雙能CT能譜曲線及骨鈣CT值對(duì)骨質(zhì)疏松的診斷價(jià)值

劉齋，高志梅，雷立存，趙君祿，任慶云

河北醫(yī)科大學(xué)第一醫(yī)院放射科，河北石家莊 050031；

骨質(zhì)疏松癥是常見的代謝性骨病，易導(dǎo)致骨質(zhì)疏松性骨折，嚴(yán)重影響人類健康[1]。2018年，我國(guó)40～49歲人群骨質(zhì)疏松癥的發(fā)病率為3.2%，65歲以上人群骨發(fā)病率達(dá)32.0%[2]。目前，雙能X線骨密度測(cè)量?jī)x（dural energy X-ray，DXA）和定量CT是測(cè)量骨密度的主要方法。DXA是診斷骨質(zhì)疏松的“金標(biāo)準(zhǔn)”[3]；但由于其測(cè)量二維面積密度易受椎體及椎小關(guān)節(jié)骨質(zhì)增生、椎體前方腹主動(dòng)脈鈣化的影響，導(dǎo)致骨質(zhì)疏松的估計(jì)不足[4]。隨著雙能CT 的臨床應(yīng)用，其診斷骨質(zhì)疏松已初步應(yīng)用于臨床。但應(yīng)用能譜曲線診斷骨質(zhì)疏松鮮見報(bào)道[5]。本研究分析行腰椎雙能CT 掃描患者的影像學(xué)資料，探討能譜曲線及骨鈣CT值對(duì)腰椎骨質(zhì)疏松的診斷價(jià)值。

1 資料與方法

1.1 研究對(duì)象 收集2018年3月—9月于河北醫(yī)科大學(xué)第一醫(yī)院行骨密度檢查的84例患者的影像學(xué)資料，根據(jù)DXA 測(cè)量腰椎T值≤-2.5 SD 的骨質(zhì)疏松診斷標(biāo)準(zhǔn)[3]進(jìn)行分組，分為骨質(zhì)疏松組和非骨質(zhì)疏松組。非骨質(zhì)疏松組58例，其中男8例，女50例；年齡38～84歲，中位年齡57歲。骨質(zhì)疏松組26例，其中男4例，女22例；年齡51～73歲，中位年齡64歲。兩組患者年齡、性別比差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05）。所有患者行腰椎（L3、L4）雙能CT 掃描。排除標(biāo)準(zhǔn)：①腰椎（L3、L4）存在椎體骨折；②存在金屬內(nèi)固定物；③曾行經(jīng)皮椎體成形術(shù)；④患有椎體腫瘤病變者；⑤患有代謝性或內(nèi)分泌疾病者；⑥近期服用影響骨質(zhì)代謝水平藥物者。本研究經(jīng)醫(yī)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)，所有患者均簽署知情同意書。

1.2 掃描方法 采用Cannon Aquilion ONE Vision 320 排CT 掃描儀。患者取仰臥位，掃描范圍自L2 椎體下緣至L5 椎體上緣。采用DE Volume 進(jìn)行掃描，管電壓及管電流分別為80 kV、300 mAs 及135 kV、80 mAs。圖像層厚均為0.5 mm，重建間隔0.5 mm。同時(shí)記錄CT 掃描容積劑量指數(shù)（volume computed tomography dose index，CTDIvol）和劑量長(zhǎng)度乘積（dose length product，DLP）。

1.3 骨密度測(cè)量 使用DXA 測(cè)定腰椎前后位L1～L4的骨密度值及各椎體對(duì)應(yīng)T值。掃描參數(shù)：管電壓140/100 kV，管電流2.5 mA。參照中華醫(yī)學(xué)會(huì)骨質(zhì)疏松和骨礦鹽疾病學(xué)會(huì)推薦診斷標(biāo)準(zhǔn)：T值≥-1 SD 為骨量正常；-2.5 SD

