双源双能量CT最优化Rel.CM值虚拟去钙技术对踝关节骨挫伤的应用价值研究

陈芳 刘绪明 许加峻 黄贤藏 王胜泽 邱乾德*

踝关节是人体下肢的重要承重关节之一，是外伤好发的部位［1］，典型的急性关节损伤包括韧带、滑膜的损伤，关节软骨、骨皮质的损失，以及外伤后骨髓病变［2］。外伤后骨髓病变又叫骨挫伤，早期、快速、准确诊断对临床及时治疗及防止损伤后并发症至关重要。目前骨挫伤首选的影像学检查方法是MRI［3］。随着双源双能量CT（dual-energy computed tomography，DECT）的发展，近年来逐渐显示出在骨骼肌肉系统中的应用潜能［4-5］，其中也包括对骨挫伤的诊断。对比物质相对比率（the relative ratio of contrast material，Rel.CM）是DECT的虚拟去骨（virtual noncalcium，VNCa）图中一个重要参数，本研究以MRI为参照标准，设置不同Rel.CM值进行对比分析，旨在优选出最佳Rel.CM值，进而探讨最优化Rel.CM值对应的VNCa图对踝关节骨挫伤的诊断价值。

1 资料与方法

1.1 一般资料 收集2018年5月至2019年5月间浙江省温州市人民医院临床初诊踝关节骨挫伤患者60例。纳入标准：年龄＞18岁和＜80岁，有明确外伤史及局部疼痛，活动障碍等症状，踝部既往无其他疾病及手术史，X线检查阴性，患者均行踝关节MRI和双能量CT平扫，MRI及CT检查≤3d。排除标准：踝部既往有手术史，受检部位有其他疾患者，外伤时间＞2个月，怀孕或有MRI检查禁忌者。另设立对照组：患者对侧健肢，同时行踝关节MRI和双能量CT平扫。本研究事先均签署知情同意书。

1.2 检查方法 MRI采用德国Siemens TIM 1.5T磁共振扫描仪。每位患者行矢状位TSE-T1WI（TE 11ms，TR 659ms）、TSE-T2WI（TE 96ms，TR 2200ms）、TSET2WI-FS（TE 79ms，TR 3490ms）序列，横断位采用TSE-T2WI-FS（TE 79ms，TR 3490ms）。 层 厚 4.0mm，层距0.5mm。CT采用德国Siemens Somatom Definition Flash双源CT扫描机。常规仰卧位扫描，头足方向。球管A及球管B的管电压分别为80kV、140kV，开启实时动态曝光剂量调节自动衰减管电流，螺距0.7，准直器宽度64×0.6mm。DECT图像后处理：每次扫描同时获得140kV、80kV以及融合系数为0.4的线性融合图像。重组卷积核分别为D45s及B70f，重建层厚2mm，重建间距1mm。在Syngo Dual Energy工作站中，在“Liver-VNC”模块中进行双能去骨处理及彩色编码转换，VNCa图像被显示为彩色编码叠加图合并在加权平均CT图像中。将VNCa图像进行不同Rel.CM值（取1.25、1.45、1.60、1.75）设置。

1.3 图像分析 将踝关节图像分成10个区，其中胫骨下段（3区）、腓骨下段（1区）及距骨（6区）。VNCa图上骨挫伤的诊断标准：斑片状或斑点状的高或稍高密度影，边界模糊；彩色编码图上显示骨挫伤区域与正常骨髓颜色不同（本研究采用红蓝色系）。骨挫伤的MRI表现为T1WI上不均匀或均匀低信号，T2WI脂肪抑制序列上为高信号。由两名15年以上工作经验的放射科医师对4种不同Rel.CM值设置（取1.25、1.45、1.60、1.75）的VNCa图像及MRI图像进行定性评估。以MRI结果为参考标准，比较不同Rel.CM值VNCa图对踝关节骨挫伤诊断的敏感度、特异度和准确度，阳性预测值、阴性预测值及约登指数，优选出最佳Rel.CM值。两名医师分别在最优Rel.CM值对应的VNCa图上测量骨挫伤区域的CT值及正常骨髓区域（对照组）的CT值，结果取两名医师测量的平均值。测量时ROI放置在VNCa图骨挫伤区域的正中心，ROI面积＞20mm2，避开骨皮质下2mm以内及有明显骨质硬化或疏松的区域，对照组正常骨髓CT值测量的位置及范围需与病变组一致。以上各项工作存在异议时，由第三位副主任职称以上放射科医师进行再次分析统一。

1.4 统计学方法 采用SPSS 17.0统计软件。偏态分布采用中位数及范围表示，计数资料采用数字和百分比表示。以MRI为参考标准，计算并比较Rel.CM值分别为1.25、1.45、1.60、1.75的VNCa图对踝关节骨挫伤的诊断效能。采用t检验比较最优化Rel.CM值的VNCa图上骨挫伤区域与骨髓正常区域CT值的差异，P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

60例患者中，男42例，女18例；年龄20～75岁，平均（38.2±0.2）岁。60例患者均完成DECT和MRI检查，DECT与MRI检查间隔时间为（1.25±0.3）d。60个踝关节被划分成600个区。MRI显示189个区（胫骨下段67个，腓骨下段98个，距骨24个）表现为斑片状、斑点状T1WI低信号，T2WI脂肪抑制高信号（见图 1a）。Rel.CM 值为 1.25、1.45、1.60、1.75对应的VNCa图显示骨挫伤的区域分别为29、85、171、224个，不同Rel.CM值的VNCa图与MRI对踝关节骨挫伤诊断的对照结果（见表1）。Rel.CM值为1.25、1.45、1.60、1.75的VNCa图诊断踝关节骨挫伤的约登指数分别为0.13、0.41、0.79、0.70，Rel.CM=1.60 的 VNCa图的诊断准确性最高见（见表2）。Rel.CM值为1.60的VNCa图显示骨挫伤的效果最佳（见图1b～e）。在最优Rel.CM参数（1.60）的VNCa图上，骨挫伤区域和正常骨髓区域的CT值分别为-97.0（-55.5～-120.6）和-149.1（-128.2～-168.5）HU，95% 的置信区间为（50.1～54.1），差异有统计学意义（t=27.766，P＜0.05）。

