雙源雙能量CT最優化Rel.CM值虛擬去鈣技術對踝關節骨挫傷的應用價值研究

陳芳 劉緒明 許加峻 黃賢藏 王勝澤 邱乾德*

踝關節是人體下肢的重要承重關節之一，是外傷好發的部位［1］，典型的急性關節損傷包括韌帶、滑膜的損傷，關節軟骨、骨皮質的損失，以及外傷后骨髓病變［2］。外傷后骨髓病變又叫骨挫傷，早期、快速、準確診斷對臨床及時治療及防止損傷后并發癥至關重要。目前骨挫傷首選的影像學檢查方法是MRI［3］。隨著雙源雙能量CT（dual-energy computed tomography，DECT）的發展，近年來逐漸顯示出在骨骼肌肉系統中的應用潛能［4-5］，其中也包括對骨挫傷的診斷。對比物質相對比率（the relative ratio of contrast material，Rel.CM）是DECT的虛擬去骨（virtual noncalcium，VNCa）圖中一個重要參數，本研究以MRI為參照標準，設置不同Rel.CM值進行對比分析，旨在優選出最佳Rel.CM值，進而探討最優化Rel.CM值對應的VNCa圖對踝關節骨挫傷的診斷價值。

1 資料與方法

1.1 一般資料 收集2018年5月至2019年5月間浙江省溫州市人民醫院臨床初診踝關節骨挫傷患者60例。納入標準：年齡＞18歲和＜80歲，有明確外傷史及局部疼痛，活動障礙等癥狀，踝部既往無其他疾病及手術史，X線檢查陰性，患者均行踝關節MRI和雙能量CT平掃，MRI及CT檢查≤3d。排除標準：踝部既往有手術史，受檢部位有其他疾患者，外傷時間＞2個月，懷孕或有MRI檢查禁忌者。另設立對照組：患者對側健肢，同時行踝關節MRI和雙能量CT平掃。本研究事先均簽署知情同意書。

1.2 檢查方法 MRI采用德國Siemens TIM 1.5T磁共振掃描儀。每位患者行矢狀位TSE-T1WI（TE 11ms，TR 659ms）、TSE-T2WI（TE 96ms，TR 2200ms）、TSET2WI-FS（TE 79ms，TR 3490ms）序列，橫斷位采用TSE-T2WI-FS（TE 79ms，TR 3490ms）。 層 厚 4.0mm，層距0.5mm。CT采用德國Siemens Somatom Definition Flash雙源CT掃描機。常規仰臥位掃描，頭足方向。球管A及球管B的管電壓分別為80kV、140kV，開啟實時動態曝光劑量調節自動衰減管電流，螺距0.7，準直器寬度64×0.6mm。DECT圖像后處理：每次掃描同時獲得140kV、80kV以及融合系數為0.4的線性融合圖像。重組卷積核分別為D45s及B70f，重建層厚2mm，重建間距1mm。在Syngo Dual Energy工作站中，在“Liver-VNC”模塊中進行雙能去骨處理及彩色編碼轉換，VNCa圖像被顯示為彩色編碼疊加圖合并在加權平均CT圖像中。將VNCa圖像進行不同Rel.CM值（取1.25、1.45、1.60、1.75）設置。

1.3 圖像分析 將踝關節圖像分成10個區，其中脛骨下段（3區）、腓骨下段（1區）及距骨（6區）。VNCa圖上骨挫傷的診斷標準：斑片狀或斑點狀的高或稍高密度影，邊界模糊；彩色編碼圖上顯示骨挫傷區域與正常骨髓顏色不同（本研究采用紅藍色系）。骨挫傷的MRI表現為T1WI上不均勻或均勻低信號，T2WI脂肪抑制序列上為高信號。由兩名15年以上工作經驗的放射科醫師對4種不同Rel.CM值設置（取1.25、1.45、1.60、1.75）的VNCa圖像及MRI圖像進行定性評估。以MRI結果為參考標準，比較不同Rel.CM值VNCa圖對踝關節骨挫傷診斷的敏感度、特異度和準確度，陽性預測值、陰性預測值及約登指數，優選出最佳Rel.CM值。兩名醫師分別在最優Rel.CM值對應的VNCa圖上測量骨挫傷區域的CT值及正常骨髓區域（對照組）的CT值，結果取兩名醫師測量的平均值。測量時ROI放置在VNCa圖骨挫傷區域的正中心，ROI面積＞20mm2，避開骨皮質下2mm以內及有明顯骨質硬化或疏松的區域，對照組正常骨髓CT值測量的位置及范圍需與病變組一致。以上各項工作存在異議時，由第三位副主任職稱以上放射科醫師進行再次分析統一。

