CT上の小型金属インプラントの金属アーチファクト低減：どの画像再構成アルゴリズムがより優れた性能を発揮するか？

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Eur J Radiol.2020 Jun;127:108970. S0720-048X(20)30159-5. doi: 10.1016/j.ejrad.2020.108970.Epub 2020-03-19.

CT上の小型金属インプラントの金属アーチファクト低減：どの画像再構成アルゴリズムがより優れた性能を発揮するか？

Metal artifact reduction for small metal implants on CT: Which image reconstruction algorithm performs better?

Aurélie Grandmougin
Omar Bakour
Nicolas Villani
Cedric Baumann
Hélène Rousseau
Pedro Augusto Gondim Teixeira
Alain Blum

PMID: 32289628 DOI: 10.1016/j.ejrad.2020.108970.

抄録

目的:

異なるサイズの小さな金属製の物体が存在し、異なる線量レベルでの異なる画像再構成アルゴリズムの性能を比較すること。

PURPOSE: To compare the performance of different image reconstruction algorithms in the presence of small metal objects of different sizes and at different dose levels.

方法:

ウシ大腿骨の新鮮な骨を直径の大きい7つのドリルビットで穿孔した。8つの異なる線量レベルのCT画像を取得し、3つのアルゴリズムで再構成した：ハイブリッド反復的再構成（HIR）、フルモデルベースの反復的再構成（フルMBIR）、単一エネルギー金属アーチファクト低減（SEMAR）。金属に隣接する海綿体の歪みは、4点スケールで主観的に評価した。エッジプロファイルアーチファクトは、ドリルビット径の過大評価とドリルビットを取り囲む低密度ハローの幅を測定することで定量的に評価した。

METHOD: A fresh bone of bovine femur was drilled with seven drill bits of increasing diameter. CT images with eight different dose levels were acquired and reconstructed with three algorithms: hybrid iterative reconstruction - HIR, Full model-based iterative reconstruction - full MBIR and a single energy metal artifact reduction - SEMAR. Trabecular distortion adjacent to metal was evaluated subjectively with a four-point scale. Edge profile artifacts were evaluated quantitatively by measuring drill bit diameter overestimation and the width of the low-density halo surrounding the drill bit.

結果:

海綿体の歪みは、フルMBIRではHIRやSEMARと比較して高く（P<0.0001）、ドリルビットが1.2mmより大きい場合と18.1mGy.cmより低い線量の場合に増加した。低密度ハロスサイズとドリルビット径の過大評価は、フルMBIRでは他の2つの再構成アルゴリズムと比較して減少し、SEMARではHIRと比較して減少した（P<0.0001）。ドリルビット径の過大評価は、フルMBIRで0.56±0.25mm、SEMARで0.68±0.09mm、低密度ハロー径の過大評価は、フルMBIRで0.03mm±0.08、SEMARで0.42mm±0.09であった。

RESULTS: Trabecular distortion was higher with full MBIR compared to HIR and SEMAR (P < 0.0001) and increased with drill bits larger than 1.2 mm and with doses lower than 18.1 mGy.cm. Low-density halos size and drill bit diameter overestimation decreased with full MBIR compared to the other two reconstruction algorithms and with SEMAR compared to HIR (P < 0.0001). There was a mean drill bit overestimation of 0.56 ± 0.25 mm for full MBIR versus 0.68 ± 0.09 mm for SEMAR and mean low-density halo diameters of 0.03 mm ± 0.08 for full MBIR versus 0.42 mm ± 0.09 for SEMAR.

結論:

アルゴリズムの性能は、線量レベルとメタルオブジェクトのサイズに影響され、個々のアルゴリズムが総合的に最高の性能を提供することはありません。フルMBIRはエッジアーチファクトの低減に優れており、SEMARはより大きな金属インプラントや低線量プロトコールに最適なオプションです。

CONCLUSION: Algorithm performance is influenced by dose levels and metal object size and no individual algorithm provides the best overall performance. Full MBIR is better in reducing edge artifacts and SEMAR is the best option for larger metal implants and low dose protocols.