雙能CT虛擬去鈣在距骨骨髓水腫中的應(yīng)用價值＊

何緒成 周閃閃 葉 菊 韓文娟 郭軼智 王貴生 陳曉霞

中國人民解放軍總醫(yī)院第三醫(yī)學中心放射科(北京 100039)

創(chuàng)傷性骨髓水腫的并發(fā)癥，如脫位、軟骨溶解和骨關(guān)節(jié)炎，可導(dǎo)致不可逆轉(zhuǎn)的發(fā)病率和較長的恢復(fù)時間[1-3]。因此，創(chuàng)傷性骨髓水腫需要準確和早期的診斷，才能獲得最佳的治療方案，以防止患者預(yù)后不良；磁共振檢查是當前公認的檢測骨髓水腫的最合適方法，但是往往檢查時間長，禁忌證較多，特別是患者在外傷條件下一般首選CT檢查，利用DECT診斷骨髓水腫是當下研究的一個熱點[4-7]。本研究選擇人體外傷發(fā)生率較高的距骨作為研究對象，探討DECT VNCa在距骨創(chuàng)傷性骨髓水腫中的診斷準確性，并對不同資歷醫(yī)師間的診斷一致性進行探討。

1 資料與方法

1.1 一般資料本研究獲得本院倫理委員會的批準。選取2018年1月至2019年9月間進行DECT和MRI檢查的距骨創(chuàng)傷患者65例，進行回顧性研究，兩項檢查間隔時間均在3d內(nèi)完成。65例患者中男性43例，女性22例，患者年齡18～60歲，平均年齡(32±12)歲。排除踝部惡性腫瘤，1年內(nèi)踝部外傷和踝部有金屬植入物者。

1.2 檢查方法西門子公司第二代雙源CT(somatom definition flash)，掃描參數(shù)：頭足向掃描，掃描模式(collimation=32×0.6mm；pitch=0.7；rotation time=0.5s)，球管1電壓為80kVp，球管2電壓為Sn140kVp，預(yù)定義的mAs乘積按照大約2∶1的比率設(shè)置，自動管電流調(diào)整方式(Care Dose 4D)，無需注射對比劑。本掃描方案的CT劑量指數(shù)為(14±1)mGy，平均劑量長度乘積為(198±2)mGy/cm。掃描后獲得80kVp圖像、Sn140kVp圖像和混合加權(quán)圖像(80kVp和140kVp以0.4∶0.6比例混合相當于120kVp單能圖像)。對于常規(guī)骨折，重建算法使用骨卷積核(B70s)，對于骨髓水腫的VNCa圖像，通過應(yīng)用三材料(鈣、脂肪和水)分解法，將橫斷位、矢狀位和冠狀位VNCa重建圖像以及常規(guī)灰階CT圖像發(fā)送至Hinacom PACS系統(tǒng)。

MRI使用西門子3.0T掃描儀(magnetom avanto fit;siemens healthcare，Germany)，踝部專用線圈，主要序列包括標準T1加權(quán)自旋回波序列、T2加權(quán)快速自旋回波序列和STIR序列，采用常規(guī)掃描參數(shù)。

1.3 圖像分析所有圖像均在PACS工作站進行分析和處理，根據(jù)Hawkin距骨骨折分類系統(tǒng)，將距骨分為六個解剖區(qū)域(距骨外側(cè)、距骨中央、距骨內(nèi)側(cè)、距骨后突、距骨外側(cè)突和距骨頭，圖1)。為了確定參考標準，兩位在肌肉骨骼成像方面有10年以上工作經(jīng)驗的高級職稱的放射醫(yī)師使用二元系統(tǒng) (0=無骨髓水腫；1=存在骨髓水腫)，對MRI圖像是否存在創(chuàng)傷性骨髓水腫進行一致性分析，兩位醫(yī)師對臨床和DECT結(jié)果設(shè)盲，被允許調(diào)整窗口設(shè)置和使用整個MRI序列，對圖像質(zhì)量、圖像噪聲和診斷置信度分別使用5點Likert評分系統(tǒng)(范圍1～5；1=不可接受，5=優(yōu)秀)進行單獨評級。

