能譜CT 物質分離技術檢測腰椎外傷性骨髓水腫的應用價值

白巖 李素文 賈慧娟 魏里 高青

骨髓水腫是以骨基質中含水增加、炎性細胞浸潤為主要表現的一種征象，是非特異性的，通常發生于外傷后或與一些疾病造成骨基質生物力學改變有關。骨髓水腫在磁共振中很容易識別，在脂肪抑制序列中呈高信號[1，2]。骨髓水腫表明潛在的骨微細結構的損傷，常規的CT 可清晰顯示骨皮質斷裂，但難以顯示骨髓損傷或骨髓水腫情況。磁共振成像可以清晰顯示骨髓水腫情況，是臨床診斷金標準，但其掃描時間長，不太適合于急重癥患者的檢查。能譜CT 不僅可以提供解剖學檢查，還可以提供功能學檢查[3～5]。本研究旨在探討能譜CT 物質分離技術對急性腰椎外傷患者骨髓水腫的評價價值，為臨床做出快速準確的診斷提供有效的影像學檢查方法。

1 材料與方法

1.1 研究對象回顧性分析2021 年1～6 月我院收治的32 例患者的臨床資料，其中男18 例，女14 例，年齡18～75 歲，平均（52.2±12.3）歲，所有患者均在受傷2 周內行GE revolution CT 腰椎寬體能譜掃描和MRI 檢查。納入標準：急癥外傷能堅持完成腰椎掃描者。排除標準：18 歲以下、孕婦、有生命危險的重癥患者、有MRI 檢查禁忌者。本研究經醫院醫學倫理委員會審核，患者簽署知情同意書。

1.2 研究方法Revolution CT 掃描參數：探測器80×0.625mm，管電壓：80～140Kvp 瞬切模式，管電流195mAs，噪聲指數：8，螺距：0.508:1，球管旋轉0.5s/ 圈，前置：50%ASiR-V，層厚：0.625mm，層間距：0.625mm。飛利浦1.5TMRI 技術參數：應用Sense Sipne-15 脊柱線圈，掃描序列包括：矢狀位TSE-T1WI，TR 304ms，TE 5ms；矢狀位TSE-T2WI，TR2500ms，TE 97ms；矢狀位脂肪抑制SPAIRT2WI，TR 3 000ms，TE 90ms。層厚均為4mm，層間距0.4mm，矩陣312。掃描完成后所有數據傳至GE ADW4.7 工作站，圖像后處理包括：55KeV 單能量圖、水-羥基磷灰石（Water/HAP）圖、散點圖、偽彩圖、55KeV 與原子序數融合圖。

1.3 數據獲取由2 名骨肌組副主任醫師共同分析椎體MRI 圖像，判斷脊柱骨髓水腫情況，記錄椎體有無水腫。另外2 名骨肌組副主任醫師為觀察者1 和觀察者2，分別對水-羥基磷灰石（Water/HAP）圖像進行分析，判斷是否存在骨髓水腫，同時測量骨質損傷區域及正常區域水物質密度值。感興趣區（Region of interest，ROI）分別放置在Water/HAP 圖骨髓水腫區域中央，以及正常區域中央，ROI 面積=20mm2，避開骨皮質下2mm 以內及有明顯骨質硬化或骨質嵌插的區域。

1.4 統計學分析統計學分析在IBM SPSS 22.0 及MedCalc 13.0 上完成。計數的連續資料以均數±標準差表示。分類資料以頻數及構成比表示。圖像一致性評價使用加權Kappa 檢驗。在Water/HAP圖上水腫區和相鄰正常椎體進行配對t檢驗進行統計學分析。以MR 檢查出的水腫為參考標準，進行Kappa 檢驗比較分析觀察者間評分的一致性，采用組間一致性分析（ICC）及Bland-Altman 散點圖評價Water/HAP 分解圖對骨髓水腫診斷的一致性，P＜0.05 為差異有統計學 意義，ICC ≥0.75 為診斷一致性好，0.40＜ICC＜0.75 為診斷一致性較好，ICC ≤0.40 為一致性差。計算敏感性、特異性、準確度。應用受試者特征曲線（Receiver operation characteristic，ROC）分析能譜CT 水-羥基磷灰石（Water/HAP）圖椎體水物質密度值在椎體骨髓水腫診斷中的效能。

2 結果

32 例患者中，CT 檢出骨髓水腫30 例，磁共振檢出骨髓水腫32 例，觀察者間具有很好的一致性（Kappa=0.81）。Water/HAP 圖定量分析骨髓水腫在不同觀察者之間ICC=0.965，兩名觀察者測量水物質密度值的Bland-Altman 散點圖見圖1，二者間有效好的一致性。能譜CT 顯示骨髓水腫敏感性為96.7%，特異性為90.0%，準確性為93.5%。腰椎骨髓水腫區水物質密度值（1 020.11±29.57）mg/cm3，相鄰正常椎體水物質密度值（976.34±24.96）mg/cm3，差異有統計學意義（t=9.29，P＜0.001）（見圖2）。ROC 曲線顯示，Water/HAP 分離圖像中椎體水物質密度值診斷骨髓水腫最佳臨界值1 008.79mg/cm3，曲線下面積（AUC）為0.968（95%CI：0.875～0.997），約登指數為0.867，Z=20.79，敏感性96.67%（95%CI：82.8%～99.9%），特異性90.0%（95%CI：68.3%～98.8%）（見圖3）。單能量55KeV 圖像可以清晰顯示骨皮質斷裂及骨小梁的改變壓縮骨折；Water/HAP 圖、偽彩圖、55KeV 與原子序數融合圖相結合可以清晰顯示外傷后椎體水腫區范圍，更加直觀；散點圖、直方圖能夠較好地量化顯示水腫區與正常椎體的含水分布（見圖4、圖5）。