1.4 CT 后處理及測(cè)量方法 將雙能CT 掃描經(jīng)SAFIRE 重建的80 kV 及135 kV 兩組薄層數(shù)據(jù)圖像，經(jīng)后處理獲得單能量圖像傳送至Vitrea 工作站。在軸位圖像上對(duì)L3、L4 椎體骨松質(zhì)進(jìn)行測(cè)量。在椎體正中平面及上下相鄰兩個(gè)層面手工勾勒感興趣區(qū)（ROI），避開椎體中央靜脈區(qū)域及骨皮質(zhì)區(qū)，選用ROI=（130±10）mm2進(jìn)行測(cè)量。軟件自動(dòng)生成能譜曲線。在能譜曲線上選取CT40（40 keV）和CT70（70 keV）兩點(diǎn)為參考點(diǎn)，CT40 和CT70 分別為ROI 在40 keV 與70 keV 單能量點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的CT值。能譜曲線斜率λHu=（|CT40 keV－CT70 keV|）/（70－40）[6]。于相同椎體層面上測(cè)量橫斷面骨鈣CT值。求得同一椎體3個(gè)層面所測(cè)值的平均值，作為此椎體的相應(yīng)測(cè)量值。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 應(yīng)用SPSS 19.0軟件，非正態(tài)分布的計(jì)量資料以中位數(shù)（四分位間距）表示，應(yīng)用Mann-Whitney U 檢驗(yàn)比較骨質(zhì)疏松組和無骨質(zhì)疏松組椎體各CT 測(cè)量參數(shù)間的差異；對(duì)腰椎DXA 測(cè)量的T值及BMD值與雙能CT 所測(cè)腰椎骨鈣CT值及能譜曲線斜率行Spearman 相關(guān)分析；2個(gè)椎體間CT 測(cè)量參數(shù)比較采用Kruskal-Wallis 檢驗(yàn)。P<0.05 表示有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 能譜曲線、骨鈣CT值與椎體DXA 參數(shù)的關(guān)系 能譜曲線顯示，隨著keV 水平增高，椎體CT值呈減低趨勢(shì)，曲線切線斜率亦逐漸減?。▓D1、2）。骨質(zhì)疏松組患者椎體能譜曲線斜率及骨鈣CT值均低于非骨質(zhì)疏松組，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.01，表1）；L3 與L4 椎體之間能譜曲線斜率及骨鈣CT值差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05）。L3 能譜曲線斜率與 DXA 椎體 T值、骨密度均呈顯著正相關(guān)（r=0.59、0.59，P<0.01）；L4 能譜曲線斜率與DXA椎體T值、骨密度均呈顯著正相關(guān)（r=0.62、0.63，P<0.01）；L3 骨鈣CT值與DXA 椎體T值、骨密度亦均呈顯著正相關(guān)（r=0.61、0.61，P<0.01）；L4 骨鈣CT值與DXA 椎體T值、骨密度亦均呈顯著正相關(guān)（r=0.57、0.57，P<0.01，圖3、4）。

2.2 輻射劑量 本組病例腰椎雙能CT 掃描CTDIvol為11.8～13.6 mGy，平均（12.3±1.6）mGy；DLP 為110.2～145.5 mGy·cm，平均（131.0±28.8）mGy·cm。

3 討論

骨質(zhì)疏松癥是一種以骨量低下、骨微結(jié)構(gòu)損壞，導(dǎo)致骨脆性增加，易發(fā)生骨折為特征的全身性疾病[7]。在50歲以上女性人群中，1/3 會(huì)發(fā)生骨質(zhì)疏松性骨折[8]。流行病學(xué)調(diào)查顯示，約41.2%的老年人在65歲以后會(huì)發(fā)生骨質(zhì)疏松性骨折，男女比為1︰4。其中，椎體骨折占59.8%，股骨頸骨折占17.7%[9]。術(shù)前明確骨折患者是否合并骨質(zhì)疏松對(duì)手術(shù)治療策略，尤其是手術(shù)方式的選擇，以及術(shù)后療效至關(guān)重要[10]。目前臨床多采用先行X線檢查或CT檢查診斷骨折后，再進(jìn)行腰椎及髖關(guān)節(jié)骨密度測(cè)量，從而延長(zhǎng)了患者的檢查時(shí) 查時(shí)間；且嚴(yán)重骨折患者不易反復(fù)搬動(dòng)，不適合行骨密度測(cè)量。雙能CT 一次檢查可同時(shí)完成腰椎骨折的診斷及椎體骨密度測(cè)量。

能譜曲線是物質(zhì)的衰減（即CT值）隨X線能量變化的曲線，反映了物質(zhì)的化學(xué)構(gòu)成，由此可區(qū)分物質(zhì)的化學(xué)成分[11]。每種物質(zhì)均有其特定的能譜曲線，不同能譜曲線代表不同的組織成分和病理學(xué)類型。

