定量CT在骨質(zhì)疏松癥診斷中的研究進(jìn)展

楊雙，肖喜剛

(哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院CT室，哈爾濱 150001)

骨質(zhì)疏松癥是一種發(fā)病率較高的慢性骨骼系統(tǒng)疾病，以骨礦物質(zhì)含量減少、骨骼內(nèi)結(jié)構(gòu)退行性變?yōu)橹饕卣鱗1]。中國(guó)居民人群低骨量及骨質(zhì)疏松問題十分嚴(yán)峻，骨質(zhì)疏松癥易造成骨質(zhì)疏松性骨折，是導(dǎo)致高齡人群殘疾甚至死亡的首要原因之一[2]。早期篩查骨質(zhì)疏松并干預(yù)低骨量人群具有良好的成本效益[3]。骨質(zhì)疏松癥初期通常無明顯表現(xiàn)，而延誤骨質(zhì)疏松癥的診療會(huì)增加骨折的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)，最終造成不可逆的骨骼系統(tǒng)疾病?！对l(fā)性骨質(zhì)疏松癥診療指南(2017版)要點(diǎn)解讀》[4]、《中國(guó)老年骨質(zhì)疏松診療指南(2018)》[5]及2018年The US Preventive Services Task Force[6]均認(rèn)為骨密度測(cè)量在骨質(zhì)疏松癥篩查方面具有重要地位。骨密度測(cè)量是中國(guó)骨質(zhì)疏松癥診療的主要依據(jù)。骨密度值是評(píng)估骨質(zhì)疏松癥嚴(yán)重程度的一個(gè)相對(duì)客觀的指標(biāo)。定量CT是一種在常規(guī)CT基礎(chǔ)上測(cè)定機(jī)體骨密度的方法，可依據(jù)三維空間骨組織分布測(cè)量人體任意部位骨骼中每立方厘米體積的骨量[7]。近年來隨著多層螺旋CT技術(shù)的不斷發(fā)展，定量CT對(duì)松質(zhì)骨變化高度敏感、測(cè)量結(jié)果精確，且簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)，有望廣泛用于中國(guó)人群骨密度檢測(cè)?，F(xiàn)就定量CT在我國(guó)骨質(zhì)疏松癥診斷中的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，以期為骨密度測(cè)量提供新型、可靠的方法。

1 基于定量CT的骨密度測(cè)量

1.1基于定量CT的骨密度測(cè)量技術(shù) 定量CT是基于臨床CT掃描技術(shù)的一種骨密度測(cè)量手段，在定期校準(zhǔn)體模的基礎(chǔ)上，通過臨床CT機(jī)的X線衰減原理得到由掃描圖像CT值精確轉(zhuǎn)換成的羥基磷灰石的等效密度[8]。采用定量CT分析軟件測(cè)量骨密度時(shí)，可將感興趣區(qū)選定為椎體中央松質(zhì)骨所在位置，以避開骨皮質(zhì)、骨硬化區(qū)及椎體后靜脈區(qū)域，確保測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性[9]。定量CT能測(cè)定骨骼的大體三維結(jié)構(gòu)，避免復(fù)雜幾何立體形態(tài)對(duì)骨密度值測(cè)量的影響，減小誤差[10]。定量CT還可從多方面評(píng)價(jià)骨皮質(zhì)孔隙中的多孔性結(jié)構(gòu)，靈敏地區(qū)分松質(zhì)骨和皮質(zhì)骨，早期顯示骨骼結(jié)構(gòu)的細(xì)微變化[11-12]，是目前公認(rèn)的有效測(cè)量骨密度的方法。以往定量CT測(cè)定腰椎骨密度的常規(guī)方法是多層螺旋CT采集T12～L3中至少2個(gè)完整椎體的CT圖像(通常選擇L1～2椎體)，然后采用美國(guó)Mindways公司的定量CT Pro系統(tǒng)分析骨密度并計(jì)算得出腰椎骨密度值。美國(guó)Mindways公司的定量CT Pro測(cè)量系統(tǒng)是目前市場(chǎng)上唯一既具有獨(dú)立分析軟件，也配備體模的產(chǎn)品，其測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確，可兼容各種CT設(shè)備。前期定量CT測(cè)量骨密度因輻射劑量較大而受到制約，但隨著科技不斷發(fā)展，已有研究表明應(yīng)用多層螺旋CT進(jìn)行定量CT腰椎低劑量掃描可在保證骨密度測(cè)量準(zhǔn)確的同時(shí)降低輻射劑量[13]。輻射劑量的降低促進(jìn)了定量CT在骨密度檢測(cè)領(lǐng)域的開展，并取得了較為顯著的成效。

