双能量CT诊断颈椎间盘退变及突出症的价值

李能, 张烨华, 孔玲玲, 赵广顺, 邓小毅

(江苏大学附属澳洋医院影像科, 江苏 苏州 215600)

椎间盘是位于相邻的椎体之间复杂的纤维软骨结构,每个椎间盘由外围致密的纤维环和中心胶状的髓核组成[1］。颈椎间盘退变(cervical disc degeneration,CDD)临床比较常见,多发于中老年人,伴突出可引起邻近脊神经根及脊髓的受压,临床表现为头、颈、肩部疼痛和僵硬,上肢麻木及下肢无力,步态不稳,严重者甚至导致肢体瘫痪,降低患者生活质量[2］。

MRI对椎间盘病变具有较高的诊断准确性,但缺乏量化标准,并且相对于CT而言,MRI检查耗时、禁忌证较多,在临床应用中受到一定的限制[3-4］。常规CT成像速度快,对颈椎形态、椎间盘、韧带骨化等能清晰地显示,但软组织间分辨率不够高,实际工作中存在误诊、漏诊。双能量CT(dual-energy CT,DECT)在常规CT的基础上,根据原子序数的差异来区分不同物质的能量,尤其在脊柱方面[5］,可反映骨髓中含水量的变化,但DECT在颈椎间盘退变、突出的相关研究较少。本研究分析DECT对颈椎间盘突出的诊断准确性,并探讨电子云密度/等效原子系数(Rho/Z)成像量化分析颈椎间盘退变程度的可行性。

1 资料与方法

1.1 一般资料

回顾性收集江苏大学附属澳洋医院2020年9月至2022年9月期间行CT和MRI检查患者的临床、影像资料。纳入标准:① 颈椎病-颈痛不适的患者;② 间隔时间在1周以内,完成DECT和MRI检查。排除标准:① 颈椎及椎旁恶性肿瘤病史;② 颈椎椎体急性压缩骨折;③ 颈椎术后;④ 颈椎椎间盘“真空样”改变或椎间隙明显塌陷、狭窄,无法测量(Pfirrmann Ⅴ级);⑤ 图像质量不佳。最终50例符合标准患者纳入研究,选取C2/3、C3/4、C4/5、C5/6椎间盘进行分析(由于C6/7椎间盘层面噪声伪影明显,故未统计),共计200个椎间盘,其中男25例,女25例,年龄23～82岁,平均年龄(51.2±11.6)岁。

1.2 DECT及MR扫描方法

采用德国西门子第二代DECT扫描仪(Somatom Definition Flash,Siemens Healthcare)进行CT图像数据采集。患者仰卧位,扫描范围上缘包括枕骨斜坡,下缘包括上段胸椎,管电压为100 kV/140 kV,有效电流为250 mA/483 mA,球管旋转时间0.5 s/周,准直器宽度为40 mm×0.6 mm,螺距为1.2,平均加权系数0.4,重建层厚0.75 mm,层间距0.5 mm,卷积核值I30f,分别得到140 kV、100 kV、双能0.5比例融合图像的数据。MR图像采集采用德国西门子公司的MRI扫描仪(Magnetom Avanto 1.5 T或Magnetom Skyra 3.0 T),患者仰卧位,扫描范围上至枕骨斜坡,下至上段胸椎,采集矢状位T1WI、T2WI、T2WI脂肪抑制及轴位T2WI,层厚均为4 mm,层间距均为0.4 mm,矩阵512×512。

1.3 DECT后处理方法

由一名高年资影像技师(10年以上工作经验)将DECT 140 kV和100 kV两组数据传送至Siemens图像后处理工作站(Syngo Via,version VA 30A;Siemens Healthcare),选择CT Dual Energy后处理模式,选取Rho/Z应用程序进行图像重建,并选择合适的颜色编码得到彩色编码重建图像。在正中矢状位后处理图像上以椎间盘髓核区域(椎间盘中央3/5)勾选感兴趣区(region of interest,ROI),所有勾画的ROI自动显示区域的Rho值并记录,每个ROI测量3次并计算平均值(图1)。

在正中矢状位后处理图像上以椎间盘髓核区域(椎间盘中央3/5)勾选ROI,并记录Rho值;胸廓入口层面噪声伪影(白色箭头)

