雙能CT 虛擬去鈣診斷骶髂關(guān)節(jié)骨髓水腫的價(jià)值

陳丹丹，王榮華，武志峰，鄂林寧

（1.山西醫(yī)科大學(xué)醫(yī)學(xué)影像學(xué)系，山西 太原 030001；2.山西白求恩醫(yī)院，山西醫(yī)學(xué)科學(xué)院放射科，山西 太原 030032）

骨髓水腫（BME）潛在的病因被Eustace 歸納為充血性、腫瘤性、外傷性及血管生成［1］。骨髓水腫提示骶髂關(guān)節(jié)炎處于早期階段［2，3］。目前，臨床上主要使 用MRI 來 進(jìn) 行BME 的 診 斷［4］。但 是，MRI 價(jià) 格昂貴、操作時(shí)間較長(zhǎng)、并且部分金屬植入患者可能不適合使用MRI，這些因素限制了MRI 的使用范圍［5］。與MRI 相比，CT 的價(jià)格相對(duì)更便宜，操作時(shí)間更短，并且從實(shí)際操作來看，CT 的適用人群范圍更 廣［6］。DECT 掃 描 為BME 的 檢 測(cè) 提 供 了 一 種 新的方式，正常骨髓和水腫骨髓在兩種不同管電壓下的衰減存在差異，使用三物質(zhì)分解算法檢測(cè)BME，通過去除鈣質(zhì)成分，生成虛擬去鈣（VNCa）圖像來突出顯示骨髓病變［5］。

近年來，DECT VNCa 技術(shù)已用于四肢骨［7］、脊柱［8-10］的創(chuàng)傷性骨髓水腫及惡性骨髓浸潤(rùn)［11-13］、骨轉(zhuǎn)移瘤［18］等病例，在相關(guān)疾病診斷方面取得了較好的結(jié)果，尤其在創(chuàng)傷性膝關(guān)節(jié)骨髓水腫診斷方面二者有相似的診斷效能［14］。Jans 等［15］研究結(jié)果表明VNCa 對(duì)腕掌小關(guān)節(jié)類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎的骨髓水腫亦有很好的診斷效能，但是，Wu 等［16］研究結(jié)果表明VNCa診斷類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎腕掌關(guān)節(jié)骨髓水腫效能欠佳。目前，DECT VNCa 技術(shù)用于評(píng)估骶髂關(guān)節(jié)骨髓水腫的研究相對(duì)較少，為了進(jìn)一步深入探討DECT VNCa 對(duì)骶髂關(guān)節(jié)骨髓水腫的診斷價(jià)值，本研究以MRI 檢測(cè)結(jié)果為金標(biāo)準(zhǔn)，研究DECT VNCa 技術(shù)在診斷骶髂關(guān)節(jié)炎性水腫的效能。

1 資料與方法

1.1 一般資料及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

收 集 本 院2019 年1 月～2020 年8 月 經(jīng)MRI 檢查骶髂關(guān)節(jié)患者45 例（男性21 例，女性24 例，平均年齡34 歲），所有的患者簽署知情同意書。納入標(biāo)準(zhǔn)：MRI 與DECT 檢查最長(zhǎng)時(shí)間間隔不超過10 d［7］，患者無CT 檢查禁忌證；排除標(biāo)準(zhǔn)：骶髂關(guān)節(jié)外傷史、手術(shù)史，骶髂關(guān)節(jié)惡性占位、骨髓瘤、轉(zhuǎn)移瘤等病史，影響骨代謝疾病及服用影響骨代謝藥物。

1.2 CT 掃描

CT 掃描采用DECT（Siemens Somatom definition force），掃描參數(shù)：A、B 球管管電壓分別為90 kV、Sn150 kV，參考電流分別是220 mA、138 mA。DECT 掃描后生成三組圖像，分別是90 kV、Sn150 kV 圖像及平均加權(quán)圖像，將CT 雙能量圖像（層厚2 mm，螺距系數(shù)0.6）導(dǎo)入后處理西門子工作站（Syngo Dual Energy，version VB20A_HF91）進(jìn)行骨髓偽彩呈像，定位線分別平行、垂直于骶骨長(zhǎng)軸做骶髂關(guān)節(jié)斜冠位、水平位圖像，與MRI 常規(guī)掃描圖像一致；窗寬窗位的調(diào)節(jié)根據(jù)醫(yī)師診斷需要自由調(diào)節(jié)。

