CT能譜曲線在脊柱轉(zhuǎn)移瘤和感染性病變中的鑒別診斷價值

袁 源，郎 寧，袁慧書

(北京大學第三醫(yī)院放射科，北京 100191)

脊柱轉(zhuǎn)移瘤和感染性疾病是脊柱常見病變，二者的治療和預(yù)后截然不同，故術(shù)前的鑒別診斷至關(guān)重要。脊柱感染性病變在中老年人群中的發(fā)病率逐年增高且病變不典型，如未累及椎間盤的單椎體病變、僅累及附件病變、多發(fā)跳躍分布病灶、未形成明確膿腫等情況，難以與轉(zhuǎn)移瘤鑒別[1-3]。能譜CT可在0.5 ms內(nèi)實現(xiàn)80～140 kV的高速切換，可獲得40～140 keV單能量圖像及感興趣區(qū)(region of interest，ROI)的CT值，通過衰減曲線反映組織特征，對腫瘤的診斷及鑒別診斷具有較大價值[2,4-7]。本研究采用能譜CT分析47例患者的影像資料，旨在探討CT能譜曲線在脊柱轉(zhuǎn)移瘤和感染性疾病中的鑒別診斷價值。

1 資料與方法

1.1 臨床資料

選取2014年7月至2017年12月北京大學第三醫(yī)院經(jīng)手術(shù)或穿刺組織病理檢查和診斷的患者。本研究獲得北京大學第三醫(yī)院醫(yī)學倫理委員會批準和患者知情同意。

脊柱轉(zhuǎn)移瘤的患者29例，其中男14例，女15例，年齡44～82歲，中位年齡58.0歲；其中原發(fā)腫瘤肺癌11例、乳腺癌7例、腎癌3例、肝癌2例、鱗狀細胞癌1例、腺癌1例、顱內(nèi)血管內(nèi)皮瘤1例、結(jié)腸癌1例、膽管癌1例、胃癌1例；脊柱轉(zhuǎn)移瘤發(fā)生于頸椎11例、胸椎4例、腰椎11例、骶骨3例。

脊柱感染性病變共18例，其中男11例，女7例，年齡26～77歲，中位年齡64歲；其中經(jīng)穿刺組織病理檢查及臨床資料證實為慢性非特異性脊柱感染者7例，抗生素治療后明顯好轉(zhuǎn)、臨床診斷為慢性非特異性脊柱感染者4例，手術(shù)或穿刺組織病理檢查證實為脊柱結(jié)核者3例，抗結(jié)核治療后病變明顯好轉(zhuǎn)、臨床診斷為脊柱結(jié)核者4例；脊柱感染性病變發(fā)生于頸椎6例、胸椎2例、腰椎10例。

1.2 儀器與方法

采用GE Discovery CT 750 HD寶石能譜CT機對所有患者先行平掃，管電壓120 kV、管電流137～543 mA、層厚5.0 mm、螺距1.375，再行增強能譜CT靜脈期掃描，管電壓80 kV或140 kV、管電流550 mA、掃描速度0.8 s、螺距1.375、探測器寬度0.625 mm×64。采用Acist高壓注射器由右側(cè)肘靜脈注入對比劑碘海醇(碘含量350 g/L)，流率3.0 mL/s，劑量1.5 mL/kg體質(zhì)量(總量80～100 mL)，靜脈期延遲40～50 s，容積CT劑量指數(shù)(CT dose index volume， CTDIvol)16.87 mGy。

1.3 圖像分析

由1名醫(yī)師雙盲測量數(shù)據(jù)，將重建層厚為0.625 mm的單能量圖像傳至AW 4.5(GE Medical Systems, Milwaukee, WI, USA)工作站，載入GSI Viewer軟件，將ROI(1.8～39.16 mm2，平均13.67 mm2)置于病灶強化最明顯處，避開血管、壞死組織、腫瘤骨、殘留骨等(圖1、2)，軟件自動生成CT能譜曲線，保存40～140 keV不同能量水平的CT值，為保證測量的一致性，在3個不同層面畫取ROI，共3個。若腫瘤內(nèi)有較多殘留骨、鈣化、腫瘤骨或強化的軟組織較少，可在同一層面勾畫滿足上述條件的2～3個ROI(圖2)， 3個層面共計6～9個ROI。上述3～9個ROI產(chǎn)生的能譜曲線，計算40～140 keV(每10 keV為一個能級水平)中同一keV能級的平均CT值、平均曲線斜率(k=CT40-CT140/140-40)， 同時在混合能量圖像上測量同一ROI的CT值，并計算平均值。

