低劑量胸部CT與QCT椎體骨密度測(cè)量一站式掃描可行性研究

王勇朋， 陽(yáng)琰， 何生生， 錢堃， 程曉光

低劑量胸部CT肺篩查能早期發(fā)現(xiàn)肺癌，顯著降低病死率、又顯著降低患者輻射劑量，廣泛應(yīng)用于健康體檢[1]。骨質(zhì)疏松為常見骨代謝疾病，表現(xiàn)為骨量減少及骨微小結(jié)構(gòu)改變，導(dǎo)致骨脆性增加，容易發(fā)生骨折，早發(fā)現(xiàn)、早診斷、早治療可以減少骨折的發(fā)生率及致殘率。隨著全民健康意識(shí)提升，健康體檢同時(shí)要求低劑量胸部CT肺篩查、椎體骨密度測(cè)量人群不斷增大。本研究探討低劑量胸部CT篩查與定量CT(quantitative computed tomography，QCT)骨密度測(cè)量一站式掃描的可行性。

材料與方法

1.臨床資料

搜集本院2016年5月-12月在一個(gè)月內(nèi)既行低劑量胸部CT(80 mA)、又因其他原因行腰椎CT(250 mA)的患者共40例(掃描范圍均覆蓋T12～L2)，其中男23例，女17例，年齡27～75歲，平均48.4歲。QCT測(cè)量T12～L2椎體骨密度并分析結(jié)果。

回顧性分析本院2016年5月-2017年10月360例無(wú)癥狀體檢者骨密度資料，年齡20～85歲(平均36.84歲)，其中男313例，女47例。分析T12/L1與L1/L2椎體骨密度均值的相關(guān)性、并比較篩查法(依據(jù)T12/L1椎體骨密度均值)與推薦法(依據(jù)L1/L2椎體骨密度均值)診斷骨密度結(jié)果的一致性。參照中國(guó)人骨質(zhì)疏松癥診斷標(biāo)準(zhǔn)專家共識(shí)(第三稿.2014版)[2]：QCT骨密度絕對(duì)值≥120 mg/cm3為正常、80～120 mg/cm3提示骨量減少、≤80 mg/cm3診斷骨質(zhì)疏松。

病例納入標(biāo)準(zhǔn)：所有病例均經(jīng)臨床和其他相關(guān)檢查排除影響骨代謝的慢性病(如甲狀旁腺病變、惡性腫瘤等)、陳舊性椎體骨折及服用引起骨代謝的藥物(如激素類等)者。

低劑量胸部CT掃描：一組(北京等7家醫(yī)院)多中心低劑量CT肺篩查資料，抽取每家醫(yī)院檢查尾號(hào)為1、5的前100例篩查者(共700例)，看圖軟件(RadiAnt DICOM Viewer)冠狀面、矢狀面重建其原始圖像，觀察圖像最低層面位置。位置定義：椎體平均分為四等份，中間兩份為中部；椎間隙平均分兩份，椎體上1/4+相鄰1/2椎間隙為上部；椎體下1/4+相鄰1/2椎間隙為下部。掃描范圍至L1下部或以下者，就滿足T12、L1椎體骨密度測(cè)量要求。

歐洲脊柱體模(European Spine Phantom，ESP)(編號(hào)N0145，德國(guó)ORM公司生產(chǎn))：由環(huán)氧樹脂制成的塑料加上其他各種成分達(dá)到水和骨等效的固體材料組成，三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)椎體的松質(zhì)骨的羥基磷灰石密度分別是：L150 mg/cm3、L2100 mg/cm3、L3200 mg/cm3。QCT測(cè)量椎體骨密度并計(jì)算骨密度準(zhǔn)確度誤差。

2.檢測(cè)設(shè)備及方法

CT掃描：選用GE Optima CT680 Series CT機(jī)，ESP及患者頭先進(jìn)，目標(biāo)區(qū)域置于校準(zhǔn)體模上，體模區(qū)域無(wú)任何異物。掃描參數(shù)：管電壓120 kV，機(jī)架轉(zhuǎn)速0.6 s/r，層厚5 mm，螺距0.984，掃描視野(scanning field of view，SFOV)50 cm，床高130 cm(固定)，ESP及40例患者管電流：250 mA和80 mA；360例體檢者管電流為80 mA。重建方式：矩陣 512×512，標(biāo)準(zhǔn)算法，顯示視野(displaying field of view，DFOV)40 cm，重建層厚1.25 mm。

