双能CT 虚拟去钙诊断骶髂关节骨髓水肿的价值

陈丹丹，王荣华，武志峰，鄂林宁

（1.山西医科大学医学影像学系，山西 太原 030001；2.山西白求恩医院，山西医学科学院放射科，山西 太原 030032）

骨髓水肿（BME）潜在的病因被Eustace 归纳为充血性、肿瘤性、外伤性及血管生成［1］。骨髓水肿提示骶髂关节炎处于早期阶段［2，3］。目前，临床上主要使 用MRI 来 进 行BME 的 诊 断［4］。但 是，MRI 价 格昂贵、操作时间较长、并且部分金属植入患者可能不适合使用MRI，这些因素限制了MRI 的使用范围［5］。与MRI 相比，CT 的价格相对更便宜，操作时间更短，并且从实际操作来看，CT 的适用人群范围更 广［6］。DECT 扫 描 为BME 的 检 测 提 供 了 一 种 新的方式，正常骨髓和水肿骨髓在两种不同管电压下的衰减存在差异，使用三物质分解算法检测BME，通过去除钙质成分，生成虚拟去钙（VNCa）图像来突出显示骨髓病变［5］。

近年来，DECT VNCa 技术已用于四肢骨［7］、脊柱［8-10］的创伤性骨髓水肿及恶性骨髓浸润［11-13］、骨转移瘤［18］等病例，在相关疾病诊断方面取得了较好的结果，尤其在创伤性膝关节骨髓水肿诊断方面二者有相似的诊断效能［14］。Jans 等［15］研究结果表明VNCa 对腕掌小关节类风湿关节炎的骨髓水肿亦有很好的诊断效能，但是，Wu 等［16］研究结果表明VNCa诊断类风湿关节炎腕掌关节骨髓水肿效能欠佳。目前，DECT VNCa 技术用于评估骶髂关节骨髓水肿的研究相对较少，为了进一步深入探讨DECT VNCa 对骶髂关节骨髓水肿的诊断价值，本研究以MRI 检测结果为金标准，研究DECT VNCa 技术在诊断骶髂关节炎性水肿的效能。

1 资料与方法

1.1 一般资料及评价标准

收 集 本 院2019 年1 月～2020 年8 月 经MRI 检查骶髂关节患者45 例（男性21 例，女性24 例，平均年龄34 岁），所有的患者签署知情同意书。纳入标准：MRI 与DECT 检查最长时间间隔不超过10 d［7］，患者无CT 检查禁忌证；排除标准：骶髂关节外伤史、手术史，骶髂关节恶性占位、骨髓瘤、转移瘤等病史，影响骨代谢疾病及服用影响骨代谢药物。

1.2 CT 扫描

CT 扫描采用DECT（Siemens Somatom definition force），扫描参数：A、B 球管管电压分别为90 kV、Sn150 kV，参考电流分别是220 mA、138 mA。DECT 扫描后生成三组图像，分别是90 kV、Sn150 kV 图像及平均加权图像，将CT 双能量图像（层厚2 mm，螺距系数0.6）导入后处理西门子工作站（Syngo Dual Energy，version VB20A_HF91）进行骨髓伪彩呈像，定位线分别平行、垂直于骶骨长轴做骶髂关节斜冠位、水平位图像，与MRI 常规扫描图像一致；窗宽窗位的调节根据医师诊断需要自由调节。

1.3 MRI 扫描

MRI 扫描采用3.0T（SIEMENS Skyra 3.0T）上进行。扫描按常规斜冠位T1WI（重复时间607 ms，回波时间20 ms，层厚3 mm，层距0.6 mm）、斜冠位T2WI 及压脂序列（重复时间3 460 ms，回波时间74 ms，层厚3 mm，层距0.6 mm）、轴位T2WI 及压脂序列（重复时间3 460 ms，回波时间74 ms，层厚4 mm，层距0.8 mm）。

1.4 骨髓图像分析

1.4.1 定性评估 标准：水肿骨髓VNCa CT 值增高，VNCa 图表现为绿色，无水肿骨髓表现为紫蓝色，见图1C，定性评估应避免骨皮质下2 mm 区域，以免产生容积效应，见图1B，骨髓水肿在MRI 表现为高信号，见图1A。