1.4 統計學方法 采用SPSS 17.0統計軟件。偏態分布采用中位數及范圍表示，計數資料采用數字和百分比表示。以MRI為參考標準，計算并比較Rel.CM值分別為1.25、1.45、1.60、1.75的VNCa圖對踝關節骨挫傷的診斷效能。采用t檢驗比較最優化Rel.CM值的VNCa圖上骨挫傷區域與骨髓正常區域CT值的差異，P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

60例患者中，男42例，女18例；年齡20～75歲，平均（38.2±0.2）歲。60例患者均完成DECT和MRI檢查，DECT與MRI檢查間隔時間為（1.25±0.3）d。60個踝關節被劃分成600個區。MRI顯示189個區（脛骨下段67個，腓骨下段98個，距骨24個）表現為斑片狀、斑點狀T1WI低信號，T2WI脂肪抑制高信號（見圖 1a）。Rel.CM 值為 1.25、1.45、1.60、1.75對應的VNCa圖顯示骨挫傷的區域分別為29、85、171、224個，不同Rel.CM值的VNCa圖與MRI對踝關節骨挫傷診斷的對照結果（見表1）。Rel.CM值為1.25、1.45、1.60、1.75的VNCa圖診斷踝關節骨挫傷的約登指數分別為0.13、0.41、0.79、0.70，Rel.CM=1.60 的 VNCa圖的診斷準確性最高見（見表2）。Rel.CM值為1.60的VNCa圖顯示骨挫傷的效果最佳（見圖1b～e）。在最優Rel.CM參數（1.60）的VNCa圖上，骨挫傷區域和正常骨髓區域的CT值分別為-97.0（-55.5～-120.6）和-149.1（-128.2～-168.5）HU，95% 的置信區間為（50.1～54.1），差異有統計學意義（t=27.766，P＜0.05）。

表1 不同Rel.CM值的VNCa圖與MRI對踝關節骨挫傷診斷的結果對照（個，n=600）

表2 不同Rel.CM值的VNCa圖對踝關節骨挫傷的診斷效能對照

圖1 a T2WI-FS橫斷位

圖1 b VNCa圖Rel．CM值=1．25

圖1 女，53歲，車禍致右踝疼痛1d。MRI顯示T2WI脂肪抑制序列見右脛骨下端外側緣及腓骨下端片狀高信號影（黑箭），提示骨髓損傷（圖1a）；對比物質相對比率（Rel．CM）為1．25的橫斷面虛擬去骨（VNCa）圖難以顯示骨髓損傷的區域（圖1b）；Rel．CM為1．45（圖1c）、1．60（圖1d）、1．75（圖1e）橫斷面VNCa圖可顯示骨髓損傷的區域，并以Rel．CM為1．60的VNCa圖顯示效果最佳，與MRI顯示范圍較一致（黑箭）

