初步评估低剂量胸部CT在肋骨骨折诊断中的价值

金 倞 葛虓俊 陆 芳 孙英丽 李 骋 高 盼 高 丰 李 铭

(复旦大学附属华东医院放射科 上海 200040)

随着社会不断发展,意外事故频发及随之产生的胸部创伤也愈加频繁,胸部创伤约占所有外伤的10%～15%[1],其中约10%发生肋骨骨折[2]。肋骨骨折常伴随剧烈疼痛及严重并发症,如血/气胸、脾破裂等[3-4]。同时,肋骨骨折数量也是法医伤残等级鉴定的一项重要指标。

虽然X线双斜位平片对肋骨骨折显示较普通胸片更直观,但是对于一些微小骨折的诊断敏感性不高,且难以清晰显示胸部及胸壁其他病变[5];CT作为众多胸部疾病的首选影像学检查方式,在显示隐匿性骨折及骨折相关胸部并发症方面具有明显优势,常作为胸部外伤患者的首选检查方法[6-8],但常规胸部CT的辐射剂量较胸片往往成倍增加,成为推广CT进行胸部外伤诊断的主要障碍。之前虽然有报道低剂量在肋骨诊断中的应用,但是诊断方法依然停留在利用横断位图像结合三维重建,本研究在此基础上使用了新方法,结合Bone Reading软件进行诊断,在保证诊断精准的情况下降低了诊断医师的工作强度。

资 料 和 方 法

研究对象收集2012年—2016年在复旦大学附属华东医院由于胸部外伤行胸部或临床申请行胸-腹部CT的患者37例,其中男性22例,女性15例;年龄34～72岁,平均(51.21±8.50)岁,进行胸-腹部CT常规扫描。CT检查前记录患者的身高、体重和体质指数(body mass index,BMI)。对于外伤严重和/或由于意识不清、不能自制、肺功能不佳而无法进行吸气后屏气6 s的患者,不纳入本研究。本研究经由本院伦理委员会批准,所有患者签署知情同意书。

扫描方法和技术规范采用宝石CT机(Discovery HD750,美国GE公司)进行扫描。要求患者吸气后屏气完成扫描,扫描范围从胸廓开口至第12肋下缘;采用自动毫安曝光扫描技术。设置管电压120 kV,螺距0.984,阳极旋转时间0.8 s,扫描层厚0.625 mm;将所有患者分别以A组噪声指数(noise index,NI)=11常规剂量和B组NI=26低剂量进行扫描。NI模式下的自动调节范围为10～650 mA。采用bone算法骨窗(窗宽2 500 HU,窗位300 HU)行横断位重建,层厚0.625 mm,间隔0.625 mm。

图像后处理通过图片存档及通信系统将所有患者的扫描和重建图像传至西门子Syngo.Via工作站,由内置的Bone Reading软件利用CT薄层数据生成肋骨拉伸的视觉效果。

该软件工作原理是通过与内置模板匹配确定所有肋骨的中心线,通过沿中心线的曲面重建(curved plannar reconstruction,CPR)技术获得拉伸后的胸廓图像,每一根肋骨的拉伸图像均与脊柱相连,并显示每一根肋骨的左右与编号。整个后处理过程仅需1 min,并可同时获得骨折部位的横断面、冠状面、矢状面多平面重组(multi-plannar reconstruction,MPR)图像[8](图1)。

后续将由研究协调员对肋骨中心线轨迹的准确性和拉伸图像的完整性进行评估。如肋骨中心线轨迹不完整或不准确、胸廓未能完整拉伸,将由研究协调员手动修正,该软件同时支持手动删除、添加与编辑功能。在实际工作中,完整的肋骨拉伸图像载入由专业的放射科技术员进行载入与调试。

所有入组患者的图像资料均隐去姓名后存储为DICOM格式,并可通过患者代码随时查看任一患者的原始横断面与后处理图像。

图像质量评估由2位高年资的影像科医师(具有15年以上影像诊断经验)采用双盲法对不同NI扫描获得的原始横断面图像及Bone Reading软件的后处理图像进行评估和肋骨骨折情况诊断(图1)。图像评估参考Kalra等[9]的5级评分法。图像诊断接受率评分规定:1分为不合格,完全不能满足诊断要求;2分为较差,不能满足诊断要求;3分为一般,能满足诊断要求;4分为良好,能满足诊断要求;5分为优,能满足诊断要求。≥3分的图像被认为可以用于临床诊断。主观噪声评分规定:1 分为太多噪声;2分为超过接受程度的噪声;3分为可以接受的噪声;4分为较少的噪声;5分为非常少的噪声。可接受的噪声定义为骨皮质、细微骨折病变及相应椎体骨小梁显示满意且与周围软组织界限清楚。

