双能CT诊断膝关节骨关节炎患者骨髓病变的价值

邱学勇，刘 建

成都市第三人民医院（西南交通大学附属医院）1骨科，2医学影像科，四川 成都610051

膝关节骨性关节炎（KOA）是一种退行性关节疾病，在高龄人群中的发病率较高［1］。患者因膝关节软骨损伤，往往出现晨僵、疼痛、肿胀等症状而使日常活动受阻［2］。若未得到及时有效的治疗，可使患者的关节畸形化导致残疾，患者身心均受到严重影响［3］。研究显示，KOA患者多伴有不同程度的软骨下骨髓病变，是诱发膝关节疼痛的关键原因［4］。近年来，MRI一直被认为是评估关节软骨状态及骨髓病变的首选影像学检查方法［5］。但考虑其具有操作时间长、对患者配合度要求高等特点，且不适宜具有检查禁忌症的患者，其推广存在一定局限，因此寻找准确率高且适用范围广的影像学诊断方法已成为临床研究热点［6］。双能CT（DECT）在常规CT基础上可特异性去除部分组织，并显示清楚直观的骨髓图像［7］。既往已有DECT诊断创伤性骨关节炎骨髓水肿的研究，但针对KOA 患者骨髓病变的报道缺少定论［8］。本研究回顾性分析147例KOA患者的临床资料，以探究DECT诊断KOA患者骨髓病变的价值，现报告如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料

回顾性分析2016年12月～2018年12月收治147例KOA患者的临床资料，KOA诊断标准：参考《骨关节炎诊断及治疗指南》［9］中相关标准，X线检查显示膝关节处骨性肥大，关节间隙变窄，骨质疏松、关节面不规则，放射学检查其边缘有骨赘形成，关节液检查清亮粘稠，活动时有骨摩擦音，1月内膝关节疼痛反复发作，晨僵时间30 min内。纳入标准：符合KOA诊断标准，且入院后均行膝关节MRI和DECT平扫检查者；原发性KOA患者；对本次研究知情并自愿签署知情同意书者；临床资料完整者。排除标准：膝关节内有积液或膝关节外翻畸形影响结果判读者；既往有膝关节手术史者；合并严重系统性疾病或心、肾等器官功能不全者。本组147例患者年龄47～76岁（51.24±6.57岁）。本研究已获得医院伦理委员会批准。

1.2 方法

1.2.1 检查方法（1）MRI：扫描前告知患者注意事项，设备选择GE SignaHD xt 1.5 T 磁共振成像系统（GE Medical Systems），选择膝关节线圈，常规序列扫描，包括矢状位、冠状面、横状面等。参数设置：T1WI：TE 20 ms，TR 528 ms，常规厚度3.5 mm，间距1 mm，扫描时间100 s；矢状位快速自旋回波T2WI：TE 85 ms，TR 5200 ms，常规厚度3.5 mm，间距1 mm，时间109 s、PDW1：TE 32 ms，TR 2046 ms，常规厚度3.5 mm，间距1 mm，时间135 s，矩阵320×256，视野（FOV）18 cm×18 cm，激励2次；（2）DECT：设备选择SOMATOM Defintion AS 64型64层双源螺旋CT机（西门子）进行检查，患者采取仰卧位，主要扫描范围包括股骨下段至胫骨上段，设置参数：电压80、140 kV，准直器宽度为32 mm×0.6 mm，螺距0.7，层厚2 mm，间距1 mm，管电流选择实施动态曝光剂量调控，采用软组织算法D45s处理双能图像，骨算法B70f评估骨质，分别于不同管电压及融合系数0.3下获得能量图像，于Syngo Dual Energy工作站中进行去骨处理及编码转换，最终获得不同对比物质相对比（Rel.CM）值下的虚拟去钙（VNCa）图像及伪彩色图，Rel.CM选择1.25、1.45、1.75。

