能谱 CT 在急性肩锁关节脱位患者喙锁韧带损伤诊断中的意义

章异 赵佳 罗倩 吴晓明 张蕾

急性肩锁关节脱位占肩关节损伤的 4%～12%，喙锁韧带损伤程度对于急性肩锁关节脱位分型具有重要参考意义。目前 Rockwood 分型是临床常用的急性肩锁关节脱位分型，其中 Rockwood Ⅰ～Ⅱ 型，喙锁韧带完整，可采取保守治疗；Rockwood Ⅲ～Ⅴ型，喙锁韧带体部断裂，往往需要手术治疗。喙锁韧带是维持肩锁关节垂直方向稳定性的主要结构。准确评估急性肩锁关节脱位患者喙锁韧带损伤程度，直接影响临床治疗决策。目前临床上通过双侧肩锁关节摄片进行喙锁间隙测量并比较，根据患侧喙锁间隙宽度增加程度 ( coracoclavicular difference，CCD ) 间接判断韧带损伤程度来进行 Rockwood 肩锁关节脱位分型，但借助普通平片无法客观直接了解喙锁韧带损伤情况，并且喙锁间隙宽度测量存在可重复性差、医师间一致性不高的局限性。

磁共振成像 ( magnetic resonance imaging，MRI )具有良好的软组织分辨率，能显示韧带细微结构，是目前诊断喙锁韧带损伤影像学 “金标准”，但MRI 检查存在检查过程耗时较长，需要患者配合，MRI 检查的费用较高等缺陷限制了其实际临床广泛应用。能谱 CT 虚拟单能级图像 ( virtual monoenergetic images，VMIs ) 可以评估韧带急性损伤，利用组织在同时接受高低两种电压辐射时，不同物质对不同能量的光子吸收衰减变化不同，从而获得组织在不同光电子能量下的 CT 值分布图，并生成VMIs，通过颜色编码，增加特定组织成分和周围组织对比度，比传统的多排探测器计算机断层扫描( multidetector computed tomography，MDCT ) 具有更高的软组织分辨率。目前，利用能谱 CT 进行膝、腕、手、足区域韧带和肌腱重建均有文献报道，一项针对急性创伤膝关节观察性研究，发现能谱 CT 诊断前交叉韧带断裂敏感性 79%，特异性 100%。然而，目前关于能谱 CT 在肩锁关节脱位中喙锁韧带重建的研究尚未见报道。因此，本研究采用双源 CT( dual-energy computed tomography，DECT ) VMIs 技术显示喙锁韧带解剖特征，比较急性肩锁关节脱位患者喙锁韧带 CT 值变化，并以 MRI 结果为参考标准，探讨能谱 CT 在评估急性肩锁关节脱位患者喙锁韧带损伤中的临床应用价值。

材料与方法

一、纳入标准与排除标准

1.纳入标准：( 1 ) 2020 年 1 月至 2021 年 10月，在我院经 CT 诊断为肩锁关节脱位的患者；( 2 )从受伤到接受检查，时间 ＜ 3 周的急性肩部外伤者；( 3 ) 接受 MRI 检查者，且 MRI 检查与 DECT 检查间隔 ＜ 3 天者；( 4 ) 年龄 ＞ 25 岁者。

2.排除标准：( 1 ) 既往有肩关节手术史者；( 2 )肩关节肿瘤性病变者；( 3 ) 图像质量无法满足处理分析需求者。

另外，随机挑选 CT 诊断肩锁关节无脱位、骨折及退化等表现者，且双侧肩关节 Zanca 位图像测量双侧喙锁间隙距离正常 ( 11～13 mm ) 者作为对照组。

二、研究对象

本研究经上海市第一人民医院伦理委员会批准豁免知情同意。

利用本院图像存档和通信系统 ( picture archiving and communication system，PACS ) 检索 2020 年 1 月至2021 年 10 月，所有肩关节双能量 CT 图像 186 例。

三、检查参数

1.肩锁关节 Zanca 位摄片：3D 悬吊 X 线机( Multitom Rax，Simens Healthineers，Forchheim，Germany )，患者站立、锁骨上缘置于 DR 板中心，球管向头侧倾斜 15°，包括双侧肩锁关节前后位投照。

