寶石能譜CT在骨骼系統(tǒng)中的應(yīng)用進展

解琪琪，史衛(wèi)東，李文洲，鄧亞軍，任恩惠，馬靖琳，謝建琴，康學(xué)文，汪靜

1.蘭州大學(xué)第二醫(yī)院骨科，甘肅蘭州730030；2.蘭州大學(xué)甘肅省骨關(guān)節(jié)疾病研究重點實驗室，甘肅蘭州730000

前言

目前，常規(guī)CT是檢出與診斷骨骼系統(tǒng)疾病必不可少的輔助工具，但存在不典型疾病檢出容易出現(xiàn)漏診或誤診的情況，隨著臨床需求的不斷增加，開發(fā)簡單、高精度的影像技術(shù)是當(dāng)今臨床亟待解決的問題。寶石能譜CT技術(shù)作為近年來逐漸應(yīng)用于臨床的多參數(shù)及多種定量分析成像方法，其應(yīng)用得到越來越多的關(guān)注，該技術(shù)完美結(jié)合了CT領(lǐng)域高清晰度與低劑量成像的優(yōu)點，能夠獲得準確的單能量CT值、能譜曲線、有效原子序數(shù)和基物質(zhì)濃度，較傳統(tǒng)的CT在高空間分辨率、時間分辨率的基礎(chǔ)上增加了能量分辨率及理化性質(zhì)的分辨率，實現(xiàn)對組織微細結(jié)構(gòu)和功能狀態(tài)的量化檢測，極大程度提高了診斷的準確性和安全性，近年來，在腫瘤診斷鑒別、血管病變評估、肺相關(guān)疾病的診斷都取得了極大的進展，同時為骨骼系統(tǒng)的病變，如骨質(zhì)疏松程度的診斷、關(guān)節(jié)置換術(shù)后檢查、痛風(fēng)結(jié)石診斷與鑒別等提供了更直接、更有效的幫助，也為骨骼系統(tǒng)疾病的研究開辟了新的領(lǐng)域。

1 寶石能譜技術(shù)

能量CT在常規(guī)CT具備高空間分辨率和時間分辨率的基礎(chǔ)上加入了能量分辨率，強大的后處理軟件系統(tǒng)使其在臨床應(yīng)用中能達到與MRI相媲美甚至在某些方面優(yōu)于MRI的程度。能譜CT利用瞬時切換的高、低（40～140 keV）兩組能量數(shù)據(jù)進行投影數(shù)據(jù)空間重建多參數(shù)量化檢測，實現(xiàn)CT成像的多參數(shù)模式（能譜曲線、基物質(zhì)濃度、單能量圖像及有效原子序數(shù)圖像）。例如，能譜CT的物質(zhì)分離圖像使用基物質(zhì)配對原理，利用兩種配對基物質(zhì)對X線的吸收衰減來實現(xiàn)，醫(yī)學(xué)上最常用的是碘-水基物質(zhì)，將基物質(zhì)濃度作為指標，不僅能檢測該組織的基物質(zhì)含量，也能反映該組織的X線衰減檢測組織內(nèi)物質(zhì)成分的種類及含量，常用于病灶鑒別診斷及病灶內(nèi)成份的檢測等，如骨質(zhì)疏松的檢測。單能量圖像實現(xiàn)了測定物質(zhì)在特定單能量下的CT值，其變化規(guī)律能反映組織在單能量下對X線衰減的差異，常用于病灶同源性的鑒別，如骨轉(zhuǎn)移瘤的原發(fā)灶判定。有效原子序數(shù)圖像實現(xiàn)組織內(nèi)無機物成分的測定，痛風(fēng)結(jié)石成分的檢測。多數(shù)研究已經(jīng)表明，能譜CT可以準確區(qū)分和量化混合物中的特定成分，反映組織損傷的血液供應(yīng)［1］。不同組織及結(jié)構(gòu)的能譜曲線不同，因此該曲線可用于疾病的鑒別診斷、同源性分析等方面。在使用物質(zhì)密度圖像、單能量成像、能譜曲線和有效原子序數(shù)圖進行能譜分析時，通常會使用最佳對比噪聲比（CNR）、散點圖及直方圖3個分析工具［2］，為能譜CT多種參數(shù)和影像模式的應(yīng)用和科研提供了便利而嚴謹?shù)墓ぞ摺?/p>

