双能量CT骨髓分析在骨肌创伤中的价值

图1 材料特征斜率和光谱分离。双能CT（DECT）对低能量来源（例如80 kV）和高能量来源（例如150 kV）的数据进行成像。在包含较高原子序数（Z）分子的组织中（例如Z = 20的钙，Z = 53的碘），来自K边界的光电效应在较低能量的数据集中产生相对较高的CT值（HU）。通过直接比较数据集之间的体素，算法可以确定组织内某些元素（例如钙）的贡献。

• CT和图像处理

骨组成

骨骼由有机基质（30％），无机元素（60％）和水（10％）组成。有机基质包含用于骨骼形成（成骨细胞和骨细胞）和骨骼消化（破骨细胞和前体）的细胞，以及蛋白质类骨质。无机元素主要由羟磷灰石钙[Ca10(PO4)6(OH)2]组成，可为体内的钙和磷提供强度和储备。

骨骼被组织为两种主要的宏观结构类型：骨皮质和骨小梁。骨髓填充小梁骨之间的多孔空间，由红骨髓和黄骨髓组成。红骨髓主要由造血细胞组成，密度更高，并且在MRI上显示包含大部分水分。黄骨髓主要由非造血细胞（例如脂肪细胞）组成，密度较小，并且在MRI上显示包含大部分脂肪或脂质成分。红黄骨髓的比例会影响MRI上T2和T1加权序列上的水和脂肪信号，以及CT上的衰减。

患者因素

BMO的检测依赖于识别高于正常骨髓模式的体液含量。然而，后者的变化很大，取决于患者的年龄、性别和解剖部位。

随着年龄的增长，红骨髓逐渐被黄骨髓替代，从四肢向中轴骨逐渐发展。在腰椎黄骨髓在20岁时占骨髓体积的20-30%，每十年增加约7%，到50岁时增加约50%。在股骨中，黄骨髓的初始比例较高，20-30岁时，股骨骨干/头部中的黄骨髓比例为60%/80%，在50-60岁时增加到80%/90%。

关于性别差异的报道有争议，有人认为早期男性的黄骨髓比例比女性大，在第四个十年左右观察到最大的差异。从50岁开始，女性的黄色骨髓积累更快，到80岁时达到70%以上（而男性为60%）。骨量峰值出现在15-30岁。随后男性逐渐下降，而女性的下降在围绝经期加速并持续到绝经后-更年期。年龄相关的小梁骨丢失使黄骨髓进一步扩展到吸收腔（resorption cavities）。

正常的骨髓解剖变异在一个区域和单一骨内也存在。在四肢骨骼中，髋、膝和踝关节周围的DECT骨髓衰减不同。在中轴骨中，胸椎的平均Hounsfield单位（HU）比腰椎高。

图像解释方法

急性创伤后，骨组织学表现为间质液增多，出血，小梁骨折或微骨折。这种BMO模式可转化为增加的骨髓液或血液含量。在CT上，脂肪的密度可低至-100 HU，水的密度可至0 HU，而渗出的血液密度至+100 HU。因此，当背景正常骨髓模式主要为脂肪黄骨髓时，可以最好地观察检测BMO衰减的增加。

VNCa图使用颜色编码，以改善BMO衰减增加的定性检测。由于解剖差异，比较同一骨骼的同一区域内或与对侧正常侧的颜色信号非常重要（图2）。衰减的突然变化引起了对BMO的关注。

图2 正常的左髋关节。（a）左髋的冠状位CT，皮质完整且排列正常。（b）左髋的冠状VNCa图像显示股骨近端的黄骨髓占主导地位的低衰减（箭头）和髋臼的异质红骨髓混合物（箭头）。（c）理想情况下，应在同一骨骼的同一区域内比较VNCa信号。尽管每个骨骼都有内在的变异性，但与对侧进行比较是评估正常性的实用策略。股骨近端（箭头）和髋臼（箭头）显示相似的信号。

骨硬化和空气区域可能会限制VNCa图像准确性。BMO也可能来自非创伤性骨病理学，包括骨关节炎，炎性关节炎，骨坏死，放疗，皮质类固醇治疗，弥漫性骨髓病和局灶性骨病变，可能是良性或恶性的。因此，重要的是要在解释图像时排除BMO的其他原因。

细微和隐匿性骨折

骨骼承受各种机械力，包括压缩力，拉伸力，弯曲力，剪切力和扭转力。在轻微创伤中，组织液增加而细胞成分没有明显损伤。在更严重的创伤中，会发生微骨折和出血。在超出弹性区域的较高负载水平下，存在不可逆的畸形，微裂纹形成，需要进行骨修复。当单个力超过骨的破坏点时发生创伤性骨折。当微裂纹超过身体的修复能力时，就会发生应力断裂。

