光譜CT電子云密度圖結(jié)合CT表現(xiàn)鑒別急慢性椎體骨質(zhì)疏松性骨折

許東峰,麥春華*,朱凱幫,王文章,廖玉婷,王浩亞

(1.東莞市中醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像科,廣東 東莞 523000;2.飛利浦醫(yī)療臨床&技術(shù)支持部,廣東 廣州 510320)

椎體骨質(zhì)疏松性骨折(osteoporotic vertebral fracture, OVF)為老年椎體骨質(zhì)疏松癥的常見并發(fā)癥,嚴(yán)重影響患者生活質(zhì)量[1]。OVF分為急性和慢性,影像學(xué)均可見椎體變扁,而急性O(shè)VF椎體病理學(xué)上可出現(xiàn)水腫。MRI是鑒別急、慢性O(shè)VF的“金標(biāo)準(zhǔn)”,但檢查時(shí)間長、禁忌證較多[2]。近年來,能譜CT在肌肉骨骼系統(tǒng)診斷中的應(yīng)用越來越廣泛[3]。光譜CT是能譜CT的一種類型,又稱雙層探測器CT,其上層探測器接收低能光子、下層探測器接收高能光子;雙層探測器在單次掃描過程中分別接受高、低能數(shù)據(jù),具有“同源、同時(shí)、同向”掃描的特點(diǎn),能生成多種能譜圖像[4]。本研究觀察光譜CT電子云密度圖(electron density map, EDM)結(jié)合CT表現(xiàn)鑒別急、慢性O(shè)VF的價(jià)值。

1 資料與方法

1.1 研究對象 回顧性收集2021年5月—2022年4月于東莞市中醫(yī)院接受胸椎和/或腰椎CT掃描的48例同時(shí)存在急、慢性O(shè)VF患者,男4例、女44例,年齡56～92歲、平均(73.3±7.9)歲;共納入110個(gè)骨折椎體,包括53個(gè)急性O(shè)VF(急性組)及57個(gè)慢性O(shè)VF椎體(慢性組)。納入標(biāo)準(zhǔn):①患者因站立跌倒或無誘因腰痛入院;②骨密度檢查提示椎體骨質(zhì)疏松;③胸椎和/或腰椎MRI顯示椎體壓縮變扁、骨質(zhì)信號(hào)不連續(xù),并可見水腫信號(hào),符合急性O(shè)VF診斷標(biāo)準(zhǔn)[5];或椎體壓縮變扁但無水腫信號(hào),符合慢性O(shè)VF診斷標(biāo)準(zhǔn)[5]。排除標(biāo)準(zhǔn):①高處墜落傷致爆裂性骨折;②腫瘤致病理性骨折;③合并其他代謝性疾病。本研究經(jīng)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)[倫審(研)PJ【2021】14號(hào)]。檢查前患者及家屬均簽署知情同意書。

1.2 儀器與方法 于MR檢查前后3天內(nèi)采用Philips IQon spectral CT機(jī)行胸椎和/或腰椎光譜CT檢查,根據(jù)病情確定掃描范圍,參數(shù):管電壓120 kVp,曝光量300 mAs,FOV 500 cm,矩陣512×512,重建層厚及層間距均為1 mm。掃描結(jié)束后重建能譜CT數(shù)據(jù)包。

1.3 光譜CT定量分析 由2名具有5年和10年工作經(jīng)驗(yàn)的影像科主治醫(yī)師采用雙盲法于Philips ISP工作站打開能譜CT數(shù)據(jù)包,避開骨皮質(zhì)、氣體及椎靜脈,分別于脊柱正中矢狀位常規(guī)120 kVp混合能量圖像(polyenergetic image, PI)(即常規(guī)CT)、40 keV低能級虛擬單能量圖像(virtual monoenergetic image, VMI),以及70 keV中能級VMI和100 keV高能級VMI中勾畫急、慢性骨折椎體的ROI,測量其CT值,并于有效原子序數(shù)(effective atomic number, Z-eff)圖及EDM中測量Z-eff及電子云密度(electron density, ED);在同一窗口切換PI、VMI、Z-eff及ED模式,確保ROI大小及位置不變。見圖1、2。

