如何解读CT双能量VNCa图像（骨髓分析）

双能量骨髓分析（Bone Marrow）是一项创新应用，通过虚拟去钙（VNCa）显示去钙之后的骨髓图像，研究发现，有较高的敏感性、特异性及阴性预测值。最初接触这项技术时，往往会对阅片医生造成苦恼。今天我们就来聊一聊如何正确读片的问题。

成像技术

DECT通常获取具有两种不同X射线能谱的图像。单独的能量数据集经过软件后处理，以产生特定于能量的显示或特定于材料的显示。特定于材质的显示评估高能和低能数据集之间衰减值的差异，为每个体素生成双能指数（DEI）（图1）。

材料特征斜率和光谱分离。双能CT（DECT）为低能量（例如80 kV）和高能量（例如150 kV）的患者成像。在含有较高原子序数（Z）分子的组织中（例如，具有Z=20的钙，具有Z=53的碘），来自K边界的光电效应在较低能量数据集中产生相对较高的CT 值。通过直接比较数据集之间的体素，计算机算法可以确定组织中某些元素（如钙）的贡献。

Pache等人在2010年首次使用这项技术来显示骨髓水肿（BME），此后被用于各种任务中，以描述整个中轴骨和附肢骨骼的骨髓水肿。在这项技术中，基材料线是由红骨髓和黄骨髓在高、低千伏时的典型衰减值定义的。钙的加入增加了钙双能比的衰减。然后，每个体素的衰减被分解为其钙含量和虚拟去钙含量，投影回基材料线。从而从数据中去除骨矿物质部分（由钙组成），以生成一个虚拟去钙（VNCa）图像，代表基础骨髓。对VNCa图像进行颜色编码可以进行定性评估，而感兴趣区域（ROI）测量可以进行定量评估。

VNCa三物质分解技术。（a）左：基材料线（红线）由红骨髓和黄骨髓在高、低kV处的衰减值定义。添加钙（Ca）的衰减会沿着称为双能比（绿色箭头）的特征斜率增加，因此绿色阴影区域中的任何衰减都归因于钙。每个体素的衰减（虚线箭头）然后通过沿着钙的特征双能比投影回基材料线分解为钙含量和VNCa含量。右：冠状位灰阶钙断层图像显示骨小梁。（b）冠状彩色编码的VNCa图像，其中骨小梁已被去除。骨髓空间的潜在衰减用彩色图显示，其中紫色反映脂肪，较高的Hounsfield单位显示为绿色。（c）冠状位后处理的VNCa图像，骨髓覆盖，其中彩色编码的VNCa内容叠加在钙图上。

使用双能量虚拟去钙技术，需要较高的能谱分离程度，因此双源CT或带有能谱纯化技术的单源CT设备更为合适。通常需要专门的软件进行后处理运算，从而生成VNCa图像。

纳入研究的敏感性、特异性和诊断优势比汇总估计的森林图。

一项Radiology上发表的最新的荟萃分析发现，DECT检测椎体骨折相关的骨髓水肿具有很高的特异性，可以避免在紧急情况下进行确认性MRI检查。技术参数，如同时观察骨和软组织算法图像，利用双源技术，以及有经验的阅片医生的定性评估，可以确保DECT结果的高度特异性。

了解正常生理表现

在判定异常之前，需要对正常生理情况有一些了解。这里我们简要介绍一下：

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形成（成骨细胞和骨细胞）和骨消化（破骨细胞和前体）的细胞，以及蛋白质类骨质。无机元素主要由钙羟基磷灰石[Ca10(PO₄)₆(OH)₂]组成，它为身体钙和磷提供强度和储备。

骨被组织成两种主要的宏观结构类型：皮质骨和小梁骨。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，在磁共振成像上大部分为水分。黄色骨髓主要由非造血细胞（如脂肪细胞）组成，密度较低，在MRI上含有大部分脂肪或脂质成分。红骨髓和黄骨髓的比例影响MRI T2和T1加权序列上的水和脂肪信号，以及CT上的衰减。

