像中产生的金属伪影,但是该方法因扫描方法复杂而使得成像效率低,因而无法在临床上广泛应用;

    ②滤波片矫正方法,它是1976由Brooks提出的一种矫正方法,是指在探测器前方和射线源出口放置金属滤波片,它能够吸取射线中的低能光子和散射光子,从而减小X射线的能谱宽度,达到减轻伪影的目的;

    ③迭代校正法,是指通过反复的迭代计算来校正伪影,但是该方法操作步骤繁琐,多次计算导致产生大量的数据,因此不适用于繁杂的临床工作;

    ④插值算法,该方法又包括线性插值法,多项式插值法,以及一些特殊函数插值法等多种方法这些算法都需要经过再投影,根据阈值分割出的金属区域再投影来确定金属伪影在投影数据空间的范围,再通过进一步的后处理来获得校正数据,而通过这些步骤所获取的信息只能确定金属伪影的范围,要想获得被金属遮盖部分的信息则需要通过其他更加复杂的方法来恢复,因此大大提高了计算难度;由此可见以上几种方法虽然在一定程度上可以减少CT图像中所产生的金属伪影,但因其操作复杂,耗时耗力在实际临床工作中很难得到广泛应用。

    随着CT技术的不断发展,能谱CT的出现为减少CT图像中的金属伪影提供了一种有效的途径。能谱CT与传统CT相比其独特的单能量图像和多伪影去除技术(multi artifact reduction system,MARS)实现了在传统混合能量X线图像中获得不同能量级的单能图像,减少了X射线在穿透被测物体时因能量不纯而产生的散射、反射从而达到减少金属伪影的目的。

    国内外大量文献研究证实在临床工作中综合考虑各种因素如不同剖解部位,被测物体的观察重点等选择最佳能量水平并适时的结合MARS技术能够更加有效的去除不同金属植入物产生的伪影,提高成像质量,为临床提供更多有价值的诊断信息。MRI、CT技术在疾病诊断中各有其优势,在现代医学中发挥着不可替代的作用,希翼通过研究口腔内金属植入物对其产生的影响及原因,能够更好的控制和减少伪影的产生,获得更高质量,更清晰的影像图像,从而为疾病诊断提供更准确的依据。

编辑: 陆美凤

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