根据诊断经验(结合过往的报道和诊断经验分享)[10-11],我们将肋骨骨折分为4型:Ⅰ型,新鲜骨折无错位(图2);Ⅱ型,新鲜骨折有明显错位(图3);Ⅲ型,陈旧性骨折伴骨痂形成(图4);Ⅳ型,陈旧性骨折愈合后扭曲或陈旧性骨折愈合后高度怀疑(图5)。

A:The thoracic sagittal plane;B:Thoracic coronal plane;C:Spinal cord sagittal plane;D:Spinal cord coronal plane;E:Chest transverse plane;F:Chest curve surface spinal cord transverse plane;G:Unfolded rib bone.The green arrows in H were the positions indicated by the crosses in A,B,E,F and G.

图1BoneReading图像
Fig1BoneReadingimages

The fresh fracture on the left 5thrib was a type Ⅰ fracture.The green arrow pointed at the fracture.The white arrow indicated the insert containing the enlarged image of the fracture.

图2Ⅰ型肋骨骨折图像
Fig2ImageofatypeⅠfracture

The left 7thand 8thribs had apparent fractures (type Ⅱ) with dislocations.

图3Ⅱ型肋骨骨折图
Fig3ImageofatypeⅡfracture

The right 3rd,4th,5thand 6thribs were fractured (type Ⅲ) with calluses formed.

图4Ⅲ型肋骨骨折图
Fig4ImageofatypeⅢfracture

The left 7thand 9thribs were type Ⅳ fractures and were in the healing phase.

图5Ⅳ型肋骨骨折图
Fig5ImageofatypeⅣfracture

辐射剂量记录设备上自动生成的剂量长度乘积(dose length product,DLP)参数,然后乘以K(转换系数),得出患者的有效剂量(effective dose,ED):ED=DLP×K。在肋骨外伤骨折的胸腹联合扫描中K值选用0.014[12]。

统计学分析使用SPSS 22.0软件进行统计学分析。采用χ2检验对不同NI 扫描所得薄层横断面及后处理图像的肋骨骨折检出结果进行分析。采用Kappa分析两位医师评定结果的一致性,Kappa值定义为:<0.20不一致;0.21～0.40,轻微一致;0.41～0.60,中等一致;0.61～0.80,一致性很好;0.81～1.00,一致性近乎完美。P<0.05为差异有统计学意义。

结 果

不同NI设定序列扫描的辐射剂量比较结果显示,NI=11和NI=26时的平均ED分别为5.75±2.75和1.24±0.73,后者较前者DLP下降了78.4%(410.66±196.35vs.91.17±50.18)。37例患者中有1例因Bone Reading软件无法完成图像后处理被剔除,另有1例为先天性双侧第12肋缺如,因此本研究运用薄层横断面结合软件后处理图像,对共计36例患者的862根肋骨图像的骨折情况进行评价。NI=11时和NI=26时诊断肋骨骨折数量分别为187根和184根;其中NI=11时,共诊断Ⅰ型骨折23根,Ⅱ型9根,Ⅲ型108根,Ⅳ型47根;NI=26时Ⅰ型23根,Ⅱ型8根,Ⅲ型108根,Ⅳ型45根。经检验,两者差异无统计学意义(P=0.078,χ2=0.994,表1)。

表1 不同NI扫描所得的骨折检出结果比较Tab 1 Comparison of fracture detection results between different NI scans n (%)

两位医师对不同扫描条件下的横断位图像诊断接受率和主观噪声评分见下表2。其中NI=11时平均图像诊断接受率和主观评分分别为4.94±0.22和4.78±0.42;NI=26时分别为2.85±0.36和2.62±0.48。以上数据显示,NI值越高,辐射剂量越低图像诊断接受率和主观评分越低,但诊断结果差异无统计学意义。两位医师在薄层横断位图像上进行综合分析,在诊断肋骨图像接受率和主观噪声评分中,不同观察者评定结果的一致性近乎完美(Kappa值分别为0.931和0.905)。