红骨髓分布随年龄的典型变化。

出生时，整个股骨含有红骨髓，10岁时骨干逐渐转化为黄骨髓，20岁时远端干骺端逐渐转化为黄骨髓。24岁时骨髓呈成人型，除近端干骺端残留红骨髓外，大部分为黄骨髓。大转子和小转子和股骨头也主要充满黄骨髓，而转子间区域保持相对较高比例的红骨髓，直至生命后期。然而，在贫血、吸烟或肥胖等情况下，对骨髓的代谢需求也会动态影响造血的相对数量，并导致通常含有黄骨髓的区域的红骨髓再生。

骨髓水肿检测依赖于确定高于正常骨髓模式的液体含量增加。然而，后者是高度可变的，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取代，从外周骨向中轴骨发展。在腰椎，20岁时黄色骨髓占骨髓体积的20-30%，50岁后每十年增加大约7%至50%。在股骨中，黄骨髓的初始比例更高，在20-30岁时股骨骨干/头部中的比例为60%/80%，在50-60岁时增加到80%/90%。

关于性别差异的报道存在争议，一些人提出，早期男性的黄骨髓比例高于女性，在40岁左右观察到的差异最大。从50岁开始，女性的黄骨髓积累速度更快，到80岁时达到70%以上（男性为60%）。骨量峰值出现在15-30岁之间。随后男性骨量逐渐下降，而女性的骨量下降在围绝经期加速，并持续到绝经后。年龄相关的小梁骨丢失允许进一步的黄骨髓扩张进入吸收腔。

在一个区域和单个骨骼内也存在正常的骨髓解剖变异。在外周骨骼中，髋关节、膝关节和踝关节周围的DECT骨髓衰减不同。在中轴骨骼中，胸椎的平均CT值高于腰椎。

读片方法

通常应该首先评估DECT 3D图像，将BME编码为绿色，将正常骨骼编码为蓝色。这些图像在关注具体发现之前，可以提供整个解剖区域的清晰视觉概览。3D图像通常比2D图像更敏感地描述BME。

43岁男性，高能量创伤后腰痛，无脊椎骨折。在矢状面STIR MRI图像（A）上，所有腰椎椎体显示正常形状和信号强度。在3D DECT图像上，在矢状面（B）上，正常椎体用蓝色编码，而由于含水量增加，密度增加用绿色编码。正如所料，正常椎间盘的编码为绿色。此外，由于减法过程不完整，正常皮质骨也被编码为绿色。在相应的1 mm矢状2D DECT图像（C）上，有一个颜色查找表，以绿黄色到橙红色的伪彩对骨髓和水肿区域进行编码。DE特定信息已与常规灰度形态图像（厚度，1 mm；增量，1 mm）融合。窗值范围设置为−150到100 HU，显示底层正常骨，密度值低于−50HU的截止值。

二维图像通常应该通过将特定于DE的信息施加到常规灰度形态图像上进行分析。通常情况下，会使用颜色查找表对BME进行编码，颜色范围从绿黄色到橙红色（上图），密度范围设置为−150和100HU。叠加的彩色编码图仅显示密度值高于−50HU的截止值。这种方法有助于区分重度和轻度BME（下图）。

62岁女性，跌倒后出现创伤性腰痛。在矢状面标准1mm CT图像（A）上，没有识别到新鲜骨折。在冠状位3D DECT图像（B）上，L1椎体的BME编码为绿色（粗箭头），L2上终板轻度水肿（细箭头）。在矢状面STIR MRI图像（C）上，证实L1椎体有新鲜骨折，上终板附近有轻度水肿（粗箭头）。在STIR MRI图像上没有明显的L2椎体BME。在相应的2D DECT图像（D）上，彩色编码图的最大叠加水平用于确认L1椎体上是否存在轻度水肿（粗箭头），并排除L2椎体上是否存在显著水肿（细箭头），从而避免假阳性发现。

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为了确认或排除更微妙的发现，还可以通过增加或减少彩色编码图像的叠加级别来执行额外的窗口设置（上图）。

