双能量CT虚拟去钙成像评估腰椎间盘退变的可行性

梁 毅，叶 彬，石慧铃，石昶霖，李 良，王 钊

（广西壮族自治区江滨医院放射科 广西 南宁 530021）

椎间盘退变是引起慢性腰背痛的重要原因之一，且有发病年轻化的趋势[1]。CT在诊断腰椎病变具有扫描速度快、可任意角度层面重建的优势，但由于常规CT图像中椎间盘与脑脊液的低对比度，无法评估早期腰椎间盘退变。近年的研究结果显示，双能量CT（dual energy computed tomography，DECT）在腰椎疾病诊断中具有一定价值[2]，但DECT分析腰椎间盘退变的相关研究较少。本研究将通过双能量CT虚拟去钙（virtual non-calcium，VNCa）成像观察腰椎间盘退变程度，分析DECT-VNCa成像评估腰椎间盘退变的可行性。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取2020年7月—2022年6月广西壮族自治区江滨医院收治的拟诊慢性腰背痛而接受腰椎DECT和MRI检查的患者62例，其中男35例，女27例，年龄25～78岁，平均（51.3±14.6）岁。纳入标准：①就诊3天内接受MRI和DECT双能量检查；②图像质量良好，椎间盘结构显示清楚。排除标准：①患者依从性差；②MRI检查禁忌证；③图像质量差，不能满足诊断；④其他疾病严重症状者。所有患者均知晓相关情况并签署知情同意书。

1.2 方法

所有患者在3天内完成DECT双能量检查和MRI检查。

1.2.1 DECT检查

CT检查设备为德国西门子Siemens Definition Flash CT。患者取仰卧位，扫描范围自第12胸椎上缘至第1骶椎下缘。A、B球管的管电压分别为100 kV、Sn140 kV，管电流采用自动管电流调节技术，准直器宽度为32×0.6 mm，X线管转速0.5 r/s，螺距0.5。双能量图像重建层厚2 mm，层间距1 mm，重建算法mediastinum，卷积核Q40f medium。将重建后的双能量图像传输至Siemens Syngo.VIA后处理工作站。使用CT Dual Energy Bone Marrow模块重建图像，获得VNCa图像，平滑滤波参数为4，分割像素最大值为800 HU，阈值为100 HU，CT颜色查找表spectrum，覆盖查找表grayscale，CT窗值1为liver，CT窗值2为bone，以MPR技术呈现L1/2至L5/S1椎间盘情况。

1.2.2 MRI检查

MRI检查设备为美国GE公司SINGNA HDx 1.5T超导型MR扫描仪，8通道颈胸腰椎联合相控阵线圈。扫描序列：矢状位FSE T1WI，TR 340 ms，TE 7.6 ms，带宽41.67 Hz/Px，层厚4 mm，间距0.5 mm；矢状位FRFSE T2WI，TR 2 280 ms，TE 102 ms，带宽 41.67 Hz/Px，层厚4 mm，间距0.5 mm；矢状位脂肪抑制T2WI+fs，TR 2 640 ms，TE 102 ms，带宽31.25 Hz/Px，层厚4 mm，间距0.5 mm。对L1/2至L5/S1椎间盘行轴位FSE T2WI，TR 2 980 ms，TE 120 ms，带宽 27.78 Hz/Px，层厚4 mm，间距0.5 mm。

1.3 图像分析

MRI图像由2位具有15年以上脊柱影像诊断经验的放射科医师独立评价，根据Pfirrmann（Pm）分级标准[3]对矢状位T2WI所示椎间盘进行分级，意见不一致时经讨论决定。Pm分级共分为1～5级：1级，椎间盘结构质地均匀，呈高信号，髓核与纤维环边界清晰，椎间盘高度正常，T2WI信号高或等于脑脊液；2级，椎间盘结构质地不均匀，可有灰色信号带，髓核与纤维环边界比较清晰，且椎间盘的高度基本正常，T2WI信号高或等于脑脊液；3级，椎间盘结构质地不均匀，呈灰色信号，髓核与纤维环边界不清晰，T2WI信号中等，且椎间盘的高度基本正常或者有轻微降低；4级，椎间盘结构质地不均匀，呈灰黑色信号，髓核与纤维环组织之间无边界存在，T2WI信号中等或者稍低于脑脊液信号，且椎间盘的高度基本正常或者有中度降低；5级，椎间盘结构质地不均匀，呈黑色信号，髓核与纤维环边界消失，T2WI呈低信号，椎间盘间隙塌陷。依据Pm分级对椎间盘进行MRI分期：1～2级为早期，3～4级为中期，5级为晚期。VNCa图像由上述2名医师根据正中矢状位VNCa伪彩图所示椎间盘髓核与纤维环的衰减程度进行视觉分型，定性评估椎间盘退变：Ⅰ型，椎间盘整体为绿色，髓核与纤维环分界清楚（图1a）；Ⅱ型，椎间盘结构质地不均匀，可有黄色低衰减区，髓核与纤维环分界不清楚（图1b）；Ⅲ型，椎间盘整体偏红色，髓核与纤维环不能区分（图1c）。若评估判断不一致，则由2名医师协商一致决定。MRI或CT显示椎间盘存在真空现象、积液或钙化时，剔除该椎间盘。

