應(yīng)用雙能CT與定量CT對(duì)椎體骨密度測(cè)量的對(duì)照研究

王平 和建偉 黃剛* 毛澤慶 周星 張文文 翟亞楠

1.甘肅省人民醫(yī)院放射科， 甘肅 蘭州 730000 2.蘭州大學(xué)第一醫(yī)院放射科， 甘肅 蘭州 730000

無(wú)創(chuàng)性評(píng)估椎體骨量及骨密度對(duì)臨床早期預(yù)防及治療骨質(zhì)疏松癥至關(guān)重要。目前，測(cè)定骨密度(bone mineral density，BMD)的方法較多，國(guó)際上普遍公認(rèn)的兩種方法分別是雙能X線吸收(dual energy X-ray absorptiometry，DXA)和定量CT(quantitative computed tomography，QCT)檢查[1, 2]，近年來(lái)已有大量對(duì)兩種方法測(cè)量骨密度的研究。雙能CT(dual energy CT，DECT)可通過(guò)不同物質(zhì)間雙能指數(shù)存在差異進(jìn)行物質(zhì)分離檢測(cè)，在骨松質(zhì)中通過(guò)分離骨組織中的骨礦質(zhì)及骨髓，從而獲得單獨(dú)鈣值圖或骨髓圖，實(shí)現(xiàn)定量測(cè)量BMD[3]。本研究采用雙能CT掃描，應(yīng)用雙能量物質(zhì)分離技術(shù)測(cè)量BMD，同時(shí)對(duì)照單能量QCT測(cè)量椎體BMD，評(píng)價(jià)DECT在骨密度測(cè)量的應(yīng)用價(jià)值。

1 資料與方法

1.1 一般資料

收集2015年12月至2016年5月在我院因泌尿系結(jié)石就診并行CT掃描的志愿者。排除標(biāo)準(zhǔn)：1)腰椎壓縮性骨折；2)腰椎內(nèi)固定術(shù)后；3)腰椎良、惡性占位；4)代謝性或內(nèi)分泌疾病。納入本研究共 56名志愿者，男32名，女24名，年齡20-64歲，平均(40.29±10.44)歲。對(duì)納入研究的所有志愿者行DECT檢查，檢查同時(shí)放置QCT體模。所有志愿者均簽署知情同意書(shū)。

1.2 儀器與方法

1.2.1掃描方法：DECT及QCT掃描采用西門(mén)子SOMATOM Definition Flash雙能CT機(jī)，掃描參數(shù)：采用自動(dòng)mAs 技術(shù)，A 球管管電壓100 kV，參考管電流210 mAs，B球管管電壓140 kV，參考管電流162 mAs，準(zhǔn)直器寬度0.6 mm，螺距0.7，重建層厚1.0 mm，床高 109.5 mm。受試者采取仰臥位并將QCT校準(zhǔn)體模板放置于受檢者腰部下方，同時(shí)掃描受檢者及體模。每周應(yīng)用質(zhì)控體模對(duì)CT掃描儀進(jìn)行一次校準(zhǔn)。

1.2.2QCT骨密度測(cè)量：應(yīng)用QCT Pro 分析軟件(Mind-ways 公司，美國(guó))對(duì)DECT 140KV單能量數(shù)據(jù)進(jìn)行BMD測(cè)量。在重組的3 個(gè)平面圖像上以L1-L5椎體中心層面選擇感興趣區(qū)，測(cè)量時(shí)避開(kāi)骨皮質(zhì)及椎體后中央靜脈溝。

1.2.3DECT鈣質(zhì)圖測(cè)量:將數(shù)據(jù)傳入Syngo VIA(VA30HF-08)工作站，選擇雙能量后處理模式，行雙能量虛擬平掃，獲得腰椎鈣值圖。最大CT 閾值設(shè)為3071HU，碘比率1.45，選擇與QCT 測(cè)量區(qū)域?qū)?yīng)的ROI測(cè)量骨鈣CT值及骨髓CT值。DECT鈣質(zhì)圖及QCT骨密度采用盲法測(cè)量。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

采用SPSS22.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。對(duì)腰椎QCT測(cè)量BMD值與DECT所測(cè)骨鈣CT值及骨髓CT值間的相關(guān)性采用pearson相關(guān)性分析。P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