圖1 患者女,70歲, L2急性、L5慢性O(shè)VF A.腰椎脂肪抑制T2WI示L2水腫信號(hào)(長箭),L5未見明顯水腫信號(hào)(短箭); B～F.腰椎矢狀位不同層面PI骨窗圖示L2前后徑增大,前緣骨皮質(zhì)皺褶,上終板中斷,椎體密度增高,并見氣體影 (紅、綠色分別為急、慢OVF的ROI)

圖2 患者女,80歲, T12急性、L3慢性O(shè)VF A.胸腰椎矢狀位脂肪抑制T2WI示T12水腫信號(hào)(紅箭),L3無水腫信號(hào)(黃箭); B～E.胸腰椎矢狀位PI(B)、40 keV VMI(C)、70 keV VMI(D)、100 keV VMI(E)均示T12密度較L3增高; F.Z-eff圖見T12內(nèi)藍(lán)色陰影區(qū)域大于L3; G.EDM示T12內(nèi)白色陰影區(qū)域大于L3

1.4 CT表現(xiàn) 由上述2名醫(yī)師分別閱讀110個(gè)骨折椎體的常規(guī)CT圖像,觀察有無終板中斷征、骨皮質(zhì)皺褶、椎體密度增高、椎體內(nèi)氣體影及椎體前后徑增大(圖1);采用Genant法評估椎體壓縮程度,針對相同椎體壓縮最明顯處高度與椎體后緣高度的比值的百分?jǐn)?shù)進(jìn)行判斷,若全椎體壓縮,則取壓縮最明顯處高度與相鄰上一椎體后緣高度的比值的百分?jǐn)?shù),以<20%為0度、20%～25%為Ⅰ度、>25%且≤40%為Ⅱ度、>40%為Ⅲ度壓縮。2名醫(yī)師意見不一時(shí),經(jīng)討論達(dá)成一致。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析 采用SPSS 26.0統(tǒng)計(jì)分析軟件。以中位數(shù)(上下四分位數(shù))表示計(jì)量資料,以Shapiro-Wilk檢驗(yàn)評估其正態(tài)性并行秩和檢驗(yàn)。采用χ2檢驗(yàn)或Fisher精確概率法比較計(jì)數(shù)資料。將組間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的能譜CT定量參數(shù)及CT表現(xiàn)及納入二分類logistic回歸分析,篩選鑒別急、慢性O(shè)VF的獨(dú)立危險(xiǎn)因素并建立聯(lián)合模型。繪制受試者工作特征(receiver operating characteristic, ROC)曲線,計(jì)算曲線下面積(area under the curve, AUC),評價(jià)單一獨(dú)立危險(xiǎn)因素及聯(lián)合模型鑒別急、慢性O(shè)VF的效能,以DeLong檢驗(yàn)比較其AUC;P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 光譜CT定量參數(shù) 急、慢性O(shè)VF椎體能譜CT定量參數(shù)差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均<0.05)。見表1。

2.2 CT表現(xiàn) 相比慢性O(shè)VF,急性O(shè)VF更易出現(xiàn)終板中斷征、骨皮質(zhì)皺褶、椎體密度增高及椎體內(nèi)氣體影,且椎體壓縮程度多數(shù)為0及Ⅰ度(P均<0.05);組間椎體前后徑增大與否差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.902)。見表2。

表2 110個(gè)急、慢性O(shè)VF椎體CT表現(xiàn)比較(個(gè))

2.3 logistic回歸分析 CTPI(OR=0.855)、ED(OR=16.432)、骨皮質(zhì)皺褶(OR=0.038)及椎體密度增高(OR=0.025)均為急性O(shè)VF的獨(dú)立危險(xiǎn)因素(P均<0.05,表3),以之構(gòu)建的聯(lián)合模型為logisitc(P)=-257.022-1.57×CTPI+2.799×ED-3.264×骨皮質(zhì)皺褶-3.697×椎體密度增高。

表3 logistic回歸分析篩選急、慢性O(shè)VF的獨(dú)立危險(xiǎn)因素

2.4 ROC曲線分析 以單一CTPI、ED、骨皮質(zhì)皺褶及椎體密度增高鑒別急慢性O(shè)VF的AUC分別為0.870、0.889、0.879及0.866;聯(lián)合模型的AUC為0.977,高于各單一獨(dú)立危險(xiǎn)因子(Z=3.47、3.73、2.95、2.71,P均<0.05),其診斷敏感度為98.11%,特異度為94.74%。見圖3及表4。

