涂　寧，文　之，李潔蘭，楊　昊，劉　博，唐　鵬，周　潔，吳光耀

（1.武漢大學中南醫(yī)院a醫(yī)學影像科，b檢驗科，c干部保健處，湖北武漢430071；2.西門子中國有限公司，上海201318）

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雙能CT虛擬去鈣技術評估骨髓損傷的應用研究

涂寧1a，文之1a，李潔蘭1a，楊昊1a，劉博2，唐鵬1b，周潔1c，吳光耀1a

［摘要］目的：探討雙能CT（dual energy CT，DECT）在評估骨髓損傷中的應用價值。方法：收集11例病史完整的急性關節(jié)損傷患者的MRI和DECT資料。由2位副高級職稱的骨關節(jié)系統(tǒng)影像科醫(yī)師（Z和X）采用雙盲法對DECT虛擬去鈣圖像進行評級（4級法），以骨髓水腫作為骨髓損傷的圖像指標，參照MRI平掃（含抑脂T2WI）圖像，評級一致后納入統(tǒng)計分析。結果：在11例中，納入統(tǒng)計253個區(qū)域。將1級定為陽性，閱片人Z判定DECT圖像對骨髓水腫診斷靈敏度、特異度、陽性預測值、陰性預測值分別為73.3%、93.8%、83.30%、89.2%，準確度為87.8%，K＝0.681；閱片人X判定相應各值為67.9%、90.9%、76.8%、86.4%，準確度為83.8%，K＝0.607。將1級和2級定為陽性，閱片人Z相應各值為55.7%、90.6%、83.1%、71.0%、74.7%，K＝0.475；閱片人X相應各值為52.2%、88.4%、78.9%、68.9%、71.9%，K＝0.418。測量各分區(qū)CT值，差異均有統(tǒng)計學意義（均P＜0.05）。使用CT值繪制ROC曲線，若將1級圖像定為陽性，則脛骨上段及股骨下段AUC值分別為0.883和0.941。若將1級和2級圖像定為陽性，則脛骨上段及股骨下段AUC值分別為0.786和0.943。結論：DECT虛擬去鈣技術可去除骨中的鈣質，直觀顯示骨髓水腫，提示骨髓損傷；CT值可作為骨髓水腫程度的定量參數(shù)。

［關鍵詞］雙能CT；虛擬去鈣；骨髓水腫；磁共振成像

Study on assessment of bone marrow lesions by dual-energy computed tomography

TU Ning，WEN Zhi，LI Jielan，YANG Hao，LIU Bo，TANG Peng，ZHOU Jie，WU Guangyao. Medical Imaging Department，Zhongnan Hospital of Wuhan University，Wuhan，430071，China.

［Abstract］Objective：To study the dual-energy CT（DECT）value in estimation of bone marrow lesions. Methods：11 patients with acute joint injuries were gathered，who were performed both magnetic resonance imaging（including T2WI with fat suppres sion sequence）and DECT scan. Two senior osteoarticular radiology doctors（Z and X）analyzed DECT images with virtual non-calcium in double-blind way（according to 4 grade criterion），and compared with MRI images，using bone marrow edema as the image performance of bone marrow lesions. Statistical analysis included in the agreement cases. Results：In 11 patients，total 253 areas were included in the statistics. As grade I was positive，the sensitivity，specificity，positive predictive value，negative predictive value from doctor Z defined the bone marrow edema in the DECT images with virtual non-calcium were 73.3%，93.8%，83.30%，89.2%respectively and accuracy was 87.8%，K＝0.681. From doctor X，those were respectively 67.9%，90.9%，76.8%，86.4%and accuracy was 83.8%，K＝0.607. As grade I and II were positive，from doctor Z，those were respectively 55.7%，90.6%，83.1%，71.0%，and accuracy was 74.7%，K＝0.475. From doctor X，those were respectively 52.2%，88.4%，78.9%，68.9%，71.9%，respectively，K＝0.418. Analysis of CT values showed great significance between edema group and non-edema group （P＜0.001）. With ROC curve drawn，as I grade was positive，tibia partition AUC value was 0.883；femur partition AUC value was 0.941. As grade I and II were positive，the tibia partition AUC value of 0.786；femur partition AUC value of 0.943. Conclusion：DECT with virtual non-calcium can remove bone calcium，display macroscopic bone marrow，and indicate bone marrow injury. CT value may be used as a quantitative parameter of bone marrow edema.

