雙能量CT虛擬去鈣化成像診斷下肢關節外傷性骨髓水腫

沈瑞，趙旻月，曹國平，郭海濱，吳胤赟，徐馳杰，鄧小毅

創傷性骨髓水腫是指出血、梗死和松質骨顯微壓縮性骨折等一系列骨損傷引起的骨髓水腫，可用磁共振成像(MRI)顯示[1]。骨髓水腫通常與不穩定關節損傷、軟組織損傷(如肌腱和韌帶損傷)以及肢體殘疾有關，因而會帶來一定的社會和經濟負擔[2-3]。創傷性骨髓水腫可出現軟骨溶解、骨關節炎和關節畸形等晚期并發癥，進而導致其恢復時間的延長和不可逆的關節損傷[1,4]。需要早期和準確診斷指導治療以防患者創傷后預后不佳。

MRI是診斷創傷性骨髓水腫首選成像方法[5]。MRI在臨床常規檢查中存在一定局限性，有絕對和相對禁忌癥，包括耳蝸植入物、起搏器置入、幽閉恐懼癥和患者在掃描過程中因疼痛而活動等。此外，MRI相對來說是一種費時且昂貴的檢查方法，另外，創傷性骨折患者往往急診就診，大部分醫院急診尚未常規開展MRI檢查。

常規灰階CT可示明顯骨折，但難以顯示創傷性骨髓水腫[6]。報道[7]單能CT通過Bone marrow成像算法幾乎可以去除骨性結構，但無法直接顯示骨髓異常。雙能量CT通過利用兩種不同管電壓獲取不同能量數據來區分不同物質，其能夠對3種物質進行分解和計算得到彩色編碼虛擬去鈣化(virtual non-calcium，VNCa)圖像[8-9]。VNCa圖像可直接顯示骨髓水腫，準確率高[10-12]。本研究運用彩色編碼的雙能量CT VNCa成像來顯示下肢關節創傷性骨髓水腫，以MRI為參考標準評估VNCa成像在外傷性骨髓水腫診斷價值。

材料和方法

1.一般資料

連續選取張家港澳洋醫院2018年1月-2019年5月急性下肢關節外傷患者。納入標準：①疑似下肢關節骨折，均行雙能量CT及MRI檢查；②CT及MRI檢查間隔時間<7d。排除標準為金屬內固定術后、嚴重關節退行性變以及惡性腫瘤患者。

2.檢查方法

采用德國西門子炫速雙源CT(Somatom Definition Flash dual-source CT)。掃描參數：A球管管電壓140 kV，有效電流55 mAs；B球管管電壓100 kV，有效電流135 mAs；準直器寬度40×0.6 mm，螺距1.2，球管旋轉時間0.5 s/周。平均加權系數0.4，自動重建層厚0.75 mm，重建間隔0.5 mm，卷積核值B30f。得到3組數據(140 kV、100 kV、雙能0.5比例融合圖像)。

使用德國西門子MAGNETOM Avanto1.5T磁共振，使用關節專業線圈，仰臥位掃描。掃描序列：快速自旋回波序列T1WI矢狀面(TR 550 ms、TE 13 ms)，層厚4 mm，層間距0.4 mm，FOV 16 cm×16 cm，矩陣256×256，NEX 1；質子加權脂肪抑制序列橫軸面、冠狀面、矢狀面(TR 3630 ms、TE 13 ms)，層厚4 mm，層間距0.4 mm，FOV 16 cm×16 cm，矩陣256×256，NEX 1。

3.圖像后處理及分析

將雙能CT掃描后的兩組雙能量數據(140 kV和100 kV數據)傳送至Siemens 圖像后處理工作站(Syngo Via,version VA 30A;Siemens Healthcare)，選擇CT Dual Energy后處理軟件進行數據重建，選擇Bone Marrow以顏色編碼顯示進行進一步分析。

