雙能量CT不同卷積函數對足踝關節尿酸單鈉晶體沉積檢測的影響

王萍，黃佳珊，王澤，張玉娟，龔沈初，王林

江蘇省南通市第一人民醫院/南通大學第二附屬醫院 影像科，江蘇 南通 226001

引言

痛風是由于嘌呤代謝障礙、尿酸排泄減少、血尿酸（Serum Uric Acid，SUA）持續升高而導致尿酸單鈉晶體（Monosodium Urate Crystal，MSU）析出并沉積于組織器官而引起的一組臨床綜合征，其中MSU又稱“痛風石”，主要臨床表現包括反復發作的關節腫痛、出現痛風石等[1]。據統計，目前中國成人痛風總體患病率約1.1%，且呈逐年上升趨勢[2]。雙能量CT（Dual-Energy CT，DECT）作為無創檢查手段，對痛風診斷具有較高的敏感性與特異性[3]，《美國風濕病學會/歐洲抗風濕病聯盟痛風分類標準（2015版）》[4]已將其作為痛風的診斷標準之一。既往研究表明，CT掃描條件與后處理參數可影響DECT痛風檢測的準確性；而圖像重建參數，如重建方法濾波反投影法（Filtered-Back Projection，FBP）、正弦圖確定迭代算法（Sinogram-Affirmed Iterative Reconstruction，SAFIRE）、卷積函數（kernel）方面，盡管有學者認為圖像重建參數也是影響痛風檢測的重要因素，但并未對其進行系統研究[5-7]。本研究主要比較不同重建方法與卷積函數對足踝部MSU檢測的影響，以期為臨床準確診斷、評估痛風提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 一般資料

前瞻性連續選取2020年5月至7月于我院臨床診斷為痛風的76例住院患者的足踝部CT影像。納入標準：① 臨床確診為痛風；② 完成足踝DECT痛風檢測和超聲檢查。排除標準：足踝部外傷、感染、關節退變明顯或骨關節炎患者。檢測所有入組患者的SUA水平，并記錄患者一般資料。經篩選，最終共22例患者納入本研究，其中男16例、女6例，年齡18～74歲，平均年齡（46.18±17.09）歲，平均SUA為（509.00±104.00） μmol/L，平均病程（26.94±6.00）個月。本組病例CT檢查的容積CT劑量指數（Volume CT Dose Index，CTDIvol）為（3.44±0.15）mGy。本研究經南通市第一人民醫院醫學倫理委員會批準（2020KT101），所有患者均自愿簽署知情同意書。

1.2 超聲檢查

由1名具有10年骨肌超聲診斷經驗的醫師（醫師A）對所有入組患者行雙側足踝部超聲檢查（飛利浦EPIQ 7，探頭eL18-4，頻率66 Hz），如出現典型的“雙輪廓”征、“暴雪”征則認為存在MSU沉積[8]。參照Strobl等[7]研究，以超聲結果作為是否存在MSU沉積的參考標準。

1.3 CT掃描

使用西門子SOMATOM Definition Flash雙源CT行足踝部掃描。患者取平臥位，足先進，足尖向上輕度內旋，給予拘束帶固定。掃描范圍自足底至下脛腓聯合上緣水平。A、B球管管電壓分別為80 kV、Sn 140 kV，參考球管電流依次為100 mAs、50 mAs，準直0.6 mm，螺距因子0.7 mm，使用CARE Dose 4D管電流自動調制技術。分別在SAFIRE（強度3）和FBP模式下，按8組不同kernels重建薄層軟組織窗圖像（SAFIRE模式下：Q30、Q34、Q40；FBP模式下：D24f、D30f、D34f、D36f、D40f），重建層厚、層間距均為1.0 mm，將重建圖像傳入后處理工作站（Syngo Via，版本VB10）。

1.4 CT后處理

使用后處理工作站中Dual-Energy Gout軟件包對所有圖像進行處理，重建軸位偽彩圖像（層厚、層間距均為3 mm）及容積再現技術（Volume Rendering Technique，VRT）圖像。重建參數如下：Resolution=4，Minimum=150 HU，Iodine Ratio=1.36，Air Distance=5。由 1名具有 5年（醫師B）和1名具有10年以上（醫師C）骨肌系統影像診斷經驗的醫師分別對不同kernels的后處理圖像進行評估：以超聲結果作為參考標準，分別獨立對DECT圖像中MSU偽影數量及導致偽影的原因進行評估，意見不一致時進行協商，協商一致后記錄偽影數量（偽影數量百分比=觀測到的偽影數/MSU總數×100%，其中MSU總數為MSU晶體數與偽影數之和）、部位，并在后處理軟件中剔除偽影部分，記錄MSU數量與軟件自動測得的MSU總體積。參照VRT圖像，在軸位圖像MSU最大層面，沿MSU邊緣手工勾勒感興趣區（Region of Interest，ROI）如圖1所示，測量其CT值和標準差（Standard Deviation，SD），測量兩次取平均值，以SD作為圖像的背景噪聲[8]，計算信噪比（Signal to Noise Ratio，SNR）；如MSU未顯示，則該值空缺。同時記錄CTDIvol。