1.3 MRI 掃描

MRI 掃描采用3.0T（SIEMENS Skyra 3.0T）上進(jìn)行。掃描按常規(guī)斜冠位T1WI（重復(fù)時(shí)間607 ms，回波時(shí)間20 ms，層厚3 mm，層距0.6 mm）、斜冠位T2WI 及壓脂序列（重復(fù)時(shí)間3 460 ms，回波時(shí)間74 ms，層厚3 mm，層距0.6 mm）、軸位T2WI 及壓脂序列（重復(fù)時(shí)間3 460 ms，回波時(shí)間74 ms，層厚4 mm，層距0.8 mm）。

1.4 骨髓圖像分析

1.4.1 定性評(píng)估 標(biāo)準(zhǔn)：水腫骨髓VNCa CT 值增高，VNCa 圖表現(xiàn)為綠色，無水腫骨髓表現(xiàn)為紫藍(lán)色，見圖1C，定性評(píng)估應(yīng)避免骨皮質(zhì)下2 mm 區(qū)域，以免產(chǎn)生容積效應(yīng)，見圖1B，骨髓水腫在MRI 表現(xiàn)為高信號(hào)，見圖1A。

方法：由兩名醫(yī)師共同評(píng)估VNCa 圖像，評(píng)估結(jié)果不一致時(shí)由第三名高年資醫(yī)師（工作經(jīng)驗(yàn)為20年）進(jìn)行認(rèn)定。

1.4.2 定量分析 （1）水腫面積測(cè)量：兩名醫(yī)師分別在MRI 圖像上勾畫水腫區(qū)面積，在相同層面及位置勾畫VNCa 圖顯示的水腫區(qū)面積，取兩名醫(yī)師勾畫面積的平均值。（2）CT 值測(cè)量參數(shù)：測(cè)量VNCa處理后骨髓CT 值（VNCa CT 值）、未經(jīng)VNCa 處理骨髓CT 值（常規(guī)CT 值）。CT 值測(cè)量方法：兩名醫(yī)師在骨髓水腫最明顯部位測(cè)量，并在相應(yīng)對(duì)側(cè)關(guān)節(jié)面測(cè)量無水腫區(qū)骨髓值（對(duì)側(cè)關(guān)節(jié)面水腫時(shí)測(cè)量鄰近無水腫區(qū)），每次測(cè)量可同時(shí)得到VNCa CT 值及常規(guī)CT 值，取兩名醫(yī)師測(cè)量的平均值。統(tǒng)一設(shè)定感興趣區(qū)面積約0.3 cm2，距骨皮質(zhì)下0.2 cm，以避免容積效應(yīng)。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

2 結(jié)果

本組患者45 例，將45 例骶髂關(guān)節(jié)分為90 例髂骨、90 例骶骨。以MRI 診斷結(jié)果為金標(biāo)準(zhǔn)，見圖1A，經(jīng)MRI 診斷出髂骨水腫37 例，其中，DECT 診斷出真陽性29 例、假陰性8 例；MRI 診斷出骶骨水腫40 例，其 中，DECT 診斷出真陽性13 例、假陰性27 例。DECT VNCa 診斷骨髓水腫應(yīng)排除骨皮質(zhì)下0.2 cm 以內(nèi)骨髓病變及骨質(zhì)增生硬化病變，見圖1B，VNCa 診斷髂骨水腫29 例、骶骨水腫13 例，見圖1C，以MRI 為金標(biāo)準(zhǔn)，VNCa 定性診斷骨髓水腫的結(jié)果見表1。