［Key words］Dual energy computed tomography；Virtual non-calcium；Bone marrow edema；Magnetic resonance imaging

骨髓損傷是指各種原因引起的急性或慢性骨髓結構變化，與松質骨骨小梁骨折、出血及骨髓水腫等有關，不伴鄰近骨質或覆蓋關節(jié)軟骨實質性破壞［1］。骨髓損傷較隱匿，早期診斷和治療困難，限制或停止骨髓活動，可預防并發(fā)癥發(fā)生［2］。目前MRI是診斷骨髓損傷較敏感的方法［3］，多表現(xiàn)為骨髓水腫（bone marrow edema），T1WI呈低信號，抑脂T2WI呈高信號［4］。在臨床工作中，受醫(yī)療條件、禁忌證等限制，MRI檢查難以成為關節(jié)損傷的常規(guī)檢查方法。目前CT是公認觀察骨質損傷的有效檢查方法［5］，但由于骨質密度高，成人骨髓多為脂肪成分，損傷時密度雖有所升高，但仍大大低于骨質密度，常規(guī)CT難以評估骨髓情況。雙能CT（dual energy CT，DECT）通過一次性掃描獲得2種能量數(shù)據(jù)，基于不同物質雙能指數(shù)不同進行物質分離，能有效分離骨組織中骨質、紅骨髓及脂肪等成分，選擇性地去除鈣值（即礦物質），獲得清楚骨髓圖像。目前，Pache等［6-9］已成功使用DECT虛擬去鈣技術（virtual noncalcium subtraction，VNC）評估創(chuàng)傷性骨髓水腫。本文旨在探討DECT在定性及定量評估骨髓水腫中的應用價值。

1　資料與方法

1.1一般資料收集11例病史完整的急性關節(jié)損傷患者，其中男5例，女6例；年齡20～77歲，平均48.5歲；9例為外傷性損傷，2例為非外傷性損傷；8例膝關節(jié)損傷，2例肩關節(jié)損傷，1例踝關節(jié)損傷。所有患者行相應部位DECT掃描，MRI檢查在DECT檢查1 d后進行。排除標準：①≥80歲或≤18歲，孕婦或MRI禁忌證者；②關節(jié)內固定或外固定術后；③MRI偽影較大者；④MRI檢查與DECT檢查間隔時間超過1周者。

1.2儀器與方法

1.2.1MRI掃描采用Siemens Magnetom TIM trio 3.0 T MRI儀，膝關節(jié)、肩關節(jié)、踝關節(jié)及GP Flex包裹相控陣線圈，所有患者常規(guī)行矢狀位、冠狀位及軸位的T1WI、T2WI及T2WI抑脂序列掃描。根據(jù)不同部位，選用合適TR與TE，層厚3.0 mm。

1.2.2DECT掃描采用Siemens Somatom Definition DECT。掃描參數(shù)：A球管，140 kV，55 mA；B球管，80 kV，234 mA；準直器寬度0.6 mm，螺距0.7，重建層厚2.0mm。將DECT數(shù)據(jù)傳入Syngo Multimodality VE36A工作站，選擇DECT后處理模式，VNC，獲得去除鈣質后的圖像，調整虛擬平掃參數(shù)，并選用默認偽彩圖（Gray Scale 8 bit）甲狀旁腺偽彩圖（Para Thyroid 8 bit）輔助觀察骨髓損傷情況，以MRI顯示骨髓水腫為參考指標。