6位放射科醫(yī)師(醫(yī)師一，具有15年診斷經(jīng)驗的放射科主任醫(yī)師；醫(yī)師二，具有11年診斷經(jīng)驗的放射科主任醫(yī)師；醫(yī)師三，具有6年診斷經(jīng)驗的放射科主治醫(yī)師；醫(yī)師四，具有4年診斷經(jīng)驗的放射科主治醫(yī)師；醫(yī)師五，具有3診斷經(jīng)驗的放射科住院醫(yī)師；醫(yī)師六，具有2年診斷經(jīng)驗的放射科住院醫(yī)師)對臨床和MRI信息設(shè)盲，獨立分析橫斷位、冠狀位和矢狀位DECT圖像，按隨機順序診斷常規(guī)灰度CT圖像是否存在骨折，在診斷間隔8周以后，所有放射科醫(yī)師再次采用隨機順序?qū)λ蠽NCa圖像是否存在創(chuàng)傷性骨髓水腫進行判斷。

在定量分析中，利用橫斷面VNCa圖像根據(jù)上述分區(qū)在每個區(qū)域使用感興趣的圓形區(qū)域(ROI≥0.3cm2)，由第7位醫(yī)師(醫(yī)師七，具有3年工作經(jīng)驗的住院醫(yī)師)測量CT值，每個區(qū)域的ROI放置于鄰近骨皮質(zhì)距離大于2mm的圖像上密度變化最大的位置內(nèi)(考慮到射線束硬化、濾波效應(yīng)和骨皮質(zhì)去除帶來的偽影)，在沒有骨髓水腫跡象的區(qū)域，感興趣區(qū)放置在中心位置，使用前面所述的二元系統(tǒng)評估，所有CT圖像的診斷置信度、圖像噪聲和圖像質(zhì)量均使用上述5點Likert評分進行評估。按照區(qū)域和患者分別計算VNCa圖像對創(chuàng)傷性距骨骨髓水腫的敏感性、特異性、PPV、NPV和準確性。

1.4 統(tǒng)計學方法使用專用軟件SPSS 23.0進行統(tǒng)計分析。采用Kolmogorov-Smirnov檢驗評價數(shù)據(jù)的正態(tài)性。變量用()表示，用Wilcoxon配對檢驗進行分析，采用ROC曲線分析和曲線下面積(AUC)評價VNCa圖像的CT值變化，確定創(chuàng)傷性距骨骨髓水腫的最佳CT閾值，計算總敏感性、特異性、PPV、NPV和準確性，以P＜0.05為差異具有統(tǒng)計學意義。

2 結(jié) 果

全部65例患者共390個區(qū)域，常規(guī)灰階CT顯示10例患者的13處存在距骨骨折，在骨折檢出方面，CT和MRI的結(jié)果是一致的(圖2)。MRI圖像顯示49例患者共247個骨髓水腫區(qū)域(距骨外側(cè)51個，距骨中間38個，距骨內(nèi)側(cè)42個，距骨后突32個，距骨外側(cè)突46個，距骨頭38個)。

圖2 男性，20歲，踝關(guān)節(jié)扭傷后來診。圖2A：矢狀位常規(guī)灰階CT圖像未發(fā)現(xiàn)異常，六位醫(yī)師均認為骨性結(jié)構(gòu)完好無損；圖2B：矢狀位彩色編碼VNCa圖像顯示距骨后突(6/6醫(yī)師診斷)有明顯的創(chuàng)傷性骨髓水腫(綠色區(qū)域)；圖2C：矢狀位STIR序列MRI成像證實了這一診斷(高信號區(qū))。

基于區(qū)域的定性圖像顯示(表1)，VNCa對創(chuàng)傷性距骨骨髓水腫的總體敏感性、特異性、PPV、NPV和準確性分別為97.4%、86.9%、88.2%、97.1%和95.5%，總體敏感性表現(xiàn)優(yōu)異，醫(yī)師間的一致性較好(K=0.83)?；诨颊叩亩ㄐ詧D像顯示(表2)，VNCa對創(chuàng)傷性距骨骨髓水腫的總體敏感性、特異性、PPV、NPV和準確性分別為96.8%、91.9%、91.9%、96.8%和95.4%，醫(yī)師間的一致性非常好(K=0.88)。