圖1 MRI 骨髓水腫圖像、常規(guī)CT 平掃及VNCa 圖像Fig 1 MRI bone marrow edema image，conventional CT plain scan and VNCa image

表1 MRI 及CT VNCa 圖像定性診斷Tab 1 Qualitative diagnosis of MRI and CT VNCa images

2.1 骨髓水腫定性評(píng)估

以MRI 診斷結(jié)果為金標(biāo)準(zhǔn)，DECT VNCa 定性診斷髂骨骨髓水腫靈敏度（Sen）、特異度（Spe）、陽性預(yù)測(cè)值（PPV）、陰性預(yù)測(cè)值（NPV）及準(zhǔn)確度（ACC）分別是78.40%、86.80%、80.60%、85.20%、83.30%；DECT VNCa 定性診斷骶骨骨髓水腫的Sen、Spe、PPV、NPV 及ACC 分 別 是32.50%、100.00%、100.00%、64.90%、70.00%，見表2。

表2 DECT VNCa 定性診斷骨髓水腫（%）Tab 2 DECT VNCa qualitative diagnosis of bone marrow edema（%）

2.2 骨髓水腫定量評(píng)估

2.2.1 MRI 與VNCa 測(cè)量水腫面積 VNCa 圖診斷髂骨水腫29 例、骶骨水腫13 例，排除MRI 顯示水腫信號(hào)較低、邊界模糊病例，本研究分別測(cè)量髂骨水腫區(qū)面積18 例、骶骨水腫區(qū)面積10 例，VNCa 圖與MRI 測(cè) 量 髂 骨 面 積 分 別 為（0.89±0.70）cm2、（1.78±1.81）cm2，差 異 具 有 統(tǒng) 計(jì) 學(xué) 意 義（P＝0.010），VNCa 圖 與MRI 測(cè) 量 骶 骨 面 積 分 別 為（0.74±0.53）cm2、（1.28±0.74）cm2，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＝0.025）。

2.2.2 測(cè)量骨髓VNCa CT 值與常規(guī)CT 值 本研究共收集45 例患者，MRI 診斷髂骨面骨髓水腫37例、MRI 診斷骶骨面骨髓水腫40 例，排除骨皮質(zhì)下0.2 cm 內(nèi)骨髓水腫病例，髂骨、骶骨骨髓水腫面積分別測(cè)量32例、32例。定量測(cè)量結(jié)果顯示水腫區(qū)髂骨、骶骨VNCa CT值均高于無水腫區(qū)髂骨、骶骨，見圖2、3，差異均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（髂骨P＝0.044、骶骨P＝0.046），見表3。

表3 骶、髂骨骨髓CT 值定量測(cè)量結(jié)果（Hu，±s）Tab 3 Quantitative measurement results of CT value of sacrum and ilium bone marrow（Hu，±s）

表3 骶、髂骨骨髓CT 值定量測(cè)量結(jié)果（Hu，±s）Tab 3 Quantitative measurement results of CT value of sacrum and ilium bone marrow（Hu，±s）

骨髓水腫髂骨骶骨正常骨髓水腫骨髓P截?cái)嘀担–ut-off）VNCa CT-90.27±65.85-71.66±72.97 0.044-66.40常規(guī)CT 197.12±94.84 275.78±93.70 0.000 186.60 VNCa CT-101.08±134.02-62.90±46.87 0.046-50.60常規(guī)CT 143.36±116.70 208.5±124.90 0.004 245.05

圖2 髂骨骨髓水腫與非水腫VNCa CT 值對(duì)比Fig 2 Comparison of VNCa CT value of iliac bone marrow edema and non-edema

圖3 骶骨骨髓水腫與非水腫VNCa CT 值對(duì)比Fig 3 Comparison of VNCa CT value of sacrum bone marrow edema and non-edema

