劉向，陳英敏，鄭泓明，王宇航，李玲，白文月

1.河北省人民醫(yī)院 醫(yī)學(xué)影像科，河北 石家莊 050001；2.河北醫(yī)科大學(xué)第二醫(yī)院 核醫(yī)學(xué)科，河北 石家莊 050061；3.陜西省人民醫(yī)院 核磁共振室，陜西 西安 710068

引言

類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎（Rheumatoid Arthritis，RA）當(dāng)前治療目標(biāo)主要是控制疾病的活動(dòng)[1]。研究表明骨髓水腫（Bone Marrow Edema，BME）被認(rèn)為是炎癥的重要特征[2]，且通常被用作判斷RA活動(dòng)的重要參考指標(biāo)[3]；另外，BME與骨侵蝕有關(guān)，是骨破壞的預(yù)測(cè)因素之一[4]。因此，對(duì)于RA患者，盡早發(fā)現(xiàn)BME至關(guān)重要。BME是一種具有不同病因和結(jié)果的非特異性影像學(xué)表現(xiàn)[5]，RA中的BME又叫骨炎[6]。雖然MRI可以作為診斷RA的BME的敏感工具，但它存在一些局限性，如操作復(fù)雜、禁忌癥較多、時(shí)間長(zhǎng)等，由于RA患者累及關(guān)節(jié)多且疼痛等原因，往往不能配合長(zhǎng)時(shí)間檢查，而DECT具有無(wú)創(chuàng)性、依從性好、操作簡(jiǎn)單且密度分辨力高等特點(diǎn)。

先前的研究表明，DECT在檢測(cè)BME方面具有出色的診斷性能[7-9]。DECT 虛擬去鈣（Virtual Non-Calcium，VNCa）的原理是可以同時(shí)獲得兩個(gè)低能量和高能量的CT數(shù)據(jù)集，然后使用三種物質(zhì)分離算法（骨礦物質(zhì)、紅骨髓和黃骨髓）量化并去除特定的化學(xué)元素鈣[7]。在后處理軟件中，生成彩色編碼的VNCa圖像。然而，據(jù)研究所知，目前僅有一篇關(guān)于使用VNCa檢測(cè)RA患者BME的報(bào)道[10]，這表明DECT在RA中檢測(cè)BME具有可行性，但是，該研究并沒有進(jìn)行診斷效能的評(píng)估。

所以，本研究目的是以MRI圖像作為參考標(biāo)準(zhǔn)，評(píng)估使用DECT VNCa技術(shù)在視覺和定量方面對(duì)活動(dòng)性RA患者的腕關(guān)節(jié)BME的診斷效能。

1 材料與方法

1.1 研究對(duì)象

本研究通過(guò)我院倫理委員會(huì)審核，所有患者均簽署知情同意書。前瞻性連續(xù)收集2019年7至12月河北省人民醫(yī)院風(fēng)濕免疫科收入的18例診斷為RA的病人，男5例，女13例，年齡35～70歲。納入標(biāo)準(zhǔn)：① 25～70歲；② 診斷均符合2010年ACR/EULAR修訂的關(guān)于RA的診斷標(biāo)準(zhǔn)[11-12]；③ 腕關(guān)節(jié)、近端指間關(guān)節(jié)區(qū)腫脹及疼痛。將3例由于整個(gè)腕關(guān)節(jié)明顯的骨質(zhì)硬化、1例由于MRI掃描圖像不理想、1例由于明顯的骨質(zhì)破壞排除在該研究之外，另外8塊骨頭由于硬化影響被排除在外，最終13例患者的122塊骨頭（98個(gè)腕骨和24個(gè)尺橈骨）被納入研究，其中男性3例，女性10例，平均年齡為（53±11）歲。所有病人均進(jìn)行了疼痛明顯側(cè)的腕關(guān)節(jié)MRI檢查和第三代DECT檢查，間隔時(shí)間不超過(guò)24 h。

1.2 雙能CT掃描及重建參數(shù)

