第3代雙源雙能量CT虛擬去鈣技術(shù)檢測胸腰椎骨髓水腫的臨床研究

王林，陳佳佳，龔沈初，崔志明，阮席武，保國鋒，徐冠華，孫郁雨

(1.南通大學(xué)第二附屬醫(yī)院 影像科，江蘇 南通 226001； 2.南通大學(xué)第二附屬醫(yī)院 脊柱外科，江蘇 南通 226001)

隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)高速發(fā)展和人口老齡化程度的日益嚴(yán)重，脊柱骨折的發(fā)生率逐年增高[1- 2]，其中以胸腰段脊柱骨折最為多見[3]。胸腰椎單純壓縮性骨折在X線平片或CT上表現(xiàn)為椎體呈楔形變而無骨折線[4]，臨床多依靠MR或ECT來判斷該類骨折為新鮮骨折或陳舊性骨折。然而，MR和ECT由于檢查時間較長、費(fèi)用較高，均存在一定的局限性。本研究主要評估第3代雙源雙能量CT(DECT)對胸腰椎外傷患者椎體骨髓水腫的檢測能力，以期為臨床區(qū)分新鮮或陳舊性骨折提供參考依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 一般資料

經(jīng)南通大學(xué)第二附屬醫(yī)院科學(xué)研究倫理委員會批準(zhǔn)，前瞻性地將2017年2月至2017年3月間24例胸腰椎外傷患者納入研究，其中男性患者6例，女性患者18例，年齡22～92歲，平均64.81歲。所有患者均簽署知情同意書。采集入組患者胸椎或腰椎的DECT和MR影像，既往行椎體內(nèi)金屬固定術(shù)或經(jīng)皮椎體成形術(shù)、椎體腫瘤、甲狀腺或甲狀旁腺功能亢進(jìn)、近期服用影響骨質(zhì)代謝水平藥物、存在MR檢查禁忌證、MR圖像不能滿足診斷需要患者的椎體均被排除在外。所有患者均經(jīng)過脊柱外科醫(yī)師進(jìn)行臨床查體，通過篩選最終共147個胸腰椎椎體納入研究，患者外傷至完成CT和MR檢查的時間窗不超過2 d。

1.2 CT掃描及后處理

使用西門子第3代DECT(SOMATOM Definition Force,Siemens Healthcare,Erlangen,Germany)采集患者胸腰椎圖像，根據(jù)患者受傷及疼痛部位確定掃描范圍。使用Syngo Via CT后處理工作站(版本VB10)Dual- Energy選項(xiàng)卡中的Bone Marrow軟件對圖像進(jìn)行處理分析。由1名高年資脊柱外科醫(yī)師和1名高年資影像科醫(yī)師(觀察者A、B)分別獨(dú)立進(jìn)行觀察評估，按以下標(biāo)準(zhǔn)分別對CT、MR圖像進(jìn)行主觀評分(VS)和定量測量，若結(jié)果不一致，與另外2名具有高級職稱的脊柱外科醫(yī)師和影像科醫(yī)師(觀察者C、D)共同討論后得出一致結(jié)果。同理MR圖像主觀評分和定量測量由1名脊柱外科醫(yī)師和1名影像科醫(yī)師(觀察者E、F)分別獨(dú)立進(jìn)行觀察評估。VS標(biāo)準(zhǔn)：1分為正常椎體，椎體高度正常，骨皮質(zhì)連續(xù)，椎體內(nèi)未見骨髓水腫；2分為陳舊性壓縮性骨折，椎體前緣變短呈楔形，椎體內(nèi)未見明顯骨髓水腫；3分為椎體骨挫傷，椎體高度正常，骨皮質(zhì)連續(xù)，椎體內(nèi)見骨髓水腫；4分為新鮮骨折，椎體呈楔形或骨皮質(zhì)斷裂，椎體內(nèi)見骨髓水腫。對于評分為1～2分的椎體，在正中矢狀位圖像上進(jìn)行定量測量，手工沿椎體外緣勾勒感興趣區(qū)(region of interest,ROI)，記錄軟件自動給出的虛擬去鈣后的CT值(VNCa)和混合能量圖像(混合比0.5)的常規(guī)CT值(regular CT value,rCT)；對于評分為3～4分的椎體，在矢狀位上骨髓水腫最明顯的層面進(jìn)行測量，沿水腫區(qū)邊緣手工勾勒ROI并記錄相同的測量參數(shù)。觀察者A、B對患者M(jìn)R檢查結(jié)果并不知情。