本研究下肢關節患者主要包括膝關節和踝關節，膝關節分成5個區域[13](股骨遠端內側、股骨遠端外側、脛骨近端內側、脛骨近端外側和髕骨)，踝關節分成8個區域[14](外踝、內踝、脛骨遠端前緣、脛骨遠端后緣、距骨穹隆、距骨后突、距骨外側突及距骨頭)。兩名影像診斷醫師(分別有2年、6年工作經驗)采用雙盲法對所有VNCa圖像進行評估。兩名醫師都可以自由調整窗寬窗位和縮放圖像。由于射線硬化、皮質去除和VNCa圖像的濾波效應可能產生偽影[15]，會妨礙鄰近區域內骨髓的分析，所以分析與鄰近皮質骨的距離>3 mm的外傷性骨髓損傷。另兩名高年資影像診斷醫師(分別有10年、15年工作經驗)評估MRI圖像是否存在骨髓水腫。

圖1 男，30歲，急性左膝關節外傷。a) 左膝關節冠狀面常規雙能量CT骨窗圖未見明顯異常； b) 相應彩色編碼虛擬非鈣化(VNCa)圖像冠狀面重建示股骨遠端外側髁外傷性骨髓水腫(顯示綠色偽彩，箭)； c) 冠狀面質子密度加權脂肪抑制序列證實了股骨遠端外側髁外傷性骨髓水腫。 圖2 男，21歲，左踝關節外傷后疼痛、運動障礙3d。a) 左踝關節矢狀面常規雙能量CT骨窗圖未見明顯異常； b) 相應彩色編碼VNCa圖矢狀面重建示距骨外側突、脛骨遠端前緣有骨挫傷(綠色偽彩，箭)。距骨穹隆綠色偽彩(黑箭); c) 矢狀面脂肪抑制的質子加權MRI圖像證實距骨外側突、脛骨遠端前緣骨挫傷(箭)。距骨穹隆(黑箭)見輕微骨挫傷，較圖b示的范圍小，提示距骨穹隆可能是骨硬化偽影。

由其中1名醫師(6年工作經驗)在VNCa圖像上測量所有區域CT值。當觀察區域有疑似或明確骨髓損傷時，感興趣圓形區域(ROI，大小均約5 mm2)放置在VNCa圖像上偽彩密度最高的區域。觀察區域沒有骨髓水腫時，ROI放置在中央。

4.統計學分析

采用SPSS 23..0和MedCalc軟件進行統計學分析。符合正態分布的計量資料以均數±標準差表示，不符合正態分布的計量資料以中位數M(P25，P75)表示。分別計算兩名醫師利用VNCa成像對骨髓水腫診斷的敏感性、特異性、陽性預測值、陰性預測值以及準確性，并對兩名醫師診斷結果的一致性進行Kappa檢驗，Kappa值≤0.4為一致性差，0.4

結 果

1.MRI及VNCa顯示情況

34例疑似下肢關節骨折患者完成雙能量CT和MRI，其中排除金屬內固定1例，嚴重退變3例，研究最終納入 30例患者進行分析，其中膝關節20例、踝關節10例；男21例，女9例；年齡13～74歲，平均(60.3±10.4)歲。MRI圖示30例患者共有49處骨髓水腫，髕骨2處，股骨遠端外側5處，股骨遠端內側5處，脛骨近端外側7處，脛骨近端內側10處，外踝7處，內踝3處，脛骨遠端前緣3處，脛骨遠端后緣2處，距骨穹隆1處，距骨外側突2處，距骨頭2處。VNCa重建圖兩名醫師分別診斷44處、45處骨髓水腫(圖1、2)，兩者診斷結果具有較高一致性，Kappa值0.834。

圖3 VNCa定量值診斷下肢關節骨髓水腫ROC曲線，曲線下面積0.971。圖4 下肢關節骨髓水腫區域和正常區域平均CT值盒形圖，差異有顯著性意義(P<0.0001)。

表1 兩名醫師利用VNCa圖像診斷下肢關節骨髓水腫準確度

2.診斷準確性評估

以MRI結果為參考標準，醫師1(2年工作經驗)使用VNCa重建診斷44處骨髓水腫中41處真陽性，3處為假陽性。醫師2(6年工作經驗)使用VNCa重建診斷45處骨髓水腫中43處真陽性，2處為假陽性；VNCa圖示84/98的骨髓損傷。兩位醫師用VNCa診斷下肢關節骨髓水腫敏感度、特異度、陽性預測值、陰性預測值、準確度分別為83.7%(41/49)、97.7%(128/131)、93.2%(41/44)、94.1%(128/136)、93.9%(169/180)和87.8%(43/49)、98.5%(129/131)、95.6%(43/45)、95.6%(129/135)、95.6%(172/180)，如表1 。