1.2基于定量CT的骨密度測(cè)量?jī)?yōu)勢(shì) 雙能X線測(cè)定骨密度受操作對(duì)象、操作方法、機(jī)器品牌及測(cè)量部位的影響[14]，且檢測(cè)的是由骨皮質(zhì)和骨松質(zhì)組成的綜合骨密度，是三維空間分布的骨組織在二維平面的面積投影。雙能X線不能分離皮質(zhì)骨和松質(zhì)骨，導(dǎo)致所測(cè)得的骨密度值出現(xiàn)假性率增高[15]。目前定量CT采用的是Mindways QCT系統(tǒng)，保證了各機(jī)器間骨密度測(cè)量結(jié)果的一致性，并且定量CT測(cè)量的是體積骨密度，體現(xiàn)骨組織在三維空間的分布，單位為g/cm3或 mg/cm3，與骨骼大小無關(guān)。體積骨密度較面積骨密度能靈敏地反映骨量的早期變化，是對(duì)機(jī)體任意骨骼部位進(jìn)行三維層面的測(cè)量而得出實(shí)際意義上的骨密度，且通過在CT圖像上勾畫松質(zhì)骨感興趣區(qū)可排除骨質(zhì)增生、周圍小關(guān)節(jié)退變、椎間盤窄小、終板硬化、主動(dòng)脈硬化等因素的影響[16]。定量CT骨密度測(cè)量的精準(zhǔn)性在于其大幅度降低了由CT掃描設(shè)備和被測(cè)量者自身差異等對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。多項(xiàng)研究表明，定量CT測(cè)量腰椎椎體骨密度的精確度明顯高于雙能X線[17-18]。定量CT選擇性測(cè)量代謝轉(zhuǎn)化率相對(duì)較高的松質(zhì)骨骨密度，能夠在早期發(fā)現(xiàn)機(jī)體骨礦物含量以及骨細(xì)微結(jié)構(gòu)的變化。相關(guān)研究證實(shí)，應(yīng)用定量CT測(cè)定的骨密度值與灰重密度值顯著相關(guān)，測(cè)量出的松質(zhì)骨骨密度能夠精確地反映骨代謝變化[19-21]。定量CT避免了組織重疊投影的缺點(diǎn)，且對(duì)軟組織改變敏感度低[22]，因此定量CT測(cè)量結(jié)果更為精準(zhǔn)。雖然雙能X線是目前認(rèn)知度和認(rèn)可度最高的一種骨密度測(cè)量方法，但我國(guó)醫(yī)療機(jī)構(gòu)中現(xiàn)有雙能X線骨密度測(cè)量?jī)x的數(shù)量遠(yuǎn)不能夠滿足臨床需求[23]。而CT設(shè)備在各醫(yī)療機(jī)構(gòu)中較為普及，定量CT骨密度測(cè)量?jī)H需在現(xiàn)有CT掃描設(shè)備上配備一套質(zhì)控體模和分析軟件即可快速開展，其與臨床CT掃描同步進(jìn)行不額外增加輻射劑量和掃描時(shí)間。定量CT憑借三維成像技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，可最大限度地避免由機(jī)器及人體相關(guān)因素造成的誤差，保證了檢測(cè)結(jié)果的真實(shí)性，且具有開展方便、操作簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，值得臨床廣泛推廣應(yīng)用。

1.3基于定量CT診斷骨質(zhì)疏松癥的理論依據(jù) 骨質(zhì)疏松癥主要由于機(jī)體骨礦鹽含量降低，骨量明顯丟失導(dǎo)致。骨細(xì)胞、成骨細(xì)胞以及破骨細(xì)胞與骨質(zhì)疏松癥密切相關(guān)。機(jī)體骨量的多少是由成骨細(xì)胞與破骨細(xì)胞的平衡決定的[24]，多種因素(如職業(yè)、性別、基因、吸煙、年齡)可影響成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞的活性，使骨吸收大于新骨形成[25]，從而導(dǎo)致全身或局部骨量減少，進(jìn)而引起骨質(zhì)疏松性骨折等一系列嚴(yán)重后果。骨量的變化與骨密度值呈正相關(guān)，測(cè)定骨密度值可判定機(jī)體骨量的變化情況[26-27]。骨密度值是目前公認(rèn)的用來早期篩查與診斷骨質(zhì)疏松癥、判定骨質(zhì)疏松性骨折風(fēng)險(xiǎn)、評(píng)價(jià)骨骼疾病預(yù)后及隨訪監(jiān)測(cè)的最佳評(píng)估參數(shù)[28-29]。骨量丟失通常從松質(zhì)骨開始，Ohlsson等[11]建立了預(yù)測(cè)骨質(zhì)疏松癥的模型并調(diào)整相關(guān)影響因素后發(fā)現(xiàn)，松質(zhì)骨部位的骨密度較早發(fā)生改變，局部血液循環(huán)明顯較皮質(zhì)骨豐富，且代謝轉(zhuǎn)化率是皮質(zhì)骨的8倍。骨量丟失導(dǎo)致的骨密度降低最早發(fā)生在富含松質(zhì)骨的部位[30]。腰椎以松質(zhì)骨為主體，是人體關(guān)鍵的承重器官與日?；顒?dòng)支撐部位，也是骨質(zhì)疏松癥最先影響的部位，腰椎骨密度可作為反映機(jī)體骨代謝狀態(tài)最敏感的指標(biāo)[31-32]。因?yàn)檠稻哂卸ㄎ粶?zhǔn)確、形態(tài)變異小、富含骨松質(zhì)且均勻、骨骼反應(yīng)較靈敏等優(yōu)勢(shì)，而廣泛用于骨質(zhì)疏松癥骨密度的測(cè)量。

