王潔淼,鄭修竹,閆晟,邱曉茜,李長勤,秦健

骨質(zhì)疏松癥是世界范圍內(nèi)最常見的代謝性骨疾病之一,容易增加骨折的風(fēng)險(xiǎn)。胸腰椎椎體是最常見的骨質(zhì)疏松性骨折的發(fā)生部位[1]。與附件骨折相比,胸腰椎壓縮骨折通常沒有明顯的癥狀,容易導(dǎo)致臨床醫(yī)生的漏報(bào)。因此,需要找到一種準(zhǔn)確且有效的檢查方法來發(fā)現(xiàn)和定位胸腰椎壓縮骨折,以便及時(shí)地治療和預(yù)防相關(guān)并發(fā)癥。

目前,MRI是診斷急性椎體骨折的金標(biāo)準(zhǔn)[2,3]。但由于MRI檢查費(fèi)用較高、耗時(shí)較長且禁忌癥較多等特點(diǎn),其應(yīng)用常受到限制。傳統(tǒng)CT可以觀察到骨皮質(zhì)的細(xì)微改變,但在鑒別急性和慢性骨折方面缺乏準(zhǔn)確性[4]。近年來,能譜CT在臨床中的應(yīng)用顯著增加,多種后處理算法已被開發(fā)出來[5-7],它們的性能越來越受到放射科醫(yī)生和臨床醫(yī)生的關(guān)注。

對于急性椎體壓縮骨折,已有研究表明雙能CT(dual-energy computed tomography,DECT)衍生的虛擬無鈣(virtual non calcium,VNCa)技術(shù)診斷骨髓水腫的準(zhǔn)確率很高[8-10]。與鈣相比,羥基磷灰石[Hydroxyapatite,HAP,Ca10(PO4)6(OH)2]與骨礦物質(zhì)的真實(shí)成分具有更高的相似性[11]。然而,DECT虛擬無羥基磷灰石(virtual non Hydroxyapatite,VNHAP)技術(shù)用于檢測異常水腫的實(shí)際有效性尚不明確。本研究的目的是以MRI為參照標(biāo)準(zhǔn),利用能譜CT物質(zhì)分離技術(shù)對骨折椎體內(nèi)的水-HAP、水-鈣物質(zhì)對進(jìn)行定量分析,探討能譜CT虛擬無羥及虛擬無鈣技術(shù)對急、慢性椎體骨質(zhì)疏松性骨折的診斷效能。

材料與方法

1.研究對象

回顧性收集2021年10月-2022年5月在本院同時(shí)接受能譜CT、MRI以及雙能X射線骨密度儀(dual-energy X-ray absorptiometry,DXA)檢查的患者的病例資料。本研究得到醫(yī)院醫(yī)學(xué)倫理委員會的批準(zhǔn),所有參與者均簽署書面知情同意書。納入標(biāo)準(zhǔn):①骨質(zhì)疏松性椎體骨折患者;②臨床及影像資料完整。排除標(biāo)準(zhǔn):①脊柱術(shù)后的患者;②影像圖像質(zhì)量不佳(偽影遮蓋脊柱)的患者;③CT、MRI及DXA檢查平均間隔時(shí)間超過3天的患者。最終納入90例患者的病例資料,男51例 ,女39例,年齡40～90歲,平均69.24±12.68歲。

2.掃描方法

DXA檢查采用美國HOLOGIC公司骨密度儀,使用腰椎標(biāo)準(zhǔn)體位,對患者椎體進(jìn)行掃描,去除明顯增生、硬化的椎體后,通過后處理獲得腰椎T值。

采用GE Healthcare Discovery MR750 3.0T MR儀對脊柱進(jìn)行MRI檢查。矢狀面T1WI:TR 560 ms,TE 最小滿,層厚4 mm;間隔2 mm;激發(fā)次數(shù)(NEX)4。矢狀面T2WI:TR 3000 ms,TE 100 ms,層厚4 mm,間隔2 mm,NEX 2。矢狀面T2加權(quán)脂肪抑制成像:TR 1800 ms,TE 120 ms,層厚4 mm;間隔2 mm。

