何緒成 葉 菊 周閃閃 韓文娟 陳曉霞 王貴生

中國(guó)人民解放軍總醫(yī)院第三醫(yī)學(xué)中心放射診斷科 (北京 100039)

踝關(guān)節(jié)是人體重要的負(fù)重關(guān)節(jié)，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在急性創(chuàng)傷背景下往往會(huì)發(fā)生骨髓水腫(bone marrow edema，BME)，目前MRI是公認(rèn)的診斷BME的“金標(biāo)準(zhǔn)”[1-4],然而踝關(guān)節(jié)處創(chuàng)傷患者在急性環(huán)境下往往接受CT而非MRI成像，對(duì)于幽閉恐懼癥等MRI禁忌證患者，也只能選擇CT檢查。相對(duì)于MRI，傳統(tǒng)CT對(duì)骨骼，尤其骨髓及軟組織病變的診斷價(jià)值有限，隨著雙能CT技術(shù)的進(jìn)步，提高了CT根據(jù)材料分解來(lái)定性和區(qū)分各種身體物質(zhì)的能力，迎來(lái)了骨髓可視化的新方法[5]，目前國(guó)外一些學(xué)者采用雙能量計(jì)算機(jī)斷層成像(dual energy computed tomographic，DECT)檢測(cè)脊柱和髖關(guān)節(jié)等處的BME并取得了不錯(cuò)的效果，但對(duì)踝關(guān)節(jié)處急性創(chuàng)傷背景下的BME鮮有報(bào)道[6-7]。因此，本研究利用DECT的Liver VNC軟件三材料分解法生成虛擬去鈣(virtual noncalcium，VNCa)圖像，并與MRI結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，探討DECT在踝關(guān)節(jié)處急性創(chuàng)傷背景下診斷BME的價(jià)值。

1 資料與方法

1.1 一般資料 本研究獲得本院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)。收集我院2018年1月至2019年10月來(lái)診的踝關(guān)節(jié)急性創(chuàng)傷患者63例，其中男性48例，女性15例，平均年齡(28.5±3.2)歲。納入標(biāo)準(zhǔn)：年齡18～60周歲；外傷后24h內(nèi)來(lái)診；一年內(nèi)無(wú)既往踝關(guān)節(jié)外傷或手術(shù)史；全部病例先后接受DECT和MRI檢查；簽訂知情同意書(shū)愿意成為本研究的受試者。

1.2 DECT參數(shù) 使用西門(mén)子公司第二代雙源CT(Somatom Definition Flash；Siemens Healthcare，F(xiàn)orchheim，Germany)。 掃描參數(shù)：頭足向掃描，雙能模式(collimation=32×0.6mm；pitch=0.7；rotation time=0.5s)，球管A=80kVp，球管B=Sn140kVp(Sn為錫過(guò)濾器)，預(yù)定義的管電流－時(shí)間乘積按照大約2∶1的比率設(shè)置 (球管A=360mAs；球管B=180mAs)，自動(dòng)管電流調(diào)整方式(Care Dose 4D；Siemens)。本掃描方案的CT劑量指數(shù)為(14±1)mGy，平均劑量長(zhǎng)度乘積為(198±2)mGy/cm。掃描后得80kVp圖像、Sn140kVp圖像和混合加權(quán)圖像(80kVp和140kVp以0.4∶0.6比例混合相當(dāng)于120kVp單能圖像)，重建算法分別使用骨卷積核(B70s)和軟組織卷積核(D30s)。

使用三物質(zhì)分解法生成VNCa圖像，VNCa圖像以灰度和彩色編碼圖顯示以供進(jìn)一步分析。Liver VNCa參數(shù)值設(shè)定：偽彩著色選甲狀旁腺模式，根據(jù)以往研究的經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)將Rel.CM設(shè)置為1.75，該算法適用于踝關(guān)節(jié)成像(圖1～圖3)。

