雙能量CT虛擬單能量成像在鑒別脊柱良惡性壓縮性骨折中應(yīng)用價值?

徐馳杰 孔玲玲 趙承勇鄧小毅,* 孫 旭 朱 斌

1.江蘇大學(xué)附屬澳洋醫(yī)院影像科(江蘇 張家港 215600)

2.南京大學(xué)附屬鼓樓醫(yī)院脊椎外科(江蘇 南京 210008)

3.南京大學(xué)附屬鼓樓醫(yī)院影像科(江蘇 南京 210008)

脊柱溶骨型轉(zhuǎn)移瘤腫瘤細胞浸潤骨髓，椎體正常結(jié)構(gòu)被腫瘤組織取代，導(dǎo)致椎體塌陷形成脊柱惡性壓縮性骨折，而脊柱良性壓縮性骨折常由于骨質(zhì)疏松或外傷引起骨小梁斷裂、血管損傷而導(dǎo)致壓縮性骨折，椎體內(nèi)骨髓成分一般正常。當(dāng)患者原發(fā)腫瘤或外傷等病史不詳?shù)那闆r下，兩者在傳統(tǒng)影像學(xué)表現(xiàn)上存在一定重疊，容易造成“異病同影”現(xiàn)象[1]。臨床實踐中，對于急性良惡性壓縮性骨折的早期診斷仍存在一定困難，多依靠結(jié)合患者臨床資料、CT或MRI才能進行鑒別診斷。常規(guī)CT能顯示病變椎體形態(tài)學(xué)特征，但形態(tài)學(xué)特征的類似并不能反映兩者真實本質(zhì)，其對于椎體內(nèi)細微骨質(zhì)改變、骨髓情況及椎體內(nèi)理化成分均不能很好地評估。

相較于常規(guī)CT，雙能量CT能夠在獲得病灶椎體形態(tài)學(xué)特征的同時更好地區(qū)分椎體內(nèi)異常組織成分。它能在一次掃描檢查中提供高、低不同能量數(shù)據(jù)并將單參數(shù)成像轉(zhuǎn)變?yōu)槎鄥?shù)成像[2-4]，通過虛擬單能量下CT值、單能量曲線及斜率對物質(zhì)進行定量及定性綜合分析，從而為疾病的診斷評估提供新的理論依據(jù)，幫助放射科醫(yī)生提高診斷準(zhǔn)確性。既往文獻已報道[5-7]，雙能量CT可以通過多參數(shù)定量分析提高良惡性腫瘤的診斷準(zhǔn)確性且?guī)椭b別診斷。目前，利用雙能量CT虛擬單能量成像鑒別脊柱良惡性壓縮性骨折相關(guān)報道仍較少。本研究擬通過對51例脊柱壓縮性骨折患者的雙能量CT圖像數(shù)據(jù)進行定性及定量綜合分析，探討雙能量CT虛擬單能量成像在脊柱良惡性壓縮性骨折中的鑒別診斷價值。

1 資料與方法

1.1 一般資料經(jīng)我院倫理委員會批準(zhǔn)，所有患者均簽署了知情同意書。收集我院2018年3月至2019年8月期間60例脊柱壓縮性骨折患者進行雙能量CT脊柱掃描。

納入標(biāo)準(zhǔn)：經(jīng)手術(shù)、病理穿刺活檢或臨床隨訪確診的脊柱良惡性壓縮骨折患者；患者能順利完成雙能量CT脊柱掃描；患者均未接受影響骨骼代謝或抗腫瘤藥物治療。排除標(biāo)準(zhǔn)：脊柱原發(fā)腫瘤、脊柱結(jié)核或其他骨骼代謝性疾病患者；嚴(yán)重脊柱壓縮骨折(高度小于4mm)或接受手術(shù)治療的患者；脊柱成骨型轉(zhuǎn)移瘤患者。經(jīng)我院倫理委員會批準(zhǔn)，所有患者簽署知情同意書。排除5例嚴(yán)重壓縮性骨折患者、3例脊柱成骨型轉(zhuǎn)移瘤患者、1例已接受手術(shù)患者。

最終納入51例患者，男性21例，女性30例，年齡31~87歲，平均年齡61.3±12.2歲。所有患者均由手術(shù)、病例穿刺活檢或臨床隨訪最終證實。其中脊柱良性壓縮性骨折患者30例，包括創(chuàng)傷壓縮性骨折18例、骨質(zhì)疏松性壓縮性骨折12例；脊柱溶骨型轉(zhuǎn)移瘤所致惡性壓縮性骨折患者21例，包括肺癌6例、肝癌3例、乳腺癌3例、前列腺癌2例、結(jié)腸癌1例、陰囊癌1例、胰腺癌1例、腎癌1例、頜下肌上皮癌1例、頸部低分化癌1例、原發(fā)灶不明1例。

1.2 檢查方法采用西門子雙源計算機斷層掃描CT掃描儀(Somatom Definition Flash dual-source CT)。A球管管電壓：100KV，有效電流：250mAs;B球管管電壓：140KV，有效電流：483mAs；實時自動毫安秒技術(shù)。準(zhǔn)直器寬度40×0.6mm，螺距1.2，球管旋轉(zhuǎn)時間0.5s/周。自動重建層厚0.75mm，重建間隔0.5mm。

