CT能譜曲線在脊柱轉移瘤和感染性病變中的鑒別診斷價值

袁 源，郎 寧，袁慧書

(北京大學第三醫院放射科，北京 100191)

脊柱轉移瘤和感染性疾病是脊柱常見病變，二者的治療和預后截然不同，故術前的鑒別診斷至關重要。脊柱感染性病變在中老年人群中的發病率逐年增高且病變不典型，如未累及椎間盤的單椎體病變、僅累及附件病變、多發跳躍分布病灶、未形成明確膿腫等情況，難以與轉移瘤鑒別[1-3]。能譜CT可在0.5 ms內實現80～140 kV的高速切換，可獲得40～140 keV單能量圖像及感興趣區(region of interest，ROI)的CT值，通過衰減曲線反映組織特征，對腫瘤的診斷及鑒別診斷具有較大價值[2,4-7]。本研究采用能譜CT分析47例患者的影像資料，旨在探討CT能譜曲線在脊柱轉移瘤和感染性疾病中的鑒別診斷價值。

1 資料與方法

1.1 臨床資料

選取2014年7月至2017年12月北京大學第三醫院經手術或穿刺組織病理檢查和診斷的患者。本研究獲得北京大學第三醫院醫學倫理委員會批準和患者知情同意。

脊柱轉移瘤的患者29例，其中男14例，女15例，年齡44～82歲，中位年齡58.0歲；其中原發腫瘤肺癌11例、乳腺癌7例、腎癌3例、肝癌2例、鱗狀細胞癌1例、腺癌1例、顱內血管內皮瘤1例、結腸癌1例、膽管癌1例、胃癌1例；脊柱轉移瘤發生于頸椎11例、胸椎4例、腰椎11例、骶骨3例。

脊柱感染性病變共18例，其中男11例，女7例，年齡26～77歲，中位年齡64歲；其中經穿刺組織病理檢查及臨床資料證實為慢性非特異性脊柱感染者7例，抗生素治療后明顯好轉、臨床診斷為慢性非特異性脊柱感染者4例，手術或穿刺組織病理檢查證實為脊柱結核者3例，抗結核治療后病變明顯好轉、臨床診斷為脊柱結核者4例；脊柱感染性病變發生于頸椎6例、胸椎2例、腰椎10例。

1.2 儀器與方法

采用GE Discovery CT 750 HD寶石能譜CT機對所有患者先行平掃，管電壓120 kV、管電流137～543 mA、層厚5.0 mm、螺距1.375，再行增強能譜CT靜脈期掃描，管電壓80 kV或140 kV、管電流550 mA、掃描速度0.8 s、螺距1.375、探測器寬度0.625 mm×64。采用Acist高壓注射器由右側肘靜脈注入對比劑碘海醇(碘含量350 g/L)，流率3.0 mL/s，劑量1.5 mL/kg體質量(總量80～100 mL)，靜脈期延遲40～50 s，容積CT劑量指數(CT dose index volume， CTDIvol)16.87 mGy。

1.3 圖像分析

由1名醫師雙盲測量數據，將重建層厚為0.625 mm的單能量圖像傳至AW 4.5(GE Medical Systems, Milwaukee, WI, USA)工作站，載入GSI Viewer軟件，將ROI(1.8～39.16 mm2，平均13.67 mm2)置于病灶強化最明顯處，避開血管、壞死組織、腫瘤骨、殘留骨等(圖1、2)，軟件自動生成CT能譜曲線，保存40～140 keV不同能量水平的CT值，為保證測量的一致性，在3個不同層面畫取ROI，共3個。若腫瘤內有較多殘留骨、鈣化、腫瘤骨或強化的軟組織較少，可在同一層面勾畫滿足上述條件的2～3個ROI(圖2)， 3個層面共計6～9個ROI。上述3～9個ROI產生的能譜曲線，計算40～140 keV(每10 keV為一個能級水平)中同一keV能級的平均CT值、平均曲線斜率(k=CT40-CT140/140-40)， 同時在混合能量圖像上測量同一ROI的CT值，并計算平均值。

1.4 統計學分析

采用SPSS 19.0統計分析軟件，脊柱轉移瘤與感染性病變患者年齡、40～60 keV能量水平下的CT值用中位數(最小值，最大值)表示，采用非參數(Mann-WhitneyU檢驗)分析；70～140 keV能量水平下的CT值、混合能量圖像CT值以及曲線斜率用平均數±標準差表示，采用獨立樣本t檢驗分析；P<0.05為差異有統計學意義。

2 結果

脊柱轉移瘤和脊柱感染性病變的年齡差異無統計學意義(P=0.49)。脊柱轉移瘤和脊柱感染性病變的CT值隨著keV能量水平的增高而減低，曲線切線斜率隨之減小(圖1～3)。脊柱感染性病變組在40～100 keV能量水平同一能級的CT值顯著低于脊柱轉移瘤組(P均<0.05)，兩組在110～140 keV能量水平同一能級的CT值差異無統計學意義(P均>0.05)，見表1。兩組在混合能量圖像的CT值分別為(104.65±27.92) HU和(114.38±28.67) HU，差異無統計學意義(t=-1.142，P=0.260)。脊柱感染性病變的能譜曲線斜率顯著低于脊柱轉移瘤的能譜曲線斜率(t=-5.790，P<0.001)。當靜脈期能譜曲線斜率閾值取1.72時，曲線下面積為0.905，靈敏度和特異度分別為88.0%、76.9%(表2、圖4)。

A, mixed energy images; B, the spectral curve of the region of interest (marked as the number 2) on the left image.

A, mixed energy images; B, the spectral curves of the region of interest (marked as the number 2, 4, 6) on the left image.

圖3 脊柱轉移瘤與感染性病變的CT能譜曲線

3 討論

ROC, receiver operating characteristic.