1.3 MR掃描

使用西門子3.0- T Verio MR掃描儀(Siemens Healthcare,Erlangen,Germany)采集患者胸椎或腰椎圖像，按臨床要求確定掃描范圍。掃描序列包括矢狀位FS- T2WI和T1WI序列。由前述觀察者C、D在Syngo MR workplace工作站中按前述VS標(biāo)準(zhǔn)獨(dú)立對MR圖像進(jìn)行評分，評分不一致時進(jìn)行協(xié)商，以協(xié)商的最終結(jié)果作為判斷椎體有無骨髓水腫的“金標(biāo)準(zhǔn)”。觀察者E、F依據(jù)“金標(biāo)準(zhǔn)”在同一工作站中進(jìn)行定量測量：對于MR評分為1～2分的椎體，在正中矢狀位T1WI圖像上手工沿椎體外緣勾勒ROI，記錄椎體的信號強(qiáng)度(SIvertebra)；對MR評分3～4分的椎體，參照矢狀位FS- T2WI選擇骨髓水腫最明顯的層面，在相應(yīng)的T1WI圖像上沿水腫區(qū)邊緣手工勾勒ROI，記錄其SIvertebra；參照FS- T2WI選擇一個未發(fā)生退變的椎間盤，在正中矢狀位的T1WI圖像上沿其邊緣手工勾勒ROI，測量其信號強(qiáng)度(SIdisk)，按以下公式計算椎體和椎間盤信號強(qiáng)度的比值(vertebra to discs ratio,VDR)，VDR=SIvertebra/SIdisk。觀察者E、F對患者CT檢查結(jié)果并不知情。

1.4 統(tǒng)計學(xué)處理

使用SPSS 22.0和MedCalc 15.8統(tǒng)計軟件進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析。使用Mann- WhitneyU檢驗(yàn)比較骨髓水腫和無骨髓水腫椎體各CT測量值間的差異。使用Pearson檢驗(yàn)和線性回歸分析各CT測量參數(shù)與VDR間的關(guān)系。使用受試者工作特征曲線(receiver operating characteristic curve,ROC曲線)分析CT測量參數(shù)對骨髓水腫的檢測能力，進(jìn)一步的兩兩比較采用U檢驗(yàn)。P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié) 果

2.1 椎體骨髓水腫的VS

共分析了147個椎體(胸8～腰5)，其中男性椎體35個，女性椎體112個；對照“金標(biāo)準(zhǔn)”，有骨髓水腫的椎體21個(胸8～腰5椎體骨髓水腫的個數(shù)依次為：0、0、1、3、4、7、2、2、2、0個)，無骨髓水腫椎體126個。CTVS 1～4分椎體個數(shù)依次為99、18、11、19個；MR評分1～4分椎體個數(shù)依次為111、15、1、20個。

2.2 椎體骨髓水腫的定量測量

骨髓水腫和無骨髓水腫椎體的CT測量結(jié)果見表1。骨髓水腫椎體的VNCa和rCT均高于無骨髓水腫者，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(均為P=0.00)。

表1 椎體骨髓水腫測量結(jié)果 Hu

注：以標(biāo)準(zhǔn)差/均數(shù)×100%計算變異系數(shù)(coefficient of variation,CV)

椎體VNCa、rCT均與VDR呈顯著相關(guān)(r依次為-0.51、-0.40，均P=0.00)，線性回歸分析顯示VNCa、rCT與VDR值間存在線性關(guān)系(t依次為-7.08、-5.24，均P=0.00)。見圖1。

均P=0.00；中心直線代表簡單線性回歸直線，兩側(cè)虛線代表回歸直線95%置信區(qū)間

圖1VNCa、rCT與VDR呈顯著正相關(guān)

VS和定量測量檢測骨髓水腫的敏感性(sensibility,Se)、特異性(specificity,Sp)、準(zhǔn)確性(accuracy,Ac)、陽性預(yù)測值(positive predictive value,+PV)、陰性預(yù)測值(negative predictive value,-PV)、ROC曲線下面積(area under the curve,AUC)、95%置信區(qū)間(confidence interval,CI)。VS、VNCa、rCT對骨髓水腫均具有診斷價值。進(jìn)一步兩兩比較結(jié)果結(jié)合AUC顯示，VS、VNCa對骨髓水腫的檢測能力優(yōu)于rCT，其差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P=0.04、0.00)，而VS、VNCa對骨髓水腫的檢測能力無顯著差異(P=0.68)。選擇檢測能力較高的兩項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行疊加，疊加后的結(jié)果為“且”或“或”的關(guān)系(依次標(biāo)記為VS+VNCa、VS/VNCa)，再次使用ROC曲線分析VS、VNCa、VS+VNCa、VS/VNCa對骨髓水腫的檢測能力，分析結(jié)果顯示前述4項(xiàng)測量參數(shù)對骨髓水腫均有診斷價值,其差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P=0.10～0.74)。見表2、圖2。