方法：由两名医师共同评估VNCa 图像，评估结果不一致时由第三名高年资医师（工作经验为20年）进行认定。

1.4.2 定量分析 （1）水肿面积测量：两名医师分别在MRI 图像上勾画水肿区面积，在相同层面及位置勾画VNCa 图显示的水肿区面积，取两名医师勾画面积的平均值。（2）CT 值测量参数：测量VNCa处理后骨髓CT 值（VNCa CT 值）、未经VNCa 处理骨髓CT 值（常规CT 值）。CT 值测量方法：两名医师在骨髓水肿最明显部位测量，并在相应对侧关节面测量无水肿区骨髓值（对侧关节面水肿时测量邻近无水肿区），每次测量可同时得到VNCa CT 值及常规CT 值，取两名医师测量的平均值。统一设定感兴趣区面积约0.3 cm2，距骨皮质下0.2 cm，以避免容积效应。

1.5 统计学处理

2 结果

本组患者45 例，将45 例骶髂关节分为90 例髂骨、90 例骶骨。以MRI 诊断结果为金标准，见图1A，经MRI 诊断出髂骨水肿37 例，其中，DECT 诊断出真阳性29 例、假阴性8 例；MRI 诊断出骶骨水肿40 例，其 中，DECT 诊断出真阳性13 例、假阴性27 例。DECT VNCa 诊断骨髓水肿应排除骨皮质下0.2 cm 以内骨髓病变及骨质增生硬化病变，见图1B，VNCa 诊断髂骨水肿29 例、骶骨水肿13 例，见图1C，以MRI 为金标准，VNCa 定性诊断骨髓水肿的结果见表1。

图1 MRI 骨髓水肿图像、常规CT 平扫及VNCa 图像Fig 1 MRI bone marrow edema image，conventional CT plain scan and VNCa image

表1 MRI 及CT VNCa 图像定性诊断Tab 1 Qualitative diagnosis of MRI and CT VNCa images

2.1 骨髓水肿定性评估

以MRI 诊断结果为金标准，DECT VNCa 定性诊断髂骨骨髓水肿灵敏度（Sen）、特异度（Spe）、阳性预测值（PPV）、阴性预测值（NPV）及准确度（ACC）分别是78.40%、86.80%、80.60%、85.20%、83.30%；DECT VNCa 定性诊断骶骨骨髓水肿的Sen、Spe、PPV、NPV 及ACC 分 别 是32.50%、100.00%、100.00%、64.90%、70.00%，见表2。

表2 DECT VNCa 定性诊断骨髓水肿（%）Tab 2 DECT VNCa qualitative diagnosis of bone marrow edema（%）

2.2 骨髓水肿定量评估

2.2.1 MRI 与VNCa 测量水肿面积 VNCa 图诊断髂骨水肿29 例、骶骨水肿13 例，排除MRI 显示水肿信号较低、边界模糊病例，本研究分别测量髂骨水肿区面积18 例、骶骨水肿区面积10 例，VNCa 图与MRI 测 量 髂 骨 面 积 分 别 为（0.89±0.70）cm2、（1.78±1.81）cm2，差 异 具 有 统 计 学 意 义（P＝0.010），VNCa 图 与MRI 测 量 骶 骨 面 积 分 别 为（0.74±0.53）cm2、（1.28±0.74）cm2，差异具有统计学意义（P＝0.025）。

2.2.2 测量骨髓VNCa CT 值与常规CT 值 本研究共收集45 例患者，MRI 诊断髂骨面骨髓水肿37例、MRI 诊断骶骨面骨髓水肿40 例，排除骨皮质下0.2 cm 内骨髓水肿病例，髂骨、骶骨骨髓水肿面积分别测量32例、32例。定量测量结果显示水肿区髂骨、骶骨VNCa CT值均高于无水肿区髂骨、骶骨，见图2、3，差异均具有统计学意义（髂骨P＝0.044、骶骨P＝0.046），见表3。

表3 骶、髂骨骨髓CT 值定量测量结果（Hu，±s）Tab 3 Quantitative measurement results of CT value of sacrum and ilium bone marrow（Hu，±s）

表3 骶、髂骨骨髓CT 值定量测量结果（Hu，±s）Tab 3 Quantitative measurement results of CT value of sacrum and ilium bone marrow（Hu，±s）

骨髓水肿髂骨骶骨正常骨髓水肿骨髓P截断值（Cut-off）VNCa CT-90.27±65.85-71.66±72.97 0.044-66.40常规CT 197.12±94.84 275.78±93.70 0.000 186.60 VNCa CT-101.08±134.02-62.90±46.87 0.046-50.60常规CT 143.36±116.70 208.5±124.90 0.004 245.05

图2 髂骨骨髓水肿与非水肿VNCa CT 值对比Fig 2 Comparison of VNCa CT value of iliac bone marrow edema and non-edema

