光譜CT電子云密度圖結合CT表現鑒別急慢性椎體骨質疏松性骨折

許東峰,麥春華*,朱凱幫,王文章,廖玉婷,王浩亞

(1.東莞市中醫院醫學影像科,廣東 東莞 523000;2.飛利浦醫療臨床&技術支持部,廣東 廣州 510320)

椎體骨質疏松性骨折(osteoporotic vertebral fracture, OVF)為老年椎體骨質疏松癥的常見并發癥,嚴重影響患者生活質量[1]。OVF分為急性和慢性,影像學均可見椎體變扁,而急性OVF椎體病理學上可出現水腫。MRI是鑒別急、慢性OVF的“金標準”,但檢查時間長、禁忌證較多[2]。近年來,能譜CT在肌肉骨骼系統診斷中的應用越來越廣泛[3]。光譜CT是能譜CT的一種類型,又稱雙層探測器CT,其上層探測器接收低能光子、下層探測器接收高能光子;雙層探測器在單次掃描過程中分別接受高、低能數據,具有“同源、同時、同向”掃描的特點,能生成多種能譜圖像[4]。本研究觀察光譜CT電子云密度圖(electron density map, EDM)結合CT表現鑒別急、慢性OVF的價值。

1 資料與方法

1.1 研究對象 回顧性收集2021年5月—2022年4月于東莞市中醫院接受胸椎和/或腰椎CT掃描的48例同時存在急、慢性OVF患者,男4例、女44例,年齡56～92歲、平均(73.3±7.9)歲;共納入110個骨折椎體,包括53個急性OVF(急性組)及57個慢性OVF椎體(慢性組)。納入標準:①患者因站立跌倒或無誘因腰痛入院;②骨密度檢查提示椎體骨質疏松;③胸椎和/或腰椎MRI顯示椎體壓縮變扁、骨質信號不連續,并可見水腫信號,符合急性OVF診斷標準[5];或椎體壓縮變扁但無水腫信號,符合慢性OVF診斷標準[5]。排除標準:①高處墜落傷致爆裂性骨折;②腫瘤致病理性骨折;③合并其他代謝性疾病。本研究經院倫理委員會批準[倫審(研)PJ【2021】14號]。檢查前患者及家屬均簽署知情同意書。

1.2 儀器與方法 于MR檢查前后3天內采用Philips IQon spectral CT機行胸椎和/或腰椎光譜CT檢查,根據病情確定掃描范圍,參數:管電壓120 kVp,曝光量300 mAs,FOV 500 cm,矩陣512×512,重建層厚及層間距均為1 mm。掃描結束后重建能譜CT數據包。

1.3 光譜CT定量分析 由2名具有5年和10年工作經驗的影像科主治醫師采用雙盲法于Philips ISP工作站打開能譜CT數據包,避開骨皮質、氣體及椎靜脈,分別于脊柱正中矢狀位常規120 kVp混合能量圖像(polyenergetic image, PI)(即常規CT)、40 keV低能級虛擬單能量圖像(virtual monoenergetic image, VMI),以及70 keV中能級VMI和100 keV高能級VMI中勾畫急、慢性骨折椎體的ROI,測量其CT值,并于有效原子序數(effective atomic number, Z-eff)圖及EDM中測量Z-eff及電子云密度(electron density, ED);在同一窗口切換PI、VMI、Z-eff及ED模式,確保ROI大小及位置不變。見圖1、2。

圖1 患者女,70歲, L2急性、L5慢性OVF A.腰椎脂肪抑制T2WI示L2水腫信號(長箭),L5未見明顯水腫信號(短箭); B～F.腰椎矢狀位不同層面PI骨窗圖示L2前后徑增大,前緣骨皮質皺褶,上終板中斷,椎體密度增高,并見氣體影 (紅、綠色分別為急、慢OVF的ROI)

圖2 患者女,80歲, T12急性、L3慢性OVF A.胸腰椎矢狀位脂肪抑制T2WI示T12水腫信號(紅箭),L3無水腫信號(黃箭); B～E.胸腰椎矢狀位PI(B)、40 keV VMI(C)、70 keV VMI(D)、100 keV VMI(E)均示T12密度較L3增高; F.Z-eff圖見T12內藍色陰影區域大于L3; G.EDM示T12內白色陰影區域大于L3

1.4 CT表現 由上述2名醫師分別閱讀110個骨折椎體的常規CT圖像,觀察有無終板中斷征、骨皮質皺褶、椎體密度增高、椎體內氣體影及椎體前后徑增大(圖1);采用Genant法評估椎體壓縮程度,針對相同椎體壓縮最明顯處高度與椎體后緣高度的比值的百分數進行判斷,若全椎體壓縮,則取壓縮最明顯處高度與相鄰上一椎體后緣高度的比值的百分數,以<20%為0度、20%～25%為Ⅰ度、>25%且≤40%為Ⅱ度、>40%為Ⅲ度壓縮。2名醫師意見不一時,經討論達成一致。

