张发平,束玲玲,戴春宏,邢斌,宋方,朱通

椎体压缩性骨折是一种临床常见的骨折类型,发病率逐年增高,该病可导致患者生活质量下降,死亡率增加。识别新鲜和陈旧性骨折对临床有重要意义,骨髓水肿(bonemarrow edema,BME)是新鲜椎体骨折的标志。传统常规CT无法识别BME,MRI显示效果良好,目前是影像诊断的金标准,但是其检查时间长及禁忌症多等限制了急诊应用[1]。双能量CT(dual-energy CT,DECT)虚拟去钙技术(virtual noncalcium,VNCa)通过物质分离去除钙的干扰,能够识别BME,有临床应用价值和科研潜力[2]。然而该技术视觉评估(visual evaluation,VE)和定量分析的优劣存在争议,BME定量研究的诊断取值又各不相同,给临床应用带来困扰[3]。本研究通过使用VNCa技术识别BME,旨在分析VE和定量分析的诊断效能。

材料与方法

1.病例资料

前瞻性搜集2020年8月至2022年4月安徽省皖南康复医院骨一科连续收治的60例确诊为胸腰椎新鲜骨折的患者(观察组),其中男23例,女37例,年龄24～91岁,平均(59.30±16.5)岁。病例纳入标准:①临床及影像学确诊为新鲜椎体骨折;②发病时间≤14天;③MRI-CT检查间隔时间≤48小时;④年满18周岁。病例排除标准:①CT或MRI图像质量差;②骨肿瘤、影响骨代谢疾病及椎体手术史的患者;③椎体高度<4mm。同时搜集与观察组性别、年龄相匹配的60例陈旧性胸腰椎骨折患者作为对照组,其中男27例,女33例,年龄20～90岁,平均(61.4±17.3)岁,排除标准同观察组。本研究经医院研究伦理委员会批准,所有患者签署知情或泛知情同意书。

2.检查方法

CT检查采用Siemens Definition Flash双源CT行胸腰椎扫描。患者取仰卧头足位,根据需求确定扫描范围,A/B管电压为80 kV/Sn 140 kV,自动毫安(CAREDose 4D),转速0.5 s/r,螺距0.6,准直32×0.6,重建卷积核D34f和D50f。

MRI检查采用Siemens Essenza 1.5T磁共振扫描仪。行常规胸腰椎MRI扫描,其中矢状面FS-T2WI采用TSE序列,翻转恢复(IR)脂肪抑制技术,TR 4300 ms,TE 81 ms,TI 160 ms;层厚3.5 mm,层间距0.35 mm,矩阵256×256,平均采集次数2。

3.图像后处理

采用Siemens工作站(Syngo.via,VB10B)进行后处理。VNCa彩色编码图:采用DECT程序装载后选择骨髓(Bone Marrow)软件,默认彩色编码、阈值和分辨率;VNCa灰度图:选择Liver VNC(Liver Virtual Non-Contrast,Liver VNC)软件分析,分辨率3,碘斜率修改为1.45和1.75作为钙斜率,阈值1000 HU;常规CT图:使用混合比例0.5(Mixed 0.5)线性融合平均加权图像替代。采用横轴面、矢状面和冠状面多平面图像分析,层厚1 mm。

4.图像分析

MRI图像分析:由2位放射科医师评估胸腰椎MRI图像,根据MRI的信号特点将目标椎体分为BME和非BME,即新鲜和陈旧骨折,意见不一致时通过协商取得一致。

CT图像视觉定性分析:由2位不知研究内容的放射科医师(放射诊断经验分别为8年和7年)对两组DECT图像进行独立分析。VNCa彩色编码图上BME表现为绿色,VNCa灰度图上BME为高密度,可自由在图像左右侧分别调整窗宽窗位和彩色编码阈值,并综合多平面重组图像判断,两者共同协商一致为最终结果。

CT图像多参数定量分析:最后由2位医师在VNCa灰度图上进行测量,在目标椎体BME明显处放置感兴趣区(ROI) ,ROI大小为2～10 mm2,记录VNCa CT值(vCT)、常规CT值(regular CT,rCT)、钙浓度(calcium density,CaD)、脂肪分数(fat fraction,FF)。移动ROI至邻近上下椎体相同区域,取均值,并计算其与目标椎体的差值(ΔvCT)。若邻近椎体不利于测量,则跳过该椎体。取两者均值作为最终结果。

分析方法:以MRI分析结果为金标准,将DECT图像VE结果与之进行对比,比较1.75与1.45斜率VE的诊断效能。比较新鲜与陈旧骨折的定量参数差异,绘制受试者工作特征(receiver operating characteristic,ROC)曲线,比较不同参数的诊断效能。分析VE和定量参数联合的诊断效能,同时评估观察者间的一致性。