所有患者均行第三代雙源雙能CT（Dual-Energy CT，DECT）（Somatom Force，Siemens Healthineers，F(xiàn)orchheim，Germany）掃描，CT雙能掃描參數(shù)：A球管：管電壓Snl50 kV，管電流100 mAs；B球管：管電壓80 kV，管電流150 mAs，使用自動(dòng)管電流調(diào)制技術(shù)（CARE Dose4D），準(zhǔn)直器64×0.6 mm，螺距0.7，機(jī)架旋轉(zhuǎn)時(shí)間為0.5 s，患者采取俯臥位，掃描范圍包括整個(gè)腕關(guān)節(jié)和尺橈骨遠(yuǎn)端。

一次DECT掃描完成后獲得80 kV、Sn150 kV以及近似于單能120 kV的加權(quán)平均圖像，80 kV、Sn150 kV的數(shù)據(jù)被重建為層厚1.5 mm，層間距1.0 mm的圖像，并發(fā)送至工作站（Syngo Via Dual Energy；VB10）進(jìn)行處理。VNCa圖像利用Dual Energy軟件“骨髓”功能重建，獲得VNCa彩色編碼圖像。

1.3 MRI掃描參數(shù)

所有患者的MR檢查均使用GE 1.5T（Signa EXCITE HDx；GE Healthcare，Waukesha，WI，USA）MRI，采取俯臥位的膝關(guān)節(jié)表面線圈。使用的掃描序列和相應(yīng)的參數(shù)設(shè)置分別為：冠狀脂肪飽和的質(zhì)子密度加權(quán)成像（Fat Saturation Proton Density Weighted Image，F(xiàn)S-PDWI）序列（TR 2700 ms，TE 30 ms，F(xiàn)OV 14 mm×14 mm；矩陣288×224，層厚2.0 mm，層間距0.2 mm），冠狀位快速自旋回波T1加權(quán)序列（TR 625 ms，TE 17.4 ms，F(xiàn)OV 14 mm×14 mm；矩陣256×192，層厚2.0 mm，層間距0.2 mm），軸位T2加權(quán)脂肪飽和（Fat Saturation T2 Weighted Image，F(xiàn)S-T2WI）序列（TR 4000 ms，TE 85 ms，F(xiàn)OV 12 mm×12 mm；矩陣288×192，層厚3.0 mm，層間距0.3 mm），軸位快速自旋回波T1加權(quán)（Fast Spin Echo T1 Weighted Imaging，F(xiàn)SE-T1WI）序列（TR 625 ms，TE 17.4 ms，F(xiàn)OV 12 mm×12 mm；矩陣256×192，層厚3.0 mm，層間距0.3 mm）。

1.4 圖像定性及定量分析

MRI圖像由1名有經(jīng)驗(yàn)的放射科醫(yī)師獨(dú)立評(píng)價(jià)，確定有無(wú)BME。在MRI上，BME在T1WI上多表現(xiàn)為邊界模糊的低信號(hào)，F(xiàn)S-PDWI序列呈相對(duì)明顯的高信號(hào)（圖1），并以MRI結(jié)果作為參考標(biāo)準(zhǔn)。

所有原始的CT圖像分析由另2名有骨關(guān)節(jié)系統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)的放射科醫(yī)師在均不知MRI結(jié)果的情況下獨(dú)立完成，在虛擬去鈣圖像上采用二分類法在彩色編碼圖像獨(dú)立對(duì)所有骨進(jìn)行視覺評(píng)估有無(wú)BME（0=沒有異常骨髓密度，1=BME）。骨髓水腫在VNCa的顏色編碼圖像表現(xiàn)為邊界不清的綠色（圖1）。正常骨的VNCa圖及MRI表現(xiàn)，見圖2。每位醫(yī)師可隨意調(diào)節(jié)窗寬窗位，并可隨意縮放圖像。為避免骨皮質(zhì)干擾，距骨皮質(zhì)2 mm以內(nèi)的區(qū)域不予評(píng)價(jià)[7]。