表1 基于區(qū)域的VNCa圖像描述距骨創(chuàng)傷性骨髓水腫的診斷特性的比較[n(%)]

表2 基于患者的VNCa圖像描述距骨創(chuàng)傷性骨髓水腫的診斷特性的比較[n(%)]

基于患者的定量圖像顯示，陽性區(qū)域平均CT值為(-11.84±35.09)HU，陰性區(qū)域平均CT值為(-61.82±39.52)HU，有骨髓水腫區(qū)域和無骨髓水腫區(qū)域VNCa圖像的CT值有顯著差異(P＜0.001)。采用-24.2HU的診斷閾值，定量分析DECT的敏感性、特異性、PPV、NPV和準確性分別為98.00%、90.31%、91.00%、92.31%和96.83%，ROC曲線顯示AUC值為0.836(95%置信區(qū)間0.733～0.935，圖3)。

圖3 VNCa圖像基于骨髓密度CT值變化的ROC曲線，AUC為0.836。

在檢測創(chuàng)傷性骨髓水腫的圖像分級方面，所有醫(yī)師在MRI圖像中對他們的診斷都高度自信(平均得分4.51)，對VNCa圖像距骨創(chuàng)傷性骨髓水腫的評估也有很高的診斷置信度(平均得分4.40)，兩者沒有顯著差異(P=0.11)，醫(yī)師間的一致性對VNCa(K=0.84)和MRI(K=0.81)都是非常好的。MRI序列的圖像噪聲(平均得分4.12)和VNCa圖像噪聲(平均得分4.19)的醫(yī)師評分間無顯著性差異(P=0.62)，對VNCa(K=0.82)和MRI (K=0.89)醫(yī)師間的一致性很好。圖像質(zhì)量評估MRI圖像(平均得分4.67)和VNCa圖像(平均得分4.19)顯示兩種成像方式之間無顯著差異(P=0.28)，醫(yī)師間的一致性較好(圖4)。

圖4 定量圖像分析顯示(有或無)骨髓水腫區(qū)域的CT值有顯著性差異(P＜0.001)。MRI和VNCa圖像在診斷置信度、噪聲量和圖像質(zhì)量方面的主觀圖像評級，VNCa圖像獲得了與MRI圖像相當?shù)姆謹?shù)，在診斷置信度(P=0.11)、圖像噪聲(P=0.62)和圖像質(zhì)量(P=0.28)方面沒有顯著差異。

3 討 論

骨髓水腫可以是與創(chuàng)傷相關(guān)的骨髓出血的結(jié)果，也可以與非創(chuàng)傷環(huán)境中的感染、腫瘤或缺血性壞死有關(guān)[8]。骨髓水腫MRI表現(xiàn)為在T1WI圖像上信號降低，在脂肪抑制的T2WI圖像上由于水濃度的增加而信號增加，然而MRI成像對磁場均勻性的依賴可能會導(dǎo)致骨髓水腫的不完全脂肪飽和，而DECT不存在這個問題，其快速采集時間和描述精細皮質(zhì)細節(jié)的能力，使其成為急診創(chuàng)傷患者檢查的第一選擇，VNCa圖像允許在CT圖像上進行彩色調(diào)節(jié)，以便對骨髓水腫進行有針對性的評估，當患者存在MRI禁忌證或者不方便進行MRI檢查時，DECT可以作為MRI成像的一種方便的替代方式。

本研究發(fā)現(xiàn)，與MRI相比，DECT VNCa在診斷距骨創(chuàng)傷性骨髓水腫方面具有較高的診斷準確性；在定性圖像分析中，VNCa重建圖像在描述創(chuàng)傷性骨髓水腫方面獲得了較高的總體敏感性，研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)驗豐富的診斷醫(yī)師(醫(yī)師一和醫(yī)師二)具有出色的診斷準確性(敏感性、特異性、PPV、NPV和準確性均≥92%)，其診斷結(jié)論與MRI相似；VNCa重建圖像在診斷置信度、圖像噪聲和圖像質(zhì)量方面的評分與MRI相似，沒有顯著差異，良好的醫(yī)師間一致性表明該方法具有很高的可靠性。此外，基于圖像定量分析顯示CT值變化與MRI顯示的創(chuàng)傷性距骨骨髓水腫有很高的相關(guān)性。