采用GE Revolution CT機(jī)進(jìn)行雙能CT掃描。管電壓為80/140 kV,層厚與間隔均為5 mm,薄層1.25 mm,螺距0.984,球管旋轉(zhuǎn)時(shí)間 0.8 s/轉(zhuǎn),重建模式為Stnd,自適應(yīng)統(tǒng)計(jì)迭代重建(adaptive statistical iterative reconstruction V,Asir-V)為40%。

3.數(shù)據(jù)采集與分析

所有CT和MR圖像均從PACS中檢索,CT和MRI之間的時(shí)間間隔≤3天。骨髓水腫在MRI上的信號特點(diǎn)為:T1WI為低信號,T2WI為不均勻高或低信號,T2WI壓脂為不均勻高信號。根據(jù)椎體在MRI上的信號特點(diǎn),將骨質(zhì)疏松性椎體骨折分為急性骨折組和慢性骨折組:①急性骨折組為伴或不伴骨折線的骨髓水腫的椎體;②慢性骨折組為無骨髓水腫的椎體。所有椎體的MR圖像均由兩名具有3年以上MRI診斷經(jīng)驗(yàn)的醫(yī)師進(jìn)行雙盲測定,意見不同時(shí)協(xié)商解決。

參考Genant椎體骨折分級標(biāo)準(zhǔn)[12],在脊柱矢狀面圖像上,根據(jù)椎體高度丟失程度進(jìn)行椎體壓縮骨折程度分級:1級,<25%;2級,25%～40%;3級,>40%。所有圖像均采用骨窗重建,層厚為2 mm。

將能譜CT datefile 1.25 mm序列的所有圖像傳送到 AW4.72后處理計(jì)算機(jī),分別測量骨質(zhì)疏松性骨折椎體的HAP-水、鈣-水值。取椎體矢狀面正中間層面,將圓形感興趣區(qū)(region of interest,ROI)繪制在椎體高度保留最高的位置,避開椎體靜脈叢、骨皮質(zhì)、骨質(zhì)增生等(圖1)。

圖1 能譜CT基物質(zhì)圖像ROI區(qū)選取,在骨折椎體保留高度最高層面勾畫ROI。a)HAP-水圖;b)鈣-水圖。圖2 HAP-水、鈣-水值鑒別急、慢性椎體脆性骨折的ROC曲線,鈣-水的AUC最大,為0.913。

4.統(tǒng)計(jì)分析

采用SPSS 25.0 (IBM SPSS Statistics 25;www.ibm.com/legal/copytrade.shtml)及Medcalc 19.0.4軟件(https://www.medcalc.org/)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。采用Kolmogorov-Smirnov檢驗(yàn)對數(shù)據(jù)進(jìn)行正態(tài)分布檢驗(yàn),符合正態(tài)分布的數(shù)據(jù)以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示,不符合正態(tài)分布的數(shù)據(jù)以中位數(shù)±四分位間距表示。符合正態(tài)分布數(shù)據(jù)兩組間比較采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn),三組間比較采用單因素方差分析(analysis of variance,ANOVA),其中兩兩比較使用LSD法。不符合正態(tài)分布的數(shù)據(jù)組間比較采用非參數(shù)檢驗(yàn)。采用Medcalc軟件進(jìn)行受試者操作特征(receiver operating characteristic,ROC)曲線分析,計(jì)算曲線下面積(area under curve,AUC),依據(jù)約登指數(shù)確定臨界值、特異度以及敏感度。以P<0.05 為差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

結(jié) 果

1.研究群體

本研究共納入的90名患者中,包括186個(gè)骨折椎體(107個(gè)胸椎,79個(gè)腰椎)。其中,急性脆性骨折椎體82個(gè)(44.1%),慢性脆性骨折椎體104個(gè)(55.9%),急、慢性脆性骨折組間性別及年齡差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05,表1)。