圖1 DECT后處理軟件Liver VNC參數(shù)值設(shè)定

圖2 VNCa圖像的骨髓密度CT值的ROC曲線

圖3 骨髓水腫和正常區(qū)域CT值對(duì)比圖

1.3 MRI參數(shù) 使用西門(mén)子1.5T掃描儀(Magnetom Avanto Fit；Siemens Healthcare，Erlangen，Germany)。標(biāo)準(zhǔn)T1加權(quán)自旋回波序列、T2加權(quán)快速自旋回波序列和軸向短反轉(zhuǎn)時(shí)間反轉(zhuǎn)恢復(fù)STIR序列(表1)。

1.4 圖像分析 使用二元分類(lèi)系統(tǒng)評(píng)估踝關(guān)節(jié)處是否存在BME(1=存在BME，0=不存在BME)，兩位具有10年以上工作經(jīng)驗(yàn)的放射科醫(yī)師在雙盲條件下進(jìn)行圖像評(píng)估，包括灰度和彩色編碼圖像，將感興趣區(qū)(ROI≥0.3cm2)放置于鄰近骨皮質(zhì)距離大于2mm的圖像上密度變化最大的位置內(nèi)，以排除因射線束硬化、骨皮質(zhì)去除和VNCa圖像上的過(guò)濾效應(yīng)造成的該區(qū)域內(nèi)對(duì)BME分析的影響[8]。作為參考標(biāo)準(zhǔn)，由第三位放射科高級(jí)醫(yī)師使用如前所述的相同解剖區(qū)域和分類(lèi)系統(tǒng)，按隨機(jī)順序評(píng)估所有MRI圖像是否存在BME。

2 結(jié) 果

MRI顯示51/63例患者存在BME，DECT顯示49/51例患者存在BME(96.08%)。兩位醫(yī)師通過(guò)評(píng)估DECT圖像顯示BME的敏感性、特異性、陰性預(yù)測(cè)值、陽(yáng)性預(yù)測(cè)值和準(zhǔn)確性分別為96.08%、91.67%、84.62%、98.00%、95.24%和96.00%、92.31%、85.71%、97.96%、95.24%，閱片醫(yī)師間對(duì)DECT圖像定性分級(jí)的一致性較高(Kappa=0.84)。

客觀定量分析DECT的CT值陽(yáng)性區(qū)域平均值為(-11.84±35.09)HU，陰性區(qū)域平均值為(-61.82±39.52)HU，陽(yáng)性區(qū)域和陰性區(qū)域?qū)Ρ龋町愑薪y(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.001)。VNCa圖像CT值的AUC為0.83(95%置信區(qū)間0.73～0.93)，診斷閾值為-24.14HU，定量分析DECT的敏感性、特異性、陰性預(yù)測(cè)值、陽(yáng)性預(yù)測(cè)值和準(zhǔn)確性分別為98.00%、92.31%、92.31%、98.00%、96.83%(表2)。典型病例影像分析結(jié)果見(jiàn)圖4～圖5。

表2 基于患者DECT圖像分析和CT值分析的診斷性能對(duì)比[n(%)]

圖4 男性，22歲，外傷后來(lái)診(真陽(yáng)性)。圖4A：矢狀位常規(guī)灰階CT圖正常；圖4B：矢狀位VNCa藍(lán)色偽彩圖顯示內(nèi)踝創(chuàng)傷性骨髓水腫(顯示為綠色區(qū)域，箭頭)；圖4C：STIR序列證實(shí)了內(nèi)踝創(chuàng)傷性骨髓水腫的診斷。圖5 男性，22歲，外傷后來(lái)診(假陰性)。圖5A：軸位常規(guī)灰階CT圖正常；圖5B：軸位VNCa藍(lán)色偽彩圖顯示無(wú)異常，造成漏診；圖5C：STIR序列顯示創(chuàng)傷性骨髓水腫的診斷(箭頭)。