然而，在选定的病例中，例如在骨硬化症患者中，首选一种替代且广泛使用的颜色编码方法，即硬化的骨皮质用紫色表示，BME用绿色表示。髋臼顶常出现硬化，尤其是髋关节退行性骨关节炎患者，或耻骨和骶髂关节附近，膝关节和踝关节软骨下区域，如胫骨平台和距骨穹顶，以及上肢皮质骨附近。

骨硬化可通过局部增加CT值（上图）产生假阳性结果，并可导致假阴性结果，因为过度的减法过程可能会阻碍BME检测。然而，通过稍微逐渐增加BME检测阈值，有时可以检测软骨下BME的微小区域。在这种情况下，平行评估标准CT图像可能有助于描绘预期区域的硬化分布，降低误诊风险。

此外，比较症状侧和无症状侧有助于确认髋部BME，或者在FOV中同时存在受影响关节和未受影响关节的情况下。在更困难的情况下，可以先调整参数，以从DECT图像中去除BME迹象，然后再逐步增加其可见性。通过研究BME阈值和融合水平，通常可以更准确地确定BME的位置和分布。

51岁男性，左股骨颈未移位骨折。在冠状位标准X线片（A）上，由于明显的皮质不规则，怀疑左侧股骨颈有骨折（箭头）。在相应的标准重建1mm CT图像（B）上，确认存在轻微的皮质不规则（箭头）。在相应的DECT重建冠状面1mm图像（C）上，严重的BME清楚地描绘了骨折线（箭头所示），骨折线周围有一个涉及转子区域的轻度水肿晕。

此外，DECT在诊断严重BME方面似乎比轻度水肿更准确。在选定的病例中，使用BME不太明显的区域的ROI对DECT值进行定量评估，有助于实现鉴别诊断。然而，根据所评估的解剖区域、患者年龄和使用的成像参数，阈值可能会有很大差异。总体而言，定性评估（敏感性-85%；特异性-97%）比定量评估（敏感性-84%；特异性-88%）更准确。

急性创伤后，骨组织学显示间质液增多、出血、小梁骨折或微骨折。这种BMO模式转化为骨髓中液体或血液含量的增加。在CT上，脂肪可以测量到-100 HU，水可以测量到0 HU，渗出的血液可以测量到＋100 HU。因此，当背景正常骨髓模式主要是脂肪的黄骨髓时，检测骨髓水肿衰减增加的效果最好。

VNCa图采用彩色编码，以提高骨髓水肿中衰减增加的定性检测。由于解剖差异，比较同一骨骼同一区域内或与对侧正常侧的颜色信号很重要。如果出现衰减的突然变化需要特别关注是否存在骨髓水肿。

骨硬化区域和空气可能会限制VNCa图像的准确性。骨髓水肿也可能发生于非创伤性骨病理变化，包括骨关节炎、炎性关节病、骨坏死、既往放疗、皮质类固醇治疗、弥漫性骨髓病和局灶性骨病变，这些病变可能是良性或恶性的。因此，在解读图像时，需要注意鉴别。

正常左髋。（a） 左髋冠状位CT，皮质完整，排列正常。（b） 左髋的冠状位VNCa图像显示股骨近端以黄骨髓为主的低衰减（箭头所示），髋臼以黄骨髓混合物为主（箭头所示）。（c） 理想情况下，VNCa信号应在同一骨骼的同一区域内进行比较。虽然每一块骨头都有内在的变异性，但与对侧比较是评估正常性的一种实用策略。股骨近端（箭头）和髋臼（箭头）显示类似的信号。