2.能谱 CT：采用 192 层双源 CT 扫描机( Somatom Force，Simens Healthcare，Forchheim，Germany )，肩关节双能量模式扫描。患者呈仰卧位、双臂掌心向上置于体部两侧，扫描上下范围为肩部皮肤上 20 mm 至肩胛骨下缘，扫描内外侧范围包括同侧胸锁关节和肩锁关节，扫描方向为从头侧向足侧进行扫描。扫描参数：高低管电压分别为 Sn 150 kV、90 kV，采用自动球管电流调制技术 ( CARE Dose 4D )。螺距 0.9，转速 0.5 s，准直器：96 mm×0.625 mm。双能量重建层厚 1 mm，层间距 0.7 mm，卷积核 Qr40，迭代重建 ADMIRE strength 值为 2，窗值使用 FAST Window 自动调整，基础窗值窗中心为40 HU，窗宽 300 HU。

3.肩锁关节 MRI 扫描：3.0 T MRI 超导成像仪( Ingenia 3.0 T，Philips Healthcare，Royal Dutch Philips Electronics Ltd，Netherlands ) 扫描，扫描序列为：轴位 T加权脂肪抑制成像、平行锁骨远端斜冠状位 T加权成像、平行锁骨远端斜冠状位质子加权脂肪抑制成像、垂直肩锁关节斜矢状位质子加权脂肪抑制成像，层厚 4 mm。

四、图像后处理分析

1.Zanca 位图像测量方法：Zanca 位图像测量喙突上表面至锁骨下表面垂直距离为喙锁间隙宽度，并计算肩锁关节脱位患者与健侧相比 CCD，以百分比表示。锁骨全长测量为肩关节 Zanca 位患侧锁骨肩峰端中点至锁骨胸骨端中点长度。

2.能谱 CT 图像测量方法：将符合要求的能谱CT 图像数据导入西门子工作站 ( Syngo.viaVB20A )，应用单能谱 + ( Monoenergectic Plus ) 模块得到 40～190 keV 范围 VMIs。由 2 位 5 年以上放射科骨关节影像亚专业医师在 40 keV 下 VMIs 上进行测量。

( 1 ) 对照组斜方 ( trapezoid ligament，TL )、锥状韧带解剖特征测量方法及依据：斜方韧带起于喙突基底部中点外侧、锥状韧带起于喙突水平部和垂直部交界点即喙突基底部后内侧。参考国人的喙锁韧带锁骨足印区解剖数据：斜方韧带足印区距锁骨外侧缘 ( 21.7±1.1 ) mm，距锁骨前缘 ( 6.4±0.5 ) mm；锥状韧带足印区距锁骨外侧缘( 36.6±0.9 ) mm，距锁骨后缘 ( 5.5±0.4 ) mm，分别于斜方、锥状韧带足印区域重建喙锁韧带两束，完整显示斜方韧带和锥状韧带 ( 图1 )。测量斜方、锥状韧带锁骨足印区中心点距锁骨肩锁关节面中心点距离、韧带体部中点宽度。

( 2 ) 对照组斜方、锥状韧带 CT 值测量方法及依据：一项针对急性肩锁关节脱位患者前瞻性研究发现急性肩锁关节脱位时，斜方、锥状韧带体部撕裂比例明显高于足印区损伤。另外，由于喙锁间隙较窄，CT 扫描 X 射线束经过喙锁韧带两侧附着锁骨和喙突高密度骨组织结构时，能量较低的 X 射线选择性衰减，高能量 X 射线存留在光束中，使得射线平均能量逐渐提高，发生线束硬化效应，形成硬线束伪影，影响足印区 CT 值准确性。因此本研究仅进行喙锁韧带体部测量，测量正常组斜方及锥状韧带体部中点宽度和对应的 CT 值 ( ROI 面积约为 2 mm)( 图1 )，取两次测量均值。本研究未纳入锁骨足印点、喙突足印点 CT 值测量及分析。

图1 患者，男，54 岁，喙锁韧带正常 a、b：能谱 CT VMIs，黑色箭头所指斜方韧带，红色箭头所指锥状韧带；c：为喙锁韧带能谱曲线图，其中黄色、白色曲线分别代表锥状、斜方韧带，绿色曲线代表斜方肌。可以观察到斜方肌能谱曲线位于喙锁韧带上方Fig.1 Man, 54 years old, normal coracoclavicular ligament a - b: VMIs images, the trapezoid ligament was indicated by the black arrow and the conoid ligament was indicated by the red arrow; c: The energy spectrum curve of coracoclavicular ligament, in which the yellow and white curves represented conoid and trapezoid ligaments respectively, and the green curve represented trapezius muscle; It could be observed that the energy spectrum curve of trapezius muscle was located above coracoclavicular ligament