本研究所有受試者均完成第1-5腰椎椎體DECT及QCT骨密度測(cè)量，測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表1。根據(jù)國(guó)際臨床骨密度學(xué)會(huì)(ISCD)2007 年專(zhuān)家建議的QCT 骨密度診斷標(biāo)準(zhǔn)[4]， 本研究6例受試者診斷為骨質(zhì)疏松， BMD為57.66±13.75 mg/cc；13例受試者診斷為低骨量， BMD為103.44±14.15 mg/cc。37例受試者骨量正常，BMD為135.74±13.45 mg/cc。

腰椎椎體QCT測(cè)量BMD值(mg/cc)DECT骨鈣相關(guān)CT值(HU)DECT骨髓相關(guān)CT值(HU)L1125.92±28.30223.76±38.18-44.45±24.70L2121.91±29.67223.80±38.74-45.69±28.32L3115.92±29.04222.11±37.05-50.70±27.11L4118.31±28.69225.81±35.22-52.68±28.36L5130.32±30.61240.22±36.09-56.90±30.93

圖1 L3椎體QCT骨密度與DECT骨鈣CT值之間相關(guān)性Fig.1 Correlation between BMD measured by QCT and CT attenuation value of bone calcium measured by DECT (L3)

圖2 L3椎體QCT骨密度與DECT骨髓CT值之間相關(guān)性Fig.2 Correlation between BMD measured by QCT and CT attenuation value of bone marrow measured by DECT (L3)

圖3 A為單能量QCT測(cè)量骨松質(zhì)BMD；B為DECT鈣質(zhì)圖，DECT骨鈣CT值及骨髓CT值測(cè)量選擇與QCT相同ROI，圖中箭頭所示為QCT校準(zhǔn)體模板Fig.3 Single energy QCT measurement of the cancellous bone BMD (A) and DECT calcium map (B).Two measurement methods selected the same Region of interest.The arrow in the figure shows the QCT template

DECT所測(cè)量腰椎L1-5椎體骨鈣CT值與QCT測(cè)量BMD值呈顯著正相關(guān)， pearson 相關(guān)系數(shù)分別為: r 腰1椎體=0.715，r 腰2椎體=0.692，r 腰3椎體=0.739，r 腰4椎體=0.673，r 腰5椎體=0.686，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01)；骨髓CT值與BMD值呈正相關(guān)，pearson 相關(guān)系數(shù)分別為：r 腰1椎體=0.343、r 腰2椎體=0.315、r 腰3椎體=0.439、r 腰4椎體=0.440、r 腰5椎體=0.456，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(L5椎體P<0.05，其余P<0.01)。

3 討論

隨著世界人口老齡化，骨質(zhì)疏松的發(fā)病率及致殘率顯著提高，給患者及社會(huì)帶來(lái)沉重的負(fù)擔(dān)，因此早期診斷骨質(zhì)疏松至關(guān)重要[5, 6]。骨質(zhì)疏松最主要的評(píng)價(jià)指標(biāo)是骨密度(bone mineral density， BMD)。雙能X 線吸收測(cè)定法(dual X-ray absorptiometry，DXA)是目前測(cè)量骨密度常規(guī)使用的影像診斷方法，雖然測(cè)量簡(jiǎn)單且臨床應(yīng)用廣泛，但仍存在許多不足。由于DXA是面積BMD測(cè)量，測(cè)量結(jié)果同時(shí)包括松質(zhì)骨和皮質(zhì)骨的綜合測(cè)量值，而骨質(zhì)疏松早期骨量變化主要發(fā)生在松質(zhì)骨， 因此DXA 的測(cè)量結(jié)果不能反映早期骨密度變化，而且影響其測(cè)量結(jié)果的因素較多，造成測(cè)量誤差較大[7, 8]。

相對(duì)于DXA，QCT 測(cè)量的是真正體積骨密度，可以獨(dú)立測(cè)量椎體松質(zhì)骨的骨密度，測(cè)量結(jié)果一般不受骨骼大小、形態(tài)及骨質(zhì)增生等因素的影響。近年來(lái)QCT在骨質(zhì)疏松癥早期診斷的價(jià)值日益受到關(guān)注，QCT測(cè)量BMD的相關(guān)研究也越來(lái)越多。有研究顯示QCT對(duì)骨質(zhì)疏松癥的檢出率高于DXA，提示QCT測(cè)量BMD可以更早發(fā)現(xiàn)骨質(zhì)疏松癥，有利于骨質(zhì)疏松的早期預(yù)防和治療[9, 10]。但由于QCT測(cè)量需要專(zhuān)用的校準(zhǔn)體模及測(cè)量軟件，其應(yīng)用也受到一定限制。