以MRI 為金標(biāo)準(zhǔn)，VNCa 定量診斷髂骨、骶骨骨髓水腫的cut-off 值分別為-66.40 Hu、-50.60 Hu，AUC 分別為0.720、0.706，cut-off 值為閾值診斷髂骨骨髓水腫的Sen、Spe 分別是68.8%、84.4%，診斷骶骨骨髓水腫的Sen、Spe 分別是56.3%、93.7%，見圖4。

圖4 髂骨、骶骨VNCa CT 值診斷骨髓水腫檢測(cè)能力的ROC 曲線圖Fig 4 ROC curve chart of iliac and sacrum VNCa CT value for the detection of bone marrow edema

2.2.3 骨髓VNCaCT 值與常規(guī)CT 值測(cè)量 水腫區(qū)髂骨、骶骨常規(guī)CT 值較無水腫區(qū)增高，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＝0.000、P＝0.004）。髂骨水腫區(qū)常規(guī)CT 值與VNCa CT 值相關(guān)性分析結(jié)果顯示-0.8＜r＝-0.523＜-0.5，P＝0.002，表明在99%的顯著性水平下髂骨VNCa CT 值與常規(guī)CT 值存在中度負(fù)相關(guān)性；骶骨水腫區(qū)-0.8＜r＝-0.529＜-0.5，P＝0.002，表明在99%的顯著性水平下髂骨VNCa CT值與常規(guī)CT 值存在中度負(fù)相關(guān)性。髂骨水腫區(qū)VNCa CT 值與常規(guī)CT 值的t＝-3.358，P＝0.002，說明在99%的顯著性水平下，VNCa CT 值可以有效解釋常規(guī)CT 值的變異；骶骨水腫區(qū)VNCa CT 值與常規(guī)CT 值的t＝-3.412，P＝0.002，同樣說明在99%的顯著性水平下，VNCa CT 值可以有效解釋常規(guī)CT 值的變異，見圖5、6。

圖5 髂骨水腫VNCa CT 值與CT 值呈負(fù)相關(guān)性Fig 5 Iliac edema VNCa CT value is negatively correlated with CT value

圖6 骶骨水腫VNCa CT 值與CT 值呈負(fù)相關(guān)性Fig 6 Sacrum edema VNCa CT value is negatively correlated with CT value

3 討論

骶髂關(guān)節(jié)活動(dòng)度較小，左右兩個(gè)關(guān)節(jié)均由表面覆蓋關(guān)節(jié)軟骨的骶骨和髂骨組成，鄰近有裂隙狀的滑膜。骶髂關(guān)節(jié)由滑膜部和韌帶部組成，炎性病變的早期常發(fā)生于滑膜部［3］，隨著病情的發(fā)生發(fā)展，炎性病變沿關(guān)節(jié)面向上侵犯。關(guān)節(jié)滑膜的炎性改變、滑膜軟骨內(nèi)炎性細(xì)胞浸潤(rùn)是炎性骨髓水腫性病變的病例基礎(chǔ)，隨后血管翳的形成進(jìn)一步破壞關(guān)節(jié)軟骨，導(dǎo)致局部骨皮質(zhì)不同程度破壞，隨著骨皮質(zhì)破壞，炎性病變進(jìn)一步進(jìn)展，骨髓受侵，常表現(xiàn)為炎性水腫。骨髓水腫提示骶髂關(guān)節(jié)炎處于早期階段［2，3］。關(guān)節(jié)面下脂肪沉積是炎性病變的晚期病理學(xué)表現(xiàn)［17］，晚期骨髓纖維化、關(guān)節(jié)間隙狹窄甚至消失、最后關(guān)節(jié)完全性骨性強(qiáng)直。

常規(guī)CT 檢查可以很好評(píng)估骶髂關(guān)節(jié)面骨質(zhì)變化及關(guān)節(jié)間隙改變，雙能CT VNCa 技術(shù)利用三物質(zhì)分離算法，去除骨質(zhì)內(nèi)鈣質(zhì)成份，目前國(guó)內(nèi)外研究顯示該技術(shù)評(píng)估踝關(guān)節(jié)、脊柱、膝關(guān)節(jié)等外傷性骨髓水腫［7，8，11，14］、惡性骨髓浸潤(rùn)性病變［11-13］及成骨性骨轉(zhuǎn)移瘤［18］表現(xiàn)出良好的診斷效能。但是，DECT VNCa 對(duì)于評(píng)估骶髂關(guān)節(jié)骨髓炎性水腫的研究相對(duì)較少。