1.4 Pfirrmann分级主观评价方法

依据Pfirrmann分级标准[6］,在矢状位T2WI图像上,根据外周纤维环和中间髓核的分界以及椎间隙的高度变化对椎间盘进行分级。Ⅰ级:髓核呈高信号,信号均匀,与纤维环分界清楚,椎间隙高度正常。Ⅱ级:髓核呈高信号,信号不均匀,有或无水平方向低信号条带,与纤维环分界清楚,椎间隙高度正常。Ⅲ级:髓核呈灰色,信号欠均匀,与纤维环分界欠清楚,椎间隙有或无轻度狭窄。Ⅳ级:髓核呈低信号,信号不均匀,与纤维环分界模糊不清,椎间隙高度出现轻度或中度狭窄。Ⅴ级:髓核呈无信号的黑色,椎间隙高度重度狭窄。

本次研究由2名高年资(10年以上诊断经验)影像诊断医师1和医师2独立阅片,按照Pfirrmann分级标准对所有患者颈椎间盘进行分级,同时将椎间盘突出情况进行记录。如果出现不一致时,由两人共同商议后取得一致意见。

1.5 颈椎间盘突出的主观评价

由高年资影像诊断医师3(10年诊断经验)和低年资影像诊断医师4(3年诊断经验)对常规灰度CT轴位及矢状位图像独立阅片,同时将椎间盘突出情况进行记录。间隔4周后对双能量彩色编码重建图像轴位及矢状位图像独立阅片,同时将椎间盘突出情况进行记录。

1.6 统计学方法

2 结果

2.1 颈椎间盘突出及分级主观评价的一致性

高年资影像诊断医师1和医师2对颈椎间盘突出的诊断(Kappa=0.826,P<0.01)及颈椎间盘分级主观评价(Kappa=0.844,P<0.01)显示良好的一致性。

2.2 颈椎间盘退变定量分析

将200个颈椎间盘按退变程度分为4组,Pfirrmann Ⅰ级21个,Ⅱ级101个,Ⅲ级62个,Ⅳ级16个。不同分级间颈椎间盘髓核的Rho值差异具有统计学意义(P<0.001),随分级的增加,椎间盘髓核的Rho值升高,Pfirrmann Ⅱ级与Ⅲ级间髓核的Rho值差异有统计学意义(P<0.05),其余相邻分级间差异均无统计学意义(P>0.05)。不同节段颈椎间盘髓核的Rho值差异有统计学意义(P<0.001),表明随颈椎间盘节段位置的下降,椎间盘髓核的Rho值降低,C2/3与C3/4节段间髓核的Rho值差异有统计学意义(P<0.05),其余相邻节段间差异均无统计学意义(P>0.05),见表1。Spearman相关分析表明颈椎间盘髓核的Rho值与Pfirrmann分级呈中度正相关(r=0.584,P<0.05)。

表1 颈椎间盘各分级/节段间髓核的Rho值比较

2.3 颈椎间盘突出症诊断准确性分析

以MRI结果为参考标准,2名不同年资医师3和医师4使用常规灰度CT图像及双能量彩色编码重建图像检测颈椎间盘突出症的总体敏感性、特异性、阳性预测值、阴性预测值和准确性分别为74.3%、79.3%、92.3%、48.0%、75.5%和86.7%、90.2%、96.7%、66.9%、87.5%,见表2。表明双能量彩色编码重建图像可以有效提高对颈椎间盘突出症的诊断准确性。常规灰度CT与双能量彩色编码重建图像诊断颈椎间盘突出症对比见图2。

表2 不同年资影像诊断医师对颈椎间盘突出症的诊断准确性比较

患者,女,51岁,左上肢放射痛伴麻木。A:常规灰度CT矢状位图像,由于颈椎间盘与脑脊液对比较弱,不能充分显示C4/5、C5/6椎间盘的突出(白色箭头);B:双能量彩色编码重建矢状位图像,清晰显示C4/5、C5/6椎间盘的突出(白色箭头);C:磁共振T2WI矢状位图像,证实C4/5、C5/6椎间盘的突出(白色箭头);D:常规灰度CT轴位图像,对C4/5椎间盘右旁中央型突出显示欠清晰(白色箭头);E:双能量彩色编码重建轴位图像,清晰显示C4/5椎间盘右旁中央型突出(白色箭头);F:磁共振T2WI轴位图像,证实C4/5椎间盘右旁中央型突出(白色箭头)