2 寶石能譜CT在骨骼系統(tǒng)疾病中的研究

能譜CT成像在保留常規(guī)CT功能的同時，可將混合能量成像轉(zhuǎn)變?yōu)閱文芰砍上?，提供除傳統(tǒng)成像外的能譜曲線、基物質(zhì)圖以及有效原子序數(shù)等多種成像信息。相比于常規(guī)CT掃描，能譜CT提高了軟組織分辨率從而為骨骼系統(tǒng)疾病的診斷提供了新的方法。

2.1 骨密度（BMD）的測量

骨質(zhì)疏松癥是一種以系統(tǒng)骨量、骨強度及骨微結(jié)構(gòu)損害為特征的疾病，常導(dǎo)致骨折風(fēng)險增加［3］。隨著我國經(jīng)濟水平的不斷快速發(fā)展，我國已經(jīng)逐步進入老齡化社會，絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松是引起老年婦女出現(xiàn)骨折的一種隱匿性疾病，患者出現(xiàn)骨痛、抽筋、抑郁等癥狀，常常會導(dǎo)致骨質(zhì)疏松性骨折，對患者的生活質(zhì)量造成嚴重影響［4-5］。常規(guī)X線及CT檢查依靠一些比較明顯的征像，如骨小梁疏松、皮質(zhì)變薄及骨質(zhì)密度（CT值）改變，主觀診斷性較強，對于影像表現(xiàn)不明顯的骨質(zhì)疏松患者則不能正?？陀^地反映BMD的變化。寶石能譜CT以瞬時雙電壓（kVp）切換技術(shù)為核心，除了可以獲得不同單能量（40～140 keV）圖像外，還可以獲得各種基物質(zhì)密度圖像，這些基物質(zhì)圖像可以應(yīng)用于不同病灶成分物質(zhì)的定量分析，因此能譜CT的基物質(zhì)定量分析技術(shù)為BMD的準確測量提供了可能。陳靖等［6］通過對健康成年女性腰2（L2）骨質(zhì)鈣含量的測定，來實現(xiàn)對BMD的精確測量，并與BMD測量的金指標DEXA進行對比，得出寶石能譜CT測量結(jié)果與DEXA測量結(jié)果一致，且均與年齡有關(guān)，表明該成像技術(shù)用于測量BMD是可行的。QCT是一種臨床診斷骨質(zhì)疏松癥的重要檢測技術(shù)，多項研究表明其對BMD測量的準確性高于DEXA［7-9］，但由于存在價格昂貴、操作繁瑣、輻射劑量高等缺點，使其在臨床上應(yīng)用并不廣泛。宋飛鵬10］對38節(jié)新鮮羊椎骨松質(zhì)骨進行測量，并比較了QCT、能譜CT與煅燒灰重的相關(guān)性，得出兩種技術(shù)都可用于BMD測量，且寶石能譜CT在使用鈣-水基物質(zhì)對時，測量BMD比QCT更為精確。以上研究均表明，寶石能譜CT可作為一種全新且精確度較高的BMD測量方法。此外，Wichmann等［11］對40例患者160節(jié)腰椎進行能譜CT與DEXA的對比，結(jié)果同樣表明能譜CT測量結(jié)果更為精確，在能譜CT所測得的參數(shù)基礎(chǔ)上還三維重建了骨密度的分布，對于疾病的診斷更為直接，并且表明能譜CT能夠有效避開一些骨皮質(zhì)及骨質(zhì)增生、硬化和破壞區(qū)域。韓合理等［12］以DEXA作為金標準，參考WHO骨質(zhì)疏松的診斷分組，對22例患者的L1-L4進行了寶石能譜CT分析，得出能譜CT選定HAP（脂）為診斷閾值時，靈敏度與特異度都很高，這也與之前的研究結(jié)果一致［13-14］，表明該成像技術(shù)能夠很好地反映腰椎BMD的變化，對診斷骨質(zhì)疏松具有較高價值，有望成為BMD測量的重要工具之一。

