能谱CT物质分离技术对胸腰椎椎体骨髓水肿的诊断价值

钟文滨，王小龙，林敏雪

（惠州市第三人民医院放射科 广东 惠州 516001）

骨髓水肿（bone marrow edema，BME）是以骨基质水肿、纤维组织增生及炎性细胞浸润为主要病理表现的一种征象[1]。在影像学上及时诊断胸腰椎体有无骨髓水肿对临床治疗具有非常重要的价值，一直以来对椎体骨髓水肿MR检查是金标准，但MR的检查时间比较长且必须提前预约，并且有以下禁忌证：有幽闭症的患者、安装有心脏起搏器的患者、危重欠配合无法长时间制动的患者，普通CT无法判断椎体有无骨髓水肿；而能谱CT基物质分离技术对胸腰椎椎体有无骨髓水肿具有不可比拟的优越性，对于具有以上MR禁忌证的患者来说是另一种可选择的检查方法，具有广阔的应用前景[2-3]。

能谱CT利用两组不同能量级别的X线对人体进行照射，获取高、低两组能量数据后进行一系列的图像后处理，能谱CT物质分解技术是利用任意2种物质作为基物质对来表达人体某一组织的X线衰减，实现对人体某一组织的分解成像，达到对人体组织成分的定性以及定量分析[4-5]。基于此，本研究选取惠州市第三人民医院胸腰椎椎体骨髓水肿患者进行分析研究，旨在明确能谱CT物质分离技术对胸腰椎椎体骨髓水肿的诊断价值。报道如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取2020年10月—2022年7月在惠州市第三人民医院放射科接受检查的椎体骨髓水肿患者40例作为观察组，另选取同期行健康体检者40名作为对照组。全部受检者均行宝石能谱CT扫描，利用能谱CT物质分离技术及相关成像浏览器（GSI viewer）后处理软件对骨髓水肿椎体水-钙浓度、钙-水浓度与其本人临近正常椎体水-钙浓度、钙-水浓度进行对应综合比对分析。观察组中男23例，女17例；年龄23～59岁，平均年龄（41.00±4.08）岁；体质量指数17.4～26.8 kg/m2，平均（22.09±3.19）kg/m2。对照组中男25例，女15例；年龄21～58岁，平均年龄（39.97±4.19）岁；体质量指数17.1～27.3 kg/m2，平均（21.95±3.35）kg/m2。两组性别、年龄、体质量指数等一般资料比较，差异无统计学意义（P＞0.05），具有可比性。

纳入标准：①已经确诊存在胸腰椎椎体骨髓水肿的患者，在我院影像科行宝石能谱CT检查，CT图像显示较清晰；②患者及家属均知情同意并签署知情同意书。排除标准：①有石骨症病史者；②患者有严重精神病完全无法配合检查；③资料不全的患者；④图像质量较差影响阅片师及临床医生判定。

1.2 方法

所有患者均行GE能谱CT（discovery CT750 HD）扫描，在能谱扫描模式（GSI）下进行平扫，扫描参数：管电压为 80～140 kVp瞬时切换，自动mAs调制，层厚5.0 mm，间隔 5.0 mm，矩阵512×512，螺距为0.984，转速0.6 s/r。对患者进行能谱扫描，胸椎扫描范围从胸1椎体-胸12椎体，腰椎扫描范围从腰1椎体至骶椎1椎体。具体如下。

1.2.1 能谱CT扫描

采 用128层 宽 体 能 谱CT（Revolution CT，GE Healthcare，Milwaukee，WI，USA）进行宝石能谱成像（gemstone spectral imaging，GSI）模式检查，所有患者均取仰卧位方式进行检查，并按照临床检查需要确定脊柱（胸腰段）扫描范围。管电压80 kVp/140 kVp的高、低压快速切换，自动管电流范围250～400 mA，转速0.5 s/r，噪声指数为14，螺距0.984:1，层厚0.625 mm，层间距0.625 mm。20%前置自适应统计迭代重建-V算法（adaptive statistical iterative reconstruction-V，ASIR-V），50%后置ASIR-V算法。能谱CT扫描完成后保存并记录病人的扫描剂量数据。扫描进行前使用防护用具对病人重要的器官进行充分的保护，做好病人的辐射防护工作。