应力性骨折

应力性骨折是施加应力的严重程度，持续时间或频率过高的结果。病理可进一步分为疲劳性骨折（即过度施加重复应力）和功能不全（即骨骼异常弱化）骨折。应力性骨折的影像学表现取决于皮层与小梁的骨比例和慢性损伤。在皮质骨比例高的区域（例如长骨骨干）中，可能会看到最初细微的皮质透亮（灰色皮质征）。随后，骨膜反应和骨内膜愈伤组织形成将导致皮质增厚。如果等级更高，可能会导致皮质断裂并出现清晰的断裂线。在小梁骨比例较高的区域（例如长骨干骺端），可能会看到小梁的初始细微模糊和微弱的硬化。随后，可能导致线性髓内硬化。

X线片显示，早期损伤的敏感性较低，为15-35％，晚期损伤的敏感性增至30-70％。传统上，MRI的敏感性接近100％，并且可以通过骨膜反应，BMO和（线性）皮质内信号变化的存在来对损伤进行分级。

理论上讲，如果MRI结果不明确，将使用CT检查。在实践中，由于可用性的提高（尤其是在紧急情况下），较短的成像持续时间以及患者可能的MRI禁忌症（例如，起搏器，金属异物），通常通常首先执行CT检查。阳性DECT检查可用于加快确定性MRI评估（图3）。

股骨近端骨折

X光片在急诊科检测髋部和骨盆骨折的敏感性较差，在7-14％的患者中表现正常。在最近的荟萃分析中，仅通过常规CT进行的隐匿性股骨近端骨折检测被发现具有94％的敏感性和100％的特异性的总体诊断性能。DECT VNCa图可以提高敏感性达5％，同时提高排除骨折的诊断信心（图4）。

图4 右股骨颈骨折。（a） 右髋冠状位CT表现为皮质下变形（箭头），皮质破裂（箭头）和硬化嵌塞线（虚线箭头）的最小位移的皮质下骨折。（b） 右髋的冠状VNCa图像在正常近端股骨干（箭头）中表现出低基线衰减。邻近骨折部位（箭头）的突然增加的衰减对应于急性BMO。整个正常髋臼（虚线箭头）的弥散性较高衰减归因于该区域中较高比例的红骨髓。

骨盆脆性骨折

骨盆脆性骨折是低能量创伤的结果，通常是从站立高度以下跌落之后发生的。 这是骨质疏松症的常见表现，骨质疏松症的特征是骨量低，结构恶化和骨脆性。在骨盆脆性骨折中，约70%的病例有≥2个骨折，涉及骶骨，耻骨，髋臼，股骨颈和股骨头（频率逐渐减低）。

前环耻骨支骨折最常见于X线片，而后环骨折最常在CT/MRI上识别。然而，60-90％的前环骨折伴有骶骨后环骨折。在诊断骨盆脆性骨折时，与MRI相比，仅常规CT即可显示90.3％的敏感性，100％的特异性和65％的正确骨折分类。相反，据报道DECT与MRI等效，具有100％的敏感性，特异性和正确的骨折分类（图5和6）。

图5 轻微的右上耻骨支骨折。（a）右上耻骨支的冠状CT表现出细微的皮质台阶（箭头）。（b）冠状VNCa图像显示BMO，相对于对侧正常上耻骨支（箭头），骨髓衰减（箭头）增加。

尽管对于盆腔脆性骨折的最佳诊断试验尚无共识，但DECT似乎特别适合，因为老年骨质疏松患者的骨髓主要是黄色，而且与MRI相比骨质更好。

骶骨功能不全骨折

骶骨功能不全骨折是影响骨质疏松骨的应力性骨折的一种亚型，其中骶骨翼不对称骨小梁丢失特别危险。老年绝经后妇女的风险最大，特别是那些大于80岁的妇女。高危人群的发病率在1-5%之间。在有症状的腰椎骨质疏松性压缩性骨折患者中，据报道3%的患者伴有骶骨功能不全骨折。骶骨骨折可能需要长达30个月才能完全愈合。

常规X线片通常是非特异性的，X线片上可识别出小于50%的骨功能不全骨折。骶骨功能不全骨折最常见的是S2和S3水平以及双侧翼区。X线片可能显示硬化，皮质破坏或骨折线的条带；然而，肠气常常模糊这些发现，骨质减少也使得识别困难。硬化性骨折线的分辨率是可变的，范围从1-13个月。

传统的骨显像具有96%的灵敏度和92%的阳性预测值。经典的H形图案由骶骨翼中的两条垂直带和通过骶骨体的水平部分组成，但这仅发生在40%的患者中。常规CT主要取代X光片，但受到60-75%灵敏度的限制。MRI具有接近100%的灵敏度，部分原因是其检测BMO的能力。

骶骨的DECT以前受到来自复杂区域解剖结构的区域束硬化伪影的限制；然而，最新的DECT系统具有改进的光谱分辨率以生成VNCa图（图7）。尽管技术和解剖学上存在困难，但骶骨翼中骨质疏松症的体积和优先效果也使得BMO检测成为可能。