本研究顯示，在單能量圖像的能譜曲線中各能級(jí)點(diǎn)上骨質(zhì)疏松組與非骨質(zhì)疏松組患者椎體CT值差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。骨質(zhì)疏松組能譜曲線斜率顯著低于非骨質(zhì)疏松組，推測(cè)其原因是由于骨質(zhì)疏松患者骨礦物質(zhì)含量減少，椎體松質(zhì)骨骨量減少，骨密度減低，骨小梁數(shù)目減少，X線透過人體后的衰減值降低，即表現(xiàn)為CT值下降[12]。因此，腰椎能譜曲線可以較敏感地反映骨量下降和骨質(zhì)疏松情況。

圖1 女，53歲，骨量正常。T值-0.4，在L3 椎體橫斷面圖像勾畫ROI（A）；能譜曲線斜率為22（B）；L3 椎體鈣質(zhì)分布情況（C）

圖2 女，63歲，骨質(zhì)疏松。T值-2.6，在L3 椎體橫斷面圖像勾畫ROI（A）；能譜曲線斜率為10.3（B）；L3 椎體鈣質(zhì)分布情況（C）

表1 雙能CT對(duì)非骨質(zhì)疏松組與骨質(zhì)疏松組各椎體的測(cè)量結(jié)果[中位數(shù)（四分位間距）]

圖3 L3 椎體能譜曲線斜率與椎體DXA 參數(shù)總骨密度值（A）及椎體T值（B）的相關(guān)性

圖4 L3 椎體骨鈣CT值與椎體DXA 參數(shù)T值（A）及椎體骨密度（B）的相關(guān)性

腰椎是人體的承重部位。腰椎椎體含有大量的松質(zhì)骨，其骨小梁的表面積遠(yuǎn)大于骨皮質(zhì)，并且其代謝轉(zhuǎn)換率是皮質(zhì)骨的8 倍[13]?；谏鲜隼碚?，本研究中在椎體骨松質(zhì)中選取ROI，有利于早期發(fā)現(xiàn)骨質(zhì)疏松。L3 椎體作為腰椎的中心部位，其骨量的改變可充分反映腰椎乃至全身骨量變化，敏感地預(yù)測(cè)骨質(zhì)疏松的情況[12]。

雙能CT能夠?qū)氢}質(zhì)體積及骨鈣質(zhì)CT值進(jìn)行定量測(cè)量，可精確地反映骨細(xì)微結(jié)構(gòu)的變化及其真實(shí)骨密度，從而早期發(fā)現(xiàn)骨量流失，更好地預(yù)測(cè)骨質(zhì)疏松癥[14]。

雙能CT 通過并行采集技術(shù)一次性掃描或兩次旋轉(zhuǎn)kV-mA 切換系統(tǒng)進(jìn)行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。利用這一原理可以對(duì)椎體中的鈣進(jìn)行雙能CT 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)量骨密度[15-16]。

Woisetschl?ger 等[17]應(yīng)用腹部雙能CT對(duì)腰椎容積骨密度進(jìn)行研究，結(jié)果顯示，雙能CT平掃及靜脈期增強(qiáng)掃描時(shí)腰椎容積骨密度與雙能X線測(cè)量的骨密度呈顯著正相關(guān)。王平等[15]應(yīng)用雙能CT 與定量CT技術(shù)對(duì)腰椎骨密度進(jìn)行對(duì)照研究，結(jié)果顯示，腰椎骨鈣CT值與腰椎骨密度值呈顯著正相關(guān)。本研究結(jié)果顯示，腰椎雙能CT 所測(cè)椎體骨鈣CT值與DXA 所測(cè)椎體T值及骨密度均呈顯著正相關(guān)，提示雙能CT的腰椎骨鈣CT值測(cè)量能夠精確地反映腰椎骨密度，對(duì)骨質(zhì)疏松的評(píng)估及預(yù)防有較好的臨床應(yīng)用價(jià)值。

本研究的局限性為病例中腰椎雙能CT 掃描的平均輻射劑量DLP 為131 mGy·cm，低于常規(guī)上腹部CT平掃劑量，高于DXA 的劑量。臨床工作中應(yīng)用雙能CT 診斷其他疾病的同時(shí)診斷骨質(zhì)疏松，即骨質(zhì)疏松的機(jī)會(huì)性篩查。

總之，腰椎雙能CT能譜曲線及其骨鈣CT值與DXA 所測(cè)T值及BMD值明顯相關(guān)，可定量反映腰椎骨密度的變化。因此，雙能CT 用于診斷腰椎骨質(zhì)疏松具有廣闊的臨床應(yīng)用前景。