1.5 統計學分析 采用SPSS 26.0統計分析軟件。以中位數(上下四分位數)表示計量資料,以Shapiro-Wilk檢驗評估其正態性并行秩和檢驗。采用χ2檢驗或Fisher精確概率法比較計數資料。將組間差異有統計學意義的能譜CT定量參數及CT表現及納入二分類logistic回歸分析,篩選鑒別急、慢性OVF的獨立危險因素并建立聯合模型。繪制受試者工作特征(receiver operating characteristic, ROC)曲線,計算曲線下面積(area under the curve, AUC),評價單一獨立危險因素及聯合模型鑒別急、慢性OVF的效能,以DeLong檢驗比較其AUC;P<0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 光譜CT定量參數 急、慢性OVF椎體能譜CT定量參數差異均有統計學意義(P均<0.05)。見表1。

2.2 CT表現 相比慢性OVF,急性OVF更易出現終板中斷征、骨皮質皺褶、椎體密度增高及椎體內氣體影,且椎體壓縮程度多數為0及Ⅰ度(P均<0.05);組間椎體前后徑增大與否差異無統計學意義(P=0.902)。見表2。

表2 110個急、慢性OVF椎體CT表現比較(個)

2.3 logistic回歸分析 CTPI(OR=0.855)、ED(OR=16.432)、骨皮質皺褶(OR=0.038)及椎體密度增高(OR=0.025)均為急性OVF的獨立危險因素(P均<0.05,表3),以之構建的聯合模型為logisitc(P)=-257.022-1.57×CTPI+2.799×ED-3.264×骨皮質皺褶-3.697×椎體密度增高。

表3 logistic回歸分析篩選急、慢性OVF的獨立危險因素

2.4 ROC曲線分析 以單一CTPI、ED、骨皮質皺褶及椎體密度增高鑒別急慢性OVF的AUC分別為0.870、0.889、0.879及0.866;聯合模型的AUC為0.977,高于各單一獨立危險因子(Z=3.47、3.73、2.95、2.71,P均<0.05),其診斷敏感度為98.11%,特異度為94.74%。見圖3及表4。

表4 各單一獨立危險因素及聯合模型鑒別急、慢性OVF的效能

圖3 各單一獨立危險因素及聯合模型鑒別急、慢性OVF的ROC曲線

3 討論

光譜CT EDM指利用康普頓散射和光電散射的能譜數據重建所獲圖像,ED在其中代表相對于水的標準化電子云密度值[6],常用于制訂放射治療計劃時計算輻射劑量[7],而在其他方面的應用尚少。YAMAMOTO等[8]基于EDM行CT引導下骨轉移瘤穿刺活檢,發現腫瘤區域ED高于非瘤骨組織。邱建升等[9]發現肺惡性結節ED高于肺良性結節,認為EDM可用于鑒別肺良、惡性結節。

能譜CT鈣抑制技術能反映骨髓水腫,可用于鑒別急、慢性OVF[10-12]。CT顯示椎體內橫行致密帶可用于區分急、慢性OVF[13]。急性OVF病理改變包括骨小梁骨折、嵌插,CT表現為密度增高,矢狀位CT可見椎體內橫行致密帶;慢性OVF骨小梁已發生重塑,故CT無橫行致密帶[13];而急性骨折椎體內發生的骨髓水腫、滲出和微出血也可致椎體密度增高。WANG等[14]指出,急性OVF椎體CT值高于正常椎體,而慢性OVF椎體CT值與正常椎體相近。本研究發現,相比慢性OVF,急性OVF椎體CT值更高,與既往研究[14]結果一致;急性OVF椎體ED高于慢性OVF,原因可能在于急性OVF椎體內的骨髓水腫、滲出致單位體素內電子密度增高,表現為ED值增高,亦提示ED及CT值均有利于鑒別急、慢性OVF。

常規CT顯示急性OVF水腫表現雖不如MRI敏感,但檢出椎體骨折線及骨碎片移位效果甚佳,對于評估細微皮質骨折尤其具有優勢[15]。骨質疏松性骨折可無明確外傷史,多為直立跌倒、搬抬重物或腰部扭傷等低能量損傷所致,導致急性OVF骨碎片移位小、骨折線不明顯,多表現為骨皮質皺褶,椎體前緣或后緣向外不規則凸起或凹陷,而慢性骨折多經過修復愈合而無上述征象。本研究急性組椎體骨皮質皺褶發生率為79.25%(42/53),明顯高于慢性組(2/57,3.51%)。

本研究經logistic回歸分析篩選出CTPI、ED、椎體骨皮質皺褶及椎體密度增高均為鑒別急慢性OVF的獨立危險因素,其AUC分別為0.879、0.866、0.870及0.889;而四者聯合診斷的AUC達0.977,高于各單一獨立危險因素,表明EDM聯合CT表現對鑒別急、慢性OVF具有重要價值。

綜上所述,光譜CT EDM聯合CT表現能有效鑒別急、慢性OVF,為臨床治療決策提供依據。但本研究樣本量較小,且納入患者多為女性,有待行大樣本、多中心研究進一步觀察。

利益沖突:全體作者聲明無利益沖突。

作者貢獻:許東峰研究實施、撰寫論文、統計分析;麥春華指導、研究設計、審閱文章;朱凱幫圖像分析、數據分析;王文章圖像處理;廖玉婷修改文章;王浩亞負責圖像處理。