雙能量CT虛擬去鈣成像評(píng)估腰椎間盤退變

駱伊麗，王俊華，張 皓，岳夢(mèng)穎，魯忠燕，孫碧霞

(1.蘭州大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院，甘肅 蘭州 730099；2.蘭州大學(xué)第一醫(yī)院放射科，甘肅 蘭州 730013)

慢性腰痛病因中，腰椎間盤退變(intervertebral disc degeneration, IDD)占39%[1]。常規(guī)CT成像評(píng)估骨性結(jié)構(gòu)具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，但軟組織分辨率較低，無法評(píng)估早期IDD。雙能量CT(dual energy CT, DECT)物質(zhì)分離技術(shù)已用于多個(gè)領(lǐng)域，其中虛擬去鈣(virtual non-calcium, VNCa)技術(shù)可反映骨組織中含水量變化，已用于研究骨髓病變[2-8]，但定量分析退變椎間盤脫水程度的相關(guān)研究較少。本研究分析DECT-VNCa成像評(píng)估腰椎間盤(含腰-骶椎間盤)IDD的可行性。

1 資料與方法

1.1 一般資料 回顧性分析2016年1月—2020年10月37例于蘭州大學(xué)第一醫(yī)院因腰痛接受腰椎DECT和MR檢查患者，男19例，女18例，年齡7～80歲，中位年齡62歲；排除DECT與MR檢查間隔超過2周、脊柱嚴(yán)重側(cè)彎、急性腰部創(chuàng)傷、感染、類風(fēng)濕性疾病、代謝性骨病、近期接受腰部手術(shù)患者及圖像質(zhì)量不佳者。

1.2 儀器與方法

1.2.1 DECT 采用Siemens雙源128層CT機(jī)行DECT。囑患者仰臥，掃描范圍自第12胸椎上緣至第1骶椎下緣，管電壓100 kV/Sn 140 kV，管電流280 mAs/216 mAs，采用實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)曝光劑量調(diào)節(jié)模式，準(zhǔn)直器32 mm×0.6 mm，螺距0.7，轉(zhuǎn)速0.5 s/r，獲得100 kVp、Sn 140 kVp圖像和M=0.5的線性融合圖像(相當(dāng)于常規(guī)CT)，層厚1 mm，層間距1 mm。于Siemens后處理工作站進(jìn)行后處理，設(shè)置鈣斜率為1.71，脂肪-110/-87 HU(100/140 kVp)，軟組織55/51 HU(100/140 kVp)，其余為默認(rèn)值，獲得VNCa灰度圖像；再經(jīng)彩色編碼設(shè)置(低能：spectrum；高能：grayscale),窗寬及窗位分別為120 HU、75 HU，獲得VNCa彩色編碼圖像。

1.2.2 MR檢查 采用Siemens 3.0 T MR儀，配備8通道脊柱線圈。囑患者仰臥，頭先進(jìn)，采集矢狀位T2WI，TR 3 300～3 700 ms，TE 89 ms，F(xiàn)OV 300 mm×300 mm，矩陣320×320，層厚4 mm，層間距4.8 mm。

1.3 圖像分析 由分別具有23年、25年骨骼肌肉系統(tǒng)影像學(xué)診斷經(jīng)驗(yàn)的主任醫(yī)師各1名根據(jù)改良Pfirrmann分級(jí)(modified Pfirrmann grade, mPG)標(biāo)準(zhǔn)[9]對(duì)矢狀位T2WI所示椎間盤進(jìn)行分級(jí)，意見不一致時(shí)經(jīng)討論決定。mPG分級(jí)共分為1～8級(jí)，將5～8級(jí)歸為5級(jí)及以上；MRI或CT顯示椎間盤高度低于5 mm、存在真空現(xiàn)象、積液或鈣化時(shí)，剔除該椎間盤。

選擇軸位常規(guī)CT和VNCa灰度圖上椎間盤最大層面，由1名具有3年骨骼肌肉系統(tǒng)影像學(xué)診斷經(jīng)驗(yàn)且經(jīng)過培訓(xùn)的住院醫(yī)師以雙盲法于髓核區(qū)域(椎間盤中央3/5，其橫徑、前后徑分別為椎間盤橫徑、前后徑的3/5)放置橢圓形ROI，盡量避開纖維環(huán)及鄰近骨皮質(zhì)，測(cè)量其CT值(圖1)，測(cè)量3次，若測(cè)量結(jié)果相差大于5 HU，則重新測(cè)量，取平均值進(jìn)行分析。