椎体压缩性骨折

椎体压缩性骨折通常影响老年人，但高达三分之二的病例可能未被发现。在CT上，如果矢状面重建没有常规评估，椎体压缩骨折可以被忽略。通常椎体高度损失>20%可用于诊断。急性骨折可能表现为皮质破裂，MRI可显示骨小梁破裂或骨硬化。缺乏这些特征，尤其是缺乏BMO，意味着慢性愈合的骨折。当同时存在急性和慢性骨折时，老化骨折是困难的，但与确定患者目前的症状是否由骨折引起以及选择患者进行某些治疗（如椎体成形术）有关。BMO的降低或分解可用于评估临床改善情况。

DECT在脊柱有多种应用，重要的是可以区分急性和慢性椎体压缩性骨折（图8和图9）。较之MRI，较新的DECT系统具有极好的特异性（99.3%）、阴性预测值（93.8%）和准确性（93.9%）。因此，选定患者的DECT阴性结果可能足以避免进一步的MRI检查。

图9 胸腰椎交界处骨折及病变。（a）胸腰椎交界处的矢状位CT表现为轻度的不确定的上端终板压迫性骨折（如箭头所示）。另一椎体后上角也有轻度硬化（箭头）。（b）胸腰段交界处矢状位VNCa图像显示骨髓衰减轻度增加，局限于软骨下骨，提示轻度急性/亚急性损伤（箭头）。硬化部位出现不典型的局灶性骨髓衰减增强（箭头）。（c）胸腰椎交界处矢状位T1WI MRI显示压缩性骨折软骨下骨呈斑片状、界限不清的低信号（箭头所示）。与邻近椎间盘病变（如箭头所示）相比，轻度病灶（如箭头所示）的信号强度较低。（d）胸腰段交界处矢状位脂肪饱和T2WI MRI证实上终板压缩性骨折（箭头所示）有轻度骨髓水肿。在这一序列中，局灶性病变最为明显，突出了MRI在描述骨病理学特征方面的关键作用。

图12 豆状骨的营养孔。豆状骨的CT显示在冠状（a）和轴位（c）平面上有细的线状透亮穿过豆状骨皮质。豆状骨的VNCa图像显示冠状面（b）和轴面（d）上没有BMO，不存在潜在的急性骨折。因此，这可能是一个营养孔。VNCa图像的高阴性预测值可以帮助防止不必要的进一步成像。

局限性

合并DECT-BMO检测显示，与MRI相比，敏感性为85%，特异性为97%，对脊柱和四肢骨骼的诊断性能都很好（敏感性分别为84%和84%；特异性分别为98%和93%）。定性评估比定量评估更准确（敏感性分别为85%和84%，特异性分别为97%和88%）。然而，DECT-VNCa不能评估皮质骨内的异常，而且由于不完全掩蔽和空间平均化，在皮质骨下的界面分辨率也很差。在其他地方，硬化病变或气体可以通过线束硬化和过滤效应产生伪影，这限制了对周围骨髓的评估。

DECT检测BMO的信噪比低于脂肪抑制MRI。MRI的物理本质上是不同的，信号强度反映了骨髓不同的基本特性，而CT衰减值则不同。这些差异使MRI在区分生理红骨髓和BMO方面更为有效。在评估BMO的非创伤性原因时，MRI在鉴别潜在的病理，尤其是骨病变方面更为优越。

DECT图像采集和图像后处理技术因硬件和软件供应商而异，因此输出高度定制。在类似型号的单个扫描仪之间，测量值甚至存在差异，因此需要仔细校准。使用锡滤波器，使用0.5-1mm的切片厚度，在≥2个重新格式化的图像平面上评估BMO病变，并在超急性期（≥24小时）后进行成像，作为标准方案的一部分，有助于提高DECT-VNCa的性能。

结论

DECT允许BMO评估，以前仅限于MRI。通过分析DECT-VNCa图，放射科医生可以提高对细微和隐匿性骨折的检出率，并估算不确定发生时间骨折的敏锐度/愈合情况。这篇综述强调了DECT在肌肉骨骼创伤评估中的作用，特别是在老年人、绝经后妇女和骨质疏松症风险人群中。DECT在研究骨小梁优势区域（如椎体、骨盆、髋部、长骨干骺端）的应力（即疲劳或功能不全）和脆性骨折方面尤其有用。随着DECT技术的不断进步，VNCa图像质量将得到改善，从而允许在肌肉骨骼创伤中得到更广泛的应用。

全文编译自：Wong AJN, Wong M, Kutschera P, Lau KK. Dual-energy CT in musculoskeletal trauma. Clin Radiol. 2021 Jan;76(1):38-49. 仅供专业人士交流目的，不作为商业用途。

2021年3月1日