圖1 痛風患者DECT檢測右足橫斷面偽彩圖像（SAFIRE3 Q30重建）

1.5 統計學分析

使用SPSS 22.0軟件進行數據分析。數據符合正態分布表示為±s，不符合正態分布表示為M（Q1，Q3），分別使用方差分析或秩變換檢驗比較不同kernels下MSU體積和數量、偽影數量、SD、SNR的差異，兩兩比較采用LSD法。使用Kruskal-Wallis檢驗比較不同kernels下偽影分布的差異。使用Spearman檢驗分別比較偽影數量、MSU體積和數量與SUA水平、病程的相關性以及偽影數量、MSU體積和數量與SNR間的相關性，以P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 痛風檢測結果

超聲檢查顯示22例患者均出現MSU晶體沉積，其中6例沉積于左側足踝、4例沉積于右側足踝、12例雙側足踝均可見MSU晶體沉積；共17個跖趾關節、13處足底肌腱/韌帶、1處跟腱、10個跖跗關節、7處踝關節周圍韌帶/肌腱或肌肉內可見MSU沉積。以超聲結果作為參考標準，DECT圖像SAFIRE3 Q34和FBP D24f、FBP D34f重建模式下，22例患者均可見MSU晶體沉積，沉積部位與超聲所見一致；在FBP D30f、D36f、D40f和SAFIRE3 Q30、Q40模式下，依次有 3、5、1、6、3例患者未見MSU晶體沉積（圖2）。

2.2 不同kernels下痛風檢測圖像結果分析

不同kernels下測得的MSU體積、MSU數量、偽影數量、SD和SNR結果如表1所示。方差分析結果顯示，不同kernels下測得的MSU數量、SD值無統計學差異（P＞0.05）；而MSU總體積、偽影數量、SNR的差異有統計學意義（P＜0.05）。進一步的兩兩比較結果顯示，SAFIRE3 Q34模式下，DECT痛風檢測圖像的SNR與FBP D24f比較，差異無統計學意義（P=0.099），但優于FBP D34f（P=0.011）；SAFIRE3 Q34的MSU偽影數量少于FBP D24f、FBP D34f（P值均＜0.05）。

表1 不同卷積函數重建圖像各觀測指標匯總

2.3 MSU偽影分布

所有kernels下DECT圖像均存在不同程度的MSU偽影，其數量和位置分布如表2和圖3所示，MSU偽影以韌帶/肌腱、甲床、肌肉內較為多見。不同kernels下重建圖像的皮膚表面偽影、韌帶/肌腱偽影和肌肉內偽影數量存在統計學差異（H=17.545、68.245、42.841，P=0.014、＜0.001、＜0.001），進一步兩兩比較結果顯示，SAFIRE3 Q34模式下肌肉內偽影、韌帶/肌腱偽影數量與FBP D24f相當（校正后的P=0.093、1.000），且少于FBP D34f（校正后的P=0.004、＜0.001）；三者皮膚表面偽影數量無顯著差異（校正后的P值范圍：0.589～1）。

圖3 痛風患者雙側足踝DECT檢測VRT圖像

表2 不同卷積函數下DECT足踝部痛風檢測偽影分布（個）

2.4 MSU體積、數量、偽影的相關性分析

本組病例的偽影數量、MSU體積、MSU數量與血SUA水平、病程時間未見明確相關性（r=-0.177、-0.237、-0.335，P=0.431、0.289、0.127；r=0.152、0.058、0.053，P=0.498、0.798、0.816）；偽影數量與SNR呈負相關（r=-0.157，P=0.049），而MSU體積、MSU數量與SNR間未見明顯相關關系（r=0.008、-0.028，P=0.917、0.732）。

3 討論

偏光鏡下顯示關節液中MSU晶體是診斷痛風的“金標準”，但該檢查為有創檢查，且存在一定的假陰性結果[9]，因此臨床多采用ACR/EULAR痛風循證建議推薦的評分標準[4,10-12]進行診斷。DECT和超聲顯示MSU晶體沉積是其重要的評分內容[4,11-12]。DECT使用兩種不同能量的X線進行掃描，利用組織密度不同進行物質衰減差異分析，并通過圖像后處理顯示MSU沉積，其診斷痛風的敏感性為78%～100%、特異性為89%～100%[10]。