表1 急、慢性脆性骨折組間一般資料分析

2.急、慢性骨折椎體間HAP-水、鈣-水值比較

以脊柱MR影像為參照標(biāo)準(zhǔn),將骨折椎體分為兩組。采用兩個(gè)獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)對HAP-水、鈣-水值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,急性脆性骨折組的椎體的HAP-水、鈣-水值均高于慢性脆性骨折組的椎體,且差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05,表2)。

表2 急、慢性脆性骨折組間各基物質(zhì)對值比較

根據(jù)Genant椎體骨折分級標(biāo)準(zhǔn),將壓縮骨折分為輕、中、重度骨折,經(jīng)獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)及獨(dú)立樣本Mann-WhitneyU檢驗(yàn)得出,在不同壓縮程度下HAP-水、鈣-水值在急、慢性脆性骨折組間差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05,表3)。

表3 不同壓縮程度骨折椎體急、慢性組間各基物質(zhì)對值比較

3.輕、中、重度骨折椎體間HAP-水、鈣-水值比較

經(jīng)單因素ANOVA檢驗(yàn),三組間HAP-水、鈣-水值差異均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05),見表4。三組之間兩兩比較,輕度與中度壓縮骨折椎體間HAP-水、鈣-水值差異均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05);中度與重度壓縮骨折椎體間HAP-水、鈣-水值差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05),輕度與重度壓縮骨折椎體間,HAP-水、鈣-水值差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05),見表5。

表4 不同壓縮程度間椎體的HAP-水、鈣-水值比較

表5 輕、中、重度壓縮骨折組各基物質(zhì)對值兩兩比較的P值

4.ROC曲線分析

HAP-水區(qū)分椎體急、慢性脆性骨折的ROC曲線的AUC為0.871(95%CI:0.815～0.916)。其中HAP-水值>992.5時(shí),診斷為急性脆性骨折的敏感度及特異度分別為73.17%、85.58%,Youden指數(shù)為0.588。鈣-水區(qū)分胸腰椎急、慢性脆性骨折的ROC曲線的AUC為0.913(95%CI:0.863～0.949),鈣-水值>1018時(shí)診斷為急性脆性骨折的敏感度及特異度分別為95.12%、72.12%,Youden指數(shù)為0.672。兩者間的AUC差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(圖2,表6)。

表6 各基物質(zhì)對的診斷效能分析

討 論

骨質(zhì)疏松性椎體骨折(osteoporotic vertebral fractures,OVFs)是骨質(zhì)疏松的主要并發(fā)癥,常見于胸腰椎,也被稱為脆性骨折。由于體內(nèi)破骨細(xì)胞和成骨細(xì)胞活性的失衡,脂肪細(xì)胞增多,從而導(dǎo)致骨脆性增加,特別是在松質(zhì)骨比例較高的干骺端區(qū)域,如脊柱、髖關(guān)節(jié)、橈骨遠(yuǎn)端、股骨近端或肱骨近端。然而,值得注意的是,未得到明確診斷的骨折并不代表沒有癥狀,它們通常與背部疼痛和活動(dòng)減少有關(guān),經(jīng)常被患者及醫(yī)生忽視,或者被歸因于其他常見的病因,如退行性關(guān)節(jié)疾病[13]。因此,及時(shí)準(zhǔn)確地診斷脆性骨折尤為重要。