3 討 論

創(chuàng)傷性BME描述了一種由生理性骨髓成分改變引起的異常，其成因是液體含量增加，或者是脂肪組織減少[9-12]。MRI技術(shù)可使BME的可視化達(dá)到最佳狀態(tài)，其表現(xiàn)為T(mén)1WI呈邊緣欠清晰的片狀模糊信號(hào)影，T2WI呈邊界不清晰的稍高或者明顯的高信號(hào)影，T2WI脂肪抑制序列呈相對(duì)明顯的高信號(hào)影。相對(duì)于MRI，傳統(tǒng)CT對(duì)骨髓及軟組織病變的診斷價(jià)值有限，當(dāng)踝關(guān)節(jié)受到創(chuàng)傷后，傷處骨髓從脂肪到水樣物質(zhì)的轉(zhuǎn)變導(dǎo)致局部骨髓密度發(fā)生變化[13]，這種變化引起骨髓CT值相對(duì)于正常骨髓呈高密度，有的嚴(yán)重?fù)p傷還可能表現(xiàn)為軟組織密度影[14]，而由于骨髓中鈣質(zhì)的存在，在傳統(tǒng)CT上掩蓋了這種變化，無(wú)法觀察到BME的情況。研究表明，與傳統(tǒng)的單能量檢查相比，第二代DECT可以實(shí)現(xiàn)相似的圖像質(zhì)量和輻射量[15-16]，第二代DECT可使用VNCa技術(shù)評(píng)估骨髓變化，該技術(shù)采用基于脂肪、水和鈣三種物質(zhì)的三物質(zhì)分解算法，重建出含有脂肪和水但不含鈣的虛擬圖像，使用這些圖像可通過(guò)以HU單位測(cè)量的骨髓密度變化來(lái)確定含水量增加[17-18]。

本研究利用DECT的VNCa技術(shù)從定性和定量?jī)蓚€(gè)方面分別檢測(cè)急性創(chuàng)傷環(huán)境下踝關(guān)節(jié)處的BME，與MRI檢查結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，均取得了非常理想的結(jié)果。在DECT重建的VNCa圖像上測(cè)量BME的CT值的衰減變化，發(fā)現(xiàn)骨髓異常區(qū)域的密度明顯高于MRI成像陰性的區(qū)域，這與創(chuàng)傷性BME表現(xiàn)為液體增加和脂肪減少的病理生理學(xué)基礎(chǔ)是一致的[9,12]。本研究發(fā)現(xiàn)急性BME在DECT圖像上均表現(xiàn)為黑色背景下的稍高密度影，與T2WI脂肪抑制序列對(duì)應(yīng)的高信號(hào)區(qū)域一致，當(dāng)骨髓CT值升高越明顯時(shí)，越容易在VNCa圖像上顯示；DECT的診斷效果與MRI上骨髓異常的程度也呈正相關(guān)，在較明顯的病例中，DECT在敏感性、陽(yáng)性預(yù)測(cè)值和準(zhǔn)確性方面表現(xiàn)優(yōu)異，而在MRI圖像上信號(hào)強(qiáng)度變化較細(xì)微的病例中，DECT的表現(xiàn)較差；閱片人經(jīng)驗(yàn)對(duì)VNCa圖像檢測(cè)BME也有重要影響，骨髓衰減的改變可能是輕微的，尤其是在灰階圖像上，不如MRI成像所見(jiàn)信號(hào)強(qiáng)度的改變明顯。因此，閱片人的灰度調(diào)節(jié)技術(shù)和色彩操作經(jīng)驗(yàn)對(duì)準(zhǔn)確診斷至關(guān)重要，調(diào)整覆蓋使正常骨髓呈現(xiàn)藍(lán)色有助于與BME相關(guān)的骨髓衰減信號(hào)的對(duì)比更加明顯。

