光谱CT电子云密度图结合CT表现鉴别急慢性椎体骨质疏松性骨折

许东峰,麦春华*,朱凯帮,王文章,廖玉婷,王浩亚

(1.东莞市中医院医学影像科,广东 东莞 523000;2.飞利浦医疗临床&技术支持部,广东 广州 510320)

椎体骨质疏松性骨折(osteoporotic vertebral fracture, OVF)为老年椎体骨质疏松症的常见并发症,严重影响患者生活质量[1]。OVF分为急性和慢性,影像学均可见椎体变扁,而急性OVF椎体病理学上可出现水肿。MRI是鉴别急、慢性OVF的“金标准”,但检查时间长、禁忌证较多[2]。近年来,能谱CT在肌肉骨骼系统诊断中的应用越来越广泛[3]。光谱CT是能谱CT的一种类型,又称双层探测器CT,其上层探测器接收低能光子、下层探测器接收高能光子;双层探测器在单次扫描过程中分别接受高、低能数据,具有“同源、同时、同向”扫描的特点,能生成多种能谱图像[4]。本研究观察光谱CT电子云密度图(electron density map, EDM)结合CT表现鉴别急、慢性OVF的价值。

1 资料与方法

1.1 研究对象 回顾性收集2021年5月—2022年4月于东莞市中医院接受胸椎和/或腰椎CT扫描的48例同时存在急、慢性OVF患者,男4例、女44例,年龄56～92岁、平均(73.3±7.9)岁;共纳入110个骨折椎体,包括53个急性OVF(急性组)及57个慢性OVF椎体(慢性组)。纳入标准:①患者因站立跌倒或无诱因腰痛入院;②骨密度检查提示椎体骨质疏松;③胸椎和/或腰椎MRI显示椎体压缩变扁、骨质信号不连续,并可见水肿信号,符合急性OVF诊断标准[5];或椎体压缩变扁但无水肿信号,符合慢性OVF诊断标准[5]。排除标准:①高处坠落伤致爆裂性骨折;②肿瘤致病理性骨折;③合并其他代谢性疾病。本研究经院伦理委员会批准[伦审(研)PJ【2021】14号]。检查前患者及家属均签署知情同意书。

1.2 仪器与方法 于MR检查前后3天内采用Philips IQon spectral CT机行胸椎和/或腰椎光谱CT检查,根据病情确定扫描范围,参数:管电压120 kVp,曝光量300 mAs,FOV 500 cm,矩阵512×512,重建层厚及层间距均为1 mm。扫描结束后重建能谱CT数据包。

1.3 光谱CT定量分析 由2名具有5年和10年工作经验的影像科主治医师采用双盲法于Philips ISP工作站打开能谱CT数据包,避开骨皮质、气体及椎静脉,分别于脊柱正中矢状位常规120 kVp混合能量图像(polyenergetic image, PI)(即常规CT)、40 keV低能级虚拟单能量图像(virtual monoenergetic image, VMI),以及70 keV中能级VMI和100 keV高能级VMI中勾画急、慢性骨折椎体的ROI,测量其CT值,并于有效原子序数(effective atomic number, Z-eff)图及EDM中测量Z-eff及电子云密度(electron density, ED);在同一窗口切换PI、VMI、Z-eff及ED模式,确保ROI大小及位置不变。见图1、2。

图1 患者女,70岁, L2急性、L5慢性OVF A.腰椎脂肪抑制T2WI示L2水肿信号(长箭),L5未见明显水肿信号(短箭); B～F.腰椎矢状位不同层面PI骨窗图示L2前后径增大,前缘骨皮质皱褶,上终板中断,椎体密度增高,并见气体影 (红、绿色分别为急、慢OVF的ROI)

图2 患者女,80岁, T12急性、L3慢性OVF A.胸腰椎矢状位脂肪抑制T2WI示T12水肿信号(红箭),L3无水肿信号(黄箭); B～E.胸腰椎矢状位PI(B)、40 keV VMI(C)、70 keV VMI(D)、100 keV VMI(E)均示T12密度较L3增高; F.Z-eff图见T12内蓝色阴影区域大于L3; G.EDM示T12内白色阴影区域大于L3

1.4 CT表现 由上述2名医师分别阅读110个骨折椎体的常规CT图像,观察有无终板中断征、骨皮质皱褶、椎体密度增高、椎体内气体影及椎体前后径增大(图1);采用Genant法评估椎体压缩程度,针对相同椎体压缩最明显处高度与椎体后缘高度的比值的百分数进行判断,若全椎体压缩,则取压缩最明显处高度与相邻上一椎体后缘高度的比值的百分数,以<20%为0度、20%～25%为Ⅰ度、>25%且≤40%为Ⅱ度、>40%为Ⅲ度压缩。2名医师意见不一时,经讨论达成一致。