研究表明，DECT VNCa圖像對于脊柱和髖關(guān)節(jié)等部位骨髓水腫的可視化具有很高的診斷準確性[9-12]，通過VNCa技術(shù)的實施，DECT可以去除骨骼中高度衰減的鈣信號，從而提供更好的骨髓成像評估[13-14]，Booz等[15]通過第三代DECT彩色編碼虛擬無鈣技術(shù)對膝關(guān)節(jié)創(chuàng)傷患者骨髓水腫進行研究指出，在定性分析中，VNCa圖像對描述膝關(guān)節(jié)骨髓水腫具有較高的總體敏感性(94%)和特異性(95%)，在定量分析中，鑒別膝關(guān)節(jié)骨髓水腫具有較高的敏感性(96%)和特異性(97%)；Foti等[16]指出利用DECT圖像定性分析在診斷踝關(guān)節(jié)處骨髓水腫中的敏感性、特異性、PPV和NPV分別為92.0%、86.6%、92.0%和90.0%，觀察者間和觀察者內(nèi)的一致性接近完美(分別為k=0.87和k=0.83)，以-20HU為閾值定量分析的靈敏度、特異度、PPV、NPV和準確度分別為88.0%、92.6%、95.7%、92.6%和87.5%。VNCa重建圖像顯示的高診斷準確性表明，DECT作為距骨骨髓創(chuàng)傷患者一種潛在的替代成像方法，不需要額外的MRI檢查，包括患者的重復(fù)運送和定位，這在一定程度上優(yōu)化了工作流程，降低了成本并提高患者舒適度。

研究發(fā)現(xiàn)閱片人經(jīng)驗似乎對DECT VNCa診斷骨髓水腫也存在重要影響，診斷醫(yī)師的診斷經(jīng)驗與診斷準確性存在一致性，某些情況下骨髓衰減的改變可能是輕微的，尤其是在灰階圖像上，不如MRI所見信號強度的改變明顯，此時經(jīng)驗欠缺的住院醫(yī)師的漏診率和誤診率便會增加，彩色圖像的使用有助于突出和描繪骨髓內(nèi)的微小衰減變化，從而增加VNCa圖像的可見性和檢測性[17]。參與本研究的6位醫(yī)師分別進行獨立診斷，對65例患者的診斷敏感性、特異性和PPV均較高(＞90%)，診斷醫(yī)師間具有良好的一致性；此外，VNCa重建在診斷置信度、圖像噪聲和圖像質(zhì)量方面的評分與MRI相似，沒有顯著差異，這些均表明DECT VNCa在診斷距骨骨髓水腫方面具有很高的可靠性。

本研究存在幾個局限性：第一，納入研究的病例均為成年人，沒有對紅骨髓較多的兒童和骨質(zhì)疏松多發(fā)的老年患者進行研究。第二，我們僅討論了創(chuàng)傷條件下的骨髓水腫，但骨髓改變可由多種原因引起，如原發(fā)性骨腫瘤、骨轉(zhuǎn)移、骨梗死、創(chuàng)傷或骨關(guān)節(jié)炎[2,18]，因此不排除個別患者的骨髓水腫不是創(chuàng)傷引起的。第三，這項研究的結(jié)論只適用于特定供應(yīng)商的CT儀器和后處理軟件，適用范圍受到一定的限制。

研究表明，通過定性和定量分析，與MRI相比，DECT VNCa在診斷距骨創(chuàng)傷性骨髓水腫方面具有較高的診斷準確性，以及與MRI相當?shù)脑\斷置信度、圖像噪聲和圖像質(zhì)量，利用DECT VNCa診斷距骨創(chuàng)傷性骨髓水腫具有較高的應(yīng)用價值，值得臨床推廣。