然而，DECT顯示MSU晶體沉積也存在誤判，一方面可因掃描或后處理參數設置不當產生偽影[8]，影響MSU體積測量的準確性；另一方面則存在因未能顯示痛風石而導致漏診的潛在風險[13-15]。近年來，已有DECT掃描、后處理參數等對MSU檢測影響的研究報道：Jeon等[5]認為相對于80/140 kV球管電壓而言，使用80/Sn150 kV球管電壓有助于減少MSU偽影；Kotlyarov等[6]比較了單源DECT設置不同球管電流對痛風檢測的影響，認為球管電流比在2～4之間為宜；Strobl等[7]建議將Gout后處理軟件中痛風石閾值下限從150 HU調整為120 HU有助于MSU晶體的顯示，且測得痛風石體積更加準確。

盡管Mallinson等[16]認為卷積函數可能是影響DECT痛風檢測結果的重要因素之一，但未對其做進一步研究。使用西門子Flash DECT行痛風檢測時，可供選擇的kernels包括D系列（不使用迭代的FBP重建）、I系列（雙能量掃描使用迭代重建）和Q系列（雙能量掃描SAFIRE迭代重建定量測量）等，kernel字母后的不同數字表示不同的分辨率和銳利度[17]。合適的卷積函數與重建方法應盡量避免MSU漏診、抑制偽影、提高圖像質量。本研究中，盡管不同kernels下DECT檢出的MSU數量無統計學差異（P=0.636），但除 SAFIRE3 Q34和 FBP D24f、FBP D34f外，其余kernels下均有部分病例未能檢出MSU晶體沉積，存在漏診的風險。同時，不同kernels會顯著影響痛風石體積的定量測量（P=0.016），因臨床實際中很難在病理下測量全部MSU晶體的真實體積，故本研究未進一步比較何種kernel下測得的MSU體積更準確。本研究結果表明，在臨床療效評估或病情監測中，應選擇同一kernel完成DECT檢查，避免對痛風石定量測量的影響。

MSU偽影一直是影響DECT痛風檢測準確性的重要因素[18]。不少學者已對偽影的類型進行歸納，提出相應的解決方法[14,16,18]，但實際效果有待進一步驗證。在臨床工作中，對偽影的鑒別仍主要依靠閱片者的經驗，本研究參照Strobl等[7]的方法，選擇超聲作為顯示痛風石的參考標準以盡可能的鑒別偽影。本研究結果顯示，在所有kernels下均可見不同數量的MSU偽影，且以韌帶/肌腱、甲床、肌肉內偽影多見，與既往研究結果一致[14,16,19]；偽影數量與SNR呈負相關。在抑制背景噪聲、提高圖像質量方面，SAFIRE迭代算法理論上比傳統的FBP法更具優勢。相對于FBP D34f，SAFIRE3 Q34的SNR更高，且MSU偽影總數少于FBP D24f、FBP D34f；在韌帶/肌腱、肌肉內等偽影常見部位，SAFIRE3 Q34的偽影數量亦小于FBP D34f。

本研究的創新性包括以下幾點：① 提出適用于西門子Flash CT痛風檢測的重建參數：SAFIRE3 Q34；② 不同kernels對痛風石數量無影響，但對痛風石體積、偽影數量等有影響，因此在需要對痛風石進行定量測量的應用場景（如療效評估、病情監測等），前后數次DECT檢測應選擇同一kernel進行；③ 不同kernels對足踝部分MSU偽影的位置分布有影響；④ 痛風石體積、數量及MSU偽影數量與SUA、病程無明顯相關性。同時，本研究也存在以下不足：① 本研究為單中心研究，樣本量較小；② 研究僅在單一品牌型號的CT掃描儀上進行，且并未涵蓋所有的卷積函數；③ 研究對象為臨床診斷痛風患者，未采用痛風診斷金標準，而以超聲作為顯示MSU沉積的參考標準，超聲檢查依賴于操作者的經驗和技術水平，可能對研究結果產生影響；④ 盡管引入兩名影像診斷醫師，且以超聲結果作為參照，對MSU偽影的辨識仍不可避免地存在主觀因素，近年來有學者提出即使存在于甲床等部位的偽彩陽性亦不能簡單地判定為偽影[20]，故對MSU偽影的鑒別仍值得持續關注。

4 結論

本研究分析了不同卷積函數重建圖像對DECT痛風檢測的影響，結果表明應用西門子DECT（Flash）的SAFIRE3 Q34進行重建圖像可以準確顯示痛風石，并減少偽影干擾、提高圖像質量。