雙能CT虛擬去鈣技術(shù)對股骨頭壞死的診斷價(jià)值

張玉婷，姜永宏

股骨頭缺血壞死(osteonecrosis of femoral head，ONFH)好發(fā)于中青年人，其病因和發(fā)病機(jī)制復(fù)雜，至今尚未完整闡明，國內(nèi)外學(xué)者提出了各種學(xué)說，如血運(yùn)障礙、脂質(zhì)代謝紊亂、骨內(nèi)壓增高、骨細(xì)胞凋亡、基因多態(tài)性和免疫因素等[1-6]。目前證明ONFH與酒精、創(chuàng)傷以及過量服用激素、凝血功能異常等因素密切相關(guān)，可能是多種因素共同作用的結(jié)果[7-8]。ONFH是骨科領(lǐng)域常見的難治性疾病，其病程進(jìn)展快，如不及時(shí)治療可能致殘[9]。因此準(zhǔn)確診斷和治療具有至關(guān)重要的意義。本研究以MRI作為參照標(biāo)準(zhǔn)，比較常規(guī)CT、雙能CT虛擬去鈣技術(shù)(virtual non-calcium technique，VNCa)對ONFH的診斷價(jià)值。筆者查閱文獻(xiàn)，目前國內(nèi)外尚未見開展此類研究的報(bào)道。

材料與方法

1.一般資料

將2019年1月-2019年4月本院收治的臨床懷疑89例ONFH患者納入分析，其中1例因重度肥胖無法行雙能CT檢查、2例因安裝有心臟起搏器無法行MRI檢查而被剔除。最終納入86例受試者共172個(gè)髖關(guān)節(jié)(股骨頭壞死120個(gè)，正常股骨頭52個(gè))。其中，男49 例，女32例，年齡26～62 歲，中位年齡45歲?；颊咝蠧T及MRI檢查的時(shí)間間隔不超過2天。本研究經(jīng)我院倫理委員會批準(zhǔn)，所有患者簽署了知情同意書。

2.CT掃描及圖像分析

使用Siemens Somatom Definition Flash雙能CT機(jī)，采集患者雙側(cè)髖關(guān)節(jié)圖像，患者取仰臥位，掃描范圍自髖臼頂部至股骨小轉(zhuǎn)子水平，掃描參數(shù)：100 kV/Sn140 kV，自動管電流(參考值260 mAs/200 mAs),螺距0.6，準(zhǔn)直寬度0.6 mm×32。重建層厚1.0 mm，層間距0.75 mm。重建雙能量CT圖像及混合能量0.5線性融合圖像作為常規(guī)CT(regular CT，rCT )圖像，并三維重組出冠狀面圖像，在冠狀面圖像上進(jìn)行分析。使用Syngo Via CT后處理工作站(VB10)，選擇Dual-Energy 選項(xiàng)卡中Bone Marrow軟件對圖像進(jìn)行后處理。

由2位影像科醫(yī)師(閱片者1和2)在不知道MRI檢查結(jié)果及臨床癥狀的情況下獨(dú)立對rCT圖像進(jìn)行主觀評分，然后對rCT與VNCa融合圖像進(jìn)行主觀評分，計(jì)分規(guī)則：星芒狀結(jié)構(gòu)模糊記1分，局限性骨質(zhì)疏松記1分，局部骨質(zhì)硬化記1分，出現(xiàn)線征記2分，軟骨下骨斷裂記2分，股骨頭關(guān)節(jié)面塌陷記2分，囊變記1分，髖關(guān)節(jié)間隙狹窄記1分，VNCa圖像上出現(xiàn)異常區(qū)域(以藍(lán)紫色作為正常骨髓腔背景，綠色代表異常)記2分，總計(jì)3分或3分以上者診斷為ONFH(圖1a～b，2a～b)。

在VNCa圖像上在病變顯示最清晰的層面勾畫ROI，記錄軟件自動生成的CTVNCa和rCT值，未見股骨頭病變時(shí)則測量與病變側(cè)ROI對應(yīng)的對側(cè)鏡像位置髓腔的CTVNCa及rCT值，雙側(cè)正常股骨頭內(nèi)ROI的勾畫選取冠狀面圖像上股骨頭最大層面上骺線上緣位置，應(yīng)盡量避免股骨頭骨皮質(zhì)及皮質(zhì)下2 mm以內(nèi)的骨髓腔。ROI為圓形，大小0.4～0.5 cm2。