尽管对骨盆脆性骨折的最佳诊断试验的共识有限，但DECT似乎特别适合，因为老年骨质疏松症患者的骨髓主要呈黄色，而且与MRI相比，DECT具有更好的骨清晰度。

影像学隐匿性左股骨近端应力性骨折。（a） 左髋的放大X光片未显示明确的畸形、骨折线/皮质破裂、局灶性硬化或软组织异常。（b） 左髋冠状位CT显示位于股骨近端内侧皮质（箭头所示）的局灶性硬化，与应力性骨折一致。股骨头（箭头）中一个界限清晰的小硬化病变可能是一个骨岛。（c） 左髋部的冠状VNCa图像显示局灶性硬化周围的骨髓从低到高衰减突然转变（箭头所示），证实BME是急性应激反应的一部分。骨岛（箭头）区域的VNCa信号被抑制，因为高衰减被误认为是皮质骨。（d） 左髋冠状位T1WI MRI表现出与应力性骨折一致的线性低信号强度（箭头所示）。（e） 左髋冠状脂肪饱和T2WI MRI显示高信号强度（箭头），与急性BMO一致。

49岁女性，患有乳腺癌的单发隐匿性股骨转移。在三维DECT图像（A）上，可以清楚地认识到左股骨上有一个水肿的病灶区域（粗箭头）。在矢状位二维图像上，病变（粗箭头）在叠加的BME图上得到确认（B）。在矢状位二维骨窗图像（C）上，病变（粗大的箭头）没有被确认，只显示了非特异性的轻度高密模式，也存在于股骨远端（细小的箭头），在DECT图像上与BME无关。

类风湿性关节炎患者双手的DECT扫描。第二掌指关节放大显示标准灰度序列（a）和正常虚拟去钙图像（b）上软骨和骨板的正常平滑轮廓（短箭头）。相反，第三掌指关节的骨髓水肿明显，表现为广泛且界限不清的绿色区域（长箭头）。通过T2加权脂肪饱和序列的磁共振成像证实存在炎性骨髓水肿（c）。

局限性

与MRI相比，DECT BME检测显示出85%的敏感性和97%的特异性，对中轴和外周骨骼都有良好的诊断性能（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85%对84%，特异性97%对88%）。然而，DECT VNCa无法评估皮质骨内的异常情况，并且由于不完全掩蔽和空间平均，皮质骨附近的界面分辨率也很差。在其他地方，硬化病变或气体可以由于线束硬化和滤过效应产生伪影，这限制了对周围骨髓的评估。

在BME检测中，DECT的信噪比低于脂肪抑制MRI。MRI物理本质上是不同的，信号强度反映了骨髓不同于CT衰减值的潜在属性。这些差异使得MRI能够更好地区分生理性红骨髓和BME。在评估BME的非创伤性原因时，MRI在区分潜在的病理学，尤其是骨病变方面具有优势。

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。甚至类似型号的单个扫描仪之间的测量值存在差异，因此需要仔细校准。使用锡滤过，评估患者的BME病变≥2个图像平面，使用1-2毫米的层厚，并在超急性阶段后成像(≥24小时）作为标准协议的一部分，可以帮助提高DECT VNCa性能。

右侧骶翼隐匿性骨折。（a，c）骶骨的冠状位CT图像显示右侧骶骨翼的一个细微的皮质台阶（箭头）。（b，d）冠状位VNCa图像显示右侧骶翼骨折周围的骨髓衰减增加（箭头）。线束硬化和滤过效应可能会导致伪影，限制复杂区域（如骶骨）的VNCa图像生成。

读片小贴士

• 了解成像原理和生理表现很重要；

• 使用正确的扫描方案和重建参数，通常四肢使用Knee_BoneMarrow；体部使用Body_BoneMarrow的扫描方案；

• 需要同时观察常规图像和VNCa图像，建议软组织窗和骨窗结合；

• 将正常骨髓的颜色调整成深蓝色，更容易发现异常的骨髓变化；

• 注意识别硬化线束伪影和正常的生理结构。

豆状骨的营养孔。豆状骨的CT显示，在冠状位（a）和轴位（c）上，豆状骨掌侧皮质具有良好的线性透光性。豆状骨的VNCa图像显示冠状位（b）和轴位（d）上没有BME，不包括潜在的急性骨折。因此，这可能是一个营养孔。VNCa图像的高阴性预测值有助于防止不必要的进一步检查。

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。