圖1 某例患者掃描圖像

圖2 正常腕關(guān)節(jié)的VNCa圖及MRI的影像表現(xiàn)

第4個(gè)放射科醫(yī)師根據(jù)MRI的結(jié)果在VNCa圖像上測(cè)量各腕骨骨髓衰減值（CT值），其對(duì)主觀圖像分析的結(jié)果不知。病變骨在MRI所示BME區(qū)選擇感興趣區(qū)（Region of Interest，ROI），ROI放置在關(guān)節(jié)面下2 mm的區(qū)域，正常骨同樣在關(guān)節(jié)面下2 mm的區(qū)域選擇ROI，ROI選取面積約0.1 cm2，每個(gè)病變區(qū)及正常區(qū)域均至少畫兩個(gè)圓形ROI，并記錄其CT值。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

使用SPSS 22.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，使用加權(quán)Kappa分析檢驗(yàn)2位評(píng)價(jià)者間BME主觀評(píng)分的一致性和第一位醫(yī)師的VNCa圖像與MRI圖像結(jié)果的一致性。以MR作為參考標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算VNCa圖像主觀分析結(jié)果診斷BME的敏感性、特異性、陽(yáng)性預(yù)測(cè)值（Positive Predictive Value，PPV）、陰性預(yù)測(cè)值（Negative Predictive Value，NPV）和準(zhǔn)確性。對(duì)VNCa圖像上的水腫骨髓和正常骨髓CT值進(jìn)行正態(tài)性檢驗(yàn)，如符合正態(tài)分布則采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，如不符合正態(tài)分布則采用Mann-WhitneyU檢驗(yàn)。同樣，對(duì)VNCa圖像BME的CT值采用受試者工作特征（Receiver Operating Characteristic，ROC）曲線計(jì)算曲線下面積（Areas Under The Curve，AUC）和區(qū)分正常骨髓與水腫骨髓的截?cái)嘀?，并通過(guò)此截?cái)嘀涤?jì)算兩者的敏感性、特異性、陽(yáng)性預(yù)測(cè)值、陰性預(yù)測(cè)值和準(zhǔn)確性。以P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 主觀圖像分析

MRI顯示13例患者的122塊骨有39塊BME及83塊正常骨。各腕骨BME的分布如表1所示。兩名醫(yī)師在VNCa圖像分別發(fā)現(xiàn)38塊、43塊骨有BME，兩位醫(yī)師分別有4個(gè)和9個(gè)假陽(yáng)性，二者均有5個(gè)假陰性。兩名醫(yī)師在VNCa圖像上評(píng)估RA腕關(guān)節(jié)BME的診斷性能如表2所示。Kappa分析顯示二位評(píng)價(jià)者在VNCa圖像主觀評(píng)分的一致性及第一位醫(yī)師的VNCa圖像與MR圖像顯示BME情況的一致性均較高（k值分別為0.871，0.829）。

表1 各腕骨骨髓水腫的分布

表2 DECT對(duì)類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎患者骨髓水腫的主觀評(píng)價(jià)結(jié)果（%）

2.2 客觀圖像分析

以MRI作為參考標(biāo)準(zhǔn)，在VNCa圖像上，39個(gè)骨BME區(qū)的密度CT值[平均（-8.8±21.7）HU]明顯高于83個(gè)無(wú)水腫的骨骨髓密度CT值[平均（-62.9±21.2）HU]，兩者間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.01）（圖3）。對(duì)所有骨髓密度CT值的ROC分析顯示AUC為0.95（95%CI：0.90～1.00）（圖4），截?cái)帱c(diǎn)為-34 HU（敏感性、特異性、陽(yáng)性預(yù)測(cè)值、陰性預(yù)測(cè)值、準(zhǔn)確性分別為92.3%、92.7%、85.7%、96.2%、92.6%）。