1.3 圖像分析將圖像數(shù)據(jù)調(diào)入“Syngovia”工作站，選擇“Monoenergetic”進行虛擬單能量圖像重建。由一名高年資放射科醫(yī)師(從事骨骼肌肉放射學(xué)診斷工作10年以上)對所有壓縮性骨折椎體進行CT值測量并繪制單能量曲線。測量時以椎體病灶中心最大層面作為感興趣區(qū)(region of interest，ROI)，避開碎骨片、明顯鈣化及壞死區(qū)。ROI選取面積為0.5cm2。本研究選擇獲取兩組病灶在虛擬單能量40Kev~120Kev(間隔為20Kev)下對應(yīng)的CT值、虛擬單能量曲線斜率，即選擇40Kev、60Kev、80Kev、100Kev、120Kev能級下的測得值。虛擬單能量曲線斜率(本研究選取40Kev~100Kev作曲線斜率計算點),即斜率K=CT值(40Kev)-CT值(100Kev)/60[6]。

1.4 統(tǒng)計學(xué)分析利用SPSS 19.0軟件進行統(tǒng)計學(xué)分析。虛擬單能量下CT值及單能量曲線斜率用均值±標(biāo)準(zhǔn)差(±s)表示，作獨立樣本t檢驗分析脊柱溶骨型轉(zhuǎn)移瘤所致惡性壓縮性骨折與良性壓縮性骨折CT值之間差異性。檢驗水準(zhǔn)取α=0.05，P<0.05為差異存在統(tǒng)計學(xué)意義。作受試者工作特征(receiver operating characteristic，ROC)曲線計算曲線下面積(area under curve，AUC)及相應(yīng)敏感性、特異性，評價虛擬單能量成像對脊柱良惡性壓縮性骨折的鑒別診斷效能。

2 結(jié) 果

51例患者共計87個脊柱壓縮性骨折椎體被納入分析，其中脊柱溶骨型轉(zhuǎn)移瘤所致壓縮性骨折椎體50個、脊柱良性壓縮性骨折椎體37個。

2.1 虛擬單能量曲線形態(tài)及斜率分析脊柱溶骨型轉(zhuǎn)移瘤所致惡性壓縮性骨折與良性壓縮性骨折虛擬單能量曲線斜率均隨著Kev值的增加而減低(見圖1-3)。脊柱良、惡性壓縮性骨折虛擬單能量曲線斜率(K)分別為3.8±1.6、1.9±1.8，兩者差異存在顯著統(tǒng)計學(xué)差異(P<0.001)，見表1。ROC曲線顯示，虛擬單能量曲線斜率K=2.20時測得AUC值最高(0.792)，相應(yīng)敏感性、特異性分別為89%、34%(見圖5、表2)。

表1 脊柱溶骨型轉(zhuǎn)移瘤所致惡性壓縮性骨折與良性壓縮性骨折在虛擬單能量下CT值及單能量曲線斜率差異性分析

圖1 腰2椎體急性壓縮性骨折。女性，64歲，腰背部疼痛不適。L2椎體在虛擬單能量不同能級下（40Kev、60Kev、80Kev、100Kev、120Kev）顯示圖；MRI T2WI/STIR序列顯示L2椎體急性壓縮性骨折。圖2 腰1椎體溶骨型轉(zhuǎn)移瘤。男性，76歲，原發(fā)性肝癌。L1椎體在虛擬單能量不同能級下（40、60、80、100、120Kev）顯示圖；MRI T2WI/STIR序列顯示L1椎體溶骨型轉(zhuǎn)移瘤。

2.2 虛擬單能量不同能級下CT值分析脊柱溶骨型轉(zhuǎn)移瘤所致惡性壓縮性骨折與良性壓縮性骨折虛擬單能量CT值均隨著Kev值的增加而減低(見圖4)，且在同一能級下脊柱惡性壓縮性骨折CT值均低于良性壓縮性骨折,差異有顯著統(tǒng)計學(xué)差異(P<0.001)，見表2。ROC曲線顯示，虛擬單能量在120Kev時測得AUC值最高(0.882)，相應(yīng)敏感性、特異性分別為95%、76%(見圖5、表2)。

圖5 虛擬單能量不同能級鑒別診斷脊柱溶骨型轉(zhuǎn)移瘤所致惡性壓縮性骨折與良性壓縮性骨折的ROC曲線。

表2 ROC曲線鑒別脊柱溶骨型轉(zhuǎn)移瘤所致惡性壓縮性骨折與良性壓縮性骨折的AUC、閾值及相應(yīng)敏感性、特異性

圖3 虛擬單能量曲線示意圖。圖3A：L2椎體良性壓縮性骨折的虛擬單能量曲線；圖3B：L1椎體溶骨型轉(zhuǎn)移瘤所致惡性壓縮性骨折的虛擬單能量曲線。圖4 脊柱溶骨型轉(zhuǎn)移瘤所致惡性壓縮性骨折與良性壓縮性骨折的能量衰減圖。