圖1 于常規(guī)軸位CT上測(cè)量腰椎椎間盤髓核CT值示意圖(白圈為ROI)

由上述2名主任醫(yī)師根據(jù)正中矢狀位VNCa彩色編碼圖所示椎間盤髓核與纖維環(huán)的衰減程度進(jìn)行視覺分型，定性評(píng)估IDD：Ⅰ型，中央明顯衰減；Ⅱ型，中央輕度衰減；Ⅲ型，均勻低衰減，見圖2。意見不一致時(shí)經(jīng)商榷決定。

圖2 矢狀位VNCa彩色編碼圖像示腰椎間盤視覺分型 A.Ⅰ型，椎間盤中央明顯衰減(顏色淺，整體為綠色)； B.Ⅱ型，椎間盤中央輕度衰減(顏色稍深，整體為黃色)； C.Ⅲ型，整個(gè)椎間盤均勻低衰減(顏色深，整體偏紅色)

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 采用SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)分析軟件。計(jì)量資料以±s表示，采用單因素方差分析行多組間比較，兩兩比較采用LSD法。采用Kruskal-WallisH檢驗(yàn)分析不同VNCa視覺分型椎間盤間mPG分級(jí)差異，以Spearman秩相關(guān)分析常規(guī)CT和VNCa圖像上髓核CT值、VNCa視覺分型與mPG的相關(guān)性。采用Kappa檢驗(yàn)分析2名醫(yī)師評(píng)估椎間盤mPG分級(jí)和VNCa視覺分型的一致性，K>0.8為一致性好，0.60

2 結(jié)果

37例患者共185個(gè)腰椎間盤，剔除13個(gè)出現(xiàn)真空現(xiàn)象、4個(gè)高度低于5 mm椎間盤，納入共168個(gè)腰椎間盤。

2名醫(yī)師評(píng)估腰椎間盤mPG分級(jí)(k=0.634，P<0.001)及VNCa視覺分型的一致性均好(k=0.804，P<0.001)。168個(gè)腰椎間盤中，12個(gè)mPG 1級(jí)、39個(gè)2級(jí)、47個(gè)3級(jí)、50個(gè)4級(jí)、20個(gè)5級(jí)；51個(gè)VNCa視覺分型Ⅰ型、51個(gè)Ⅱ型、66個(gè)Ⅲ型。

2.1 CT值分析 常規(guī)CT中，mPG 2級(jí)與3級(jí)、4級(jí)與5級(jí)間髓核CT值差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.173、0.083)，其余各級(jí)間CT值差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均<0.05)；VNCa圖上，mPG各級(jí)間髓核CT值差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均<0.001)，見表1。常規(guī)CT及VNCa圖上髓核CT值與mPG間均呈正相關(guān)(r=0.504、0.745，P均<0.001)。

表1 不同mPG分級(jí)常規(guī)CT及VNCa圖腰椎間盤髓核CT值比較(HU，±s)

表1 不同mPG分級(jí)常規(guī)CT及VNCa圖腰椎間盤髓核CT值比較(HU，±s)

mPG分級(jí)CT值常規(guī)CTVNCa1級(jí)(n=12)63.29±7.76 68.07±5.58 2級(jí)(n=39)74.11±8.01?77.89±9.46?3級(jí)(n=47)75.95±4.98?85.50±6.49?#4級(jí)(n=50)79.82±5.47?#☆93.33±7.59?#☆5級(jí)及以上(n=20)82.68±3.53?#☆102.24±10.42?#☆▲F值23.62355.133P值<0.001<0.001

注：*：與1級(jí)比較，P<0.05；#：與2級(jí)比較，P<0.05；☆：與3級(jí)比較，P<0.05；▲：與4級(jí)比較，P<0.05

2.2 VNCa視覺分型與mPG分級(jí)的關(guān)系 VNCa視覺分型與mPG呈高度正相關(guān)(r=0.900，P<0.001)，見圖3。不同VNCa視覺分型間mPG分級(jí)差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.001)，見表2。

圖3 受檢者男，37歲，IDD A.正中矢狀位VNCa彩色編碼圖像示L1-2、L2-3、L3-4、L4-5、L5-S1分別為Ⅰ型、Ⅰ型、Ⅰ型、Ⅲ型、Ⅰ型； B.正中矢狀位T2WI示相應(yīng)mPG分級(jí)分別為2級(jí)、2級(jí)、2級(jí)、5級(jí)及以上、2級(jí)