3.MRI掃描及圖像分析

使用Siemens Verio 3.0T磁共振檢查儀和體部線圈?；颊呷⊙雠P位，常規(guī)行雙髖關(guān)節(jié)橫軸面及冠狀面掃描，掃描序列和參數(shù)：SE序列冠狀面STIR T2WI(TR 4200 ms，TE 56 ms)、冠狀面T1WI(TR 880 ms，TE 20 ms)和橫軸面T1WI(TR 440 ms，TE 13 ms)；層厚3.5 mm，層距1.5 mm，矩陣320×288，視野16 cm×16 cm。雙能CT及MRI檢查時(shí)間間隔不超過2天。由兩位高年資影像醫(yī)師獨(dú)立評估MRI圖像，意見不一致時(shí)，由第3位影像醫(yī)師共同討論得出一致結(jié)果。參考2016版成人股骨頭壞死臨床診療指南[7,10]，MRI上診斷ONFH的標(biāo)準(zhǔn)為T1WI上股骨頭內(nèi)可見單線征或T2WI上股骨頭內(nèi)可見雙線征(圖1c～d，2c～d)。

4.統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

使用SPSS 22.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。計(jì)算常規(guī)CT圖像、常規(guī)CT聯(lián)合VNCa圖像診斷早期股骨頭壞死的敏感度、特異度、陽性預(yù)測值及陰性預(yù)測值。閱片者1、2采用同一方法評估股骨頭是否出現(xiàn)壞死的主觀評價(jià)的一致性分析采用Kappa檢驗(yàn)。同一閱片者采用不同方法評估股骨頭是否出現(xiàn)壞死的主觀評價(jià)的一致性分析采用McNemar檢驗(yàn)。組間測量值的比較采用McNemar檢驗(yàn)。使用受試者工作特征(receiver operating characteristic curve，ROC)曲線分析CTVNCa值對早期股骨頭壞死的診斷效能。診斷截?cái)帱c(diǎn)選取Youden指數(shù)(敏感度+特異度-1)最大值所對應(yīng)的界值。由于本研究中計(jì)量資料rCT值及CTVNCa值的數(shù)據(jù)均不符合正態(tài)分布，因此采用中位數(shù)表示，使用Mann-WhitneyU檢驗(yàn)比較股骨頭壞死和正常股骨頭的rCT值及CTVNCa值間的差異。以P<0.05認(rèn)為差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

圖1 男，41歲，因左髖關(guān)節(jié)疼痛3月余就診。a)rCT冠狀面重組圖像，左側(cè)股骨頭內(nèi)可見單線征(紅箭)，關(guān)節(jié)面下骨折(黑箭)，右側(cè)股骨頭輕度局限性骨質(zhì)硬化(黃箭)，關(guān)節(jié)面光整；b)VNCa圖像，正常髓腔呈藍(lán)紫色，雙側(cè)ONFH區(qū)被標(biāo)記為綠色(白箭)，左側(cè)骨髓內(nèi)水腫區(qū)被標(biāo)記為綠色(紅箭)；c)MR T1WI，雙側(cè)股骨頭內(nèi)可見單線征(紅箭)，左側(cè)股骨頭關(guān)節(jié)面下可見骨折線(黃箭)，骨髓水腫呈低信號(綠箭)；d)MR壓脂T2WI，右側(cè)股骨頭可見雙線征(白箭)，左側(cè)股骨頭可見線征和軟骨下骨折，骨髓水腫區(qū)呈不均勻高信號(紅箭)。 圖2 女，46歲，因右髖部疼痛8個(gè)月就診。a)rCT冠狀面重組圖像，右側(cè)股骨頭內(nèi)可見單線征(紅箭)，左側(cè)對稱區(qū)域未見明顯異常；b)VNCa圖像，正常髓腔為藍(lán)紫色，右側(cè)股骨頭壞死區(qū)被標(biāo)記為綠色，并可見骨髓水腫區(qū)(標(biāo)記為綠色，紅箭)，左側(cè)股骨頭對稱處未見明顯異常；c)MR T1WI，右側(cè)股骨頭可見單線征(紅箭)，并可見呈低信號的骨髓水腫區(qū)(黃箭)，左側(cè)股骨頭未見明顯異常(白箭頭)；d)MR壓脂T2WI，右側(cè)股骨頭可見單線征(白箭)，骨髓水腫區(qū)呈高信號(紅箭)，左側(cè)股骨頭未見明顯異常(白箭頭)。