骨密度測(cè)量：將1.25 mm重建數(shù)據(jù)傳送到Mindways工作站，QCT PRO TM 3D 脊柱骨密度應(yīng)用模塊(版本4. 0)椎體骨密度測(cè)量，自動(dòng)設(shè)置興趣區(qū)(ROI)，三平面定位，ROI盡可能位于椎體中部松質(zhì)骨區(qū)，避開骨島、椎體后中央溝等影響骨密度值區(qū)域。

3.統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

結(jié) 果

ESP不同椎體骨密度準(zhǔn)確度誤差均呈正態(tài)性分布，250 mA和80 mA兩組間ESP “L1、L2、L3”椎體骨密度準(zhǔn)確度誤差差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(表1)。

表1 ESP椎體骨密度準(zhǔn)確度誤差結(jié)果 (%)

250 mA和80 mA兩組40例患者椎體骨密度數(shù)據(jù)均呈正態(tài)性分布，兩組間T12、T1、L2骨密度差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(表2)。

表2 40例患者椎體骨密度結(jié)果 (mg/cm3)

360例無(wú)癥狀體檢者T12/L1與L1/L2骨密度均值均呈正態(tài)性分布，骨密度均值分別為157.104±33.480、153.352±33.299，二者具有明顯相關(guān)性(r=0.988，P<0. 05)。篩查法與推薦法評(píng)估骨密度一致性好(Kappa=0.747，P<0. 05，表3)。

表3 篩查法與推薦法診斷骨密度結(jié)果

700例肺篩查者低劑量胸部CT底部層面位置結(jié)果(圖1)：59%覆蓋至L1下部或以下(比例位于餅內(nèi))，36.57%覆蓋至T12中部～ L1中部(比例位于餅外非分離區(qū))，僅4.43%覆蓋至T12上部或以上(分離區(qū))。

圖1 低劑量胸部CT底部層面位置餅狀圖。

圖2 掃描前質(zhì)控，上方橢圓狀質(zhì)控體模，下方平板狀校準(zhǔn)體模。 圖3 掃描時(shí)被檢部位置于校準(zhǔn)體模上，校準(zhǔn)體模內(nèi)包含5個(gè)不同標(biāo)準(zhǔn)密度圓柱體。

討 論

1.QCT骨密度測(cè)量原理[3]

利用臨床CT機(jī)的X線吸收原理，通過掃描前的質(zhì)量控制及掃描過程中被檢測(cè)部位與校準(zhǔn)體模一起行CT掃描，被檢部位的X線衰減信息通過校準(zhǔn)體模轉(zhuǎn)化成羥基磷灰石(K2HPO4)等效密度(圖2、3)。QCT骨密度測(cè)量相比雙能量X線骨密度測(cè)量具有一定優(yōu)勢(shì)，臨床用于診斷骨質(zhì)疏松、評(píng)估骨折風(fēng)險(xiǎn)，以及評(píng)價(jià)臨床用藥后療效等[4-6]。然而，輻射劑量大是限制其臨床應(yīng)用的主要因素。早期采用CT單層掃描降低輻射劑量，單層掃描不能滿足3D QCT骨密度測(cè)量要求。隨后，研究者通過改變掃描參數(shù)(降低管電壓或管電流)以降低檢查者的輻射劑量[7-8]。國(guó)際臨床骨密度學(xué)會(huì)(the International Society for Clinical Densitometry，ISCD)2007 推薦[4]：通過減少掃描范圍以降低輻射劑量，推薦掃描范圍僅包含L1、L2椎體，測(cè)量L1、L2椎體骨密度并取均值進(jìn)行評(píng)估全身骨密度，其中任何一個(gè)椎體病變，用T12或L3椎體代替病變椎體。