表4 各單一獨(dú)立危險(xiǎn)因素及聯(lián)合模型鑒別急、慢性O(shè)VF的效能

圖3 各單一獨(dú)立危險(xiǎn)因素及聯(lián)合模型鑒別急、慢性O(shè)VF的ROC曲線

3 討論

光譜CT EDM指利用康普頓散射和光電散射的能譜數(shù)據(jù)重建所獲圖像,ED在其中代表相對于水的標(biāo)準(zhǔn)化電子云密度值[6],常用于制訂放射治療計(jì)劃時(shí)計(jì)算輻射劑量[7],而在其他方面的應(yīng)用尚少。YAMAMOTO等[8]基于EDM行CT引導(dǎo)下骨轉(zhuǎn)移瘤穿刺活檢,發(fā)現(xiàn)腫瘤區(qū)域ED高于非瘤骨組織。邱建升等[9]發(fā)現(xiàn)肺惡性結(jié)節(jié)ED高于肺良性結(jié)節(jié),認(rèn)為EDM可用于鑒別肺良、惡性結(jié)節(jié)。

能譜CT鈣抑制技術(shù)能反映骨髓水腫,可用于鑒別急、慢性O(shè)VF[10-12]。CT顯示椎體內(nèi)橫行致密帶可用于區(qū)分急、慢性O(shè)VF[13]。急性O(shè)VF病理改變包括骨小梁骨折、嵌插,CT表現(xiàn)為密度增高,矢狀位CT可見椎體內(nèi)橫行致密帶;慢性O(shè)VF骨小梁已發(fā)生重塑,故CT無橫行致密帶[13];而急性骨折椎體內(nèi)發(fā)生的骨髓水腫、滲出和微出血也可致椎體密度增高。WANG等[14]指出,急性O(shè)VF椎體CT值高于正常椎體,而慢性O(shè)VF椎體CT值與正常椎體相近。本研究發(fā)現(xiàn),相比慢性O(shè)VF,急性O(shè)VF椎體CT值更高,與既往研究[14]結(jié)果一致;急性O(shè)VF椎體ED高于慢性O(shè)VF,原因可能在于急性O(shè)VF椎體內(nèi)的骨髓水腫、滲出致單位體素內(nèi)電子密度增高,表現(xiàn)為ED值增高,亦提示ED及CT值均有利于鑒別急、慢性O(shè)VF。

常規(guī)CT顯示急性O(shè)VF水腫表現(xiàn)雖不如MRI敏感,但檢出椎體骨折線及骨碎片移位效果甚佳,對于評估細(xì)微皮質(zhì)骨折尤其具有優(yōu)勢[15]。骨質(zhì)疏松性骨折可無明確外傷史,多為直立跌倒、搬抬重物或腰部扭傷等低能量損傷所致,導(dǎo)致急性O(shè)VF骨碎片移位小、骨折線不明顯,多表現(xiàn)為骨皮質(zhì)皺褶,椎體前緣或后緣向外不規(guī)則凸起或凹陷,而慢性骨折多經(jīng)過修復(fù)愈合而無上述征象。本研究急性組椎體骨皮質(zhì)皺褶發(fā)生率為79.25%(42/53),明顯高于慢性組(2/57,3.51%)。

本研究經(jīng)logistic回歸分析篩選出CTPI、ED、椎體骨皮質(zhì)皺褶及椎體密度增高均為鑒別急慢性O(shè)VF的獨(dú)立危險(xiǎn)因素,其AUC分別為0.879、0.866、0.870及0.889;而四者聯(lián)合診斷的AUC達(dá)0.977,高于各單一獨(dú)立危險(xiǎn)因素,表明EDM聯(lián)合CT表現(xiàn)對鑒別急、慢性O(shè)VF具有重要價(jià)值。

綜上所述,光譜CT EDM聯(lián)合CT表現(xiàn)能有效鑒別急、慢性O(shè)VF,為臨床治療決策提供依據(jù)。但本研究樣本量較小,且納入患者多為女性,有待行大樣本、多中心研究進(jìn)一步觀察。

利益沖突:全體作者聲明無利益沖突。

作者貢獻(xiàn):許東峰研究實(shí)施、撰寫論文、統(tǒng)計(jì)分析;麥春華指導(dǎo)、研究設(shè)計(jì)、審閱文章;朱凱幫圖像分析、數(shù)據(jù)分析;王文章圖像處理;廖玉婷修改文章;王浩亞負(fù)責(zé)圖像處理。