1.2.2 图像分析方法 由2名经验丰富的放射科医师对MRI和DECT检查图像给予分析，根据密度影、图像信号等信息综合评估其是否病变，分级不一致时可协商或邀请第3位影像学医师进行判断。

1.3 评价标准

DECT检查图像对骨髓病变的分级［10］。1级：无明显异常；2级：轻微水肿或高度疑似水肿，有稍高密度影；3级：可清楚直观的观察到水肿，呈相对高密度影；4级：不仅可直接观察到水肿，且十分明显，呈现绝对高密度影。MRI检查图像对骨髓病变的分级：1级：T2WI饱和脂肪抑制和弥散加权成像无异常；2级：轻微水肿，图像呈现稍高信号；3级：可直接观察到骨髓病变，呈较明显高信号；4级：水肿十分明显，图像呈现明显高信号。其中DECT诊断骨髓病变的标准［11］为VNCa图像上显示去除骨质结构的背景上存在高或稍高密度影，边界欠清。MRI 诊断骨髓病变的标准［12］为T1WI 低信号，T2WI高信号。当感兴趣区（ROI）＞20 mm2时，诊断出骨髓病变则ROI处于较高密度影区域，若无异常则记录正常CT值。

1.4 观察指标

以MRI 结果作为标准，比较不同Rel.CM 值下DECT检查对患者骨髓病变的诊断价值，计算灵敏度、特异度、准确率、阴性预测值和阳性预测值。采用ROI定量测量法检测最佳Rel.CM值下VNCa图像中的CT值，对比阳性区及阴性区在DECT图像上的骨髓CT值，经受试者工作曲线（ROC）评估DECT图像上的骨髓CT值检测对KOA患者骨髓病变的诊断效能。

1.5 统计学方法

采用SPSS19.0统计软件进行数据分析，计数资料以率表示，行χ2检验或Fisher精确概率检验，利用ROC曲线计算其最佳临界值，以P＜0.05表示差异有统计学意义。

2 结果

2.1 不同Rel.CM值下DECT的诊断价值

所有患者均将其膝关节根据解剖结构划分为12个区域，147例KOA患者共检查1800个区域，MRI结果显示314个区域出现骨髓病变，分别为股骨下端124个、胫骨上端190个。不同Rel.CM值下DECT诊断KOA患者骨髓病变的敏感度、特异性、准确率和阳性阴性预测值对比差异无统计学意义（P＞0.05），但当Rel.CM值=1.45时其灵敏度、特异度、准确率和阳性阴性预测值等均最佳（表1～2）。典型病例图像（图1～2）。

患者男，58岁，股骨内侧髁负重区有软骨缺损，伴有边缘小骨赘和继发性软骨下骨髓水肿。骨性关节炎通常不与创伤性病因分类，而是作为退行性病变分类。从左至右分别为冠状T1WI、冠状PDWI-FS 及矢状PDWI-FS图像

2.2 DECT检查诊断骨髓病变阳性及阴性区骨髓CT值比较

最佳Rel.CM值下DECT检查1800个区域中随机选取153个区域，结合DECT检查结果，其中35个区域为阳性，并进行CT值分析，不同区域内骨髓病变阳性及阴性的骨髓CT值比较均有统计学意义（P＜0.05，表3）。

表1 不同Rel.CM值下DECT检查诊断KOA患者骨髓病变结果比较Tab.1 Comparison of results of bone marrow lesions in patients with KOAdiagnosed by DECT under different Rel.CM values

表2 不同Rel.CM值下DECT检查的灵敏度、特异度、准确率和阳性阴性预测值Tab.2 Sensitivity, specificity, accuracy rate and positive and negative predictive values of DECT under different Rel.CM values

图1 膝关节骨关节炎患者膝关节MRI影像学图像Fig.1 MRI imaging features of knee joint in patients with knee osteoarthritis.

图2 膝关节骨关节炎患者膝关节DECT影像学图像Fig.2 DECT imaging features of knee joint in patients with knee osteoarthritis.