MRI上發(fā)現(xiàn)的水腫是由于正常脂肪骨髓被更富含水的材料取代導(dǎo)致的,與機(jī)械應(yīng)力損傷和功能不全骨折相關(guān)的病理特點(diǎn)是纖維化、骨髓脂肪壞死、骨小梁微骨折和礦化不良[14]。急性骨折可以破壞骨髓小梁,導(dǎo)致出血或間質(zhì)液體滲漏到骨髓間隙。能譜CT可以通過應(yīng)用兩種不同的X射線能譜,把任意某個(gè)組織分離成兩種不同的基物質(zhì),其中,區(qū)分椎體內(nèi)鈣、水、脂肪等不同的物質(zhì)成分,稱為物質(zhì)分離技術(shù)[15]。若分離出的這兩種基物質(zhì)為該組織的主要成分,則可以反映該物質(zhì)在體內(nèi)的存在情況。物質(zhì)分離技術(shù)可以通過減去骨小梁上的HAP或鈣的影響,直接顯示椎體中水含量,從而更有效地檢測骨髓水腫的差異。

已有多項(xiàng)研究表明,能譜CT虛擬無鈣技術(shù)在診斷腕骨、膝關(guān)節(jié)及跟骨骨髓水腫方面展現(xiàn)了較高的效能[16-19]。對于急性椎體骨折,不管是顏色編碼VNCa圖像進(jìn)行的定性評估,還是繪制ROI進(jìn)行的定量評估,其在診斷骨髓水腫方面同樣具有很高的準(zhǔn)確性、特異性及敏感性[8-10]。Pan等[20]通過能譜CT的HAP-水分解技術(shù)初步證實(shí)了VNHAP圖像在分析骨髓水腫范圍方面同樣具有較高的準(zhǔn)確性。到目前為止,還沒有通過能譜CT物質(zhì)分離技術(shù)同時(shí)對HAP-水、鈣-水兩種物質(zhì)對進(jìn)行定量評估,比較兩者對急性骨質(zhì)疏松性骨折的診斷效能。此外,本研究沒有對壓縮骨折程度進(jìn)行分級,全面評估了兩者在不同壓縮骨折程度下對急性壓縮骨折的診斷效能。

本研究基于能譜CT物質(zhì)分離技術(shù)重建VNHAP、VNCa圖像,測量骨折椎體內(nèi)HAP-水、鈣-水物質(zhì)對的值。在本研究中急性壓縮骨折組各基物質(zhì)對的值均高于慢性壓縮骨折組,差異均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。這可以通過以下事實(shí)來解釋:液體(相對高密度)可以替代黃色骨髓(相對低密度),從而導(dǎo)致測量中CT值增加[21]。鈣-水的AUC為0.913,HAP-水的AUC為0.871,但差異沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.128),這也說明了與鈣相比,HAP同樣接近骨礦物質(zhì)的真實(shí)成分。本研究對壓縮程度進(jìn)行分級,得出在不同壓縮程度下兩種基物質(zhì)對值在急、慢性壓縮骨折組間差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,說明壓縮骨折的程度并不會影響其在鑒別急、慢性壓縮骨折的方面的效能。此外,輕、中度壓縮骨折及輕、重度壓縮骨折組間HAP-水、鈣-水值差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,但中度壓縮骨折組與重度壓縮骨折組之間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05),這可能與本研究樣本量少有關(guān)。

本研究有幾個(gè)局限性。第一,本研究是一項(xiàng)單中心小樣本回顧性研究,下一步需要進(jìn)行多中心大樣本研究來驗(yàn)證。第二,本研究是從能譜CT圖像的正中矢狀位層面來獲取ROI進(jìn)行分析的,這可能并不能充分代表整個(gè)椎體,需要進(jìn)一步多方位、多層面來驗(yàn)證結(jié)果的可靠性。第三,本研究沒有結(jié)合兩者的顏色編碼圖像進(jìn)行定性評估,下一步需要進(jìn)一步補(bǔ)充研究來全面評估。

綜上所述,雙能CT重建的虛擬無鈣及虛擬無羥圖像在定量評估骨質(zhì)疏松性骨折椎體骨髓水腫方面具有較高的特異性和診斷準(zhǔn)確性。對于有MRI禁忌癥的患者,雙能CT可以作為一種替代檢查方式。