IndexRadiologist ARadiologist BNI=11NI=26NI=11NI=26Kappa valueImage diagnosis acceptance rate4.97±0.162.84±0.374.92±0.282.86±0.350.931Subjective noise score4.78±0.412.57±0.504.78±0.422.68±0.470.905

讨 论

随着CT技术的不断发展,CT检查的适用范围越来越广,其临床检查频率和辐射剂量都有较大的增加,公众对于辐射的重视程度也日益加深。对于每一个CT受检者都应采取个性化扫描,即在满足检查和诊断需要的前提下,尽可能遵循ALARA (as low as reasonably achievable)原则,具有十分重要的实际意义。

随着CT分辨率的日益提高及后处理技术的不断发展,越来越多的临床医师选择使用CT检查来确诊外伤导致的肋骨骨折程度的评估,尤其是在司法鉴定中,CT在诊断肋骨骨折数量、类型方面有着独特的优势。但在肋骨的影像诊断中,大量的肋骨数目、个体肋骨形态上的差异、骨折之后的形态变化以及隐匿性骨折的发生等,都增加了影像科医师的诊断困难。随着肋骨三维重组软件的出现,在常规剂量下评估肋骨的诊断情况,可以大大节约肋骨三维重组的时间,节省影像科医师的精力与时间,在一定程度上帮助影像科医师进行肋骨骨折的诊断[8]。

本研究结果显示:在对NI=11的常规剂量扫描与NI=26的低剂量扫描所获图像进行观察时,两位医师的诊断一致性达到了98.4%;但是在NI=26时,总的骨折数量为184根,NI=11时,总的骨折数量为187根;经过分析发现,差异出现在Ⅱ型的1根,主要原因是患者的肋骨相比一般患者有一定程度的畸形,NI=11组图像通过软件重组之后的诊断部位出现了卷积伪影,造成的误诊,而NI=26组由于剂量低,未被识别形成卷积伪影;Ⅳ型的2根主要原因在于这个类型的骨折本就是诊断难点,常规剂量组的图像由于剂量的优势使低剂量组看不到的隐约骨折线增加了误诊的概率。NI=11时平均图像诊断接受率和主观评分为4.94±0.22和4.78±0.42,NI=26时则分别为2.85±0.36和2.62±0.48),提示NI=26时图像质量较NI=11时有所下降,但是并不影响对肋骨骨折的判断和评估,说明低剂量胸部CT应用于肋骨骨折的评估是可行的,能够有效地降低受检者的辐射剂量,平均ED只有(1.24±0.73) mSv。

之前有研究报道过低剂量胸部CT在肋骨诊断中的评估,其中超低剂量组平均ED为(1.59±0.52) mSv[13],本研究中的有效辐射剂量已经进一步的降低,图像质量仍然符合诊断要求。

随着低剂量研究的不断深入,对患者的关怀越来越受到重视,但是对医务人员的关怀还略显滞后,与日俱增的工作强度使得放射科诊断医师的“减负”也势在必行;随着科技的不断进步,越来越多的新技术开始帮助诊断,例如大数据和人工智能[14-16]。这些新科技的辅助诊断体现了本研究的方向和趋势符合当下的新形势发展需求。

本文存在一些局限:(1)低剂量胸部CT的一些不足,其中1例软件无法识别,探讨之后发现,可能是由于患者的胸椎压缩性骨折导致的近脊柱侧肋骨的严重畸形和扭曲,在低剂量情况下,软件无法很好地识别进行肋骨拉伸重建;同时,低剂量的扫描对于新鲜无错位的骨折诊断比较摇摆,近肋软骨处显示不清,对Ⅳ型陈旧性骨折愈合后扭曲或陈旧性骨折愈合后高度怀疑的诊断难度较大;这一类的病例有2例,询问既往病史显示不同外院CT有报疑似骨折和未见骨折,检查后在NI=11和26时都高度怀疑,均缺乏信心确诊骨折,但在之后的随访中验证确实没有漏诊和误诊。(2)对于肋骨的诊断,本身需要比较丰富的经验,对于低剂量胸部CT下的肋骨诊断,对不同诊断经验的医师,尤其对于一些年资较浅的放射科医师,接受程度存在相当的差异,可进行进一步研究和探索。(3)目前有研究者发现,当NI>26时仍然存在更低剂量的胸部CT图像满足胸部诊断,对于可否用于肋骨骨折诊断,可进行进一步研究和探索。

综上所述,采用合适的低剂量CT扫描技术可以满足肋骨骨折的诊断及评估。