图1 腰椎间盘VNCa伪彩图视觉分型

1.4 统计学方法

使用SPSS 26.0软件进行统计分析。符合正态分布的计量资料以均数±标准差（）表示。采用Kruskal-Walis H检验分析不同VNCa分型腰椎间盘间Pm分级、MRI分期的差异，以Spearman秩相关分析腰椎间盘VNCa分型与MRI分期的相关性。以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

62例患者共310个腰椎间盘，剔除8个出现真空现象的椎间盘，纳入共302个腰椎间盘。302个腰椎间盘中，Pm分级1级86个、2级63个、3级70个、4级70个、5级13个；MRI分期早期149个、中期140个、晚期13个；VNCa分型Ⅰ型153个、Ⅱ型127个、Ⅲ型22个，见图2。不同VNCa分型腰椎间盘间Pm分级、MRI分期差异均有统计学意义（P＜0.01），见表1、表2；腰椎间盘VNCa分型与MRI分期呈正相关（r=0.827，P＜0.01）。

表1 不同VNCa分型腰椎间盘间Pm分级比较

表2 不同VNCa分型腰椎间盘间MRI分期比较

图2 腰椎间盘退变的VNCa伪彩图与T2WI图像对比

3 讨论

腰椎间盘退变包括结构破坏和细胞介导的成分变化，早期表现为生化信号的改变，主要表现为髓核中蛋白多糖和水分的丢失；后期可发展成形态学的改变，包括椎间隙的狭窄、纤维环破裂及髓核突出等[4]。目前临床广泛采用Pm分级标准来评估腰椎间盘退变的程度，其借助T2WI正中矢状位图像，通过对比髓核信号、髓核结构、髓核与纤维环的分界线以及椎间盘的高度等四个方面来区分椎间盘的退变等级[5]。

DECT的VNCa成像以黄骨髓-红骨髓CT值为基线，利用不同能量下钙的X线衰减值特征斜率将目标体素投射到基线，将钙成分去除，基线上体素之间的差异主要反映组织含水量。髓核-纤维环CT值的基线斜率与黄骨髓-红骨髓CT值相近，当基线通过接近水的CT值时（100 kV和Sn140 kV均为0HU），其中胶原成分可被去除，基线上体素之间的差异则代表了椎间盘中的含水量[6-7]。VNCa成像技术还可对重建图像进行灰度叠加和彩色编码，从而改善相邻不同结构间的组织对比度，使腰椎间盘组织含水量变化能够更直观地显示，在评估椎间盘退变方面具有潜在应用价值[2,8]。

本研究以MR T2WI图像为参考标准，分析DECTVNCa成像评估腰椎间盘退变的应用价值。本研究结果显示，不同VNCa分型腰椎间盘间Pm分级差异有统计学意义，表明VNCa分型与腰椎间盘间Pm分级具有相关性，即Pm分级越高，VNCa分型也越高。临床上通常将Pm 1级椎间盘认定为正常，2～3级为轻度-中度退变，4～5级为重度退变[9]。本研究中，不同VNCa分型腰椎间盘间MRI分期差异有统计学意义，且VNCa分型与腰椎间盘退变MRI分期具有良好的正相关性（r=0.827），提示VNCa分型的Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型能够反映腰椎间盘退变早、中、晚期的病理改变，依据VNCa分型可判断腰椎间盘退变的进展程度。既往研究[7,10]认为，VNCa成像中髓核CT值随改良Pfirrmann分级增加而升高，VNCa图的髓核CT值能够反映腰椎间盘髓核脱水情况。VNCa分型是依据VNCa伪彩图像上椎间盘的颜色差异来区分椎间盘退变等级，不同的颜色代表椎间盘的CT值差异。人眼分辨彩色差异的敏感度远高于黑白灰阶差异,彩色图像能够提供更为直观的视觉效果，显著提高影像诊断的效率[11-12]。因此，通过VNCa成像技术可以直观地显示髓核含水量变化，定性评估腰椎间盘退变程度，具有操作简便、快速的优点，适用于存在MR扫描禁忌证和急诊患者。

综上所述，DECT-VNCa成像可用于评估腰椎间盘退变，具有较高的临床应用价值。但本研究尚存在着不足之处：样本量稍小，总体代表性不充分；没有进行腰椎间盘VNCa定量分析的研究，有待扩大样本量进行前瞻性对比研究以进一步验证其临床价值。