图3 骶骨骨髓水肿与非水肿VNCa CT 值对比Fig 3 Comparison of VNCa CT value of sacrum bone marrow edema and non-edema

以MRI 为金标准，VNCa 定量诊断髂骨、骶骨骨髓水肿的cut-off 值分别为-66.40 Hu、-50.60 Hu，AUC 分别为0.720、0.706，cut-off 值为阈值诊断髂骨骨髓水肿的Sen、Spe 分别是68.8%、84.4%，诊断骶骨骨髓水肿的Sen、Spe 分别是56.3%、93.7%，见图4。

图4 髂骨、骶骨VNCa CT 值诊断骨髓水肿检测能力的ROC 曲线图Fig 4 ROC curve chart of iliac and sacrum VNCa CT value for the detection of bone marrow edema

2.2.3 骨髓VNCaCT 值与常规CT 值测量 水肿区髂骨、骶骨常规CT 值较无水肿区增高，差异有统计学意义（P＝0.000、P＝0.004）。髂骨水肿区常规CT 值与VNCa CT 值相关性分析结果显示-0.8＜r＝-0.523＜-0.5，P＝0.002，表明在99%的显著性水平下髂骨VNCa CT 值与常规CT 值存在中度负相关性；骶骨水肿区-0.8＜r＝-0.529＜-0.5，P＝0.002，表明在99%的显著性水平下髂骨VNCa CT值与常规CT 值存在中度负相关性。髂骨水肿区VNCa CT 值与常规CT 值的t＝-3.358，P＝0.002，说明在99%的显著性水平下，VNCa CT 值可以有效解释常规CT 值的变异；骶骨水肿区VNCa CT 值与常规CT 值的t＝-3.412，P＝0.002，同样说明在99%的显著性水平下，VNCa CT 值可以有效解释常规CT 值的变异，见图5、6。

图5 髂骨水肿VNCa CT 值与CT 值呈负相关性Fig 5 Iliac edema VNCa CT value is negatively correlated with CT value

图6 骶骨水肿VNCa CT 值与CT 值呈负相关性Fig 6 Sacrum edema VNCa CT value is negatively correlated with CT value

3 讨论

骶髂关节活动度较小，左右两个关节均由表面覆盖关节软骨的骶骨和髂骨组成，邻近有裂隙状的滑膜。骶髂关节由滑膜部和韧带部组成，炎性病变的早期常发生于滑膜部［3］，随着病情的发生发展，炎性病变沿关节面向上侵犯。关节滑膜的炎性改变、滑膜软骨内炎性细胞浸润是炎性骨髓水肿性病变的病例基础，随后血管翳的形成进一步破坏关节软骨，导致局部骨皮质不同程度破坏，随着骨皮质破坏，炎性病变进一步进展，骨髓受侵，常表现为炎性水肿。骨髓水肿提示骶髂关节炎处于早期阶段［2，3］。关节面下脂肪沉积是炎性病变的晚期病理学表现［17］，晚期骨髓纤维化、关节间隙狭窄甚至消失、最后关节完全性骨性强直。

常规CT 检查可以很好评估骶髂关节面骨质变化及关节间隙改变，双能CT VNCa 技术利用三物质分离算法，去除骨质内钙质成份，目前国内外研究显示该技术评估踝关节、脊柱、膝关节等外伤性骨髓水肿［7，8，11，14］、恶性骨髓浸润性病变［11-13］及成骨性骨转移瘤［18］表现出良好的诊断效能。但是，DECT VNCa 对于评估骶髂关节骨髓炎性水肿的研究相对较少。

本研究结果显示，DECT VNCa 图像定性诊断髂骨骨髓水肿的真阳性率（78.40%）显著高于骶骨（32.50%），与Chen 等［19］研究结果相符。但是，诊断骶骨骨髓水肿的特异性、阳性预测值较髂骨高，与Chen 等研究结果不相符，分析原因可能是本组患者骨髓含量与Chen 不同。

水肿区面积测量结果显示，髂骨、骶骨VNCa 图测量的水肿区面积明显小于MRI 测量的水肿区面积，二者之间的差异均有统计学意义。有研究显示，DECT VNCa 对骨髓水肿的诊断效能与MRI 显示的水肿程度有关，水肿明显时，DECT 表现出较好的敏感性和阴性预测值，反之亦然［20］。本研究结果显示，MRI 显示骨髓水肿面积较小、水肿病变信号较低时，VNCa 图显示水肿面积较MRI 图显示的水肿面积小；MRI 图显示水肿病变边界模糊，VNCa图显示水肿面积同样较MRI 显示的结果小，此外，骨皮质下容积效应、关节面下骨质增生硬化严重会影响VNCa 图骨髓水肿的显示，甚至导致假阴性结果。因此，认为上述因素可能是引起VNCa 图与MRI 图显示水肿面积有统计学差异的原因。目前，尚无关于VNCa 对骶髂关节水肿区面积评估的相关研究，考虑到本研究测量水肿面积的样本量较小，VNCa 测量骨髓水肿面积的准确性及可能影响因素需进一步评估。