3.定量分析結果

基于骨髓CT值，VNCa圖像診斷下肢骨髓水腫ROC曲線下面積0.971，利用約登指數計算診斷閾值為-43.6 HU，敏感度和特異度分別為97.5%和91.0%(圖3)。VNCa圖像上骨髓水腫真陽性區域骨髓CT值(-7.5±20.3)HU，真陰性區域骨髓CT值(-76.7±18.3)HU，骨髓水腫區域CT值高于正常區域，差異有統計學意義(Z=9.013、P<0.0001，圖4)。

討 論

本研究結果表明與MRI相比雙能量CT彩色編碼VNCa重建在顯示下肢關節創傷性骨髓水腫方面具有較高診斷準確度(平均準確度約94.7%)。此外，良好的觀察者間的一致性表明該重建成像方法具有高可靠性。此外，定量圖像分析顯示骨髓CT值和MRI顯示創傷性下肢關節骨髓水腫高度相關。

既往研究已證明雙能量CT彩色編碼VNCa重建圖像對于分析骨髓水腫具有很高診斷準確性[16-19]。Booz等[20]和Wang等[13]使用VNCa技術對急性膝關節創傷患者骨髓水腫進行評估，顯示該技術對創傷性膝關節骨髓水腫有極好診斷準確性；Booz等[21]應用VNCa技術對跟骨創傷性骨髓水腫進行評估也取得了很高診斷準確性，這些與本研究對下肢關節創傷性骨髓水腫診斷準確性相一致。急性下肢關節創傷患者在MRI禁忌癥或在MRI不可用的情況下，彩色編碼VNCa重建顯示高診斷準確性，揭示了雙能量CT作為替代成像方法的潛力。即使在MRI可用的條件下，VNCa方法也有可能成為下肢外傷疑似骨髓水腫患者的一種快速、準確和廣泛可用的替代方法。既往的研究表明骨髓水腫的位置和形狀可以預測相關的軟組織損傷[20]，以MRI為參考標準的VNCa重建對骨髓水腫具有高診斷準確性，與傳統灰度CT相比，VNCa重建將提供更多的臨床相關信息。初步研究已證實雙能量CT能進行肌腱和韌帶的成像[22]并可用于診斷前交叉韌帶損傷[23]。因此，雙能量CT有望可以通過VNCa重建和一系列軟組織成像發展成急性下肢關節創傷患者一站式檢查。

筆者在VNCa重建圖像上測量了骨髓的密度值，發現骨髓水腫陽性區域密度明顯高于MRI圖像上對應陰性區域，這與創傷性骨髓水腫表現為液體增加和脂肪減少的病理生理學基礎是一致的[24]。ROC分析以不同的截斷CT值區分不同區域的正常和異常骨髓，對VNCa的定量分析具有較好的敏感性和特異性，這與Guggenberger等[14]研究結果相一致。但是，VNCa重建圖像也有假陽性，多見于生理性高密度的解剖區域，如距骨體/頭部，提示VNCa的診斷效能不僅受異常骨髓密度增高的影響，而且還受正常骨髓密度差異的影響。

本研究局限性首先是樣本量小，僅納入30例急性下肢外傷患者。其次，由于射線硬化、皮質去除和VNCa圖像的濾波效應可能產生偽影，我們必須排除距離皮質骨3 mm范圍內的骨髓病變。再者本研究未考慮年齡相關因素。由于在生長發育過程中骨髓由紅骨髓變黃骨髓，骨髓成分不同可能影響研究結果。今后應進一步開展按年齡分組的研究。

綜上所述，本研究結果表明與MRI相比，雙能CT彩色編碼的VNCa圖像具有較高敏感性、特異性和準確性，可以診斷下肢外傷性骨髓水腫。雙能CT檢查可作為MRI檢查禁忌癥患者的另一種選擇。