X線在穿透物質的過程中造成一定程度的衰減，這種衰減是由光電效應與康普頓效應(Compton effect)共同決定的，不僅與物質的原子序數性質相關，且與X線的能量相關[8-10]。當相同原子序數的物質與光子相互作用時，在低光子能量時以光電吸收為主，其物質穿透力弱、衰減較多；在高光子能量時以康普頓散射(Compton scattering)為主，其物質穿透力強、衰減較少。 寶石能譜CT(Discovery CT 750 HD)為單源雙能CT[11]，其高壓發生器可在0.5 ms的時間內瞬時完成80/140 kV切換，幾乎在同時、同角度得到2個能量水平的原始數據，再通過復雜算法重建出40～140 keV的X線虛擬單能量圖像[1]。單能量圖像不易受傳統混合能量圖像中硬化偽影的干擾，測量CT值更準確、更靈敏。ROI不同能量水平的CT可繪制出反映不同物質特性的能譜曲線[5,12-13]，提供有助于腫瘤診斷、鑒別診斷的定量信息，甚至可以輔助治療方案的確定及治療后的療效評價、預后評估。

表1 不同能量水平下脊柱轉移瘤與感染性病變的CT值比較

表2 鑒別脊柱轉移瘤和感染性病變能譜曲線各種參數的ROC曲線下面積、閾值、靈敏度和特異度

脊柱轉移瘤和感染性疾病是脊柱常見病損，兩者最嚴重的并發癥均為死亡、嚴重的神經功能障礙等，但兩者的治療方案相去甚遠[14]。脊柱感染性病變在未產生嚴重脊髓神經壓迫癥狀之前，可采用抗菌藥物保守治療，大部分在6周之后癥狀緩解且預后良好；脊柱轉移瘤需要采用化療、放療或手術治療，預后較脊柱感染性病變要差。因此，早期準確診斷、鑒別診斷和針對性治療可減少神經損害及嚴重并發癥的產生，提高患者的生存率和生活質量。

脊柱感染性病變在中老年患者中的發病率逐漸增加，本研究中脊柱轉移瘤和脊柱感染性病變患者的年齡無明顯差異，需要進行鑒別診斷。脊柱轉移瘤和感染性病變均可表現為局部疼痛、脊柱不穩定、神經受損癥狀，兩者僅靠臨床表現不易鑒別，且因老年人椎間盤無或少血供，發生于老年患者的脊柱感染性病變多發生于椎體，可僅累及椎體中心而不累及椎體終板及椎間盤，椎體明顯壓縮，此種類型的脊柱感染性病變的影像學表現易與脊柱轉移瘤混淆[6,15]。脊柱感染性病變經脊柱Batson靜脈系統播散至不相鄰的兩個或兩個以上椎體，呈多發跳躍性病灶時，易誤診為轉移瘤[16-18]。此外，僅累及附件的脊柱感染性病變、椎旁病變膿腫未形成時，均不易與脊柱轉移瘤相鑒別，故需一種定量或半定量的方法來輔助診斷及鑒別診斷。

本研究采用CT能譜曲線對脊柱轉移瘤和感染性病變進行半定量鑒別診斷。脊柱感染性病變和轉移瘤內部血容量均增大，但脊柱感染性病變為成熟血管擴張所致，內皮細胞連結緊密[2,19]，碘對比劑不易從血管轉運至細胞外間隙，且脊柱感染性病變的細胞密度較轉移瘤低，故X線衰減系數低于脊柱轉移瘤，能譜曲線斜率低于脊柱轉移瘤。兩組在低能量水平同一能級的CT值有顯著差異，在高能量水平的CT值無明顯差異，此結果與既往文獻報道相似。Dong等[4]通過對79例脊柱成骨型轉移瘤和43例骨島患者進行能譜CT掃描后發現，成骨型轉移瘤患者在50～130 keV水平的CT值和能譜曲線斜率均低于骨島患者，當取110 keV水平的CT值68.6 HU作為閾值時，可獲得最大曲線下面積，鑒別診斷的靈敏度和特異度分別為93.0%、93.3%。Zheng等[20]對69例脊柱溶骨性骨轉移瘤和41例許莫氏結節(Schmorl’s nodes)患者行能譜CT平掃，40 keV的CT值和能譜曲線斜率的診斷效能明顯高于傳統CT，但目前尚未見用CT能譜曲線鑒別診斷脊柱轉移瘤和感染性病變的報道。本研究中，當CT能譜曲線斜率的閾值取1.72時，鑒別兩組病變的受試者工作特征(receiver operating characteristic, ROC)曲線下面積(0.905)比40 keV能級的CT值略大，可獲得鑒別脊柱轉移瘤的最大靈敏度88%，但是40 keV能級的CT值在248.80 HU時更靠近ROC曲線左上角，診斷效能最高，可取得鑒別脊柱轉移瘤更高的特異度92.3%。

本研究有一定局限性，首先，脊柱感染性病變和轉移瘤患者的樣本量較小，原發腫瘤及感染性病變非單一病種，需要擴充樣本量；其次，未對能譜曲線測量的可重復性進行檢驗，但以往Gupta等[21]通過對胰腺癌患者經能譜CT掃描產生的50 keV、70 keV、混合能量圖像和碘基圖進行三人、獨立、多次測量后發現，胰腺癌相關參數測定在觀察者間的可重復性較好，雙能CT在檢測痛風患者尿酸鹽沉積方面的觀察者間可重復性良好[22]；第三，未定量分析傳統CT影像學對脊柱感染性病變和轉移瘤的鑒別診斷效能。

綜上所述，CT能譜曲線是一種能夠鑒別脊柱感染性病變和轉移瘤的半定量方法，具有廣闊的應用前景。