圖1 兩名觀察者測量水物質密度值的Bland-Altman 散點圖

圖2 椎體含水密度的比較

圖3 Water/HAP 分離圖像中椎體水物質密度值診斷骨髓水腫的ROC 曲線圖

圖4 患者1 的相關圖像

圖5 患者2 的相關圖像

3 討論

骨髓水腫是一種非特異病理表現，由于外傷或長期應力導致骨小梁間隙增寬，發生細微骨折，隨后出現組織間隙含水增加，局限性或彌漫性出血、充血等，在MRI 診斷中病變區與軟組織水腫的影像學表現相似。它形成的原因分為原發和繼發，原發性即骨髓水腫綜合征；繼發性的原因包括外傷、感染、腫瘤、骨性關節炎。MRI 在診斷骨髓水腫方面具有優勢，是診斷骨髓水腫的金標準，對于早期骨髓水腫的檢出有極高的敏感度[6～9]。但是MRI 的檢查費用高，患者掃描時間長，并且存在一定的檢查禁忌，如有金屬植入物、起搏器、幽閉恐懼、躁動等。CT 的優勢在于掃描快速及能檢出微小骨折，并且可直觀顯示椎體，適用于急重癥患者的檢查，但普通CT 難以顯示椎體骨髓水腫。

自從能譜CT 出現后，可以通過高低兩組電壓數據進行解析，得到更多參數，并提供更全面的臨床診斷細節。任何物質都能夠通過兩種物質衰減曲線產生衰減效應來表達，經過高低電壓掃描的X線衰減圖像可以表達為兩種物質的密度圖，這個過程稱為物質分離，分離后的物質密度圖像中每一個體素反映相應物質密度信息。目前在骨組織能譜成像中常用的物質配對：水鈣圖（Water/Ca）：通過識別并去除組織中骨鈣成分衰減，特異性地顯示水的衰減。水-羥基磷灰石圖（Water/HAP）：近年來提出的物質配對，椎體中骨成分主要是羥基磷灰石（HAP），去除羥基磷灰石比去除鈣質更能將骨質去得徹底，圖像質量也更穩定。Pache 等[10]發現去鈣圖像可顯示骨髓病變，用于評價膝關節和踝關節的骨髓損失。Bierry 等[11]研究顯示去鈣圖像能夠準確評價椎體骨髓水腫。Pan 等[12]認為水-羥基磷灰石作為物質配對，與水鈣基物質配對相比，更接近椎體物質真實成分。本研究對主觀評價的分析顯示，Water/HAP 對外傷性骨髓水腫具有較高的準確性，尤其是具有很高的陰性預測值，提示能譜CT 是一種排除椎體骨髓損傷的可靠方法。本研究以MRI 為金標準，能譜物質分離能夠定性和定量分析發現診斷椎體壓縮骨折急性壓縮骨折相對水含量（1 020.11±29.57）mg/cm3，高于正常椎體的（976.34±24.96）mg/cm3，因此也可以作為今后骨折程度的鑒別。通過應用單源能譜瞬切技術掃描外傷后腰椎顯示55KeV 單能圖像、Water/HAP圖、散點圖、偽彩圖、55KeV 與原子序數融合圖相結合能夠較好地顯示骨折及骨折周圍水腫區。其中55KeV 單能圖像對于細微骨皮質的斷裂及骨小梁的紊亂顯示較好，Water/HAP 圖、偽彩圖及融合單能與原子序數圖能夠較好地識別骨髓水腫，散點圖可以量化水腫區的水物質密度值。外傷腰椎椎體骨髓水腫區ROC 曲線顯示當含水量臨界值為1 008.79 mg/cm3時，AUC 為0.968（95%CI：0.875～0.997），敏感性96.67%（95%CI：82.8%～99.9%），特異性90.0%（95%CI：68.3%～98.8%），結果與Akisato 等[13]敏感性83%相一致。

物質分離的偽彩融合圖視覺特異性高于定量分析，這對于急診診斷是一種簡易而高效的方式，但是最終圖像分析的解讀還是依賴診斷醫師的經驗，經驗越豐富的醫師診斷準確性越高。定量分析由于掃描、設備差異、后處理技術一致性、患者自身等多種因素致使診斷存在差異[14，15]。本研究的局限性：①本研究樣本量偏少，不同年齡及不同病變狀態下的椎體含水情況是不同的，應在未來的研究中將年齡因素及病變狀態考慮進去。②不同椎體紅黃骨髓比例不同，胸椎紅骨髓較腰椎多，也可以尋找更合適的物質配對降低紅骨髓對骨髓成像的影響。

總之，能譜CT 物質分離圖像對急性外傷性椎體骨髓水腫具有較高的診斷準確性，為臨床診斷骨髓水腫提供了一種新的多參數影像檢查方法。