3 討 論

雙能量CT在骨骼肌肉影像學(xué)診斷中的應(yīng)用越來越廣泛，既往多篇文獻報道其在優(yōu)化圖像質(zhì)量、減少射束硬化偽影及輻射劑量方面的具有獨特優(yōu)勢[8-11]。最新研究發(fā)現(xiàn)，雙能量CT作為功能成像在腫瘤良惡性鑒別中亦具有較好的應(yīng)用價值。相較于常規(guī)CT，雙能量CT能在顯示形態(tài)學(xué)特征的同時通過虛擬單能量下CT值、單能量曲線形態(tài)及斜率進行多參數(shù)定量分析，提高了病變的檢出率且?guī)椭b別病變良惡性。Yue D[12]等對35例肺癌患者成骨型轉(zhuǎn)移瘤進行回顧性分析，證實了雙能量CT能提高不明顯成骨型轉(zhuǎn)移瘤的檢出率。Zheng S[13]等對102例患者110個椎體低密度病灶進行回顧性分析，發(fā)現(xiàn)雙能量CT對溶骨型轉(zhuǎn)移瘤及許莫氏結(jié)節(jié)的鑒別診斷具有較高的準(zhǔn)確性。

雙能量CT能利用不同物質(zhì)對X線能量衰減程度不同進行虛擬單能量成像，繪制不同物質(zhì)特征性能量曲線從而對不同組織成分進行定量分析及組織成分鑒別。本研究發(fā)現(xiàn)，在40Kev～120kev范圍內(nèi)，脊柱溶骨型轉(zhuǎn)移瘤所致惡性壓縮性骨折與良性壓縮性骨折的單能量曲線斜率均隨著Kev值的增加而降低，脊柱良性壓縮性骨折斜率明顯高于脊柱惡性壓縮性骨折且低能量區(qū)間內(nèi)脊柱良性壓縮性骨折的虛擬單能量曲線坡度更為陡直，衰減程度更大。當(dāng)斜率閾值K=2.20時，雙能量CT對脊柱良惡性壓縮性骨折的鑒別診斷敏感性為89%。與能譜技術(shù)原理相一致，我們的研究結(jié)果與先前研究[14-16]相一致，同樣證明了不同物質(zhì)對應(yīng)不同組織成分且都具有自己獨特的虛擬單能量曲線特征。在雙能量CT成像虛擬單能量圖像上，虛擬單能量曲線形態(tài)趨向接近或重合往往提示物質(zhì)組織成分相似，利用虛擬單能量曲線形態(tài)及斜率進行分析，可以幫助放射科醫(yī)師更好地對脊柱良惡性壓縮性骨折進行鑒別診斷。

此外，CT值反應(yīng)物質(zhì)材料密度之間的差異性，脊柱良惡性壓縮性骨折在雙能量CT虛擬單能量下物質(zhì)CT值亦顯示不同物質(zhì)之間密度特征。本研究顯示虛擬單能量不同能級下CT值顯示脊柱溶骨型轉(zhuǎn)移瘤所致惡性壓縮性骨折在不同單能級上CT值均低于與良性壓縮性骨折，ROC曲線顯示在120Kev能級時對兩者的鑒別診斷效能最優(yōu)。上述研究結(jié)果與Dong Y[17]等研究相一致。在120Kev單能級圖像，以CT值等于77.35HU作為脊柱良惡性壓縮性骨折閾值時，相應(yīng)敏感性、特異性分別為95%、76%。我們認(rèn)為，這是由于脊柱良惡性壓縮性骨折發(fā)病機制不同可引起病灶椎體內(nèi)組織成分不同所導(dǎo)致。脊柱溶骨型轉(zhuǎn)移瘤所致惡性壓縮性骨折主要侵犯骨髓，正常骨組織被腫瘤組織替代，血管通透性增加，導(dǎo)致椎體內(nèi)骨含量降低、含水量增加，而脊柱良性壓縮性骨折主要引起椎體骨小梁中斷、血管損傷，導(dǎo)致椎體內(nèi)含水量增加而骨含量并未降低。

本研究存在以下局限性：第一、納入研究病例樣本數(shù)較少，需要更大樣本量和多中心研究進一步證實；第二、脊柱溶骨型轉(zhuǎn)移瘤所致壓縮性骨折患者中部分病例仍缺乏病理證實[18]，主要通過影像或臨床隨訪確診；第三、不同病理類型腫瘤導(dǎo)致的脊柱惡性壓縮性骨折、外傷或骨質(zhì)疏松導(dǎo)致的脊柱良性壓縮性骨折未進一步分類研究。

綜上所述，雙能量CT虛擬單能量成像顯示脊柱良惡性壓縮性骨折在虛擬單能量不同能級下CT值及單能量曲線斜率之間存在顯著差異。雙能量CT能夠在顯示常規(guī)CT形態(tài)學(xué)特征的同時提供更全面的信息，幫助放射科醫(yī)生更好地鑒別脊柱良惡性壓縮性骨折，為兩者的鑒別評估提供新的輔助手段及影像依據(jù)。