表1 不同Rel.CM值的VNCa图与MRI对踝关节骨挫伤诊断的结果对照（个，n=600）

表2 不同Rel.CM值的VNCa图对踝关节骨挫伤的诊断效能对照

图1 a T2WI-FS横断位

图1 b VNCa图Rel．CM值=1．25

图1 女，53岁，车祸致右踝疼痛1d。MRI显示T2WI脂肪抑制序列见右胫骨下端外侧缘及腓骨下端片状高信号影（黑箭），提示骨髓损伤（图1a）；对比物质相对比率（Rel．CM）为1．25的横断面虚拟去骨（VNCa）图难以显示骨髓损伤的区域（图1b）；Rel．CM为1．45（图1c）、1．60（图1d）、1．75（图1e）横断面VNCa图可显示骨髓损伤的区域，并以Rel．CM为1．60的VNCa图显示效果最佳，与MRI显示范围较一致（黑箭）

3 讨论

骨挫伤是指外力创伤引起的骨髓水肿、出血及骨小梁的微骨折，但软骨和骨皮质正常。关节外伤时，骨挫伤的发生率较高，主要表现为关节疼痛、肿胀以及引起的暂时性关节功能障碍。细微或小范围的骨挫伤发生后，对患肢采用限制性负重和改变伤后运动方式等，大多可以自行愈合。较严重的骨挫伤时，需辅以局部理疗、针灸、药物等治疗可以逐渐愈合，如果在骨小梁愈合期间不做充分保护，骨挫伤区域已薄弱的骨小梁会进一步压缩从而形成压缩性骨折或明显的皮质骨折，尤其在膝关节或踝关节等重要承重部位的骨挫伤，长期挫伤不愈还会严重影响关节功能并影响正常生活，有的甚至不得不面对人工关节置换的痛苦选择。因此，早期准确判断骨挫伤的存在至关重要。

骨挫伤由于无明确的骨皮质断裂，在X线及普通CT上无法明确诊断。MRI检查可以观察骨挫伤的部位、范围及周围软组织水肿等情况，是目前诊断骨挫伤的金标准［3］。骨挫伤的MRI表现为T2WI上信号强度的增加，T1WI上信号强度的减低；T2WI反映了自由水的分布，可以用来确定是否存在急性损伤；短时间反转恢复序列（Short Time Inversion Recovery，STIR）能获得正常骨髓的脂肪信号被抑制的图像，从而增加识别骨挫伤的敏感度。

DECT是基于西门子成熟的64层CT技术之上的崭新设备，具有两套互相独立的X线球管-探测器系统，在一次双能量扫描下可得到两组高低不同的能量数据和一组融合数据图像，并通过物质在高低能量下不同的衰减值来进行物质的鉴别。双能量虚拟去钙技术利用三物质分离算法可将骨髓和钙分离，所得的虚拟去钙（VNCa）图去除了骨质结构的干扰，可以清楚显示骨髓腔内红骨髓与黄骨髓的细微变化，由此可以评价骨髓水肿情况，通过彩色编码转换，用两种颜色分别代表正常骨髓和骨髓水肿，使骨挫伤表现更直观。本研究中，在最优Rel.CM值（1.60）的VNCa图上，诊断踝关节骨挫伤的灵敏度、特异度和准确度分别为82.54%、96.35%及92.00%，说明VNCa图对于踝关节骨挫伤同样具有良好的定性能力。

Rel.CM值是DECT的VNCa成像图中一个重要参数，代表同一物质在不同能谱下CT值的比值。如果Rel.CM值设置不合适，在VNCa图中容易存在钙残留导致的假阳性或外伤性骨髓水肿的假阴性。梁建超等［4］认为Rel.CM值为1.45的VNCa图对膝关节创伤性骨髓水肿的诊断效能较佳；章辉庆等［5］认为Rel.CM值为1.75的VNCa图对椎体骨髓水肿的临床价值较高。目前，国内外学者对于踝关节骨挫伤的最优Rel.CM值设置未达成共识。本研究将Rel.CM值设立为1.25、1.45、1.60和1.75，对其形成的VNCa图进行对比研究显示，Rel.CM值为1.60的VNCa图对踝关节骨挫伤的显示效果最佳，诊断效能最高，约登指数为0.79；Rel.CM值取1.75时，显示骨髓水肿的效果也较好，约登指数为0.7，但假阳性较多。因此，在踝关节骨挫伤中，Rel.CM值=1.60是VNCa图最优的成像参数。

本研究利用DECT的测量功能，在最优Rel.CM值的VNCa图上测量骨挫伤区域的CT值为-97.0（-55.5～-120.6），对照组相同区域正常骨髓的CT值为-149.1（-128.2～-168.5）HU，差异有统计学意义，两者骨髓CT值的95%的置信区间不存在重叠，且骨挫伤区域的CT值明显高于正常骨髓区域，提示DECT的VNCa图通过CT值测量可以对踝关节骨挫伤进行定量诊断，并且CT值差异越大时，对诊断越有帮助。总之，DECT的VNCa图对踝关节骨挫伤具有较高的灵敏度和特异度，Rel.CM值设置为1.60的VNCa图对踝关节骨挫伤的诊断效能最优。