雙能量CT電子云密度/有效原子序數在成骨型轉移瘤與骨島中的鑒別診斷價值

徐馳杰，孔玲玲，鄧小毅

江蘇大學附屬澳洋醫院影像科，江蘇 張家港 215600

隨著惡性腫瘤患者發生骨轉移的風險不斷提高，臨床醫師需要盡早處理骨轉移瘤，從而減少骨轉移瘤并發癥的發生。計算機體層成像（computed tomography，CT）是惡性腫瘤患者隨訪過程中的主要檢查手段，常規CT能發現骨內局灶性高密度病變，準確鑒別成骨型轉移瘤與骨島，對于疾病的分期、制訂治療方案和改善患者預后具有重要意義。然而，當骨內病變單發或缺乏其他特異性表現時，常規CT對于兩者的鑒別診斷仍比較困難［1］，往往需要結合病史、實驗室檢查及其他影像學檢查才能明確診斷。磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）對骨轉移瘤有較高靈敏度和特異度，但存在禁忌證且要求患者保持完全靜止狀態；發射型CT（emission CT，ECT）或正電子發射體層成像（positron emission tomography，PET）/CT對骨轉移瘤診斷價值高，但其特異度較低且費用昂貴，臨床應用受到一定限制。

近年來，雙能量CT利用不同物質對X線的衰減程度不同，幫助分離、鑒別物質組成成分［2-3］，為疾病的診斷與鑒別診斷提供了新的技術方向。相較于常規CT僅提供單一參數值，雙能量CT能通過電子云密度（electron density，Rho）/有效原子序數（effective atomic number，Z）后處理應用對圖像數據進行分解，提供物質的Rho、Z、雙能量指數（dual energy index，DEI）進行多參數定量分析，并且能在減少硬化偽影的同時更精確地測量，幫助放射科醫師更好地進行疾病的診斷及鑒別診斷［4-7］。Rho代表單位體積內電子數量，反映物質的電子密度值，與常規CT值呈一定線性關系；Z代表某元素的原子序數，對原子序數高、CT值接近的物質更為敏感；DEI代表物質不同X線衰減程度，不同物質都有其特征性DEI［8-11］。本研究旨在探討雙能量CT Rho/Z后處理應用對成骨型轉移瘤與骨島的鑒別診斷價值。

1 資料和方法

1.1 一般資料

前瞻性納入2020年3月1日—2021年6月1日江蘇大學附屬澳洋醫院104例惡性腫瘤患者。經醫院倫理委員會批準，所有患者均已簽署知情同意書。納入標準：① 患者原發惡性腫瘤均經病理學檢查證實；② 患者在雙能量CT檢查之前未接受抗腫瘤治療；③ 雙能量CT首診發現骨內高密度病變，且病變大小0.5～2.0 cm；④ 患者能順利完成雙能量CT掃描。排除標準：① 患者臨床或影像學資料不齊整；② 骨內高密度病變診斷不能完全明確。

1.2 診斷標準

成骨型轉移瘤：① CT表現為骨內高密度病變，邊緣不規則，常為棉絮樣密度；② MRI T1加權成像（T1-weighted imaging，T1WI）低信號、T2加權成像（T2-weighted imaging，T2WI）及短時反轉恢復（short time inversion recovery，STIR）序列不均勻高信號并可見強化或核素骨顯像異常攝?。虎?結合臨床、影像綜合隨訪觀察6個月以上，病變形態、大小或密度發生改變。

骨島：① CT表現為骨內類圓形高密度病變，界限清晰，常有“刷狀邊緣”樣外觀；② MRI所有序列表現為均勻低信號、病灶無強化或核素骨顯像無異常攝??；③ 結合臨床、影像綜合隨訪觀察6個月以上，病變形態、大小或密度無改變［12-14］。

1.3 設備與方法

采用德國Siemens公司的Somatom Definition Flash雙源CT掃描儀。掃描參數：A球管、B球管管電壓分別為100和140 kV，有效電流分別為250和483 mA。準直器寬度40×0.6 mm，螺距1.2，球管旋轉時間0.5 s/r。

圖像后處理：將雙能量CT圖像調入“Dual-Energy Rho/Z”后處理軟件進行圖像分析。由1名高年資放射科醫師（從事骨骼肌肉放射學診斷10年以上）對雙能量CT圖像進行測量并記錄病灶Z、Rho、DEI以及混合能量圖像的常規CT值（regular CT value，rCT）、標準差（standard deviation，SD）。該名放射科醫師對所有病灶診斷結果均不知情。測量時，以病灶中心最大層面2/3區域作為感興趣區（region of interest，ROI）進行勾畫（圖1、2），面積不小于0.5 cm2，盡量避開邊緣骨皮質。

圖1 典型病例1（患者，男性，70歲，肺腺癌，T4椎體骨型轉移瘤）CT圖像

圖2 典型病例2（患者，男性，72歲，膽管細胞癌，右恥骨上支骨島）CT圖像

1.4 統計學處理

采用SPSS 19.0軟件進行統計學分析。使用t檢驗比較成骨型轉移瘤和骨島各參數定量值之間差異性。P＜0.05為差異有統計學意義。采用受試者工作特征（receiver operating characteristic，ROC）曲線的曲線下面積（area under curve，AUC）比較各參數值對成骨型轉移瘤與骨島的鑒別診斷效能。

2 結 果

2.1 臨床資料

共127例惡性腫瘤患者，其中15例患者缺乏后續隨訪影像學資料、8例患者病變診斷不明確，均予以排除。最終，104例惡性腫瘤患者共計332個病灶納入研究，其中成骨型轉移瘤224個，骨島108個。