定量测量发现非水肿区髂、骶骨常规CT 值差异有统计学意义，认为正常髂骨、骶骨骨髓内骨质含量不同，因此，本研究将髂骨、骶骨分开评估。骨髓水肿区VNCa CT 值髂骨［（-71.66±72.97）Hu］和骶骨［（-62.90±46.87）Hu］间无统计学差异，与Chen 等［19］研 究 相 符；无 水 肿 区VNCa CT 值 髂 骨［（- 90.27±65.85）Hu］和 骶 骨［（- 101.08±134.02）Hu］间无统计学差异，这与Chen 等［19］研究不符，分析原因可能是患者年龄组成及测量感兴趣区分组差异，年龄组成差异会影响骨髓内红、黄骨髓及骨质含量［21］。本研究髂骨、骶骨最佳截断值分别为-66.40 Hu、-50.60 Hu，较Wu 等［22］（俩名医师髂 骨-33 Hu、-42 Hu）［22］、Chen 等［19］（髂 骨-44.4 Hu、骶骨-40.8 Hu）［19］结果小，分析原因可能是Wu等［22］排除关节面下骨质硬化患者、并且只评估髂骨病变，本研究考虑到骨质硬化在骶髂关节很常见，因此，未排除关节面下硬化症病例，并且分别评估骶、髂骨；扫描条件不同也可能影响最佳阶段值［9，23］，Wu 等［22］扫 描 条 件 较 本 研 究 低（80 kVp Sn140 kVp），Chen 等［19］扫描条件高电压较本研究条件低（100 kVp 140 kVp）。除骨质硬化、不同扫描条件、患者年龄差异及红骨髓含量外，不同的解剖结构也可能是造成最佳截断值差异的其他原因［9，23］。本研究认为用截断值区分异常和正常骨髓有助于提高BME 检测，考虑到本研究样本量小，需要进一步的研究来确定VNCa CT 值测量在临床实践中的实用价值。

本研究还发现水肿区髂骨、骶骨常规CT 值较无水肿区增高，差异有统计学意义，分析比较VNCa CT 值与常规CT 值相关性发现，髂骨、骶骨骨髓水肿区VNCa CT 值与常规CT 值间均存在中度负相关性，这与发现骨质硬化影响定性诊断相符。有研究认为骨质硬化覆盖骨髓水肿时，会影响虚拟去钙后骨髓水肿的显示，导致假阳性和假阴性结果［9］。同时硬化导致错误的虚拟去钙计算［19，20］，可能会改变VNCa 图像的测量值，因此使用虚拟去钙技术诊断骶髂关节骨髓水肿时，骨质硬化的影响应考虑在内。然而，水肿与硬化的因果关系值得进一步讨论。随着双能CT 的不断发展和更先进的后处理技术［19］，硬化对VNCa 算法的这一局限性可能会得到改善，未来VNCa 在BME 检测中的诊断准确率可能会提高。

综上所述，VNCa 诊断骶髂关节炎性骨髓水肿有一定价值，髂骨诊断效能较骶骨好，但是，VNCa诊断炎性骨髓水肿存在不足，首先，骨皮质下容积效应及关节面下骨质增生硬化影响VNCa 算法的准确性，无法准确诊断骨皮质下骨髓水肿，尤其是轻度骨髓水肿；其次，骨髓中脂肪含量为主时，骨髓水肿容易显示，相反，骨髓纤维化或骨质增生硬化时，骨髓内病变在VNCa 图容易忽略，由此可见，VNCa更适用于骨髓成份以黄骨髓为主的病例，这限制了VNCa 对诊断骨髓水肿的适用人群范围；最后，红骨髓含量较多、水肿面积范围小、水肿边界欠清均会影像VNCa 诊断骨髓水肿病变累积范围。本研究的局限性是水肿程度与骶髂关节炎分级的关系需进一步分析。

作者贡献度说明：

陈丹丹：数据采集、整理及分析，论文选题、设计及撰写，修改论文中关键性理论及主要内容。王荣华：参与论文数据分析与解释。鄂林宁：论文选题及设计，修改论文中关键性理论。武志峰：负责最终版修订。