圖3 BME區(qū)與無(wú)水腫的骨骨髓密度CT值箱式圖

圖4 VNCa圖像骨髓密度CT值的ROC曲線

3 討論

目前，MRI是公認(rèn)的RA診斷及活動(dòng)性評(píng)估的最敏感的影像學(xué)方法。MRI成像是唯一能夠評(píng)估BME的方式，但由于各種禁忌癥和適應(yīng)癥，并非所有可疑關(guān)節(jié)炎患者都可以對(duì)手或足進(jìn)行MRI檢查。DECT使用不同X射線光譜的不同衰減特性來(lái)表示和識(shí)別各種物質(zhì)[13]。DECT可以通過(guò)使用三材料分解算法從松質(zhì)骨中減去鈣，重建的彩色編碼VNCa圖像來(lái)顯示骨髓的衰減。

迄今為止，雙能VNCa技術(shù)已被用于診斷創(chuàng)傷性脊柱[14]或四肢[15]的BME，多發(fā)性骨髓瘤的骨髓浸潤(rùn)[16]以及風(fēng)濕性疾病相關(guān)的BME[17-18]，并且具有較高敏感性和特異性。但僅有少數(shù)研究報(bào)道了使用該技術(shù)直接描繪RA的方法[10]。本研究是第一個(gè)使用DECT VNCa技術(shù)檢測(cè)RA的BME診斷效能的前瞻性研究。

本研究結(jié)果表明與MRI相比第三代DECT VNCa圖像的主觀和客觀分析結(jié)果對(duì)RA患者腕關(guān)節(jié)的BME的顯示均具有較高的敏感性和特異性。在視覺分析中，當(dāng)使用VNCa圖像分析RA患者腕關(guān)節(jié)有無(wú)BME時(shí)，研究發(fā)現(xiàn)敏感性為87%，特異性為89%～95%，準(zhǔn)確性為89%～93%。本研究結(jié)果與之前的幾個(gè)研究[18-20]相似，尤其是Wu等[18]的研究表明了DECT在骶髂關(guān)節(jié)炎中檢測(cè)BME的可行性，他們發(fā)現(xiàn)檢測(cè)BME的敏感性為87%～93%，特異性為91%～94%，準(zhǔn)確性為90%～92%。Koch等[19]的141個(gè)急性腕關(guān)節(jié)創(chuàng)傷的回顧性研究中，表明VNCa圖像對(duì)BME的評(píng)估的總體敏感性94%、特異性98%、準(zhǔn)確性97%。Petritsch等[20]的研究表明，第三代雙源掃描儀（90 kV和Snl50 kV）在分析鑒別椎體有無(wú)BME方面的總體敏感性為64.0%、特異性為99.3%、準(zhǔn)確性為93.9%。在本研究中，兩個(gè)評(píng)估者分別有4例和9例假陽(yáng)性，原因可能為：① 由于腕骨體積偏小，靠近關(guān)節(jié)面的關(guān)節(jié)軟骨有時(shí)會(huì)表現(xiàn)為邊緣光滑的彩色編碼，這可能會(huì)影響水腫的觀察，從而在DECT的VNCa圖像上呈相對(duì)高密度，被誤認(rèn)為是BME；② 骨質(zhì)疏松癥可能增加骨髓中的脂肪含量，骨髓脂肪浸潤(rùn)可能會(huì)降低定量檢測(cè)BME的衰減閾值。骨髓隨著年齡的增長(zhǎng)，逐漸由紅骨髓向黃骨髓轉(zhuǎn)化[21]，雖然在骨髓成熟時(shí)紅骨髓轉(zhuǎn)化為黃骨髓的順序?yàn)閺闹車堑街行膮^(qū)域骨，但周圍骨骼可能會(huì)部分幸免，特別是年輕人或在承受重復(fù)性壓力時(shí)[22]。因此，本研究的一些年輕參與者導(dǎo)致假陽(yáng)性。研究表明，當(dāng)紅骨髓完全被脂肪替代時(shí)，DECT檢測(cè)BME的效果最佳[23]。此外，對(duì)于彩色編碼的VNCa圖像的視覺分析結(jié)果顯示，出色的觀察者間一致性（k=0.871）證明了臨床上使用DECT的強(qiáng)大潛力。然而，在本研究中兩個(gè)評(píng)估者均有5例假陰性，可能的原因?yàn)椋孩?放射科醫(yī)師使用VNCa應(yīng)用程序的經(jīng)驗(yàn)水平不同；② VNCa圖像上的輕度水腫和無(wú)水腫的識(shí)別有時(shí)在不同的讀者之間會(huì)有所不同；③ 由于部分腕骨水腫偏輕微，范圍較小，異常骨髓與正常骨髓CT衰減值的差異太小，不足以使其在DECT圖像上顯示，而MRI由于可以對(duì)正常骨髓的信號(hào)抑制而對(duì)BME的顯示相對(duì)較敏感，即便是輕微的BME也可清晰地顯示，所以在VNCa上部分BME會(huì)顯示不明確[24]。本研究的月骨BME占整個(gè)腕關(guān)節(jié)的21%，這與余衛(wèi)等[25]的研究相似，可能與月骨的血供來(lái)源豐富有關(guān)[26]。