2.2 骨關(guān)節(jié)術(shù)后檢查

對于許多骨科術(shù)后的病人，放置的金屬植入物，如骨折髓內(nèi)釘、外固定支架、鋼板、螺釘及人工關(guān)節(jié)等，常規(guī)的CT或者MRI檢查會產(chǎn)生放射狀或星芒狀偽影，嚴重影響圖像質(zhì)量從而影響術(shù)后固定、骨折愈合以及并發(fā)癥的評估，寶石能譜CT可通過單能量成像和MARS技術(shù)去除偽影，從而提高骨科術(shù)后情況的評價。王山山等［15］將含碘對比劑稀釋成不同濃度置入硬塑料管體模中然后將其嵌入帶有金屬內(nèi)固定的豬骨軟組織中，分別用能譜CT及常規(guī)CT進行掃描，得出能譜CT能夠顯著減少金屬植入物的偽影?；魫廴A等對8例脊柱側(cè)彎術(shù)后患者復(fù)查進行能譜CT不同參數(shù)的掃描，最終得出寶石能譜CT掃描聯(lián)用MARs技術(shù)能夠明顯改善偽影，提高圖像質(zhì)量，這也與Lee等［16］的研究結(jié)果一致。最近的研究也取得了相當(dāng)大的進展，Gro?e Hokamp等［17］的研究確定了脊柱去除偽影的單能譜成像及MARs技術(shù)的最佳應(yīng)用參數(shù)。以上結(jié)果均表明，寶石能譜CT有望成為金屬植入物患者術(shù)后復(fù)查的主要技術(shù)，但仍需要克服單能量成像的最佳參數(shù)沒有統(tǒng)一標準等應(yīng)用限制。

2.3 骨轉(zhuǎn)移瘤的同源性分析、診斷及鑒別

骨轉(zhuǎn)移瘤是指骨外惡性病變轉(zhuǎn)移至骨而發(fā)病，以骨盆、脊柱、顱骨和肋骨等中軸骨最多見，主要臨床表現(xiàn)為持續(xù)性疼痛，夜間加重，有時會出現(xiàn)腫塊、病理性骨折和壓迫癥狀，可引起融骨性破壞、骨質(zhì)硬化或者兩者并存的改變［18-19］。能譜CT可將不同單能量成像繪制成能譜曲線，同一病變或者同源性病變的圖像可重疊或者斜率是一致的，利用這種成像原理可以將同源性病變分辨出來，這樣就可以找出骨轉(zhuǎn)移瘤的原發(fā)灶，區(qū)分不同的骨轉(zhuǎn)移瘤，為臨床醫(yī)生提供更多的資料信息。袁軍輝［20］對肺癌及乳腺癌合并脊柱成骨性轉(zhuǎn)移瘤的患者進行能譜CT掃描，鑒別診斷了兩種轉(zhuǎn)移瘤，證實能譜CT可用于骨轉(zhuǎn)移瘤的同源性分析。張進等［21］通過應(yīng)用能譜CT掃描技術(shù)，對病灶感興趣區(qū)單能量成像所得參數(shù)進行比較得出脊柱肺癌轉(zhuǎn)移瘤與骨髓瘤存在顯著性差異，表明能譜CT對于骨轉(zhuǎn)移瘤的診斷及鑒別有很大的參考意義；當(dāng)成骨性骨轉(zhuǎn)移瘤單發(fā)且缺乏其它特異性表現(xiàn)時，很難與骨島進行鑒別?？锩舻龋?2］比較了6例肺癌合并成骨性轉(zhuǎn)移瘤36個病灶以及診斷為骨島的21例病灶的能譜CT參數(shù)，證實了能譜CT可以用于肺癌骨轉(zhuǎn)移瘤與骨島的鑒別診斷，這也與Dong等［23］的研究結(jié)果是相同的。以上結(jié)果均表明，能譜CT可以用于骨轉(zhuǎn)移瘤的同源性分析，分析出其原發(fā)灶，同時也可以進行診斷及鑒別診斷，在骨腫瘤中的應(yīng)用前景很好，值得進一步深入研究。