1.2.2 MRI扫描

所有患者的MRI检查均采用西门子1.5 T MRI（MAGNETOM Avanto）扫描仪，全脊柱线圈。患者取仰卧位进行检查。MRI扫描序列及扫描参数包括：矢状位T1加权快速自旋回波序列（T1weighted image，T1WI），重复时间（repetition time，TR）500 ms，回波时间（echo time，TE）10 ms，激发次数（number of excitations，NEX）=2，层厚5.0 mm，间隔5.0 mm，矩阵512×512，螺距为0.984，转速0.6s/r；矢状位T2加权快速自旋回波序列（T2weighted image，T2WI），TR 2 700 ms，TE 90 ms，NEX=2，层厚5.0 mm，间隔5.0 mm，矩阵512×512，螺距为0.984，转速0.6 s/r；矢状位T2加权脂肪抑制快速自旋回波序列，TR 3 000 ms，TE 60 ms，反转时间（inversion time，TI）200 ms，NEX=2，层厚5.0 mm，间隔5.0 mm，矩阵512×512。

1.2.3 能谱CT图像后处理

完成能谱CT GSI模式扫描后，将能谱CT扫描的原始数据包（包括骨组织窗及软组织窗图像）均传至Advanced Workstation 4.7（AW 4.7，GE Healthcare，Milwaukee，WI，USA）工作站，CT组医师独自在工作站进行能谱CT图像后处理重建工作。具体操作流程如下：利用CT标准算法重建能谱CT矢状位70 keV单能量图像（窗宽1 400，窗位600），能谱CT物质分解技术生成矢状位水-钙分解图像（窗宽300，窗位1 050），并将能谱CT水-钙分解图像与70 keV单能图像融合生成能谱CT彩色编码图像。重建图像的层厚为1.25 mm，层间距为1.25 mm。能谱CT彩色编码图像重建过程中，诊断医师可根据自身诊断需要对能谱CT融合伪彩图像的窗宽及窗位在适当范围内进行调整。诊断医师完成图像重建后分别命名保存并传送至医学影像信息系统（picture archiving and communication systems，PACS）。

1.3 观察指标

将所有数据分析均通过能谱图像后处理分析软件GSI Viewer上进行。采用最大层面全病灶区域法选择感兴趣区（region of interest，ROI），测量及分析数据，在水基图像上（水-钙）、钙基图像上（钙-水）测量病灶感兴趣区及对照椎体扫描后水含量、钙含量，并计算及比较感兴趣区标准化水、钙浓度值的变化。

1.4 统计学方法

采用SPSS 20.0统计软件进行数据分析，计量资料以均数±标准差（）表示，行t检验，P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 水基-钙基浓度比较

观察组椎体骨髓水肿水基浓度、水-钙浓度均高于对照组，钙基浓度低于对照组，差异均有统计学意义（P＜0.05）。见表1。

表1 两组椎体中能谱CT骨髓水基-钙基浓度比较（，g/L）

表1 两组椎体中能谱CT骨髓水基-钙基浓度比较（，g/L）

组别 水基浓度 钙基浓度 水-钙浓度值观察组 1066.43±10.76 68.96±13.49 13.56±2.05对照组 1 039.39±8.00 78.00±16.37 11.46±1.96 t 12.755 2.695 4.683 P 0.000 0.009 0.000

3 讨论

3.1 能谱CT基物质分离技术的应用

能谱CT的GSI扫描模式是采用140 kV和80 kV高、低两种能量瞬时切换扫描，经过GSI Viewer软件处理后可产生40～140 keV连续的单能量图像[6]。在此基础上，能谱CT测量物质的X射线衰减系数，并进一步将这种衰减转换为两种物质的密度，这两种物质可以导致相同的衰减，成对的物质称为基质，这一过程被称为能谱CT的物质分离技术[7]。能谱CT使用这种新技术测量各种基质浓度，其中水和钙是常用的复合基材。结果表明，能谱CT测量的钙浓度能有效地反映腰椎的钙含量，这是一种测量骨密度的新方法。能谱CT分析尿路结石的水钙浓度，发现在水汽图上可以区分尿酸结石和非尿酸结石。钙碱度可以区分尿酸结石/六水磷酸铵镁结石/半胱氨酸结石/六水草酸钙和碳酸磷灰石。能谱CT通过检测和分析基质浓度，可以区分甲状腺结节和肺部病变的良恶性。能谱CT材料的分离与分析技术在临床上有着广泛的应用。