1.5 统计学分析 采用SPSS 26.0统计分析软件。以中位数(上下四分位数)表示计量资料,以Shapiro-Wilk检验评估其正态性并行秩和检验。采用χ2检验或Fisher精确概率法比较计数资料。将组间差异有统计学意义的能谱CT定量参数及CT表现及纳入二分类logistic回归分析,筛选鉴别急、慢性OVF的独立危险因素并建立联合模型。绘制受试者工作特征(receiver operating characteristic, ROC)曲线,计算曲线下面积(area under the curve, AUC),评价单一独立危险因素及联合模型鉴别急、慢性OVF的效能,以DeLong检验比较其AUC;P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 光谱CT定量参数 急、慢性OVF椎体能谱CT定量参数差异均有统计学意义(P均<0.05)。见表1。

2.2 CT表现 相比慢性OVF,急性OVF更易出现终板中断征、骨皮质皱褶、椎体密度增高及椎体内气体影,且椎体压缩程度多数为0及Ⅰ度(P均<0.05);组间椎体前后径增大与否差异无统计学意义(P=0.902)。见表2。

表2 110个急、慢性OVF椎体CT表现比较(个)

2.3 logistic回归分析 CTPI(OR=0.855)、ED(OR=16.432)、骨皮质皱褶(OR=0.038)及椎体密度增高(OR=0.025)均为急性OVF的独立危险因素(P均<0.05,表3),以之构建的联合模型为logisitc(P)=-257.022-1.57×CTPI+2.799×ED-3.264×骨皮质皱褶-3.697×椎体密度增高。

表3 logistic回归分析筛选急、慢性OVF的独立危险因素

2.4 ROC曲线分析 以单一CTPI、ED、骨皮质皱褶及椎体密度增高鉴别急慢性OVF的AUC分别为0.870、0.889、0.879及0.866;联合模型的AUC为0.977,高于各单一独立危险因子(Z=3.47、3.73、2.95、2.71,P均<0.05),其诊断敏感度为98.11%,特异度为94.74%。见图3及表4。

表4 各单一独立危险因素及联合模型鉴别急、慢性OVF的效能

图3 各单一独立危险因素及联合模型鉴别急、慢性OVF的ROC曲线

3 讨论

光谱CT EDM指利用康普顿散射和光电散射的能谱数据重建所获图像,ED在其中代表相对于水的标准化电子云密度值[6],常用于制订放射治疗计划时计算辐射剂量[7],而在其他方面的应用尚少。YAMAMOTO等[8]基于EDM行CT引导下骨转移瘤穿刺活检,发现肿瘤区域ED高于非瘤骨组织。邱建升等[9]发现肺恶性结节ED高于肺良性结节,认为EDM可用于鉴别肺良、恶性结节。

能谱CT钙抑制技术能反映骨髓水肿,可用于鉴别急、慢性OVF[10-12]。CT显示椎体内横行致密带可用于区分急、慢性OVF[13]。急性OVF病理改变包括骨小梁骨折、嵌插,CT表现为密度增高,矢状位CT可见椎体内横行致密带;慢性OVF骨小梁已发生重塑,故CT无横行致密带[13];而急性骨折椎体内发生的骨髓水肿、渗出和微出血也可致椎体密度增高。WANG等[14]指出,急性OVF椎体CT值高于正常椎体,而慢性OVF椎体CT值与正常椎体相近。本研究发现,相比慢性OVF,急性OVF椎体CT值更高,与既往研究[14]结果一致;急性OVF椎体ED高于慢性OVF,原因可能在于急性OVF椎体内的骨髓水肿、渗出致单位体素内电子密度增高,表现为ED值增高,亦提示ED及CT值均有利于鉴别急、慢性OVF。

常规CT显示急性OVF水肿表现虽不如MRI敏感,但检出椎体骨折线及骨碎片移位效果甚佳,对于评估细微皮质骨折尤其具有优势[15]。骨质疏松性骨折可无明确外伤史,多为直立跌倒、搬抬重物或腰部扭伤等低能量损伤所致,导致急性OVF骨碎片移位小、骨折线不明显,多表现为骨皮质皱褶,椎体前缘或后缘向外不规则凸起或凹陷,而慢性骨折多经过修复愈合而无上述征象。本研究急性组椎体骨皮质皱褶发生率为79.25%(42/53),明显高于慢性组(2/57,3.51%)。

本研究经logistic回归分析筛选出CTPI、ED、椎体骨皮质皱褶及椎体密度增高均为鉴别急慢性OVF的独立危险因素,其AUC分别为0.879、0.866、0.870及0.889;而四者联合诊断的AUC达0.977,高于各单一独立危险因素,表明EDM联合CT表现对鉴别急、慢性OVF具有重要价值。

综上所述,光谱CT EDM联合CT表现能有效鉴别急、慢性OVF,为临床治疗决策提供依据。但本研究样本量较小,且纳入患者多为女性,有待行大样本、多中心研究进一步观察。

利益冲突:全体作者声明无利益冲突。

作者贡献:许东峰研究实施、撰写论文、统计分析;麦春华指导、研究设计、审阅文章;朱凯帮图像分析、数据分析;王文章图像处理;廖玉婷修改文章;王浩亚负责图像处理。