2.4 痛風(fēng)結(jié)節(jié)的物質(zhì)定性分析、診斷與鑒別

痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎是由于尿酸鹽沉積在關(guān)節(jié)囊、滑囊、軟骨、骨質(zhì)和其他組織中而引起的病損及炎性反應(yīng)［24-25］，而痛風(fēng)結(jié)節(jié)是引起骨質(zhì)破壞發(fā)展的一個重要決定因素，完全確診要由有創(chuàng)的病理檢查完成，且臨床上需要與假性痛風(fēng)結(jié)石（焦磷酸鈣雙水化合物結(jié)晶）、羥磷灰石沉積癥、類固醇結(jié)晶關(guān)節(jié)炎與骨關(guān)節(jié)旁增生鈣化進行鑒別，而能譜CT可以對以上不同成分進行鑒別，同時為結(jié)石成分提供更多的信息。文獻［26］對確診為痛風(fēng)的19例患者進行外周關(guān)節(jié)能譜掃描，比較了痛風(fēng)石與肌肉、皮質(zhì)骨、松質(zhì)骨所得參數(shù)的差異，得出能譜CT能進一步強化顯示痛風(fēng)石數(shù)量及更小的痛風(fēng)石存在，可以清晰顯示鄰近關(guān)節(jié)骨質(zhì)的浸蝕破壞情況。羅敏等［27］對146例疑似痛風(fēng)患者的疼痛部位行能譜CT與常規(guī)CT掃描，比較兩者在鑒別骨關(guān)節(jié)旁增生鈣化與痛風(fēng)石的敏感度、特異性及準確性，最終得出能譜CT明顯優(yōu)于常規(guī)CT，且能夠計算體內(nèi)痛風(fēng)石的數(shù)量及總體積，從而對患者體內(nèi)痛風(fēng)石的沉積情況進行評估，這與Shi等［28］的研究結(jié)果也是一致的。

2.5 肌腱病變及骨損傷

肌腱病變常用的診斷技術(shù)為MRI、超聲、CT和X線［29］，超聲主觀性強，MRI存在成本高、禁忌證多等缺點，CT與X線漏診率相對較高且成像質(zhì)量尚需提高，能譜CT能夠清晰顯示肌腱及韌帶結(jié)構(gòu)，為臨床提供更多的診斷信息。早在2011年，王君君等［30］就確定了65 keV單能量是顯示肌腱的最佳單能量，王剛等［31］研究比較了能譜CT與MRI在手肌腱的影像學(xué)表現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)能譜CT在顯示骨骼、肌腱及手肌腱的三維關(guān)系方面具有明顯優(yōu)勢，但顯示腱鞘病方面表現(xiàn)卻不如MRI。綜合考慮成本、檢出率等因素，能譜CT在肌腱疾病的診斷應(yīng)用前景較好，是一種準確率較高的成像技術(shù)。近年來，有學(xué)者利用拉曼技術(shù)與能譜CT成像技術(shù)結(jié)合，從而達到高靈敏度活體內(nèi)骨損傷的診斷，解決了傳統(tǒng)的組織切片染色具有破壞性的缺點［32］，新發(fā)展起來的骨損傷三維成像技術(shù)存在靈敏度低、分辨率差等缺點，能譜CT成像實現(xiàn)了對骨損傷的高靈敏度檢查。

3 結(jié)論

以上是能譜CT在骨骼系統(tǒng)疾病中研究較為成熟的幾個方面，其多參數(shù)成像，不但有效降低患者的輻射劑量，提高影像空間分辨率，還將CT推入依靠功能學(xué)成像診斷疾病的領(lǐng)域，能夠更準確地診斷骨質(zhì)疏松，用于骨關(guān)節(jié)術(shù)后檢查評估治療效果，痛風(fēng)結(jié)石性質(zhì)的診斷及鑒別以及骨轉(zhuǎn)移瘤的同源性分析、診斷和鑒別等，是一種高效、簡單、無創(chuàng)的新型影像學(xué)檢查方法，但是在很多方面如參數(shù)的統(tǒng)一仍舊需要深入的研究。