《Scientific Reports》：Quantification of intervertebral disc degeneration using dual-energy computed tomography collagen maps: a comparative study with MRI Pfirrmann grading
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为确定源自双能计算机断层扫描（DECT）胶原图（cMap）的定量亨氏单位（HU）值与基于MRI的Pfirrmann分级之间的相关性，研究人员回顾性分析了在一年内同时接受脊柱DECT与MRI检查的患者的椎间盘（IVD）。CT扫描采用单源DECT于80和135-k
为确定源自双能计算机断层扫描（DECT）胶原图（cMap）的定量亨氏单位（HU）值与基于MRI的Pfirrmann分级之间的相关性，研究人员回顾性分析了在一年内同时接受脊柱DECT与MRI检查的患者的椎间盘（IVD）。CT扫描采用单源DECT于80和135-kVp采集并配合自动曝光控制。三名阅片者依据Pfirrmann等人标准在T2加权MRI图像上对IVD评分。定量评估在基于DECT的cMap、相应135-kVp DECT图像及MRI图像中，于每个IVD放置三个标准化感兴趣区（ROI）。纤维环（AF）与髓核（NP）的平均密度测量值与Pfirrmann分级（PF-grade）采用线性混合模型分析。研究纳入97例患者共339个IVD（平均龄59.1岁；女53例均龄63.5岁，男44例均龄53.8岁）。cMap分析显示PFⅠ级与Ⅴ级间AF与NP胶原及硫酸软骨素密度差异显著（AF：MD?=??31.1 HU，95% CI ?59.5至?2.7，p?=?0.032；NP：MD?=??37.8 HU，95% CI ?73.6至?2.0，p?=?0.038）。135-kVp DECT未显示与PF分级对应的IVD密度降低。MRI显示随PF分级增高AF与NP信号强度（SI）显著降低。DECT基cMap中IVD胶原与硫酸软骨素密度随PF分级增高而下降，提示DECT基cMap可作为IVD分类的附加工具。
研究背景与动因：MRI目前被视为评估椎间盘突出等椎间盘退变（IDD）疾病的影像学金标准，Pfirrmann等人基于T2加权像的形态学分级依赖信号强度、椎间盘结构、高度及髓核（NP）与纤维环（AF）分界。然而形态学分级受成像条件变异影响，且MRI存在禁忌证与局限，如设备可及性有限、采集时间长、幽闭恐惧或心脏器械与磁性植入物限制。常规CT因软组织对比分辨率不足主要用于骨性结构评估，而双能计算机断层扫描（DECT）后处理技术拓展至脊柱病理，虚拟非钙（VNCa）成像与电子密度（ED）制图已用于椎间盘疝出与神经根压迫评估。胶原图（cMap）作为DECT材料分解算法，针对IDD发病中细胞外基质崩解（蛋白聚糖丢失、水合下降、胶原网络破坏）提供靶向评估，此前研究确立其形态学潜力，但定量潜能未评估。鉴于DECT可作胶原结构表征的补充工具，研究人员以MRI为参照标准，探究定量DECT胶原图HU值可否判定IDD严重度，首要目标为明确cMap派生HU值与Pfirrmann分级的相关性。论文发表于《Scientific Reports》。
主要关键技术方法：研究为回顾性队列，受试者源自柏林夏里特医学院伦理批准的四项既往研究，筛选2015年3月至2021年7月间一年内同做单源DECT（80/135-kVp，自动曝光）与1.5或3.0T MRI的97例患者共339个T12–S1节段IVD，排除感染、骨折邻节段及术后节段。MRI由三名肌骨放射医师盲法按Pfirrmann五级评中矢状位T2/STIR/TIRM/TSE序列，多数表决定级（加权Cohen κ=0.6）。DECT于320排单源扫描仪采集，cMap采用原始数据三材料分解（梯度1.10）重建为3.0 mm矢状位灰阶图。定量测量于中矢状位在AF前、NP中心、AF后放三个椭圆ROI（>10 mm2），分别在cMap、135-kVp DECT及MRI（AF、NP、脑脊液CSF归一化SI）取值，由单观察者放置、次观察者抽检。统计用线性混合模型（固定效应PF分级、节段、性别；随机效应受试者；因变量AF/NP的cMap HU、135-kVp HU、MRI归一化SI），以PFⅠ与L5–S1为参照，剔除与PF强相关的年龄以避免共线，SPSS 29完成，p<0.05为显著。
研究结果：
患者人群与Pfirrmann分级：97例（女53，男44，均龄59.1±19.3岁）339盘，DECT与MRI中位间隔1天（82.5%在7天内）。PF分布Ⅰ18、Ⅱ146、Ⅲ102、Ⅳ67、Ⅴ6；节段T12–L1至L5–S1各51–63不等，Ⅱ级最常见。阅片者间一致性好（κ=0.6）。
cMap椎间盘密度：cMap均值随PF增高而降，Ⅰ级123.0±27.1 HU至Ⅴ级87.3±29.7 HU；L5–S1最高（男134.2 HU，女121.4 HU）。
cMap、135-kVp DECT与MRI中密度与PF分级的相关性：cMap中AF密度PFⅤ比PFⅠ低31.1 HU（p=0.032），NP低37.8 HU（p=0.038），自Ⅰ至Ⅳ呈下降趋势；135-kVp DECT的AF无分级差异，NP仅Ⅰ与Ⅳ差9.4 HU（p=0.048）且无系统降级；MRI中AF自Ⅲ级、NP自Ⅱ级起SI较Ⅰ级显著下降（p均<0.05），NP降幅更大。性别上cMap男AF/NP分别高4.7/5.4 HU，135-kVp近乎相等，MRI男SI更高（AF p=0.025，NP p=0.008）。
讨论浓缩：本研究首例定量证实DECT cMap胶原与硫酸软骨素密度随PF分级增高而减，AF与NP在Ⅰ比Ⅴ显著丢失，效应强于135-kVp DECT；性别数值差异或反映女性均龄较高（63.5对53.8岁）的年龄相关丢失；L5–S1高密度契合该节段承压更大。cMap定量补充了Mahmoudi等与Bernatz等色码形态学工作，消除视觉评级者间变异。顺序双能采集虽异于双源锡滤系统，但在静态非强化胸腰段可避运动伪影，定量值仍具平台特异性待外验。PF分级以水含量为主，与胶原/硫酸软骨素敏感cMap不全等同，故Ⅱ–Ⅳ级间未全显差，未来应以gagCEST、T1ρ或T2映射作成分特异参照。135-kVp DECT出现NPⅣ级均值偏高致Ⅰ–Ⅳ显著属亚组波动。局限含回顾性选择偏倚、PFⅤ样本少（6盘）、MRI多机序列异质（已用CSF归一化）、ROI单位放置无正式组间信度、绝对HU不与120-kVp互换、上胸段不可外推。
结论翻译：数据显示cMap定量分析反映椎间盘退变中随Pfirrmann分级增高的胶原与硫酸软骨素丢失，尤其PF分级越高胶原与硫酸软骨素密度丧失越突出。DECT cMap可成为IVD分类的附加工具。椎间盘的定量DECT成像应在更大队列中进一步研究。
