双源CT双能量成像技术在骨与关节疾病中的应用

马新荣　苏 萱　郭荣洲　赵 君　梅 尧



双源CT双能量成像技术在骨与关节疾病中的应用

马新荣①芜湖市中医医院医学影像科 安徽 芜湖 241000苏 萱①郭荣洲①赵 君①梅 尧①

[摘要]目的：探讨双源CT双能量成像技术在骨与关节疾病中的应用价值。方法：选取67例应用双源CT双能量技术检查的骨与关节疾病的病例资料，对所获图像进行分析，并与临床诊断结果对照。结果：在67例双能量检查患者中，痛风检查12例，骨肌成像15例，金属内固定去伪影成像19例，去骨血管成像21例，所得图像均能满足诊断需要，影像诊断结果与临床诊断符合率为95%。结论：双源CT双能量成像技术提高了CT对不同组织的鉴别能力，拓展了CT在骨与关节疾病中的应用范围，具有较高的应用价值。

[关键词]双源CT；骨与关节；双能量

[First-author’s address] Department of Radiology, Traditional Chinese Medical Hospital of Wuhu, Anhui 241000, China.

由德国西门子双源CT(dual source computed tomography，DSCT)SOMATOM Definition Flash实现了真正意义上的双能量成像，可对组织成分进行定性分析，具有较高的临床应用价值。本研究选取67例应用双源CT双能量技术检查的骨与关节疾病的病例资料，探讨双源CT双能量成像技术在骨与关节疾病中的应用价值。

1　资料与方法

1.1 一般资料

选取2013年9月至2014年11月期间67例双能量检查患者资料，其中男性41例，女性26例；年龄1～87岁，平均54.9岁。痛风检查12例，其中足6例，踝关节4例，膝关节1例，肘关节1例，所有患者均因关节疼痛、临床怀疑痛风接受检查。骨肌成像15例，其中外伤10例，临床怀疑感染3例，幼儿多趾畸形1例，不明原因足痛1例。金属内固定去伪影成像19例，其中腰椎内固定术后4例，髋关节置换术后10例、胫腓骨骨折内固定后3例、股骨骨折内固定术后1例、肱骨骨折内固定术后1例。去骨血管成像21例，颅脑、颈部动脉19例，主动脉1例，下肢动脉1例。

1.2 纳入与排除标准

(1)纳入标准：采用双源CT双能量检查，其影像诊断结论得到核磁共振、手术病理或经临床治疗明确诊断且患者资料完整。

(2)排除标准：双源CT双能量检查结论未得到临床确认、临床疑似诊断以及患者资料不全。

1.3 检查方法

(1)采用德国西门子SOMATOM Definition Flash双源CT扫描机。双能量检查首先将扫描部位置于扫描野中心，常规获取双定位像，扫描范围包括整个病变部位。扫描参数：X射线管(A)管电压80 kV，参考管电流468 mA；X射线管(B)管电压140 kV，参考管电流86 mA；探测器选择32 mm×0.6 mm。开启实时动态曝光剂量调节(CARE Dose 4D)。图像融合系数为0.3，即70%的信息来自140 kV数据，30%的信息来自80 kV数据。软组织算法重建卷积核为D30f，骨算法重建卷积核为D60f。

(2)扫描完毕后分别重建层厚为0.75 mm、重建间隔0.5 mm和层厚5 mm、重建间隔5 mm的2个系列图像，每个系列图像均得到3组数据(140 kV、80 kV及Merge融合图像)。5 mm层厚图像一般用于摄片。0.75 mm薄层数据(140、80 kV及Merge融合图像)分别传输至PACS及德国西门子后处理工作站(syngo MMWP VE40B)3D、Inspace软件分别进行多平面重组(MPR)、曲面重建(CPR)等；将双能80 kV与140 kV数据调入双能量(Dual-Energy)软件内，根据不同诊断要求选择应用程序内的Gout(痛风结节)、Tendon(肌腱)、Monoenergetie(单能谱)等软件进行后处理，并结合MPR、CPR等后处理重组图像，对病变进行对比分析。

2　结果

2.1 双能量痛风检查

在12例临床怀疑痛风患者中，发现11例痛风结晶沉积(如图1所示)。1例未发现痛风结晶，影像诊断为退行性骨关节病，与临床痛风诊断不符合。

图1　双能量成像图

2.2 双能量骨肌成像检查

在骨肌成像发现的15例患者中，1例明确诊断骨折伴前交叉韧带断裂，并经MR及临床手术证实(如图2所示)。1例不明原因足内侧痛患者，MRI检查未发现异常，普通CT检查只发现距骨骨赘，双能量图像清晰地显示胫距韧带附着于骨赘上，并经手术证实(如图3所示)；其余13例未发现肌腱、韧带断裂，与临床检查相吻合。

