雙能量CT診斷頸椎間盤退變及突出癥的價值

李能, 張燁華, 孔玲玲, 趙廣順, 鄧小毅

(江蘇大學附屬澳洋醫院影像科, 江蘇 蘇州 215600)

椎間盤是位于相鄰的椎體之間復雜的纖維軟骨結構,每個椎間盤由外圍致密的纖維環和中心膠狀的髓核組成[1］。頸椎間盤退變(cervical disc degeneration,CDD)臨床比較常見,多發于中老年人,伴突出可引起鄰近脊神經根及脊髓的受壓,臨床表現為頭、頸、肩部疼痛和僵硬,上肢麻木及下肢無力,步態不穩,嚴重者甚至導致肢體癱瘓,降低患者生活質量[2］。

MRI對椎間盤病變具有較高的診斷準確性,但缺乏量化標準,并且相對于CT而言,MRI檢查耗時、禁忌證較多,在臨床應用中受到一定的限制[3-4］。常規CT成像速度快,對頸椎形態、椎間盤、韌帶骨化等能清晰地顯示,但軟組織間分辨率不夠高,實際工作中存在誤診、漏診。雙能量CT(dual-energy CT,DECT)在常規CT的基礎上,根據原子序數的差異來區分不同物質的能量,尤其在脊柱方面[5］,可反映骨髓中含水量的變化,但DECT在頸椎間盤退變、突出的相關研究較少。本研究分析DECT對頸椎間盤突出的診斷準確性,并探討電子云密度/等效原子系數(Rho/Z)成像量化分析頸椎間盤退變程度的可行性。

1 資料與方法

1.1 一般資料

回顧性收集江蘇大學附屬澳洋醫院2020年9月至2022年9月期間行CT和MRI檢查患者的臨床、影像資料。納入標準:① 頸椎病-頸痛不適的患者;② 間隔時間在1周以內,完成DECT和MRI檢查。排除標準:① 頸椎及椎旁惡性腫瘤病史;② 頸椎椎體急性壓縮骨折;③ 頸椎術后;④ 頸椎椎間盤“真空樣”改變或椎間隙明顯塌陷、狹窄,無法測量(Pfirrmann Ⅴ級);⑤ 圖像質量不佳。最終50例符合標準患者納入研究,選取C2/3、C3/4、C4/5、C5/6椎間盤進行分析(由于C6/7椎間盤層面噪聲偽影明顯,故未統計),共計200個椎間盤,其中男25例,女25例,年齡23～82歲,平均年齡(51.2±11.6)歲。

1.2 DECT及MR掃描方法

采用德國西門子第二代DECT掃描儀(Somatom Definition Flash,Siemens Healthcare)進行CT圖像數據采集?；颊哐雠P位,掃描范圍上緣包括枕骨斜坡,下緣包括上段胸椎,管電壓為100 kV/140 kV,有效電流為250 mA/483 mA,球管旋轉時間0.5 s/周,準直器寬度為40 mm×0.6 mm,螺距為1.2,平均加權系數0.4,重建層厚0.75 mm,層間距0.5 mm,卷積核值I30f,分別得到140 kV、100 kV、雙能0.5比例融合圖像的數據。MR圖像采集采用德國西門子公司的MRI掃描儀(Magnetom Avanto 1.5 T或Magnetom Skyra 3.0 T),患者仰臥位,掃描范圍上至枕骨斜坡,下至上段胸椎,采集矢狀位T1WI、T2WI、T2WI脂肪抑制及軸位T2WI,層厚均為4 mm,層間距均為0.4 mm,矩陣512×512。

1.3 DECT后處理方法

由一名高年資影像技師(10年以上工作經驗)將DECT 140 kV和100 kV兩組數據傳送至Siemens圖像后處理工作站(Syngo Via,version VA 30A;Siemens Healthcare),選擇CT Dual Energy后處理模式,選取Rho/Z應用程序進行圖像重建,并選擇合適的顏色編碼得到彩色編碼重建圖像。在正中矢狀位后處理圖像上以椎間盤髓核區域(椎間盤中央3/5)勾選感興趣區(region of interest,ROI),所有勾畫的ROI自動顯示區域的Rho值并記錄,每個ROI測量3次并計算平均值(圖1)。

在正中矢狀位后處理圖像上以椎間盤髓核區域(椎間盤中央3/5)勾選ROI,并記錄Rho值;胸廓入口層面噪聲偽影(白色箭頭)