表2 不同VNCa視覺分型間腰椎間盤mPG分級(jí)比較(個(gè))

3 討論

幼兒期椎間盤髓核內(nèi)含豐富水分，與纖維環(huán)分界清晰[10]。IDD始于髓核，髓核由富有彈性的膠狀物質(zhì)逐步纖維化，水分逐漸減少、彈性減低[10]，故本研究選取椎間盤髓核部分為ROI。MRI基于椎間盤的質(zhì)子密度、水分含量和化學(xué)環(huán)境顯示其形態(tài)特征，反映椎間盤退化引起的改變。正常椎間盤T2WI呈中央高信號(hào)、周圍低信號(hào)，隨著退變椎間盤蛋白多糖及水分含量降低，T2WI上髓核信號(hào)強(qiáng)度減低，髓核及纖維環(huán)間信號(hào)差異縮小[11]。目前多通過觀察常規(guī)矢狀位T2WI所示椎間盤信號(hào)及形態(tài)，以Pfirrmann分級(jí)或mPG分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)評(píng)估IDD程度[9,12-13]。

DECT物質(zhì)分離技術(shù)是基于不同原子序數(shù)材料在低、高千伏管電壓下產(chǎn)生的不同光子吸收特性而成的算法，通過連接紅骨髓和黃骨髓在高、低千伏管電壓下的CT值而形成基線，再利用鈣的特征斜率將目標(biāo)體素投影至基線上[2]；隨著基線逐漸接近水的CT值，鈣被去除，基線體素之間的差異主要反映組織含水量。PACHE等[2]將該技術(shù)用于診斷膝關(guān)節(jié)創(chuàng)傷后骨挫傷；此后多項(xiàng)研究[3-5]證明VNCa成像可定性或定量分析創(chuàng)傷或炎癥相關(guān)BME，亦可用于檢測(cè)多發(fā)性骨髓瘤[6-8]。

相比其他軟組織結(jié)構(gòu)，椎間盤密度更高，VNCa圖像中呈相對(duì)高密度。BOOZ等[14]認(rèn)為VNCa彩色編碼成像可提高椎間盤與腦脊液間的對(duì)比度，更直觀地顯示腰椎間盤，相比常規(guī)CT診斷腰椎間盤突出的準(zhǔn)確性更高。SHINOHARA等[13]發(fā)現(xiàn)VNCa圖中椎間盤髓核CT值與mPG間存在良好相關(guān)性，故VNCa成像可用于評(píng)估IDD。

本研究以MRI為參考標(biāo)準(zhǔn)，分析DECT-VNCa成像定量或定性評(píng)估腰椎IDD的可行性。本研究結(jié)果顯示，VNCa成像中髓核CT值與mPG分級(jí)呈正相關(guān)(r=0.745)，即CT值隨mPG增加而升高，且各mPG分級(jí)之間髓核CT值差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，表明可根據(jù)VNCa圖所示髓核CT值判斷IDD早期髓核脫水情況。既往研究[13]認(rèn)為mPG 3級(jí)與4級(jí)髓核間VNCa圖中CT值差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；本研究中mPG 2級(jí)與3級(jí)、4級(jí)與5級(jí)及以上之間常規(guī)CT髓核CT值差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，其余各級(jí)間髓核CT值差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，提示臨床工作中可將椎間盤髓核常規(guī)CT值作為大致判斷椎間盤退變與否的定量參數(shù)，可能由于ROI選取方式、樣本量、主觀分級(jí)或后處理軟件等不同導(dǎo)致結(jié)果存在差異。

本研究不同VNCa視覺分型腰椎間盤之間mPG分級(jí)差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，且二者間呈正相關(guān)，即mPG分級(jí)越高，VNCa分型也越高。臨床上常將mPG 1級(jí)椎間盤認(rèn)定為正常，2、3級(jí)為輕度退變，4級(jí)為中度退變，5級(jí)及以上為重度退變，提示通過VNCa視覺分型可大致判斷IDD程度，雖不及mPG精確，但VNCa重建操作簡(jiǎn)便、快速，適用于存在MR禁忌證和急診患者。

綜上所述，DECT-VNCa成像可用于評(píng)估腰椎間盤IDD。但本研究樣本量較少，且椎間盤mPG分級(jí)難免受主觀因素影響，有待擴(kuò)大樣本量進(jìn)一步驗(yàn)證。