結(jié) 果

閱片者1、2分別采用同一方法對股骨頭是否出現(xiàn)壞死的判定結(jié)果的一致性均較好(單獨(dú)采用rCT時(shí)Kappa=0.86，P=0.000；采用rCT聯(lián)合VNCa時(shí)Kappa=0.77，P=0.000)。同一閱片者采用不同方法對股骨頭壞死的判斷結(jié)果的一致性較好(閱片者1：Kappa=0.66，P=0.000；閱片者2：Kappa=0.67，P=0.000)。

閱片者1和2采用rCT、rCT聯(lián)合VNCa圖像診斷ONFH的診斷效能見表1。結(jié)果顯示，rCT聯(lián)合VNCa圖像診斷ONFH的敏感度、符合率和陰性預(yù)測值均有明顯提高。

表1 rCT和rCT聯(lián)合VNCa圖像對股骨頭壞死的診斷性能

圖3 兩位閱片者測量的CTVNCa值診斷早期股骨頭壞死的ROC曲線。

兩位閱片者測量的ONFH和正常股骨頭的rCT和CTVNCa值及組間比較結(jié)果見表2。兩位閱片者測量的壞死股骨頭的CTVNCa值均顯著高于正常股骨頭，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)；而病變和正常股骨頭的rCT值的差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。

表2 ONFH和正常股骨頭CTVNCa和rCT值的比較 (HU)

閱片者1測量的股骨頭rCT和CTVNCa值診斷ONFH的ROC曲線下面積分別為0.559(95% CI：0.472～0.645)和0.899(95% CI：0.851～0.946)；當(dāng)CTVNCa截?cái)嘀禐?46.55 HU時(shí)，診斷ONFH的敏感度為88.3%，特異度為82.7%(圖3)。

閱片者2測量的股骨頭rCT和CTVNCa值診斷ONFH的ROC曲線下面積分別為0.545(95% CI：0.454～0.637)和0.879(95% CI：0.827～0.930)；當(dāng)CTVNCa截?cái)嘀禐?42.85 HU時(shí)，診斷ONFH的敏感度為80.8%，特異度為78.8%(圖3)。

討 論

ONFH早期治療效果好，病變進(jìn)展到晚期則可能需要行髖關(guān)節(jié)置換手術(shù)，創(chuàng)傷大且手術(shù)費(fèi)用高昂[11]。因此盡早明確診斷對ONFH患者治療方案的選擇和預(yù)后意義重大。MRI對股骨頭壞死具有很高的敏感度(93%)和特異度(91%)[10]。因此，MRI目前仍是股骨頭壞死的主要檢查手段。然而，MRI檢查亦具有一定的局限性，價(jià)格較為昂貴、掃描時(shí)間較長，體內(nèi)有金屬或幽閉恐懼癥患者無法進(jìn)行此項(xiàng)檢查。而CT檢查具有普及率高、價(jià)格相對便宜、掃描速度快以及可以三維顯示病變骨小梁的改變(密度、壞死范圍以及軟骨下骨折)等優(yōu)勢，因此對于股骨頭塌陷的晚期ONFH診斷能力出色。但由于對早中期病變的檢出能力有限，使得CT檢查并沒有被廣泛用于ONFH的診斷。

雙能CT技術(shù)近年來發(fā)展迅速，用于痛風(fēng)結(jié)節(jié)的檢出技術(shù)較為成熟，已得到臨床廣泛肯定[12]。雙能CT可診斷腦卒中患者經(jīng)血管內(nèi)治療后早期顱內(nèi)出血并指導(dǎo)臨床治療[13]，在冠狀動脈斑塊的評估方面亦表現(xiàn)優(yōu)異[14]。雙能CTVNCa技術(shù)是一種極具發(fā)展前景的技術(shù)，在判斷椎體陳舊性壓縮骨折、檢出隱匿性骨折和多發(fā)性骨髓瘤方面發(fā)揮出色[15-19]。