( 3 ) 肩锁关节脱位患者喙锁韧带体部区 CT 值测量方法及依据：由于急性肩锁关节脱位患者韧带断裂后，韧带发生回缩蜷曲，原有的线性结构显示不佳、斜方及锥状束界限不清，根据喙锁韧带解剖学特点平行于锁骨远端进行斜冠状位重建，锁骨远端0～2 cm 外侧间隙至喙突基底部中点外侧 1 / 2 区域定义为斜方束走行区，锁骨远端 2～4 cm 范围内侧间隙至喙突基底部中点内侧 1 / 2 区域定义为锥状束走行区 ( 图2 )，ROI 感兴趣区分别置于斜方、锥状韧带喙锁间隙走行区中段，测量局部软组织 CT 值。

图2 患者，女，37 岁，肩锁关节脱位 a～c：能谱 CT VMIs，短线、弧线分别代表斜方韧带锁骨、喙突足印区，两条黄线之间代表斜方韧带走行区域，在斜冠状位测量 CT 值 ( 蓝色圆圈 )；d～f：能谱 CT VMIs，短线、弧线分别代表锥状韧带锁骨、喙突足印区，两条黄线之间代表锥状韧带走行区，在斜冠状位测量 CT 值 ( 蓝色圆圈 )Fig.2 Female, 37 years old, acromioclavicular dislocation a - c: VMIs images, the short and arcs lines represented the clavicular and coracoid footprints of the trapezoid ligament respectively, and the area between the two yellow lines represented the course of trapezoid ligament.The CT value was measured in the paracoronal planes ( blue circle ); d - f: VMIs images, the short line and arcs represented the clavicular and coracoid footprints of conoid ligament respectively, and the area between the two yellow lines represented the course of conoid ligament.The CT value was measured in the paracoronal planes ( blue circle )

( 4 ) 能谱 CT 值评估肩锁关节脱位患者喙锁韧带损伤方法：2 位 5 年以上放射科骨关节影像亚专业医师，双盲在 40 keV 下 VMIs 对 12 例肩锁关节脱位患者斜方、锥状韧带是否断裂进行判读，对于判读结果不一致病例，由 2 位医师协商讨论达成共识( 图3 )。

图3 肩锁关节脱位患者，男，39 岁 a：肩关节平片；b、c：MRI；d、e：能谱 CT VMIs。红色箭头所指锥状韧带，白色箭头所指斜方韧带Fig.3 Acromioclavicular dislocation, man, 39 years old a: Radiographs; b - c: MRI;d - e: VMIs images, the red and white arrows pointed to the course of conoid and trapezoid ligaments, respectivelyconoid ligament.The CT value was measured in the paracoronal planes ( blue circle )

3.MRI 参考标准：( 1 ) 喙锁韧带完整性评估分为：完整、扭伤、部分撕裂、断裂；( 2 ) 韧带完整：MRI 表现韧带形态不发生改变且无信号异常；( 3 ) 韧带扭伤：MRI 表现韧带形态不发生改变，可伴水肿或出血信号；( 4 ) 部分撕裂：MRI 表现为韧带增粗、内部水肿信号，连续性未中断；( 5 ) 断裂：MRI 表现韧带正常结构消失，连续性中断，周围组织水肿。

本研究中能谱 CT 对喙锁韧带损伤评估分为断裂、未断裂。未断裂包括韧带完整、扭伤、部分撕裂。12 例肩锁关节脱位患者，由 2 位 5 年以上放射科骨关节影像亚专业医师对肩锁关节脱位患者斜方、锥状韧带是否断裂进行判读。意见不一致时经协商讨论达成共识。

五、统计学处理

结 果

一、入组患者的基本资料

本研究肩锁关节脱位组 ( 简称脱位组 ) 纳入12 例，男 8 例，女 4 例，年龄 28～63 岁，平均( 45.6±11.4 ) 岁；对照组纳入 40 例，男 18 例，女22 例，年龄 26～70 岁，平均 ( 48.6±13.8 ) 岁。

二、40 keV VMIs 测量结果

1.对照组斜方、锥状韧带锁骨足印区中心距锁骨肩锁关节面距离：( 20.0±2.6 ) mm、( 36.7±3.5 ) mm。韧带体部宽度：( 4.0±1.3 ) mm、( 4.5±1.8 ) mm。

2.斜方、锥状韧带体部 CT 值：( 47.7±14.8 ) HU、( 47.4±14.9 ) HU。

3.斜方、锥状韧带锁骨足印区中心点距锁骨肩锁关节面距离与同侧锁骨长度比值：( 13.7±1.6 ) %、( 25.3±2.7 ) %。

三、肩锁关节脱位患者喙锁韧带体部区 CT 值与对照组比较

本研究脱位组与对照组的年龄、性别差异无统计学意义 (= 0.570、= 0.188 )。肩锁关节脱位组患者的斜方、锥状韧带体部走行区 CT 值明显高于对照组，差异有统计学意义 (= 0.001 ) ( 表1 )。

