能谱CT水-羟基磷灰石分离技术在创伤性骨髓水肿中的应用价值

谢卫东 张 璇 李 扬 靳莉娟

随着工业化发展，各种骨关节创伤日益增多，在急诊影像诊断过程中，不可避免会发生各种漏诊及误诊，尤其是复杂关节部位的各种隐匿骨折及轻微骨皮质错位性骨折，并由此导致各种并发症及相关医疗纠纷。因此骨折的早期准确诊断非常重要。这种轻微骨折及隐匿性骨折多伴有骨小梁损伤及骨髓水肿。一般认为MRI 是检测骨髓水肿（bone marrow edema，BMO） 的 参 考 标 准。双 能CT （dual-energy CT，DECT）是近年来发展起来的一种新的成像及后处理技术，它可以实现BMO 的检测及定量分析。这可能有助于隐匿性骨折的影像诊断。本研究探讨了DECT技术在膝关节损伤中的应用价值。

方 法

1. 一般资料

回顾性分析2021年1月至2021年5月期间，河南科技大学第一附属医院收治的膝关节外伤患者。纳入标准：有明确外伤史，单侧膝关节活动障碍，先后行DECT 检查及核磁共振检查。排除标准：①有MRI检查禁忌证；②外伤超过2 周，CT 检查与核磁检查间隔超过1周；③DECT 和/或MRI图像质量不佳，不能满足诊断要求；④CT 检查示明显骨皮质断裂，断端成角移位；⑤关节面及关节面下明显硬化囊变的退行性变者；⑥有骨肿瘤，骨髓造血异常，骨钙磷代谢障碍，膝关节术后或陈旧性骨折病史的。共39 例患者纳入研究，男29例，女10例；年龄19～70岁。

2. CT和MRI扫描方法及后处理

采用256 排CT（Revolution CT，GE Healthcare）以能谱（GSI）方式行双膝关节扫描，扫描范围为股骨下段至胫骨上段。管电压80/140 kV，管电流～335 mA，准直宽度80 mm，旋转时间0.8 s，螺距0.992，分别生成软组织及骨算法重建图及能谱DataFile 数据。能谱数据传至ADW4.7工作站GSI view 模块进行后处理。生成Water（HAP）图像，即水（羟基磷灰石）基物质密度灰阶图，以及70 keV 单能量图，并进一步将二者融合成伪彩图。磁共振检查选用飞利浦Achieva3.0 T 磁共振扫描仪，膝关节专用线圈，压脂序列（PDW-SPAIR）矢状位、冠状位、横断位，TR 2 500 ms、TE 62 ms，层厚3.5 mm。

3. 图像分析与评价

在冠状位上，应用Water（HAP）图像和MRI 图像，分别评价股骨下端及胫骨上端是否存在骨髓水肿。由2名骨肌组主治医师共同分析MRI图像，判断骨髓损伤情况，骨髓损伤记为阳性，未见损伤记为阴性。另外2 名骨肌组主治医师对Water（HAP）图像进行分析，判断是否存在骨髓损伤，同时测量骨质损伤区域及健侧对应区域水物质密度。ROI分别放置在Water（HAP）图骨髓损伤区域中央，以及健侧对应区域中央，ROI面积＞20 mm2，避开骨皮质下2 mm以内及有明显骨质硬化或骨质嵌插的区域。取2 名医师测量的平均值作为最终结果。

4. 统计学分析

采用SPSS 16.0 统计分析软件，计量资料以±s表示。以MRI 结果作为诊断骨髓损伤的金标准。骨髓水肿区及健侧对应位置的水物质密度的比较采用两组配对样本t检验，P＜0.05 认为两者之间差异具有统计学意义。使用kappa 分析来检验Water（HAP）图像和MRI图像对膝关节骨髓损伤诊断的一致性。

结 果

共39 例患者进行了MRI 和DECT 检查，共选取77个解剖区，其中Water（HAP）图像显示了30个骨髓水肿区，MRI 压脂图像显示了35 个骨髓水肿区。详见表1，图1、2。

表1 Water（HAP）图像与MRI图像对骨髓水肿诊断结果对照

Water（HAP）伪彩图像上，测得骨髓水肿区水物质密度值为（979.3±10.07）mg/cm3，健侧对应区域水物质密度值为（955.7±7.07）mg/cm3。骨髓水肿区域的水物质密度明显高于健侧。两组数据总体均数存在着差异，差值为23.05（95%CI：20.99～25.11），检验统计量t=22.84，P=0.00＜0.05，差异具有统计学意义。Water（HAP）伪彩图像与MRI 压脂图像对骨髓水肿的诊断结果进行一致性kappa 检验，kappa=0.708，P=0.000＜0.05，说明kappa 值的一致性是真实存在的，一致性中等。