表2VS、定量測量對椎體骨髓水腫的檢測能力

cutoff值Se/%Sp/%Ac/%+PV/%-PV/%AUC95%CIVNCa>-30．285．7193．6581．9369．2397．520．910．85～0．95rCT>131．785．7158．7362．0525．7196．100．720．64～0．79VS>195．2477．7881．9255．1795．760．930．87～0．96VS+VNCa>080．9596．8353．0112．2396．830．890．83～0．94VS/VNCa>0100．0074．6083．1339．62100．000．870．81～0．92

圖2各CT測量參數(shù)和參數(shù)組合對骨髓水腫檢測能力的ROC曲線圖

2.3 輻射劑量

使用第3代DECT對本組病例進(jìn)行胸腰椎雙能量掃描的容積劑量指數(shù)(volume computed tomography dose index,CTDIvol)為6.0 mGy(4.2～9.9 mGy)，劑量長度乘積(dose length product)為227.8 mGy·cm(137.8～457.9 mGy·cm)。

3 討 論

由于外傷和骨質(zhì)疏松導(dǎo)致的椎體壓縮性骨折發(fā)病率逐年增加，椎體壓縮性骨折引起的疼痛導(dǎo)致功能喪失，嚴(yán)重影響患者的生活質(zhì)量。若能早期發(fā)現(xiàn)診斷椎體壓縮性骨折，及時進(jìn)行外科干預(yù)，可有效降低患者死亡率[5- 6]。胸腰椎壓縮性骨折為臨床常見的骨折類型，該類骨折在X線平片或矢狀位CT圖像上多表現(xiàn)為椎體前緣變短呈楔形改變而無骨折線，對臨床判斷其為新鮮骨折或陳舊性骨折造成了困擾[7]。目前臨床多依靠MR或ECT進(jìn)行區(qū)分，由于骨小梁斷裂、出血和水腫，新鮮椎體骨折在MR脂肪抑制T2WI或STIR序列上出現(xiàn)高信號的水腫區(qū)，在ECT上可出現(xiàn)異常濃聚。然而，這兩種方法在臨床實(shí)踐中均存在一定的局限性：MR存在檢查禁忌證；ECT骨顯像需注射具有放射性的骨顯像劑，存在增加患者輻射劑量的潛在風(fēng)險，同時這兩項(xiàng)檢查均存在檢查時間長、價格貴的缺點(diǎn)，患者一般需要等待較長時間進(jìn)行預(yù)約檢查，不利于急診開展，給臨床工作帶來了很大的不便。

DECT可采用三物質(zhì)分離算法來對某一特定物質(zhì)進(jìn)行去除或量化[8]。以椎體為例，可將其看成是由黃骨髓、紅骨髓和鈣按一定比例構(gòu)成的混合物，由于純鈣的CT值相對于黃骨髓(CT值接近于脂肪)和紅骨髓(CT值接近于軟組織)而言非常高，在CT值二維圖上由純鈣到黃骨髓和由純鈣到紅骨髓的連線可近似看成兩條平行的直線，其斜率即為鈣的特征值。依據(jù)這一特征值可計算CT值二維圖上的任意一點(diǎn)去除鈣質(zhì)后的CT值，由此得到虛擬去鈣圖像，突出顯示骨折時椎體內(nèi)的出血或水腫。Cao等[9]利用該技術(shù)檢測膝關(guān)節(jié)外傷患者損傷區(qū)域的骨髓水腫并與MR對照，認(rèn)為兩者間存在很好的一致性。Kaup等[10]認(rèn)為使用該技術(shù)可提高不同年資醫(yī)師診斷椎體骨折的準(zhǔn)確性，并可避免不必要的MR檢查。

本研究結(jié)果顯示，使用虛擬去鈣技術(shù)后VS對椎體骨髓水腫具有診斷價值，其檢測椎體骨髓水腫的準(zhǔn)確性為81.9%，低于Petritsch等[11]報道的結(jié)果(93.9%)。本研究中VS與“金標(biāo)準(zhǔn)”差異最大的部分在于3分的病例，DECT椎體內(nèi)可出現(xiàn)貫穿整個椎體的異常密度影，而在相應(yīng)MR圖像上未見明顯水腫，使得CTVS結(jié)果與MR不符。形成該“偽影”的確切原因尚不清楚，因這一“偽影”主要出現(xiàn)在胸腰椎交界的區(qū)域內(nèi)，推測其可能與橫膈運(yùn)動有關(guān)。因此，在胸腰椎交界區(qū)域診斷椎體骨髓水腫應(yīng)更加慎重，需結(jié)合臨床病史、癥狀和體征等做出綜合判斷。