表1 12 例肩锁关节脱位患者喙锁韧带体部区 CT 值与对照组比较Tab.1 Comparison of CT values of coracoclavicular ligament body region in 12 patients of acromioclavicular joint dislocation with control group

四、能谱 CT 评估肩锁关节脱位患者喙锁韧带损伤与 MRI 比较

12 例肩锁关节脱位患者，以 MRI 为喙锁韧带损伤参考标准，其中 10 例斜方韧带断裂，9 例锥状韧断裂 ( 表2 )。能谱 CT 检测斜方韧带断裂灵敏度90.0%，特异度 100.0%，阳性预测值 100.0%，阴性预测值 66.7%，观察者之间对于斜方韧带断裂评估高度一致性 ( Kappa值为 0.80 ( 95%；0.49～1.00 )。能谱 CT 检测锥状韧带断裂灵敏度88.9%，特异度 100.0%，阳性预测值 100.0%，阴性预测值 75.0%，观察者之间对于锥状断裂评估一致性一般 ( Kappa 值为 0.625 ( 95%；0.16～1.00 )。能谱 CT 与 MRI 对于斜方韧带断裂评估高度一致性( Kappa 值为 0.75 ( 95%；0.30～1.00 )。能谱 CT 与 MRI 对于锥状韧带断裂评估高度一致性 ( Kappa 值为0.80 ( 95%；0.43～1.00 )。

表2 12 例肩锁关节脱位患者能谱 CT、MRI 评估喙锁韧带损伤Tab.2 Evaluation of coracoclavicular ligament injury by spectral CT and MRI in 12 patients with acromioclavicular joint dislocation

讨 论

由于肌肉、韧带、软骨等组织 X 线衰减系数相似，因此常规MDCT 对其分辨率有限。DECT 拥有两套独立的球管 - 探测器系统，可以同时获取物质在高低管电压扫描下 X 线衰减数据，利用不同物质在高低能量下 X 线衰减值的变化程度不同，通过相应的后处理和分析对韧带进行区分和显示。既往研究表明，韧带、肌腱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 线有明显的衰减差异，因此能谱 CT 可以通过区分胶原成分成功显示韧带和肌腱。目前利用能谱 CT 来重建骨关节韧带已有众多文献报道，Cong 等发表了一项对 24 例膝关节的观察性研究，得出能谱 CT 可以很好地显示髌韧带、内外侧副韧带及前后交叉韧带。能谱 CT 可以通过三物质分解算法对肌腱进行颜色编码，结合常规螺旋 CT 多平面重组技术，可以从任意角度观察韧带的走行以及与周围组织间的解剖关系。甚至有研究认为能谱 CT 在一定程度可以替代 MRI 诊断前交叉韧带急性损伤。Peltola 等研究认为，VMIs 可通过调整重建图像的能量水平来优化与周围组织的对比度，比利用胶原纤维进行颜色编码对肌腱、韧带显示效果更好。并且由于决定软组织对比度的康普顿效应并不依赖光子能量，所以低keV 单能级图像中，软组织 X 线衰减系数最高，韧带对比度高。因此与常规 CT 比较，能谱 CT 可以更好地显示韧带、肌腱，如前后交叉韧带、跟腱、伸肌拇长肌腱、伸指长肌腱、拇屈肌长肌腱等。

喙锁韧带由位于内侧锥状韧带和外侧斜方韧带组成，二束韧带均起于喙突上表面，行走方向呈“V”型，分别止于距锁骨远端约 2～4 cm 区域锁骨下表面后内侧锥状结节及其前外侧斜方嵴，韧带之间由滑囊分隔开。本研究选择能谱 CT 中低能级( 40 keV 下 ) VMIs 可以清晰显示喙锁韧带锁骨下表面及喙突足印区，以及斜方、锥状韧带喙锁间隙走行。本研究对韧带特征进行了分析，对照组中斜方、锥状韧带锁骨足印区中心至锁骨肩锁关节面距离分别为：( 20.0±2.6 ) mm、( 36.7±3.5 ) mm；斜方、锥状韧带体部宽度分别为：( 4.0±1.3 ) mm、( 4.5±1.8 ) mm。虽然喙锁韧带锁骨止点存在个体差异，但有研究发现喙锁韧带锁骨表面的足印区与锁骨长度比例值恒定。因此测量斜方、锥状韧带足印区中心距锁骨肩锁关节面距离与同侧锁骨长度比值：( 13.7±1.6 ) %、( 25.3±2.7 ) %，与文献报道的15.6%、25.5% 基本一致。由于斜方、锥状韧带在维持肩锁关节稳定中具有不同作用，斜方韧带主要限制锁骨远端向后移位，而锥状韧带限制锁骨向上移位，因此本研究将二者进行分开研究。但对照组中斜方韧带宽度、CT 值与锥状韧带比较差异均无统计学意义。