1.3圖像分析以骨髓水腫作為骨髓損傷評估指標。由2位副高級職稱的骨關節(jié)系統(tǒng)影像科醫(yī)師（Z 和X）采用雙盲法對DECT VNC圖像進行評級，參照MRI平掃圖像，評級一致后納入統(tǒng)計分析。DECT 及MRI 4級法：1級，有明顯病變；2級，可能有病變；3級，可能無病變；4級，無病變。

將膝關節(jié)圖像按股骨下段、脛骨上段六等分，髕骨與腓骨小頭四等分分區(qū)（圖1）；將肩關節(jié)按肱骨頭六等分分區(qū)，肱骨上端、鎖骨、肩胛骨各四等分分區(qū)；踝關節(jié)按距骨、跟骨、足舟骨、骰骨、楔骨六等分區(qū)，跖骨三等分分區(qū)，趾骨不算在內。

圖1　以膝關節(jié)為例，解剖分區(qū)及標號順序示意圖　圖1　a軸位股骨下段分區(qū)示意圖　圖1　b軸位脛骨上段分區(qū)示意圖　圖1　c軸位腓骨小頭分區(qū)示意圖　圖1　d冠狀位髕骨分區(qū)示意圖

1.4統(tǒng)計學方法應用Excel 2013詳細統(tǒng)計DECT 及MRI的閱片結果，評估2位DECT閱片人結果靈敏度、特異度、陽性預測值、陰性預測值及準確度等。并繪制ROC曲線，記錄曲線下面積（area under curve，AUC）。應用SPSS 19.0軟件對2位閱片人與MRI閱片結果行Kappa檢驗，檢測其一致性。此外，測量脛骨下段及股骨上段對應區(qū)域所得的CT值，對水腫及非水腫區(qū)CT值行t檢驗。以P＜0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2　結果

2.1DECT圖像分析11例納入統(tǒng)計253個區(qū)域（膝關節(jié)160個區(qū)域，肩關節(jié)36個區(qū)域，踝關節(jié)57個區(qū)域）（圖2）。MRI顯示骨髓水腫78個區(qū)域（膝關節(jié)42個，肩關節(jié)21個，足關節(jié)15個），陰性的有175個區(qū)域。將1級定為陽性，DECT去鈣質圖像對骨髓水腫診斷情況見表1。將1級和2級定為陽性，DECT去鈣質圖像對骨髓水腫診斷情況見表2。閱片人Z和X對DECT和MRI閱片結果均表現(xiàn)出良好的一致性。

2.2CT值分析以MRI顯示骨髓水腫區(qū)域陽性為標準，將1級圖像定為陽性時，水腫區(qū)CT值為（-81.5 ±29.3）HU，非水腫區(qū)CT值為（-96.9±38.3）HU，差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05）。當1級和2級圖像均定為陽性時，水腫區(qū)CT值為（-84.0±32.0）HU，非水腫區(qū)CT值為（-98.5±38.5）HU，差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05）。根據(jù)VNC處理后圖像分區(qū)的CT值繪制脛骨上段及股骨下段分區(qū)的ROC曲線（圖3），并記錄AUC值。將1級定為陽性，則脛骨上段分區(qū)、股骨下段分區(qū)的AUC值分別為0.883、0.941；1級和2級定為陽性，則脛骨上段分區(qū)、股骨下段分區(qū)的AUC值分別為0.786、0.943。

表1　雙能CT去鈣質圖像對骨髓水腫診斷

表2　雙能CT去鈣質圖像對骨髓水腫診斷

3　討論

骨關節(jié)損傷以MRI圖像顯示骨髓病變作為參考時，DECT對骨髓水腫診斷有良好靈敏度及較高陰性預測值。將MRI圖像顯示骨髓細微病變作為陽性標準時，DECT對細微病變診斷靈敏度及陰性預測值較低。部分病變在VNC后處理圖像上難以辨認，而在偽彩圖上能非常直觀靈敏顯示。脛骨上段及股骨下段CT值ROC曲線表明DECT虛擬平掃后圖像可明顯顯示膝關節(jié)外傷性骨髓損傷CT值變化，CT值可作為評估骨髓損傷程度的定量指標。