讨 论

骨骼由有机基质、无机元素和水组成。其中无机元素主要由HAP 组成，可为体内的钙和磷提供强度和储备。骨骼被组织为两种主要的宏观结构类型：骨皮质和骨小梁。骨小梁之间的多孔结构由骨髓填充，骨髓分为红骨髓和黄骨髓。红骨髓主要由造血细胞组成，含水量较高。黄骨髓主要由脂肪细胞组成，含水量较低。急性创伤后，骨组织学表现为间质液增多，出血，小梁骨折或微骨折，称为创伤性骨髓水肿，这些变化在X 线、普通CT 检查中并不明显，故被称为隐匿性骨折。MRI 是诊断这种创伤性骨髓水肿的金标准。

单球管双能CT 是一种新兴技术，利用瞬时的（＜0.5 ms）高、低能量（140 kV 和80 kV）切换，产生双能数据，实现能谱分析和物质分离。这项技术在提供常规解剖图像的基础上，通过物质分离技术分离松质骨中钙盐成分和水成分［1］。本研究采用水和HAP 作为基物质配对，去除骨质结构HAP 的干扰，仅保留骨髓中水的信息，生成Water（HAP）灰阶图像，并将水含量量化，同时生成了对应的HAP（Water）图，二者相互印证，以除外一些干扰因素。还能进一步单能量图像与基物质密度图像融合，使用颜色编码，生成伪彩图。创伤性骨髓水肿时，骨髓腔内这些水物质含量的增高和异常分布，提示了水肿或出血，有助于检测细微或不移位的骨折线，从而改变患者的治疗决策模式。理论上正常成年人中，膝关节区骨髓腔内主要为黄骨髓成分填充，任何红骨髓增多及骨髓水肿等水含量增高的变化会易于在Water（HAP）图上发现。相关研究认为这项技术十分适合在类似大关节中应用［2］。双能CT HAP-水分离技术也可用于鉴别急慢性椎体压缩骨折［3-4］。所以在有明确外伤史的病例中，常规开展DECT 扫描，可以对普通CT 没有阳性发现的患者，进一步数据后处理，筛查是否存在创伤性骨髓水肿及隐匿性骨折。DECT 扫描及后处理可以大多数医院的急诊区的一次CT 检查中便捷完成，从而在一定程度上替代MRI，为一些多发伤的危重患者的初评提供更多信息。

本研究结果显示，骨髓水肿区域的水物质密度明显高于健侧，Water（HAP）伪彩图像与MRI 压脂图像对骨髓水肿的诊断结果具有较高的一致性。提示Water（HAP）图像对膝关节骨髓水肿的定量诊断有一定的价值，这与其他部分学者的结果相似［5-8］。回顾性分析研究结果发现，以上两种诊断方法存在假阳性和假阴性情况，其可能的原因如下。GSI 能谱扫描方式并不是一种常规的CT 扫描方法，各项扫描参数及后重建仍有优化的可能，以提高图像质量。生理的红黄骨髓转化，红骨髓含量高时，水密度增高，会导致出现假阳性。部分研究表明健侧患侧对照能够降低假阳性率［9］。本次研究研究对象的年龄跨度较大，虽然已经剔除了明显骨质退行性变导致骨髓水肿及骨质硬化的患者，但仍有部分局限性硬化或非重度硬化的病例纳入研究，当存在骨质硬化，但骨髓损伤程度很轻微时，会出现假阴性结果。当处于骨性关节炎急性发作期，大范围的骨髓及周围软组织改变，就很容易把退变引起的骨髓水肿区被判断成骨髓损伤，从而出现假阳性。部分学者认为，DECT 与MRI相比，灵敏度为85%，特异度为97%，对脊柱和四肢骨骼的诊断性能都很好，并且定性评估比定量评估更准确［10］。DECT 检测BMO 的信噪比低于脂肪抑制MRI，这是因为二者的物理本质上的不同。信号强度反映了骨髓不同的基本特性，而CT 靠的是X 线的能量衰减值不同。这些差异使MRI 作为评价骨髓水肿的金标准。BMO 的检测依赖于识别高于正常骨髓模式的体液含量。不同年龄、性别人群，不同的解剖部位和变异都导致了体液含量的不稳定。其他诸如骨髓异常造血，骨肿瘤，钙磷代谢障碍等这些非创伤性骨髓HAP 变化是否有类似表现？在今后的研究中会加大样本含量。没有长期监测骨愈合反应过程中BMO 的变化。是否存在超急性期？在初期预实验过程中，我们发现明显骨折并错位情况下，水密度图并不能很好显示骨髓水肿。可能是因为骨皮质的明显错位改变了骨髓腔封闭的环境。相关研究认为能谱CT 扫描技术能够有效去除金属伪影及线束硬化伪影［11］。那么能谱CT 能否用于关节置换术后一站式评估，包括去除假体伪影，评估假体周围骨质及骨髓水肿？以上有待于在今后研究中进一步探索。

综上所述，在膝关节创伤中，可通过DECT 扫描，对骨髓水肿进行诊断及定量分析，有助于降低隐匿性骨折的漏诊率。