图2　双能量肌腱及韧带成像图

图3　双能量骨骼及肌腱成像图

2.3 双能量能普纯化检查

在1 9例金属内固定去伪影成像中，经Monoenergetic软件处理后伪影基本消失，均能很好地显示骨质及金属内固定器件结构，满足诊断要求(如图4所示)。

图4　双能量能谱纯化技术成像图

2.4 双能量去骨血管成像

双能量去骨血管成像发现17例椎动脉显示钙化斑块及明确的血管狭窄，2例未发现异常，与临床诊断不相符合；1例主动脉瘤，1例下肢血管成像诊断为左胫前动脉、胫后动脉及其远端动脉重度狭窄，与临床诊断一致。本组病例与临床诊断符合率为95%(64/67)；钙化斑块及明确的血管狭窄如图5所示。

图5　双能量去骨血管成像图

3　讨论

双源CT采用2套X射线管和相对应的2套探测器，相互垂直安装在旋转的机架上，通过一次扫描同时获取高能和低能2组不同能量的数据，不存在位置和时间差，从而实现了真正意义上的双能量扫描[1]。因此，通过分析不同能量的X射线下组织相对应的CT值变化，能够区分不同成分的组织，拓展了CT在骨与关节疾病检查中的应用范围。

3.1 双源CT双能量技术对痛风的诊断

痛风是长期嘌呤代谢障碍、尿酸产生过多或排泄不畅而致血中尿酸升高引起的，尿酸盐结晶会破坏软骨与骨组织。在临床上，少数无症状性高尿酸血症患者不一定发展成痛风；而极少数痛风急性发作期患者的血尿酸值又在正常范围内，因此早期、准确诊断有着非常重要的意义。由于尿酸盐结晶在不同能量下存在不同衰减，故采用双能量技术可检测出体内沉积的尿酸盐结晶，目前已成为诊断痛风的重要手段[2-6]。

对痛风常见好发部位手、足及少见疑似发病部位采用双源CT双能量检查，通过双能量工作站的Gout(痛风结节)程序软件进行分析。设置软组织、尿酸盐结晶和骨组织3种CT值，采用自动彩色编码技术，将尿酸盐结晶标记为绿色，可以显示痛风结晶的大小、部位及分布，发现早期亚临床痛风石。检查中应注意趾甲和足垫、趾垫处皮肤与尿酸盐结晶的密度相仿，也会被标识为绿色伪彩，应作为软组织伪影处理。魏福全等[5]研究表明，双能量CT对痛风诊断的灵敏度、特异度和准确率分别为100%、87.5%和97.9%。Nicolaou等[6]认为，双能量检查是目前唯一的可以高精确度诊断痛风的影像方法。本组病例11/12均显示了痛风结晶，其中1例患者尿酸值为241 umol/L，在膝关节检查部位发现了少量的尿酸盐结晶沉着；另1例检查阴性患者可能与发病早期有关。目前双能量对痛风的诊断还缺乏定量分析，尚有待进一步研究。

3.2 双源CT双能量肌腱及韧带成像

MRI一直是诊断肌腱、韧带损伤的金标准，但是少数患者因体内植入物、金属内外固定器件以及幽闭恐惧症等原因不能进行此类检查，为临床诊断带来困难。而肌腱属于致密结缔组织，由胶原纤维和腱细胞组成，这些结构成分中胶原分子侧链中的密实羟基赖氨酸和羟脯氨酸对不同能量的X射线有较明显的衰减差异，从而可以与周围结构清晰的区别显示，为肌腱、韧带的显示提供了可能，成为MRI检查的重要补充手段。

双能量成像可以观察主要由胶原构成的手和足部的大部分较长肌腱的起点、走行和止点，对评价外伤患者韧带、肌键的连续性以及软骨的完整性有很大帮助。通过“双能染色”能够清楚地显示前、后交叉韧带的形态，可清楚地显示韧带的撕裂，但韧带内结构显示图像质量低于MRI，对韧带的轻微挫伤尚不能分辨[7-8]。冯强等[9]研究认为，可以通过测量后交叉韧带的CT值及起点、中点韧带的厚度评价韧带损伤情况，但目前对其应用尚处于初始阶段。