本研究結(jié)果顯示，DECT VNCa 圖像定性診斷髂骨骨髓水腫的真陽性率（78.40%）顯著高于骶骨（32.50%），與Chen 等［19］研究結(jié)果相符。但是，診斷骶骨骨髓水腫的特異性、陽性預(yù)測(cè)值較髂骨高，與Chen 等研究結(jié)果不相符，分析原因可能是本組患者骨髓含量與Chen 不同。

水腫區(qū)面積測(cè)量結(jié)果顯示，髂骨、骶骨VNCa 圖測(cè)量的水腫區(qū)面積明顯小于MRI 測(cè)量的水腫區(qū)面積，二者之間的差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。有研究顯示，DECT VNCa 對(duì)骨髓水腫的診斷效能與MRI 顯示的水腫程度有關(guān)，水腫明顯時(shí)，DECT 表現(xiàn)出較好的敏感性和陰性預(yù)測(cè)值，反之亦然［20］。本研究結(jié)果顯示，MRI 顯示骨髓水腫面積較小、水腫病變信號(hào)較低時(shí)，VNCa 圖顯示水腫面積較MRI 圖顯示的水腫面積?。籑RI 圖顯示水腫病變邊界模糊，VNCa圖顯示水腫面積同樣較MRI 顯示的結(jié)果小，此外，骨皮質(zhì)下容積效應(yīng)、關(guān)節(jié)面下骨質(zhì)增生硬化嚴(yán)重會(huì)影響VNCa 圖骨髓水腫的顯示，甚至導(dǎo)致假陰性結(jié)果。因此，認(rèn)為上述因素可能是引起VNCa 圖與MRI 圖顯示水腫面積有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異的原因。目前，尚無關(guān)于VNCa 對(duì)骶髂關(guān)節(jié)水腫區(qū)面積評(píng)估的相關(guān)研究，考慮到本研究測(cè)量水腫面積的樣本量較小，VNCa 測(cè)量骨髓水腫面積的準(zhǔn)確性及可能影響因素需進(jìn)一步評(píng)估。

定量測(cè)量發(fā)現(xiàn)非水腫區(qū)髂、骶骨常規(guī)CT 值差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，認(rèn)為正常髂骨、骶骨骨髓內(nèi)骨質(zhì)含量不同，因此，本研究將髂骨、骶骨分開評(píng)估。骨髓水腫區(qū)VNCa CT 值髂骨［（-71.66±72.97）Hu］和骶骨［（-62.90±46.87）Hu］間無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，與Chen 等［19］研 究 相 符；無 水 腫 區(qū)VNCa CT 值 髂 骨［（- 90.27±65.85）Hu］和 骶 骨［（- 101.08±134.02）Hu］間無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，這與Chen 等［19］研究不符，分析原因可能是患者年齡組成及測(cè)量感興趣區(qū)分組差異，年齡組成差異會(huì)影響骨髓內(nèi)紅、黃骨髓及骨質(zhì)含量［21］。本研究髂骨、骶骨最佳截?cái)嘀捣謩e為-66.40 Hu、-50.60 Hu，較Wu 等［22］（倆名醫(yī)師髂 骨-33 Hu、-42 Hu）［22］、Chen 等［19］（髂 骨-44.4 Hu、骶骨-40.8 Hu）［19］結(jié)果小，分析原因可能是Wu等［22］排除關(guān)節(jié)面下骨質(zhì)硬化患者、并且只評(píng)估髂骨病變，本研究考慮到骨質(zhì)硬化在骶髂關(guān)節(jié)很常見，因此，未排除關(guān)節(jié)面下硬化癥病例，并且分別評(píng)估骶、髂骨；掃描條件不同也可能影響最佳階段值［9，23］，Wu 等［22］掃 描 條 件 較 本 研 究 低（80 kVp Sn140 kVp），Chen 等［19］掃描條件高電壓較本研究條件低（100 kVp 140 kVp）。除骨質(zhì)硬化、不同掃描條件、患者年齡差異及紅骨髓含量外，不同的解剖結(jié)構(gòu)也可能是造成最佳截?cái)嘀挡町惖钠渌颍?，23］。本研究認(rèn)為用截?cái)嘀祬^(qū)分異常和正常骨髓有助于提高BME 檢測(cè)，考慮到本研究樣本量小，需要進(jìn)一步的研究來確定VNCa CT 值測(cè)量在臨床實(shí)踐中的實(shí)用價(jià)值。