在定量分析中，本研究證實(shí)了有BME和無(wú)BME之間的VNCa圖的CT值之間存在顯著差異，并且BME區(qū)域的VNCa CT值高于無(wú)水腫區(qū)的CT值。此外，本研究表明區(qū)分BME與無(wú)BME的CT最佳截?cái)嘀禐?34 HU，并可產(chǎn)生92.3%的靈敏度、92.7%的特異性和92.6%的準(zhǔn)確度。這與Ali等[27]所得的研究結(jié)果不相同（5.90 HU）；但此截?cái)嘀蹬cWu等[18]研究47例骶髂關(guān)節(jié)炎BME的結(jié)果（評(píng)判者1：-33 HU；評(píng)判者2：-42 HU）及Kosmala等[28]在24例骨髓瘤患者中使用-31.9 HU的截?cái)嘀祦?lái)識(shí)別局灶性脊柱病變所得的結(jié)果相近。筆者認(rèn)為該結(jié)果首先可能與BME的病理原因不同有關(guān)，前者是外傷所致的BME，其特征為BME和出血，骨小梁的損傷和破壞以及間質(zhì)的滲漏和出血向骨髓腔的破壞；后者是炎癥所致的BME，其特征為在炎性浸潤(rùn)物存在下促炎細(xì)胞因子的局部釋放，使得其中富含脂肪的骨髓被淋巴細(xì)胞和血管的聚集物所替代；而且骨小梁或非骨小梁區(qū)域的病變細(xì)胞密度、大小和部位均可導(dǎo)致明顯的CT值的差異。其次，掃描儀硬件，kV設(shè)置，后處理算法，骨骼解剖部位和年齡的差異也可造成CT值的差異。

本研究的局限性：① 研究樣本數(shù)偏小，后期還需增大樣本數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)；② 只選擇了住院患者，由于門診患者的臨床資料不完整，所以沒有選擇門診患者，這可能造成了潛在的選擇偏倚；③ 雙能CT的虛擬非鈣算法的局限性之一是無(wú)法直接顯示與皮質(zhì)骨相鄰的骨髓衰減的變化，這是由于皮質(zhì)骨的不完全掩蔽和空間平均效應(yīng)，衰減大于800 HU的區(qū)域被過(guò)濾，因此皮質(zhì)骨附近的病灶可能會(huì)被遺漏；④ VNCa重建算法目前僅與特定的后處理軟件兼容。因此，本研究的結(jié)果和結(jié)論可能尚不適用于其他制造商的雙能CT系統(tǒng)。

綜上所述，本研究結(jié)果表明，與MRI相比，DECT的VNCa技術(shù)對(duì)于活動(dòng)性RA患者的BME在視覺評(píng)判和基于ROI的定量CT值測(cè)量?jī)蓚€(gè)方面均具有良好的診斷效能。