能谱 CT 不仅具有传统 MDCT 显示锁骨移位方向与程度，同时结合相关的软组织重建技术可以很好地显示正常锥状、斜方韧带走行及足印区，这是能谱 CT 评估肩锁关节脱位患者喙锁韧带损伤的前提。既往研究表明肩锁关节脱位患者中斜方、锥状韧带体部撕裂发生率分别为 76.2%、64.7%。因此，选择喙锁韧带体部走行区进行 CT 值测量，同时避免锁骨、喙突表面产生的 X 线射束硬化伪影干扰。本研究中，肩锁关节脱位患者喙锁韧带体部走行区 CT 值高于对照组，且差异有统计学意义，这可能是由于韧带急性损伤下水肿、出血，造成韧带区密度的改变。因此能谱 CT 值可以作为判断喙锁韧带急性损伤指标之一，但正常斜方、锥状韧带 CT 值参考范围，仍需要进一步大样本研究。

肩锁关节脱位受伤机制往往是肩部侧面的直接撞击，Copeland 等研究发现肩锁关节脱位时肩锁韧带首先受损，之后才会引起斜方韧带撕裂，锥状韧带撕裂出现最晚。因此肩锁关节脱位患者斜方韧带相对于锥状韧带更容易撕裂，与此结论类似本研究中 12 例肩锁关节脱位患者，存在 2 例斜方韧带撕裂，锥状韧带完整患者，但没有发现单纯锥状韧带撕裂、斜方韧带完整病例。在进一步研究中，以 MRI 为参考，能谱 CT 诊断斜方韧带断裂灵敏度90.0%，特异度 100.0%，诊断锥状韧带断裂灵敏度88.9%，特异度 100.0%，并且能谱 CT 与 MRI 对喙锁韧带断裂评估高度一致性，能谱 CT 可以用来评估肩锁关节脱位患者喙锁韧带损伤。

Rockwood 是临床上最常用的肩锁关节脱位分型方法，在最新制订的急性肩锁关节脱位分类中，将CCD ＞ 30% 作为不稳定分类的临界值。本研究中12 例肩锁关节脱位患者，2 例 CCD ＜ 30%，这 2 例中 1 例斜方韧带部分撕裂，另 1 例斜方韧带完整，2 例锥状韧带均完整；10 例 CCD ＞ 30%，其中 10 例斜方韧带撕裂，9 例锥状韧带撕裂，这也进一步说明将 CCD ＞ 30% 作为肩锁关节脱位不稳定分类的临界值合理性。在本研究中，观察到对照组喙锁韧带能谱曲线大多数位于斜方肌上方，并且急性损伤的喙锁韧带能谱曲线最大斜率明显高于斜方肌，这提示能谱曲线在判断喙锁韧带急性损伤方面具有一定价值，但由于样本量较小，无法进行统计学分析。

本研究采用第三代双源 CT 进行双能量扫描时，具有能谱纯化 ( selective photon shield，SPS ) 等多种辐射剂量优化技术，通过在球管前端准直中增加锡 ( Sn ) 制 X 线滤过器，提高射线利用率，减少人体的吸收剂量，研究表明其双能量 CT 扫描的辐射剂量并不高于常规 120 kV 扫描，却可提供更优的图像质量。

本研究局限性：( 1 ) 样本量较小；( 2 ) 本研究为回顾性研究，为单关节双能量 CT 扫描病例，受限与最小辐射剂量的伦理原则，未能进行自体健侧对比研究；( 3 ) 卧位 CT 检查容易低估垂直方向的移位程度。

综上所述，能谱 CT 具有传统 CT 快捷方便优势，其 VMIs 技术可以更好显示正常喙锁韧带走行及锁骨下表面和喙突表面的韧带足印区；在肩锁关节脱位患者，综合韧带走行、形态完整性、低能级下韧带局部 CT 值测量，对斜方、锥状韧带断裂检测具有很好的敏感性及高度特异性，为准确评估肩锁关节脱位提供更多信息。