本研究還發(fā)現(xiàn)水腫區(qū)髂骨、骶骨常規(guī)CT 值較無水腫區(qū)增高，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，分析比較VNCa CT 值與常規(guī)CT 值相關(guān)性發(fā)現(xiàn)，髂骨、骶骨骨髓水腫區(qū)VNCa CT 值與常規(guī)CT 值間均存在中度負(fù)相關(guān)性，這與發(fā)現(xiàn)骨質(zhì)硬化影響定性診斷相符。有研究認(rèn)為骨質(zhì)硬化覆蓋骨髓水腫時(shí)，會(huì)影響虛擬去鈣后骨髓水腫的顯示，導(dǎo)致假陽性和假陰性結(jié)果［9］。同時(shí)硬化導(dǎo)致錯(cuò)誤的虛擬去鈣計(jì)算［19，20］，可能會(huì)改變VNCa 圖像的測(cè)量值，因此使用虛擬去鈣技術(shù)診斷骶髂關(guān)節(jié)骨髓水腫時(shí)，骨質(zhì)硬化的影響應(yīng)考慮在內(nèi)。然而，水腫與硬化的因果關(guān)系值得進(jìn)一步討論。隨著雙能CT 的不斷發(fā)展和更先進(jìn)的后處理技術(shù)［19］，硬化對(duì)VNCa 算法的這一局限性可能會(huì)得到改善，未來VNCa 在BME 檢測(cè)中的診斷準(zhǔn)確率可能會(huì)提高。

綜上所述，VNCa 診斷骶髂關(guān)節(jié)炎性骨髓水腫有一定價(jià)值，髂骨診斷效能較骶骨好，但是，VNCa診斷炎性骨髓水腫存在不足，首先，骨皮質(zhì)下容積效應(yīng)及關(guān)節(jié)面下骨質(zhì)增生硬化影響VNCa 算法的準(zhǔn)確性，無法準(zhǔn)確診斷骨皮質(zhì)下骨髓水腫，尤其是輕度骨髓水腫；其次，骨髓中脂肪含量為主時(shí)，骨髓水腫容易顯示，相反，骨髓纖維化或骨質(zhì)增生硬化時(shí)，骨髓內(nèi)病變?cè)赩NCa 圖容易忽略，由此可見，VNCa更適用于骨髓成份以黃骨髓為主的病例，這限制了VNCa 對(duì)診斷骨髓水腫的適用人群范圍；最后，紅骨髓含量較多、水腫面積范圍小、水腫邊界欠清均會(huì)影像VNCa 診斷骨髓水腫病變累積范圍。本研究的局限性是水腫程度與骶髂關(guān)節(jié)炎分級(jí)的關(guān)系需進(jìn)一步分析。

作者貢獻(xiàn)度說明：

陳丹丹：數(shù)據(jù)采集、整理及分析，論文選題、設(shè)計(jì)及撰寫，修改論文中關(guān)鍵性理論及主要內(nèi)容。王榮華：參與論文數(shù)據(jù)分析與解釋。鄂林寧：論文選題及設(shè)計(jì)，修改論文中關(guān)鍵性理論。武志峰：負(fù)責(zé)最終版修訂。