納入轉移瘤患者34例，確診成骨型轉移瘤病灶224個。男性15例，女性19例，年齡42～79歲，平均年齡（63.6±9.2）歲。患者原發腫瘤類型包括肺癌11例，乳腺癌11例，前列腺癌6例，直腸癌1例，結腸癌1例，胃癌1例，卵巢癌1例，鼻咽癌1例，膽管細胞癌1例。

納入骨島患者70例，病灶108個。男性47例，女性23例，年齡41～81歲，平均年齡為（66.9±8.8）歲?；颊咴l腫瘤類型包括結腸癌17例，胃癌15例，肺癌10例，直腸癌7例，乳腺癌7例，食管癌5例，腎癌2例，前列腺癌1例，肺滑膜肉瘤1例，胸壁黑色素瘤1例，胸腺癌1例，膽管細胞癌1例，膽囊癌1例，十二指腸癌1例。

2.2 定量參數比較

成骨型轉移瘤與骨島在雙能量CT圖像上測得的Z、Rho、DEI及rCT值均采用描述（表1）。成骨型轉移瘤在雙能量CT圖像上各參數平均值均低于骨島而SD值均高于骨島，且差異均有統計學意義（P＜0.001）。

表1 雙能量CT Rho/Z各參數、常規CT值差異性分析

2.3 診斷效能評估

ROC曲線分析結果顯示，Z閾值為11.9時AUC為0.917，靈敏度、特異度分別為90.2%、84.3%（圖3）；Rho閾值為556.1HU時AUC為0.889，靈敏度、特異度分別為94.2%、68.5%；DEI閾值為0.075時AUC為0.907，靈敏度、特異度為87.9%、84.3%；rCT閾值為770.8HU時AUC為0.886，靈敏度、特異度分別為76.3%、82.4%（表2）。

圖3 雙能量CT Rho/Z各參數、常規CT值對成骨型轉移瘤與骨島的鑒別診斷效能

表2 雙能量CT Rho/Z各參數、常規CT對成骨型轉移瘤與骨島的鑒別診斷效能

3 討 論

骨內高密度病灶既可以是良性，也可以是惡性，其中以成骨型轉移瘤與骨島最為常見。常規CT通常以病變位置、大小、形態等特征對成骨型轉移瘤與骨島進行鑒別診斷。前者常表現為棉團樣或象牙樣高密度病灶，鄰近皮質增厚；后者表現為圓形或橢圓形高密度病灶，邊界清晰，長軸與骨紋方向一致。然而，當這些病灶缺乏典型影像學表現或患者臨床病史不詳時，往往容易形成“異病同影”而混淆［15］。

雙能量CT多參數分析因其成像優勢，在骨骼肌肉系統中的應用越來越廣泛。既往文獻［8，11］報道，雙能量CT Rho/Z對鑒別物質成分具有較高準確度。目前應用主要包括胸腹部腫瘤鑒別及放射治療、結石分析、痛風等［16-19］，但在骨骼肌肉系統中的應用未見報道。本研究發現，成骨型轉移瘤在雙能量CT Rho/Z應用中Rho、Z、DEI平均值低于骨島而SD值高于骨島。我們認為，這主要是由成骨型轉移瘤與骨島在組織病理學上存在的差異所導致，兩者代表了骨內不同物質成分。成骨型轉移瘤是由于破骨細胞的激活促進腫瘤細胞不斷生長，最終導致骨質形成和成骨細胞增殖；而骨島被認為是骨質生長變異，是在軟骨內化骨過程中發生的發育異常所致［20］。此外，病變SD值反映與平均值的差異性，即反映物質成分均勻性。骨島是成熟的皮質骨沿著松質骨小梁生長，從而形成松質骨小梁、正常骨髓和皮質骨的混合物。相比之下，成骨型轉移瘤包含更不均一的腫瘤軟組織成分。因此，與骨島相比，成骨型轉移瘤具有更低的密度且SD值更高，這與Dong等［21］研究結果相一致。

ROC曲線結果顯示，雙能量CT中Z、Rho和DEI值對成骨型轉移瘤與骨島的鑒別診斷效能優于常規CT值，并且Z閾值為11.9時AUC值最大（0.917），相應靈敏度與特異度分別為90.2%、84.3%。我們認為，常規CT值作為單一客觀定量值反映物質密度大小，但其容易受到硬化偽影的影響，由于硬化效應的存在會使CT測量值產生偏倚，導致兩者之間難以進行鑒別診斷。Saito等［22］研究認為，CT值與物質的Rho、Z及DEI相關聯且存在一定線性關系，雙能量CT能利用高低不同能量減少硬化偽影的同時獲取與CT值相對應的多參數定量值，幫助放射科醫師進行更準確的數據分析。盡管如此，雙能量CT多參數成像對于骨內高密度病灶的鑒別診斷價值仍需進一步研究，并探討其定量值特性與MRI、ECT或PET/CT對惡性腫瘤患者骨內高密度病灶之間鑒別診斷的相關性［20］，這對惡性腫瘤患者成骨型轉移瘤的影像學研究具有重要意義。

本研究尚存在以下局限性：① 結合既往文獻［10，19］，由于無法對所有成骨型轉移瘤與骨島進行穿刺活檢，缺乏病理學金標準，所有病灶最終均結合臨床及影像隨訪確診；② 本研究樣本量較少，未來需要大樣本、多中心研究進一步證實；③ 不同病理學類型腫瘤患者的參數閾值可能會受到腫瘤代謝不同的影響，有待進一步研究。

綜上所述，雙能量CT Rho/Z能利用多參數成像為骨內局灶性高密度病變的鑒別診斷提供準確、客觀的評價，有助于放射科醫師更好地鑒別成骨型轉移瘤與骨島，為臨床決策治療及患者預后預測提供幫助。