1.4 統(tǒng)計學分析

采用SPSS 19.0統(tǒng)計分析軟件，脊柱轉(zhuǎn)移瘤與感染性病變患者年齡、40～60 keV能量水平下的CT值用中位數(shù)(最小值，最大值)表示，采用非參數(shù)(Mann-WhitneyU檢驗)分析；70～140 keV能量水平下的CT值、混合能量圖像CT值以及曲線斜率用平均數(shù)±標準差表示，采用獨立樣本t檢驗分析；P<0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結(jié)果

脊柱轉(zhuǎn)移瘤和脊柱感染性病變的年齡差異無統(tǒng)計學意義(P=0.49)。脊柱轉(zhuǎn)移瘤和脊柱感染性病變的CT值隨著keV能量水平的增高而減低，曲線切線斜率隨之減小(圖1～3)。脊柱感染性病變組在40～100 keV能量水平同一能級的CT值顯著低于脊柱轉(zhuǎn)移瘤組(P均<0.05)，兩組在110～140 keV能量水平同一能級的CT值差異無統(tǒng)計學意義(P均>0.05)，見表1。兩組在混合能量圖像的CT值分別為(104.65±27.92) HU和(114.38±28.67) HU，差異無統(tǒng)計學意義(t=-1.142，P=0.260)。脊柱感染性病變的能譜曲線斜率顯著低于脊柱轉(zhuǎn)移瘤的能譜曲線斜率(t=-5.790，P<0.001)。當靜脈期能譜曲線斜率閾值取1.72時，曲線下面積為0.905，靈敏度和特異度分別為88.0%、76.9%(表2、圖4)。

A, mixed energy images; B, the spectral curve of the region of interest (marked as the number 2) on the left image.

A, mixed energy images; B, the spectral curves of the region of interest (marked as the number 2, 4, 6) on the left image.

圖3 脊柱轉(zhuǎn)移瘤與感染性病變的CT能譜曲線

3 討論

ROC, receiver operating characteristic.

X線在穿透物質(zhì)的過程中造成一定程度的衰減，這種衰減是由光電效應(yīng)與康普頓效應(yīng)(Compton effect)共同決定的，不僅與物質(zhì)的原子序數(shù)性質(zhì)相關(guān)，且與X線的能量相關(guān)[8-10]。當相同原子序數(shù)的物質(zhì)與光子相互作用時，在低光子能量時以光電吸收為主，其物質(zhì)穿透力弱、衰減較多；在高光子能量時以康普頓散射(Compton scattering)為主，其物質(zhì)穿透力強、衰減較少。 寶石能譜CT(Discovery CT 750 HD)為單源雙能CT[11]，其高壓發(fā)生器可在0.5 ms的時間內(nèi)瞬時完成80/140 kV切換，幾乎在同時、同角度得到2個能量水平的原始數(shù)據(jù)，再通過復(fù)雜算法重建出40～140 keV的X線虛擬單能量圖像[1]。單能量圖像不易受傳統(tǒng)混合能量圖像中硬化偽影的干擾，測量CT值更準確、更靈敏。ROI不同能量水平的CT可繪制出反映不同物質(zhì)特性的能譜曲線[5,12-13]，提供有助于腫瘤診斷、鑒別診斷的定量信息，甚至可以輔助治療方案的確定及治療后的療效評價、預(yù)后評估。

表1 不同能量水平下脊柱轉(zhuǎn)移瘤與感染性病變的CT值比較

表2 鑒別脊柱轉(zhuǎn)移瘤和感染性病變能譜曲線各種參數(shù)的ROC曲線下面積、閾值、靈敏度和特異度

脊柱轉(zhuǎn)移瘤和感染性疾病是脊柱常見病損，兩者最嚴重的并發(fā)癥均為死亡、嚴重的神經(jīng)功能障礙等，但兩者的治療方案相去甚遠[14]。脊柱感染性病變在未產(chǎn)生嚴重脊髓神經(jīng)壓迫癥狀之前，可采用抗菌藥物保守治療，大部分在6周之后癥狀緩解且預(yù)后良好；脊柱轉(zhuǎn)移瘤需要采用化療、放療或手術(shù)治療，預(yù)后較脊柱感染性病變要差。因此，早期準確診斷、鑒別診斷和針對性治療可減少神經(jīng)損害及嚴重并發(fā)癥的產(chǎn)生，提高患者的生存率和生活質(zhì)量。