1.4 Pfirrmann分級主觀評價方法

依據Pfirrmann分級標準[6］,在矢狀位T2WI圖像上,根據外周纖維環和中間髓核的分界以及椎間隙的高度變化對椎間盤進行分級。Ⅰ級:髓核呈高信號,信號均勻,與纖維環分界清楚,椎間隙高度正常。Ⅱ級:髓核呈高信號,信號不均勻,有或無水平方向低信號條帶,與纖維環分界清楚,椎間隙高度正常。Ⅲ級:髓核呈灰色,信號欠均勻,與纖維環分界欠清楚,椎間隙有或無輕度狹窄。Ⅳ級:髓核呈低信號,信號不均勻,與纖維環分界模糊不清,椎間隙高度出現輕度或中度狹窄。Ⅴ級:髓核呈無信號的黑色,椎間隙高度重度狹窄。

本次研究由2名高年資(10年以上診斷經驗)影像診斷醫師1和醫師2獨立閱片,按照Pfirrmann分級標準對所有患者頸椎間盤進行分級,同時將椎間盤突出情況進行記錄。如果出現不一致時,由兩人共同商議后取得一致意見。

1.5 頸椎間盤突出的主觀評價

由高年資影像診斷醫師3(10年診斷經驗)和低年資影像診斷醫師4(3年診斷經驗)對常規灰度CT軸位及矢狀位圖像獨立閱片,同時將椎間盤突出情況進行記錄。間隔4周后對雙能量彩色編碼重建圖像軸位及矢狀位圖像獨立閱片,同時將椎間盤突出情況進行記錄。

1.6 統計學方法

2 結果

2.1 頸椎間盤突出及分級主觀評價的一致性

高年資影像診斷醫師1和醫師2對頸椎間盤突出的診斷(Kappa=0.826,P<0.01)及頸椎間盤分級主觀評價(Kappa=0.844,P<0.01)顯示良好的一致性。

2.2 頸椎間盤退變定量分析

將200個頸椎間盤按退變程度分為4組,Pfirrmann Ⅰ級21個,Ⅱ級101個,Ⅲ級62個,Ⅳ級16個。不同分級間頸椎間盤髓核的Rho值差異具有統計學意義(P<0.001),隨分級的增加,椎間盤髓核的Rho值升高,Pfirrmann Ⅱ級與Ⅲ級間髓核的Rho值差異有統計學意義(P<0.05),其余相鄰分級間差異均無統計學意義(P>0.05)。不同節段頸椎間盤髓核的Rho值差異有統計學意義(P<0.001),表明隨頸椎間盤節段位置的下降,椎間盤髓核的Rho值降低,C2/3與C3/4節段間髓核的Rho值差異有統計學意義(P<0.05),其余相鄰節段間差異均無統計學意義(P>0.05),見表1。Spearman相關分析表明頸椎間盤髓核的Rho值與Pfirrmann分級呈中度正相關(r=0.584,P<0.05)。

表1 頸椎間盤各分級/節段間髓核的Rho值比較

2.3 頸椎間盤突出癥診斷準確性分析

以MRI結果為參考標準,2名不同年資醫師3和醫師4使用常規灰度CT圖像及雙能量彩色編碼重建圖像檢測頸椎間盤突出癥的總體敏感性、特異性、陽性預測值、陰性預測值和準確性分別為74.3%、79.3%、92.3%、48.0%、75.5%和86.7%、90.2%、96.7%、66.9%、87.5%,見表2。表明雙能量彩色編碼重建圖像可以有效提高對頸椎間盤突出癥的診斷準確性。常規灰度CT與雙能量彩色編碼重建圖像診斷頸椎間盤突出癥對比見圖2。

表2 不同年資影像診斷醫師對頸椎間盤突出癥的診斷準確性比較

患者,女,51歲,左上肢放射痛伴麻木。A:常規灰度CT矢狀位圖像,由于頸椎間盤與腦脊液對比較弱,不能充分顯示C4/5、C5/6椎間盤的突出(白色箭頭);B:雙能量彩色編碼重建矢狀位圖像,清晰顯示C4/5、C5/6椎間盤的突出(白色箭頭);C:磁共振T2WI矢狀位圖像,證實C4/5、C5/6椎間盤的突出(白色箭頭);D:常規灰度CT軸位圖像,對C4/5椎間盤右旁中央型突出顯示欠清晰(白色箭頭);E:雙能量彩色編碼重建軸位圖像,清晰顯示C4/5椎間盤右旁中央型突出(白色箭頭);F:磁共振T2WI軸位圖像,證實C4/5椎間盤右旁中央型突出(白色箭頭)