5.统计学分析

结 果

1.一般资料情况

观察组与对照组的男女比(分别为23/37、27/33)差异无统计学意义(χ2=0.549,P>0.05);两组年龄[分别为(59.30±16.5)和(61.4±17.3)岁]差异无统计学意义(t=-0.669,P>0.05)。从发病至影像学检查间隔时间≤14 d,平均(3.85±3.70) d。CT与MRI检查间隔时间≤24 h,平均(9.23±6.43) h。观察组60例患者共计新鲜椎体骨折75个,其中胸椎31个,腰椎44个。对照组60例患者共计陈旧性椎体骨折80个,其中胸椎35个,腰椎45个。

2.1.75和1.45斜率主观视觉评估

2位医师1.75与1.45斜率的主观VE结果不同,以1.75斜率为佳。1.75斜率的诊断符合率为90.3%,高于1.45的78.7%,差异有统计学意义(χ2=7.987,P<0.05,表1、图1、2)。2位医师间1.75斜率诊断结果的一致性较高(Kappa=0.844,P<0.05)。

图1 患者,女,69岁,车祸伤致腰部疼痛1天。a) 常规CT示腰2和腰3椎体压缩变扁,腰2椎体(上箭)密度不均并骨皮质不连续,考虑为新鲜骨折,腰3椎体(下箭)是否为新鲜骨折有争议;b) VNCa彩色编码图示腰2椎体BME(绿色伪彩,箭),腰3椎体无BME;c) VNCa灰度图(1.75斜率)示腰2椎体BME(高密度影,箭),腰3椎体无BME;d) FS-T2WI示腰2椎体可见稍高信号BME区,为新鲜骨折,腰3椎体为陈旧性骨折。 图2 患者,女,61岁,外伤致腰部疼痛1天。a) 常规CT示腰1椎体压缩变扁(箭);b) VNCa彩色编码图示腰1椎体上缘少许BME(绿色伪彩,箭);c) VNCa灰度图(1.75斜率)示腰1椎体BME(高密度影,箭),ROI的vCT值为19.6HU,根据vCT的截断值>39.2,纳入阴性,而ΔvCT值为42.6HU,根据截断值>28.5,纳入阳性;d) VNCa灰度图(1.45斜率)未见BME;e) FS-T2WI示腰1椎体新鲜骨折,BME范围与1.75斜率图一致。

表1 DECT不同斜率诊断新鲜椎体骨折的效能比较 (%)

3.DECT客观定量参数分析

胸腰椎体新鲜与陈旧性骨折的DECT定量参数vCT、rCT、FF、ΔvCT差异均有统计学意义(P均<0.05,表2)。2位医师间1.75斜率的vCT值一致性良好(ICC=0.85,P<0.05)。DECT定量参数ΔvCT值鉴别新鲜与陈旧性骨折的AUC值最大(0.96);当ΔvCT值>28.5 HU时,诊断敏感度、特异度及Youden指数分别为89.33%、96.25%、0.86(表3)。

表2 胸腰椎体新鲜与陈旧性骨折的DECT定量参数比较

表3 DECT定量参数对新鲜与陈旧性椎体骨折的鉴别诊断效能

4.主观视觉与客观定量ROC分析

ΔvCT的AUC值(0.96 )高于vCT、FF和rCT(0.88、0.84、0.77),差异均有统计学意义(Z=3.18、3.54、4.812,P均<0.05);VE的Youden指数为0.82,高于VNC的0.62,略低于ΔvCT的0.86(图3);多参数联合Logistic回归分析中,仅VE和vCT纳入模型,预测概率ROC的AUC值为0.95,低于单独ΔvCT的AUC值。

图3 a) VNCa技术多定量参数诊断椎体新鲜骨折的ROC曲线;b) VE、ΔvCT和vCT的ROC曲线,VE的Youden指数为0.82。

讨 论

1.BME影像表现的病理基础

识别BME是诊断椎体新鲜骨折的关键。BME被认为是以骨基质水肿及炎性浸润影响黄骨髓,导致血管通透性增加,水分增多的一种征象[4]。椎体骨折可导致血管破裂出血,周围组织间质液渗出过多,致使MRI的T1及T2弛豫时间延长,在CT上表现为高衰减即高密度。由于椎体出血水肿的密度远低于周围骨质,易受其遮盖,此外椎体压缩及骨痂形成亦可高于周围骨质,rCT难以评估BME并高度依赖于观察者的经验,VNCa技术能有效消除不同经验医生的诊断效能差距[5]。VNCa三物质分离技术可以分离钙,因为钙CT值显著高于黄骨髓和红骨髓,纯钙到黄骨髓及红骨髓近似平行线,该线斜率被认为就是钙的特征斜率,将钙质去除可直接观察骨髓的密度变化[6]。