2.3 DECT检查诊断效能评估

ROC曲线显示，单独检测股骨下端CT及胫骨上端CT值均可作为诊断KOA患者骨髓病变的预测指标（P＜0.05，表4、图3）。

表3 DECT检查诊断骨髓病变阳性及阴性区骨髓CT值比较Tab.3 Comparison of bone marrow CT values between positive and negative bone marrow lesions diagnosed by DECT (Hu,Mean±SD)

3 讨论

图3 DECT检查骨髓CT值诊断KOA患者骨髓病变的ROC图像Fig.3 ROC images of bone marrow lesions in patients with KOAdiagnosed by bone marrow CT values by DECT.

KOA患者多伴有不同程度的骨髓病变性水肿，在患者发病初期其软骨下骨即发生一定结构改变［13］。有研究发现早期的骨髓病变通过X线检查仅可发现关节间隙狭窄或边缘骨赘等，无法有效判断其骨髓病变［14］；而MRI 检查可弥补这一缺陷，已成为目前临床诊断KOA患者骨髓病变的首选［15］。但也有学者指出MRI诊断虽具有较高准确率，但存在检查时间长、有禁忌症等问题，需寻找另一种合适的替代性方案［16］。

DECT评估骨髓状态是利用双球管及双源能量进行扫描，对其衰减后的能量级图像进行分析［17］。考虑不同物质在不同能量级下的衰减程度不同，因此最终的图像及数据呈现结果亦有差异，从而有效区分病变区域［18］。Rel.CM值是DECT检查成像中的一个重要参数，指的是同一物质在不同能量级下CT值比值［19］。目前，DECT诊断KOA患者骨髓病变成像中的最佳Rel.CM值尚无统一认识［20］。基于此背景，本研究回顾性分析我院DECT诊断技术对KOA患者骨髓病变诊断效能的数据，为治疗方法、疼痛原因判断等提供可靠数据支撑。结果显示，不同Rel.CM值下DECT诊断KOA患者效能相当，但当Rel.CM值=1.75时其灵敏度、特异度、准确率和阳性阴性预测值等均最佳。有学者在DECT诊断椎体骨髓水肿的研究中同样发现当Rel.CM值=1.75时其诊断椎体骨髓水肿的临床价值最高［21］，也有学者对比不同Rel.CM值下DECT诊断膝关节创伤性骨髓水肿，结果发现当其值为1.45时效能最高［22］。

表4 DECT检查骨髓CT值诊断KOA患者骨髓病变的预测效能Tab.4 Predictive efficacy of bone marrow CT values by DECT in the diagnosis of bone marrow lesions in patients with KOA

KOA骨髓水肿一般位于软骨下骨区域，并伴随一定退行性病变［23］，研究显示，其相对于膝关节创伤性骨髓水肿，检出率更低［24］。本研究除开图像分析外，还通过定量CT值进行诊断效能评估，结果显示，最佳Rel.CM值下DECT检查不同区域内骨髓病变阳性及阴性的骨髓CT值差异显著，分析原因，DECT检查VNCa图像中不同部位的CT值因组织结构不同具有一定特异性，其诊断过程中采用3中物质分离技术，将骨质结构干扰去除，仅保留相关的骨髓信息，骨髓病变将导致其组织结构异常，进而显示出CT值变化。当然，在研究过程中，亦发现DECT在一定程度上增加辐射剂量，且检查时间间隔可增加假阴性率等缺点。

本研究的局限性一方面在于样本未能进行年龄段、基础疾病等因素划分，另一方面在判断DECT图像中的CT值诊断KOA患者骨髓病变效能时，考虑纳入检查区域较多，且采用了随机抽样的方法选择。这有待后期改善后进一步探究。

综上所述，DECT技术在诊断KOA患者骨髓病变上具有较高准确率，且可通过CT值进行辅助诊断。