目前MRI是診斷骨髓損傷主要影像學方法［10-11］，但并非所有骨關節(jié)損傷患者都能常規(guī)行MRI檢查，由于醫(yī)療條件或MRI禁忌證的限制，X線片或CT多作為常規(guī)檢查方法［12］。由于骨質密度較高，骨髓在成人中多為黃骨髓，以脂肪成分為主［13］。骨髓損傷時其密度雖升高，但仍低于骨質密度，由于骨質高密度干擾，常規(guī)CT掃描難以觀察骨髓損傷情況。DECT的VNC技術可根據(jù)不同物質在不同能量水平的衰減系數(shù)不同［14］提高CT對物質的定性信息，從而分離物質中不同成分。DECT成分分離有2種、3種或多種物質分離算法，如將3種物質低能量掃描CT值設為y軸，高能量掃描CT值設為x軸，根據(jù)雙能指數(shù)差，DECT可分離骨組織中的骨礦質、紅骨髓及黃骨髓3種物質［15-16］，繼而通過專用虛擬平掃去鈣軟件，可選擇性獲得鈣質去除圖像，排除骨質干擾，觀察骨髓損傷情況。近年來，DECT的VNC技術已成功用于評估創(chuàng)傷性膝關節(jié)及踝關節(jié)急性外傷患者的骨髓水腫［6，13］，提示DECT圖像評估骨髓損傷具有良好的敏感度和特異度，CT值測量可作為骨髓損傷定量的評估指標。同時認為彩色編碼的VNC技術即偽彩圖能更好顯示骨髓CT值衰減的變化。曹建新等［17-18］的研究顯示，DECT對膝關節(jié)及脊柱急性外傷患者骨髓損傷診斷具有較高的靈敏度及特異度。

CT值可直觀反映相應像素灰度等級，是該部位組織密度反應。一般水的CT值為（0±10）HU，脂肪的CT值為-100～-50 HU以下。成人骨髓中多為黃骨髓，脂肪成分為主；當骨髓損傷時，骨髓水腫，脂肪內CT值可升高。本研究顯示，DECT的VNC技術可為急性關節(jié)外傷或MRI禁忌證患者提供觀察骨髓損傷的替代方法，同時不增加掃描時間及次數(shù)，為患者提供關節(jié)構成骨骨髓情況的三維CT圖像，為臨床指導預后提供參考。

總之，DECT的VNC技術可去除骨中的鈣質，直觀顯示骨髓水腫，提示骨髓損傷；其CT值可作為骨髓水腫程度的定量參數(shù)；在觀察骨髓損傷、水腫等方面有著巨大潛力。本研究存在以下不足：納入的是入院診療患者，有一定選擇偏倚；閱片時為主觀閱片，對結果可能產生一定影響；對CT值測量為手動劃取ROI，易產生誤差；病例數(shù)目較少，難以取得診斷骨髓水腫標準CT值范圍。

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圖2　男，30歲，車禍傷，1級圖像　圖2　a冠狀位抑脂T2WI，脛骨上段高信號　圖2　b CT平掃冠狀位重建，未見明顯異?！D2　c VNC，對應區(qū)骨髓內高密度　圖2　d VNC偽彩圖（Para Thyroid 8 bit），病變范圍與T2抑脂相近　圖3　a 1級定為陽性，脛骨上段ROC曲線　圖3　b 1級定為陽性，股骨下段ROC曲線　圖3　c 1級和2級定為陽性，脛骨上段ROC曲線　圖3　d 1級和2級定為陽性，股骨下段ROC曲線

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收稿日期（2015-05-16）

［通信作者］吳光耀，E-mail：wuguangy2002@163.com。

［基金項目］國家自然科學基金項目（81171315，81227902）。

DOI：10.3969/j.issn.1672-0512.2016.01.001