3 討論

骨挫傷是指外力創傷引起的骨髓水腫、出血及骨小梁的微骨折，但軟骨和骨皮質正常。關節外傷時，骨挫傷的發生率較高，主要表現為關節疼痛、腫脹以及引起的暫時性關節功能障礙。細微或小范圍的骨挫傷發生后，對患肢采用限制性負重和改變傷后運動方式等，大多可以自行愈合。較嚴重的骨挫傷時，需輔以局部理療、針灸、藥物等治療可以逐漸愈合，如果在骨小梁愈合期間不做充分保護，骨挫傷區域已薄弱的骨小梁會進一步壓縮從而形成壓縮性骨折或明顯的皮質骨折，尤其在膝關節或踝關節等重要承重部位的骨挫傷，長期挫傷不愈還會嚴重影響關節功能并影響正常生活，有的甚至不得不面對人工關節置換的痛苦選擇。因此，早期準確判斷骨挫傷的存在至關重要。

骨挫傷由于無明確的骨皮質斷裂，在X線及普通CT上無法明確診斷。MRI檢查可以觀察骨挫傷的部位、范圍及周圍軟組織水腫等情況，是目前診斷骨挫傷的金標準［3］。骨挫傷的MRI表現為T2WI上信號強度的增加，T1WI上信號強度的減低；T2WI反映了自由水的分布，可以用來確定是否存在急性損傷；短時間反轉恢復序列（Short Time Inversion Recovery，STIR）能獲得正常骨髓的脂肪信號被抑制的圖像，從而增加識別骨挫傷的敏感度。

DECT是基于西門子成熟的64層CT技術之上的嶄新設備，具有兩套互相獨立的X線球管-探測器系統，在一次雙能量掃描下可得到兩組高低不同的能量數據和一組融合數據圖像，并通過物質在高低能量下不同的衰減值來進行物質的鑒別。雙能量虛擬去鈣技術利用三物質分離算法可將骨髓和鈣分離，所得的虛擬去鈣（VNCa）圖去除了骨質結構的干擾，可以清楚顯示骨髓腔內紅骨髓與黃骨髓的細微變化，由此可以評價骨髓水腫情況，通過彩色編碼轉換，用兩種顏色分別代表正常骨髓和骨髓水腫，使骨挫傷表現更直觀。本研究中，在最優Rel.CM值（1.60）的VNCa圖上，診斷踝關節骨挫傷的靈敏度、特異度和準確度分別為82.54%、96.35%及92.00%，說明VNCa圖對于踝關節骨挫傷同樣具有良好的定性能力。

Rel.CM值是DECT的VNCa成像圖中一個重要參數，代表同一物質在不同能譜下CT值的比值。如果Rel.CM值設置不合適，在VNCa圖中容易存在鈣殘留導致的假陽性或外傷性骨髓水腫的假陰性。梁建超等［4］認為Rel.CM值為1.45的VNCa圖對膝關節創傷性骨髓水腫的診斷效能較佳；章輝慶等［5］認為Rel.CM值為1.75的VNCa圖對椎體骨髓水腫的臨床價值較高。目前，國內外學者對于踝關節骨挫傷的最優Rel.CM值設置未達成共識。本研究將Rel.CM值設立為1.25、1.45、1.60和1.75，對其形成的VNCa圖進行對比研究顯示，Rel.CM值為1.60的VNCa圖對踝關節骨挫傷的顯示效果最佳，診斷效能最高，約登指數為0.79；Rel.CM值取1.75時，顯示骨髓水腫的效果也較好，約登指數為0.7，但假陽性較多。因此，在踝關節骨挫傷中，Rel.CM值=1.60是VNCa圖最優的成像參數。

本研究利用DECT的測量功能，在最優Rel.CM值的VNCa圖上測量骨挫傷區域的CT值為-97.0（-55.5～-120.6），對照組相同區域正常骨髓的CT值為-149.1（-128.2～-168.5）HU，差異有統計學意義，兩者骨髓CT值的95%的置信區間不存在重疊，且骨挫傷區域的CT值明顯高于正常骨髓區域，提示DECT的VNCa圖通過CT值測量可以對踝關節骨挫傷進行定量診斷，并且CT值差異越大時，對診斷越有幫助。總之，DECT的VNCa圖對踝關節骨挫傷具有較高的靈敏度和特異度，Rel.CM值設置為1.60的VNCa圖對踝關節骨挫傷的診斷效能最優。