定量分析DECT陽(yáng)性區(qū)域平均CT值與陰性區(qū)域平均CT值對(duì)比有顯著差異，這說(shuō)明DECT定量分析BME的結(jié)果極其理想，根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，在某些情況下CT值分析可能有助于在視覺(jué)評(píng)估中表征微妙或模棱兩可的影像學(xué)發(fā)現(xiàn)；創(chuàng)傷性BME導(dǎo)致繼發(fā)于出血和骨髓腔內(nèi)間質(zhì)融合增加的CT值小幅但可測(cè)量的增加，ROC分析以不同的截?cái)郈T值區(qū)分不同解剖區(qū)域的正常和異常骨髓，對(duì)DECT數(shù)據(jù)的定量分析具有較高的敏感性和較好的特異性，與定性分析結(jié)果相似。本研究與之前學(xué)者的研究相比，CT值和診斷閾值存在一定的差異[19-20]，可能與使用了不同機(jī)型和所使用的軟件不同有關(guān)，也可能是用于ROI放置的方法不同。在Guggenberger等[20]的研究中，ROI位于MRI圖像上信號(hào)強(qiáng)度最高的位置，而本研究是在參照MRI圖像的基礎(chǔ)上，根據(jù)操作醫(yī)師的選擇將ROI放置于鄰近骨皮質(zhì)距離大于2mm的圖像處密度變化最大的位置內(nèi)，以排除因射線束硬化、骨皮質(zhì)去除和VNCa圖像上的過(guò)濾效應(yīng)造成的該區(qū)域內(nèi)對(duì)BME分析的影響。由此可見(jiàn)，DECT定量分析顯示和分辨距離皮質(zhì)骨2mm范圍內(nèi)的BME能力有限，與古凌靜等[21]指出的通過(guò)測(cè)量CT值等定量指標(biāo)顯示和分辨鄰近骨皮質(zhì)區(qū)域(≤3mm的范圍內(nèi))骨髓的能力尚有待改進(jìn)的結(jié)論相似，標(biāo)準(zhǔn)的高分辨率CT圖像是評(píng)估皮質(zhì)骨受累的一種實(shí)用工具[22-23]，可作為對(duì)該診斷盲區(qū)的一種補(bǔ)充診斷方法，但診斷價(jià)值有限。

研究發(fā)現(xiàn)，DECT對(duì)踝關(guān)節(jié)處較大骨骼處的敏感性大于足中部區(qū)域骨骼，這可能與足中部骨骼的尺寸相對(duì)較小，而皮質(zhì)骨的患病率較高有關(guān)，因此推測(cè)CT值定量分析在足踝部遠(yuǎn)端的準(zhǔn)確度可能會(huì)降低。在人體生長(zhǎng)和發(fā)育的過(guò)程中，紅骨髓到黃骨髓的轉(zhuǎn)變始于遠(yuǎn)端指骨，從周?chē)趋老蛑行膮^(qū)域骨骼逐步發(fā)展，據(jù)此推斷，相同程度的BME在人體遠(yuǎn)端骨骼中CT值變化會(huì)更加明顯，通過(guò)定量分析CT值變化，也能間接反映紅、黃骨髓的分布情況，亦可從側(cè)面佐證骨骼的發(fā)育過(guò)程。

本研究有幾個(gè)局限性。首先，納入的患者數(shù)量相對(duì)有限，需要更大規(guī)模的研究來(lái)證實(shí)結(jié)論。其次，患者的年齡選取范圍較小，大部分為青壯年患者，然而隨著年齡的增大，骨小梁和骨密度降低導(dǎo)致X線衰減水平降低可能導(dǎo)致CT值測(cè)量困難，如果MRI圖像的變化比較細(xì)微，DECT的準(zhǔn)確性可能會(huì)較差[20]。最后，定量分析可以代表一種額外的工具，幫助放射科醫(yī)生區(qū)分細(xì)微的影像表現(xiàn)，但本文沒(méi)有進(jìn)行定性和定量分析的對(duì)照研究。

綜上所述，DECT是顯示急性創(chuàng)傷患者踝關(guān)節(jié)處BME的一種準(zhǔn)確成像工具，通過(guò)DECT早期診斷BME可以幫助選擇符合條件的患者進(jìn)行早期治療，如限制或停止活動(dòng)，以預(yù)防進(jìn)一步的并發(fā)癥。同時(shí)DECT對(duì)踝關(guān)節(jié)處隱匿性骨折的檢測(cè)也可能會(huì)有所改善，所有這些潛在的臨床適應(yīng)證都需要在接下來(lái)的研究進(jìn)一步證實(shí)。