在定量測量方面，VNCa、rCT均與反映椎體信號強(qiáng)度的VDR存在相關(guān)關(guān)系，骨髓水腫椎體的VNCa、rCT均高于無骨髓水腫者，其差異有統(tǒng)計學(xué)意義。相對于rCT，骨髓水腫和無骨髓水腫椎體的VNCa差異更大(CV：66.24%對44.78%)。正常椎體的CT值主要由骨小梁決定，本研究中入組患者的平均年齡偏大，且以女性椎體居多，可伴有椎體骨質(zhì)疏松，其表現(xiàn)為骨小梁結(jié)構(gòu)破壞、骨量丟失、椎體內(nèi)脂肪浸潤，椎體CT值下降[12]，在此基礎(chǔ)上出現(xiàn)骨髓水腫可導(dǎo)致rCT較無骨髓水腫者升高，這一改變在虛擬去鈣后的VNCa上更加明顯。因此，盡管VNCa、rCT均具有對椎體骨髓水腫的診斷價值，VNCa的檢測效能高于rCT，兩者間的差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P=0.00)。按VNCa>-30.2 Hu的標(biāo)準(zhǔn)，其對椎體骨髓水腫檢測的敏感性為85.71%，特異性為93.65%。將定量測量指標(biāo)VNCa與VS進(jìn)行疊加，疊加后的結(jié)果并不能增加對骨髓水腫的檢測效能。

由于本研究入組患者的掃描范圍不同，使用CTDIvol評估其輻射劑量更為合適。本組病例的平均CTDIvol為6.0 mGy，較Leyla等[13]基于第2代DECT研究的輻射劑量(平均CTDIvol為15.6 mGy)下降約61.54%，輻射量大大減小，且掃描時間更短。

綜上所述，第3代DECT虛擬去鈣技術(shù)可用于胸腰椎外傷患者椎體骨髓水腫的檢測，其可在常規(guī)CT診斷椎體骨折的基礎(chǔ)上為臨床進(jìn)一步區(qū)分陳舊性或新鮮骨折提供參考依據(jù)。

[參考文獻(xiàn)]

[1] WANG H,ZHANG Y,XIANG Q,et al.Epidemiology of traumatic spinal fractures:experience from medical university- affiliated hospitals in Chongqing,China,2001- 2010[J].J Neurosurg Spine,2012,17(5):459- 468.

[2] 高雪蓮，高莉敏.絕經(jīng)后婦女骨質(zhì)疏松患病率現(xiàn)狀及影響因素分析[J].現(xiàn)代醫(yī)學(xué),2015,43(7):870- 873.

[3] 寧廣智,吳強(qiáng),張蒂,等.胸腰段脊柱骨折手術(shù)治療的研究進(jìn)展[J].中華創(chuàng)傷雜志,2017,33(1):43- 46.

[4] 何涌,邱維加,曾陽東,等.脊柱外傷的平片、CT和MRI診斷價值對比[J].實(shí)用放射學(xué)雜志,2010,26(9):1312- 1316.

[5] MEGALE R Z,POLLACK A,BRITT H,et al.Management of vertebral compression fracture in general practice:BEACH program[J].PLoS One,2017,12(5):e0176351.

[6] EDIDIN A A,ONG K L,LAU E,et al.Life expectancy following diagnosis of a vertebral compression fracture[J].Osteoporosis int,2013,24(2):451- 458.

[7] 張建年.多層螺旋CT在鑒別新舊胸腰椎壓縮骨折中的應(yīng)用[J].實(shí)用放射學(xué)雜志，2011,27(1):142- 144.

[8] 盧光明,張龍江.雙能量CT臨床應(yīng)用指南[M].北京:人民衛(wèi)生出版社,2015:10- 13.

[9] CAO J X,WANG Y M,KONG X Q,et al.Good interrater reliability of a new grading system in detecting traumatic bone marrow lesions in the knee by dual energy CT virtual non- calcium images[J].Eur J Radiol,2015,84(6):1109- 1115.

[10] KAUP M,WICHMANN J L,SCHOLTZ J E,et al.Dual- energy CT- based display of bone marrow edema in osteoporotic vertebral compression fractures:impact on diagnostic accuracy of radiologists with varying levels of experience in correlation to MR imaging[J].Radiology,2016,280(2):510- 519.

[11] PETRITSCH B,KOSMALA A,WENG A M,et al.Vertebral compression fractures:third- generation dual- energy CT for detection of bone marrow edema at visual and quantitative analyses[J].Radiology,2017,284(1):161- 165.

[12] 陳芳妮,趙銀霞,肖繼杰,等.腰椎椎體CT值與骨密度值的相關(guān)性研究[J].實(shí)用放射學(xué)雜志,2016,32(6):980- 982.

[13] LEYLA K,ZEYNEP Y,MECIT K,et al.The feasibility of dual- energy CT in differentiation of vertebral compression fractures[J].Br J Radiol,2016,89(1057):201- 205.