3.2 能谱CT检测胸腰椎椎体骨髓水肿的价值

骨髓水肿是指骨基质水肿、纤维组织增生及炎性细胞浸润为主要病理表现的一种征象，胸腰椎椎体骨髓水肿会使椎体内水含量增加，椎体水-钙浓度值与椎体水含量成正比，且在日常工作或生活中造成椎体骨髓水肿非常常见，其中以外伤性为主，对患者危害非常大，尽早确定椎体是否有骨髓水肿越来越受到关注，能谱CT检查方便快捷，宝石能谱CT基物质分离技术及相关软件分析功能能尽早诊断椎体有无骨髓水肿，有助于患者尽早选择合适的治疗方案而提高生活质量[7-8]。能谱CT对椎体骨髓水肿的评价具有广阔的市场价值故能谱CT物质分离技术对胸腰椎椎体骨髓水肿的诊断具有一定参考价值[3]。

随着科技发展，磁共振广泛应用，骨髓水肿真相才逐渐被认识，但是一直没有被引起广泛重视，直到近年来才有学者进行研究和报道，而利用能谱CT物质分离技术对胸腰椎椎体骨髓水肿诊断的评价更是一门比较崭新的研究[9]。

国内已有和本课题比较相近的研究，如黄忠杰等[10]提出能谱CT水基物质分离技术检测骶髂关节炎骨髓水肿的研究，运用能谱CT物质分离与分析软件将单能谱图分解为水基图和钙基图，结果显示骶髂关节炎伴骨髓水肿水基浓度高于对照组（正常）骶髂关节旁水基浓度，具有潜在临床价值。宋飞鹏等[11]提出CT能谱成像在早期强直性脊柱炎骶髂关节骨髓水肿及活动性诊断中的价值，分析基物质对水-羟基磷灰石浓度与强直性脊柱炎疾病活动性评分价值，研究结果显示CT能谱成像测定的骶髂关节髂骨面骨髓水-羟基磷灰石浓度可反映强直性脊柱炎患者骶髂关节骨髓水肿情况，且与强直性脊柱炎的活动性有一定相关性[11]。

能谱CT物质分离与分析软件将单能谱图分解为水基图和钙基图，因为胸腰椎骨髓水肿椎体内含水量会增加，所以测量骨髓水肿椎体内水-钙浓度值与正常科技计划项目申报书椎体内水-钙浓度值并比对分析就具有重要临床意义，是普通CT所不具备的。所以能谱CT对胸腰椎椎体骨髓水肿能及时诊断，可提高患者生存率及生活质量。

3.3 本研究的不足和展望

首先，能谱CT物质分离技术确定的配方的基本物质不是组织中实际含有的物质，测量的水蒸气浓度不能代表物质中水分的绝对含量。除了水和钙，胸腰段脊柱的骨髓还含有多种物质。当其他物质的含量发生变化时，会影响水的浓度。尤其是胸腰段脊柱伴有骨质增生、硬化和骨髓脂肪堆积。这些因素对胸腰椎体的骨髓（钙）浓度有一定的影响。其次，在测量水汽浓度时，ROI的水平、位置、范围等因素会影响测量结果。第三，本研究样本量小，无法对不同年龄、不同病程的病例进行分组分析，从而排除结果的偏差。因此未来对能谱CT物质分离技术对胸腰椎椎体骨髓水肿的研究应对以上方面进行改进。

综上所述，能谱CT检测胸腰椎椎体骨髓水肿有一定参考作用，具有一定潜在临床价值。