3 討論

目前臨床上對椎間盤退變的診斷,主要是通過MRI,有較高的一致性[7］,但MRI的應用受到較多限制。近年來,DECT多參數分析具有成像優勢,運用越來越廣泛,尤其是Rho/Z對鑒別物質成分具有較高準確性[8］。目前應用主要包括良惡性病變鑒別[9-10］、結石分析[11］以及早期痛風診斷等[12］,在脊柱方面也是應用廣泛[13］。

本研究結果顯示頸椎間盤髓核的Rho值與Pfirrmann分級呈正相關,頸椎間盤髓核的Rho值隨頸椎間盤退變程度的增加呈升高趨勢。隨著頸椎間盤的變性,髓核中的黏多糖和水分含量下降,髓核的Rho值隨之升高,即Rho值的升高反映了頸椎間盤髓核退變的程度。研究結果與我們前期在腰椎間盤的研究結果[14］一致。相鄰Pfirrmann分級間髓核Rho值的比較中,Ⅱ與Ⅲ級間差異有統計學意義,其余相鄰分級間差異均無統計學意義。這可能與晚期椎間盤退變組織含水量變化不明顯有關,臨床工作中可將Rho值作為大致退變程度的定量參數。頸椎間盤不同節段髓核的Rho值比較顯示,隨節段位置的下降,髓核的Rho值下降?？赡芘c頸椎的生物力學特點有關,低位椎間盤相較于高位椎間盤需要更多的水和黏多糖來負荷機械應力(包括扭轉和剪切力)[7］。相鄰椎間盤節段間的比較中,C2/3與C3/4節段間差異具有統計學意義,其余相鄰椎間盤節段間差異均無統計學意義。出現這一差異的原因可能與研究的樣本量相對較少有關。Mesregah等[15］研究發現頸椎間盤C5/6為最常退變節段,其次為C6/7、C2/3,因此對頸椎不同節段的退變仍需進一步研究。

課題組前期研究結果[14］顯示,雙能量彩色編碼重建圖像較常規灰度CT對腰椎間盤突出癥具有更高的診斷準確性(93.6%vs83.3%),與Booz等[16］對腰椎間盤突出癥的研究結果基本一致。Koch等[17］對胸椎間盤進行研究,發現雙能量彩色編碼重建圖像相比常規灰度CT對椎間盤突出癥也具有更高的診斷準確性(96%vs81%)。但與胸、腰椎相比,頸椎的解剖結構明顯不同,包括椎間隙高度和椎間盤密度。頸椎椎間隙較窄,并且頸椎是脊柱最靈活的部位,而胸腰椎則相對穩定[15］。本研究顯示,與常規灰度CT相比,雙能量彩色編碼重建圖像也能提高頸椎椎間盤突出癥的診斷準確性(87.5%vs75.5%),說明頸椎和胸腰椎不同的解剖結構并不影響彩色編碼DECT重建圖像的診斷能力。Booz等[18］對57例患者(337個椎間盤)分析,結果顯示雙能量彩色編碼重建圖像明顯提高了頸椎間盤突出及神經根受壓診斷的準確性(95%vs77%),與本次結論也基本一致。筆者認為椎間盤雙能量彩色編碼重建圖像的優勢在于椎間盤和腦脊液之間有明確的界限,對椎間盤突出及方位的顯示更為直觀,從而避免了輕微椎間盤突出的漏診。

本研究存在一定的局限性。第一,本研究為單中心研究,樣本量相對較少,需要更大的樣本量及多中心研究來進一步證實研究結果。第二,我們使用Pfirrmann分級系統對頸椎間盤退變進行分級,該分級方法精度尚有欠缺,可能因主觀因素導致結果偏差。第三,雙能量彩色編碼重建矢狀位圖像上ROI的選擇易受診斷醫師的主觀影響。第四,研究采用MRI作為診斷頸椎間盤退變及突出癥的參考標準,而MRI可能會高估椎間盤突出的程度[19］。第五,由于頸椎DECT在胸廓入口層面噪聲偽影明顯,本次研究未包括C6/7節段,有待進一步研究。

總之,本研究結果表明,與常規灰度CT相比,基于DECT的彩色編碼重建圖像在評估頸椎間盤退變和突出方面顯著提高了診斷準確性,圖像質量與MRI相似,在MRI無法提供或有禁忌證的情況下,可作為MRI的替代手段。此外,可通過對頸椎間盤Rho值的測量,間接定量評價頸椎間盤退變程度。