雙能CT(dual energy CT，DECT)通過(guò)并行采集技術(shù)一次性掃描獲得兩種能量的數(shù)據(jù)，基于不同物質(zhì)雙能指數(shù)存在差異可進(jìn)行物質(zhì)分離測(cè)算[11, 12]，虛擬平掃技術(shù)就是利用這種原理去除增強(qiáng)圖像的碘圖。除了碘，其他一些高原子序數(shù)的物質(zhì)，例如鈣，同樣可通過(guò)雙能CT進(jìn)行定量分析，分離骨組織中的骨礦質(zhì)獲得單獨(dú)鈣值圖，實(shí)現(xiàn)定量測(cè)量BMD。近年來(lái)亦有研究報(bào)到應(yīng)用DECT去鈣技術(shù)獲得骨髓圖評(píng)估骨髓損傷或骨髓水腫，研究顯示應(yīng)用DECT 評(píng)估骨髓損傷具有良好的敏感度和特異度[13]。國(guó)內(nèi)涂寧等[14]應(yīng)用DECT與DXA對(duì)照研究，顯示骨容積CT值與DXA所測(cè)BMD值密切相關(guān)。本研究在采用DECT掃描受試者的同時(shí)加用QCT校準(zhǔn)體模板，在獲得雙能量數(shù)據(jù)的同時(shí)亦獲得單能量QCT數(shù)據(jù)，應(yīng)用DECT虛擬平掃獲得鈣質(zhì)圖，測(cè)量骨鈣CT值，測(cè)量選擇與QCT 測(cè)量區(qū)域?qū)?yīng)的ROI，因此也減低了使用不同儀器對(duì)照研究所產(chǎn)生的誤差。研究結(jié)果表明，腰椎DECT所測(cè)骨鈣CT值與QCT所測(cè)BMD密切相關(guān)，提示DECT去鈣技術(shù)可準(zhǔn)確分離骨中骨鈣及其他成分，實(shí)現(xiàn)單獨(dú)測(cè)量骨鈣質(zhì)CT值，可精確地反映真實(shí)骨密度并發(fā)現(xiàn)骨量丟失，對(duì)更好地評(píng)估、預(yù)防骨質(zhì)疏松癥有良好的應(yīng)用價(jià)值。

磁共振骨髓1H-波譜成像(Magnetic resonance spectroscopy，MRS)通過(guò)化學(xué)位移原理檢測(cè)脂肪分子和水分子并得到脂峰和水峰，可以較準(zhǔn)確測(cè)量骨髓中脂肪含量及脂肪與水的比例，因而可從細(xì)胞層面揭示骨髓脂肪含量及其在骨質(zhì)疏松癥發(fā)病機(jī)制中發(fā)揮的作用[15]。Dixon 水-脂分離技術(shù)利用水質(zhì)子和脂肪質(zhì)子拉莫爾頻率差，通過(guò)多回波采集，分別獲得正相位、反相位及單獨(dú)的水相和脂相，因此可用于評(píng)估骨髓脂肪組織含量[16, 17]。近年來(lái)有研究表明骨髓的脂肪含量與礦物質(zhì)密度呈負(fù)相關(guān)，骨質(zhì)疏松癥患者的骨髓含量更高[18]。本研究DECT測(cè)量骨髓CT值與QCT所測(cè)BMD呈正相關(guān)，與以往研究結(jié)果相符，本研究顯示骨量越低，骨髓密度越低，提示骨髓脂肪含量與松質(zhì)骨骨量關(guān)系密切。

總之，利用DECT雙能量物質(zhì)分離技術(shù)所測(cè)量骨鈣CT值及骨髓CT值與QCT所測(cè)BMD值密切相關(guān)，同時(shí)可間接反應(yīng)骨髓成分，對(duì)骨質(zhì)疏松癥的評(píng)價(jià)具有廣闊的應(yīng)用前景。本研究因樣本量較少，未對(duì)不同性別及不同年齡段進(jìn)行亞組分析。要獲得骨質(zhì)疏松癥較準(zhǔn)確的DECT診斷標(biāo)準(zhǔn)，尚需進(jìn)行大樣本量對(duì)照研究。