3 讨论

目前临床上对椎间盘退变的诊断,主要是通过MRI,有较高的一致性[7］,但MRI的应用受到较多限制。近年来,DECT多参数分析具有成像优势,运用越来越广泛,尤其是Rho/Z对鉴别物质成分具有较高准确性[8］。目前应用主要包括良恶性病变鉴别[9-10］、结石分析[11］以及早期痛风诊断等[12］,在脊柱方面也是应用广泛[13］。

本研究结果显示颈椎间盘髓核的Rho值与Pfirrmann分级呈正相关,颈椎间盘髓核的Rho值随颈椎间盘退变程度的增加呈升高趋势。随着颈椎间盘的变性,髓核中的黏多糖和水分含量下降,髓核的Rho值随之升高,即Rho值的升高反映了颈椎间盘髓核退变的程度。研究结果与我们前期在腰椎间盘的研究结果[14］一致。相邻Pfirrmann分级间髓核Rho值的比较中,Ⅱ与Ⅲ级间差异有统计学意义,其余相邻分级间差异均无统计学意义。这可能与晚期椎间盘退变组织含水量变化不明显有关,临床工作中可将Rho值作为大致退变程度的定量参数。颈椎间盘不同节段髓核的Rho值比较显示,随节段位置的下降,髓核的Rho值下降。可能与颈椎的生物力学特点有关,低位椎间盘相较于高位椎间盘需要更多的水和黏多糖来负荷机械应力(包括扭转和剪切力)[7］。相邻椎间盘节段间的比较中,C2/3与C3/4节段间差异具有统计学意义,其余相邻椎间盘节段间差异均无统计学意义。出现这一差异的原因可能与研究的样本量相对较少有关。Mesregah等[15］研究发现颈椎间盘C5/6为最常退变节段,其次为C6/7、C2/3,因此对颈椎不同节段的退变仍需进一步研究。

课题组前期研究结果[14］显示,双能量彩色编码重建图像较常规灰度CT对腰椎间盘突出症具有更高的诊断准确性(93.6%vs83.3%),与Booz等[16］对腰椎间盘突出症的研究结果基本一致。Koch等[17］对胸椎间盘进行研究,发现双能量彩色编码重建图像相比常规灰度CT对椎间盘突出症也具有更高的诊断准确性(96%vs81%)。但与胸、腰椎相比,颈椎的解剖结构明显不同,包括椎间隙高度和椎间盘密度。颈椎椎间隙较窄,并且颈椎是脊柱最灵活的部位,而胸腰椎则相对稳定[15］。本研究显示,与常规灰度CT相比,双能量彩色编码重建图像也能提高颈椎椎间盘突出症的诊断准确性(87.5%vs75.5%),说明颈椎和胸腰椎不同的解剖结构并不影响彩色编码DECT重建图像的诊断能力。Booz等[18］对57例患者(337个椎间盘)分析,结果显示双能量彩色编码重建图像明显提高了颈椎间盘突出及神经根受压诊断的准确性(95%vs77%),与本次结论也基本一致。笔者认为椎间盘双能量彩色编码重建图像的优势在于椎间盘和脑脊液之间有明确的界限,对椎间盘突出及方位的显示更为直观,从而避免了轻微椎间盘突出的漏诊。

本研究存在一定的局限性。第一,本研究为单中心研究,样本量相对较少,需要更大的样本量及多中心研究来进一步证实研究结果。第二,我们使用Pfirrmann分级系统对颈椎间盘退变进行分级,该分级方法精度尚有欠缺,可能因主观因素导致结果偏差。第三,双能量彩色编码重建矢状位图像上ROI的选择易受诊断医师的主观影响。第四,研究采用MRI作为诊断颈椎间盘退变及突出症的参考标准,而MRI可能会高估椎间盘突出的程度[19］。第五,由于颈椎DECT在胸廓入口层面噪声伪影明显,本次研究未包括C6/7节段,有待进一步研究。

总之,本研究结果表明,与常规灰度CT相比,基于DECT的彩色编码重建图像在评估颈椎间盘退变和突出方面显著提高了诊断准确性,图像质量与MRI相似,在MRI无法提供或有禁忌证的情况下,可作为MRI的替代手段。此外,可通过对颈椎间盘Rho值的测量,间接定量评价颈椎间盘退变程度。