2.低劑量胸部CT椎體骨密度測(cè)量評(píng)估全身骨密度的可行性

目前，國(guó)內(nèi)外均采用腰椎掃描條件測(cè)量L1、L2椎體骨密度來用于估全身骨密度及預(yù)測(cè)骨折風(fēng)險(xiǎn)，低劑量胸部CT掃描條件的測(cè)量結(jié)果能否適合當(dāng)前的診斷標(biāo)準(zhǔn)是本研究的前提。ESP作為國(guó)際公認(rèn)的骨密度測(cè)量評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，主要用于骨密度測(cè)量?jī)x的標(biāo)準(zhǔn)化和不同儀器間的相互校準(zhǔn)，也適用于同一儀器不同條件間的相互校準(zhǔn)[9]。本研究中常規(guī)腰椎CT、低劑量胸部CT兩組間ESP “L1、L2、L3”椎體骨密度準(zhǔn)確度誤差均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，說明管電流對(duì)QCT骨密度測(cè)量值影響不明顯。臨床40例患者T12、L1、L2椎體骨密度結(jié)果也印證這一觀點(diǎn)。管電流(mA)減低，噪聲增加，CT值將隨之增加[10]，校準(zhǔn)體模中5種不同標(biāo)準(zhǔn)密度能確保骨密度測(cè)量值的一致性。降低管電流，輻射劑量將隨之減少，研究結(jié)果與文獻(xiàn)結(jié)論相一致[8]。因此，低劑量胸部CT椎體骨密度測(cè)量可以用于評(píng)估全身骨密度及預(yù)測(cè)骨折風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)患者輻射劑量降低。

3.T12/L1骨密度均值替代L1/L2骨密度均值評(píng)估全身骨密度的可行性

本研究中T12/L1與L1/L2骨密度均值間存在明顯相關(guān)性，骨密度均值T12/L1稍高于L1/L2，依據(jù)T12/L1骨密度均值的篩查法與依據(jù)L1/L2骨密度均值的推薦法對(duì)360例體檢者評(píng)估骨密度結(jié)果的一致性好。而且，當(dāng)前骨密度測(cè)量臨床主要應(yīng)用是篩查骨密度異常并評(píng)估骨折風(fēng)險(xiǎn)，而對(duì)于某一臨界點(diǎn)診斷骨質(zhì)疏松并不是主要的[11]。因此，T12/L1骨密度均值可以替代L1/L2骨密度均值評(píng)估全身骨密度。

4.一站式掃描法與傳統(tǒng)方法劑量、醫(yī)療成本及患者時(shí)間的比較

一站式掃描法：僅行一次低劑量胸部CT掃描，掃描范圍最少至L1下部，能同時(shí)完成低劑量胸部CT肺篩查及椎體骨密度測(cè)量。傳統(tǒng)方法為分別行低劑量胸部CT、腰椎CT(范圍僅包含L1、L2)兩次掃描。相比傳統(tǒng)方法，一站式掃描可以節(jié)省患者CT檢查費(fèi)用及時(shí)間。

有效劑量= 劑量長(zhǎng)度乘積(dose length product，DLP)×權(quán)重因子；DLP=容積CT劑量指數(shù)(CTDIVOI)×掃描長(zhǎng)度，由公式得出：掃描長(zhǎng)度與有效劑量成正相關(guān)，減少掃描長(zhǎng)度，輻射劑量將隨之減少。筆者抽取北京等7家醫(yī)院體檢中心共700例肺篩查者低劑量胸部CT底部層面位置(圖1)，其中59%的篩查者掃至L1下部或以下，此類篩查者無(wú)需增加劑量，直接可以完成肺篩查及全身骨密度評(píng)估；36.57%篩查者掃至T12中部～L1中部，相比傳統(tǒng)法可以減少一次定位像及重疊區(qū)域掃描，劑量降低；剩余僅4.43%的篩查者，雖然沒有減少掃描范圍，骨密度測(cè)量采用低劑量掃描條件，相比傳統(tǒng)法劑量沒有明確增加。因此，一站式掃描法相比傳統(tǒng)法，既可以節(jié)約醫(yī)療成本及患者的時(shí)間，還可以降低有效輻射劑量。

綜上所述，低劑量胸部CT與QCT椎體骨密度測(cè)量一站式掃描，即能同時(shí)完成肺篩查及評(píng)估全身骨密度，又可以降低輻射劑量、節(jié)約醫(yī)療成本及患者的時(shí)間。本研究不足之處在于，360例椎體骨密度資料中女性僅47例，需在今后進(jìn)一步研究中補(bǔ)充女性骨密度數(shù)據(jù)。