2.不同斜率对VE的影响

关于BME的VE有两种方法实现,一是自带彩色编码的骨髓软件,此外将Liver VNC软件的碘斜率修改为钙特征斜率使用,前者快捷但是无斜率参数,而后者最佳钙斜率值尚未统一,给临床实践带来一定困扰,目前二代双源使用较多的为1.45和1.75[7-8]。

Bierry等[9]使用1.75斜率VE的敏感度为84%,特异度为97%,诊断符合率为95%;国内学者认为1.75斜率最佳[10],敏感度、特异度、诊断符合率分别为85.1%、96.6%和94.5%。本研究结果显示1.75斜率的诊断效能优于1.45斜率,敏感度、特异度、诊断符合率分别达88.0%、93.8%、90.3%,敏感度较其他研究结果略高,而特异度和诊断符合率较低,可能是既往研究缺少标准的对照组,而采用患者无BME的椎体作为对照,造成阴性样本量占比大(167/193、206/253),导致特异度和诊断符合率的升高[11]。本研究使用陈旧性椎体骨折作为对照组,不包括其他非目标椎体的阴性椎体,结果更具有临床意义。1.45较1.75斜率图像钙质去除得更彻底,但诊断效能反而更低,推测该斜率和出血水肿物质重叠较多,在去除钙质的同时去掉了有诊断价值的物质。此外不同设备光谱分离能力有差异,一项荟萃研究显示三物质分离算法优于两物质分离算法[12],数据的采集、后处理和可视化的方法不同,可能对结果均有影响,需要进一步研究。

3.DECT客观定量参数对BME的诊断效能

BME的客观定量研究较多,均认为椎体BME与非BME的CT值差异有统计学意义,本研究结论与既往研究一致,在成人的正常椎体中黄骨髓比例较高,使用VNCa技术去除钙质后,受脂肪的X光的低衰减,而BME区出血水肿的高衰减,造成CT值的差异[13]。定量研究有较好的诊断效能,然而各研究者的诊断取值差异较大,Koch等[14]的研究取值46 HU、王林等[15]的研究取值30.2 HU、Bierry等[9]的研究取值6.5 HU,本研究取值39.2 HU与既往研究亦不同,考虑为不同设备、扫描协议及后处理参数的影响,此外还受患者椎体骨髓成分、水肿强度和骨密度等个体差异的影响[16]。ΔvCT值是患者本身BME与非BME的差值,目的是测量出血水肿净升高的CT值,能有效消除个体差异的影响,取值28.5 HU诊断BME的敏感度、特异度及AUC值分别为89.3%、96.2、0.96,优于vCT的诊断效能。椎体BME与非BME的CaD差异无统计学意义,可能由于骨质损伤区域内钙含量无明显变化,CaD在损伤修复期是否有变化,需要进一步研究。意外的是FF具有较高诊断效能,可能是黄骨髓被出血水肿替代,比例下降所致。综上,定量分析提供了丰富的客观数据及更多的诊断信息[17]。

4.主观视觉评估与客观定量参数比较

值得注意的是,本研究结果显示VE的诊断效能高于基于ROI测量的vCT。VE与定量分析在诊断BME中的优劣尚存在争议,然而目前多数研究者认为VE更具优势[18]。VE的彩色编码图及灰度图是由软件生成的,视觉的差异取决于病变椎体与相邻椎体的CT值差异,而不是绝对的CT值改变,手动优化VE图的窗宽窗位,能检测相对细微的BME区域,这是定量ROI分析无法实现的;ΔvCT也是基于此,诊断效能较vCT有所提高。由于定量测量取ROI区域平均值,可能包括BME和非BME的组织,会低估CT值,而年轻患者的椎体红骨髓含量高,可能又会高估CT值,易造成假阴性和假阳性的结果,但定量测量相对客观,不依赖医生的经验。考虑到定量分析较为繁琐,在实际工作中优先使用VE评估BME,诊断信心不足时,添加ΔvCT协助诊断,以取得更高的诊断效能。

本研究存在以下局限性:①尽管一致性检验结果较好,然而是单中心研究,设备、扫描协议和后处理的不同,可能会影响可重复性;②研究对象存在一定选择性偏倚,临床症状较轻和危及生命的患者纳入较少;③虽然辐射剂量较低,也是不可回避的问题。

综上所述,VNCa技术检测椎体BME有较高的临床应用价值,VE中1.75斜率的诊断效能较高,定量分析中ΔvCT截断值28.5 HU有较高的诊断效能,临床应用中首选便捷的VE分析。