脊柱感染性病變在中老年患者中的發(fā)病率逐漸增加，本研究中脊柱轉(zhuǎn)移瘤和脊柱感染性病變患者的年齡無明顯差異，需要進行鑒別診斷。脊柱轉(zhuǎn)移瘤和感染性病變均可表現(xiàn)為局部疼痛、脊柱不穩(wěn)定、神經(jīng)受損癥狀，兩者僅靠臨床表現(xiàn)不易鑒別，且因老年人椎間盤無或少血供，發(fā)生于老年患者的脊柱感染性病變多發(fā)生于椎體，可僅累及椎體中心而不累及椎體終板及椎間盤，椎體明顯壓縮，此種類型的脊柱感染性病變的影像學表現(xiàn)易與脊柱轉(zhuǎn)移瘤混淆[6,15]。脊柱感染性病變經(jīng)脊柱Batson靜脈系統(tǒng)播散至不相鄰的兩個或兩個以上椎體，呈多發(fā)跳躍性病灶時，易誤診為轉(zhuǎn)移瘤[16-18]。此外，僅累及附件的脊柱感染性病變、椎旁病變膿腫未形成時，均不易與脊柱轉(zhuǎn)移瘤相鑒別，故需一種定量或半定量的方法來輔助診斷及鑒別診斷。

本研究采用CT能譜曲線對脊柱轉(zhuǎn)移瘤和感染性病變進行半定量鑒別診斷。脊柱感染性病變和轉(zhuǎn)移瘤內(nèi)部血容量均增大，但脊柱感染性病變?yōu)槌墒煅軘U張所致，內(nèi)皮細胞連結(jié)緊密[2,19]，碘對比劑不易從血管轉(zhuǎn)運至細胞外間隙，且脊柱感染性病變的細胞密度較轉(zhuǎn)移瘤低，故X線衰減系數(shù)低于脊柱轉(zhuǎn)移瘤，能譜曲線斜率低于脊柱轉(zhuǎn)移瘤。兩組在低能量水平同一能級的CT值有顯著差異，在高能量水平的CT值無明顯差異，此結(jié)果與既往文獻報道相似。Dong等[4]通過對79例脊柱成骨型轉(zhuǎn)移瘤和43例骨島患者進行能譜CT掃描后發(fā)現(xiàn)，成骨型轉(zhuǎn)移瘤患者在50～130 keV水平的CT值和能譜曲線斜率均低于骨島患者，當取110 keV水平的CT值68.6 HU作為閾值時，可獲得最大曲線下面積，鑒別診斷的靈敏度和特異度分別為93.0%、93.3%。Zheng等[20]對69例脊柱溶骨性骨轉(zhuǎn)移瘤和41例許莫氏結(jié)節(jié)(Schmorl’s nodes)患者行能譜CT平掃，40 keV的CT值和能譜曲線斜率的診斷效能明顯高于傳統(tǒng)CT，但目前尚未見用CT能譜曲線鑒別診斷脊柱轉(zhuǎn)移瘤和感染性病變的報道。本研究中，當CT能譜曲線斜率的閾值取1.72時，鑒別兩組病變的受試者工作特征(receiver operating characteristic, ROC)曲線下面積(0.905)比40 keV能級的CT值略大，可獲得鑒別脊柱轉(zhuǎn)移瘤的最大靈敏度88%，但是40 keV能級的CT值在248.80 HU時更靠近ROC曲線左上角，診斷效能最高，可取得鑒別脊柱轉(zhuǎn)移瘤更高的特異度92.3%。

本研究有一定局限性，首先，脊柱感染性病變和轉(zhuǎn)移瘤患者的樣本量較小，原發(fā)腫瘤及感染性病變非單一病種，需要擴充樣本量；其次，未對能譜曲線測量的可重復(fù)性進行檢驗，但以往Gupta等[21]通過對胰腺癌患者經(jīng)能譜CT掃描產(chǎn)生的50 keV、70 keV、混合能量圖像和碘基圖進行三人、獨立、多次測量后發(fā)現(xiàn)，胰腺癌相關(guān)參數(shù)測定在觀察者間的可重復(fù)性較好，雙能CT在檢測痛風患者尿酸鹽沉積方面的觀察者間可重復(fù)性良好[22]；第三，未定量分析傳統(tǒng)CT影像學對脊柱感染性病變和轉(zhuǎn)移瘤的鑒別診斷效能。

綜上所述，CT能譜曲線是一種能夠鑒別脊柱感染性病變和轉(zhuǎn)移瘤的半定量方法，具有廣闊的應(yīng)用前景。