相对于MRI，双能量技术的优势在于对部分术后患者，既可以观察骨质情况，同时可以了解邻近肌腱、韧带结构，为骨与关节疾病提供了一种新的检查方式。本组2例经MRI与临床手术证实的病例充分肯定了双能量检查的价值。此外，双能量CT虚拟去钙图像还可应用于外伤性骨髓损伤的诊断[10]。

3.3 双源CT双能量去除内固定金属伪影

以往，钢板、髓内钉及金属支架等金属植入物周围产生的放射状或星芒状伪影一直困扰着CT检查，严重影响了金属植入部位图像的清晰度，给周围结构的判断带来了很大的困难。双源CT双能量能谱纯化技术有效降低了图像噪声，彻底解决了这一难题。

双能数据通过后处理软件Monoenergetic，操作者只要通过调整图像对比度浮动条调节光子能量(软件所提供的光子能量范围为40～190 keV)，选择不同的能谱数值对检查部位成像，不但可以显示骨质细微结构，还可去除金属固定物产生的低能伪影，消除线束硬化伪影对图像质量的影响，从而得到高质量的图像，图像优者和无伪影图像可以达到90.7%和87.0%[11]。周长圣等[12]通过优化不同光子能量对单能谱技术重组后图像质量的影响，结果显示对于金属内固定术而言，70 keV可提供最佳的图像质量，而对于金属外固定而言，130 keV可提供最佳的图像质量。本组所有病例结果也证实了上述观点，双能量去除金属内固定伪影技术是CT检查技术的新革命。

3.4 双源CT双能量检查去骨血管成像功能

双能量检查去骨血管成像技术是指从头部、体部和四肢的CT血管造影数据中直接去除骨骼成分以利于血管的充分显示[13]。研究发现，双源CT采用双能量技术可以有效地去除脊柱、肋骨、牙齿和颅骨，同时也可以消除明显钙化的影响。双能量去骨血管成像功能尤其适用于椎动脉型颈椎病的诊断，通过去除椎动脉周围的骨质结构，留下清晰的血管图像，同时利用血管分析软件，可对血管的狭窄程度进行评价分级。与单能量扫描相比，双能量扫描所需剂量也明显降低[14]。

本研究中17例头、颈部血管成像均能清楚显示椎动脉及颈动脉的形态、钙化及狭窄程度，但2例未发现异常者与临床诊断不符，由于缺乏DSA对比，对结果尚需进一步商榷。有研究表明，针对颈内动脉狭窄的患者，双能自动去骨CTA图像与MRA结果匹配良好，但存在过度评价狭窄的情况，尤其是在重度狭窄的诊断上，需引起注意[15]。

综上所述，双源CT双能量技术使得CT检查从过去单纯对骨质结构显示提高到对肌腱、韧带以及血管，甚至于对骨髓成分的分析，为临床提供了更多的诊断信息。本研究中各类检查病例数较少，且部分病例结果无对比是为不足之处，尚待更多样本、更加深入的进一步研究。随着双源CT的不断推广，以及对双能量技术研究的不断深入，此项技术必将进一步完善，未来将有着更为广阔的应用前景。

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Research on application of dual energy CT in bone and joint/MA Xing-rong, SU Xuan, GUO Rong-zhou, et al// China Medical Equipment,2016,13(1):93-96.

[Abstract]Objective: To investigate the application value of dual energy CT imaging technique in bone and joint in. Methods: Sixty-seven with bone and joint cases were collected from Sep.2013 to Nov.2014, both the obtained images were analyzed and the results were compared with clinical diagnosis. Results: Sixty-seven cases of dual energy check patients, 12 cases of gout examination, 15 cases of musculoskeletal imaging, metallic fixation to 19 cases of artifacts to bone imaging, boneless vascular imaging 21 cases, the image can meet the needs of the clinical diagnosis, the rate of 95% in line with diagnostic imaging results and clinical diagnosis. Conclusion: Dual energy CT imaging technology to improve the ability of CT to identify different organizations, expand the scope of application of CT in bone and joint diseases, have high application value.

[Key words]Dual-source computed tomography; Bone and joint; Dual-energy

收稿日期：2015-04-16

DOI:10.3969/J.ISSN.1672-8270.2016.01.029

[文章编号]1672-8270(2016)01-0093-04

[中图分类号]R816.8

[文献标识码]A

作者简介
马新荣,男,(1969- ),本科学历，副主任医师。芜湖市中医医院医学影像科，从事CT/MR医学影像诊断工作。