ONFH初期主要是細(xì)胞缺血致骨內(nèi)細(xì)胞的壞死，引發(fā)炎癥反應(yīng)，緊鄰壞死區(qū)的間充質(zhì)和毛細(xì)血管明顯增生，因此，可見充血、水腫和炎性細(xì)胞浸潤等；隨后進(jìn)入修復(fù)期，出現(xiàn)肉芽組織增生和軟骨化生，病變繼續(xù)進(jìn)展可出現(xiàn)硬度低的新生骨替代壞死骨和軟骨下骨折等，最終導(dǎo)致股骨頭的塌陷并形成骨性關(guān)節(jié)炎。rCT對于檢出骨髓腔內(nèi)細(xì)微骨質(zhì)改變的敏感度不高，而雙能CT虛擬去鈣技術(shù)可采用三物質(zhì)分離算法在圖像上去除某一特定物質(zhì)，比如鈣。以成人股骨頭為例，可將其看成是由大量黃骨髓(脂肪細(xì)胞)、少量紅骨髓(造血組織)和鈣按一定比例構(gòu)成的混合物。純含鈣物質(zhì)的CT值顯著高于骨髓，因此在CT值二維圖上由純鈣到黃骨髓和純鈣到紅骨髓的連線的斜率即是可反映含鈣量的特征值?；诖耍捎?jì)算CT值二維圖像任一點(diǎn)去鈣后的CT值，從而得到VNCa圖像，并可測量此圖像上股骨頭的CT值(CTVNCa)，即去除鈣質(zhì)后的骨髓CT值，并且可以通過一次掃描提供彩圖和三維圖像。正常成人股骨頭以黃骨髓為主，主要成分為脂肪細(xì)胞，因此其CTVNCa值較低；而ONFH可導(dǎo)致骨髓腔出現(xiàn)充血、水腫和炎性細(xì)胞浸潤，因此局部的CTVNCa值會增高，虛擬去鈣圖像可突出顯示ONFH區(qū)域。但對于rCT而言，股骨頭CT值主要由富含鈣的骨小梁決定[20]，因此，其對骨髓的細(xì)微變化不敏感。本研究中，正常股骨頭與壞死股骨頭的CTVNCa值差異明顯；而常規(guī)CT值則無明顯差異。雙能CT虛擬去鈣圖像對于股骨頭硬化的部分不分析，而硬化部分可以通過觀察常規(guī)CT圖像進(jìn)行補(bǔ)充，因此，常規(guī)圖像和VNCa圖像二者相輔相成，聯(lián)合應(yīng)用時(shí)診斷敏感度和陰性預(yù)測值均明顯提高，從而明顯提高了CT對ONFH的診斷效能。

需要指出的是，本研究中存在一些不足之處。首先，由于Bone Marrow軟件自身的限制，對于所有骨皮質(zhì)以及皮質(zhì)下2 mm以內(nèi)的骨髓腔不能正確分析，因此VNCa圖像上骨皮質(zhì)標(biāo)記為綠色或不標(biāo)記。另外，由于本研究中主要觀察的是股骨近端，即富含大量黃骨髓的區(qū)域(標(biāo)記為藍(lán)紫色)，而髂骨富含紅骨髓(造血組織)且髓腔形態(tài)不規(guī)則，紅、黃骨髓分布不均勻，可能會出現(xiàn)髂骨紅骨髓豐富區(qū)被異常標(biāo)記綠色的情況。最后，我們發(fā)現(xiàn)，關(guān)節(jié)腔積液及骨髓水腫也可以被標(biāo)記為綠色，其臨床意義還待于進(jìn)一步研究[21]。

綜上所述，雙能CT虛擬去鈣技術(shù)對ONFH的診斷效能較高。對于存在MRI檢查禁忌或無法配合MRI 檢查的患者，可作為很好的替代評估手段。