2 定量CT在我國(guó)骨質(zhì)疏松癥診斷中的研究現(xiàn)狀

2.1定量CT在我國(guó)骨質(zhì)疏松癥診斷的推薦方法與診斷標(biāo)準(zhǔn) 以往研究證實(shí)了低劑量胸部CT與定量CT骨密度測(cè)量一站式掃描方法的可行性，該方法可以精確測(cè)量腰椎骨密度[33-35]。目前低劑量胸部CT已作為肺癌早期篩查的常規(guī)檢查方法，且大部分住院患者需進(jìn)行胸部CT檢查，利用其中包含腰椎部位的CT掃描數(shù)據(jù)可以在定量CT Pro分析軟件中進(jìn)行二次分析，能同時(shí)完成胸部CT檢查與腰椎椎體骨密度檢測(cè)。這種方法不會(huì)額外增加輻射劑量，有效規(guī)避了定量CT輻射劑量較高的缺點(diǎn)，且更加符合中國(guó)人口基數(shù)大的國(guó)情，因此被《中國(guó)定量CT(QCT)骨質(zhì)疏松癥診斷指南(2018)》所推薦[23]。

目前已初步設(shè)定了中國(guó)人群定量CT腰椎骨密度的正常參考值范圍，其為定量CT的臨床應(yīng)用提供了依據(jù)?！吨袊?guó)定量CT骨質(zhì)疏松癥診斷指南(2018)》[23]指出，國(guó)際臨床骨密度學(xué)會(huì)[36]和美國(guó)放射學(xué)院[37]推薦的關(guān)于腰椎定量CT的診斷標(biāo)準(zhǔn)適用于中國(guó)人群，其標(biāo)準(zhǔn)為正常骨量：骨密度值>120 mg/cm3；低骨量：骨密度值為80～120 mg/cm3；骨質(zhì)疏松：骨密度值<80 mg/cm3。李凱等[38]的研究結(jié)果證實(shí)，國(guó)際定量CT腰椎骨質(zhì)疏松癥診斷標(biāo)準(zhǔn)適用于中國(guó)人群，可作為中國(guó)人群定量CT的診斷依據(jù)。目前經(jīng)過嚴(yán)格質(zhì)控且操作標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的中國(guó)定量CT骨密度測(cè)定可應(yīng)用此診斷標(biāo)準(zhǔn)分析機(jī)體骨量情況進(jìn)而診斷骨質(zhì)疏松癥。

2.2定量CT在我國(guó)骨質(zhì)疏松癥診斷中的應(yīng)用 在中國(guó)CT比較普及的情況下，開展定量CT骨質(zhì)疏松篩查具有重要意義。近年來我國(guó)多個(gè)地區(qū)積極開展定量CT骨密度測(cè)量的研究。由北京積水潭醫(yī)院、解放軍總醫(yī)院健康管理研究院等單位牽頭的中國(guó)健康定量CT大數(shù)據(jù)項(xiàng)目已在全國(guó)多個(gè)合作參與中心開展，是一項(xiàng)前瞻性、多中心、大樣本的隊(duì)列研究，并且此研究也已在美國(guó)臨床試驗(yàn)數(shù)據(jù)庫注冊(cè)，編碼為NCT03699228[39-40]。該項(xiàng)目采用低劑量胸部CT結(jié)合定量CT測(cè)量腰椎骨密度，旨在通過標(biāo)準(zhǔn)化的多地區(qū)、大數(shù)據(jù)庫研究，建立符合中國(guó)人群的腰椎骨密度正常參考值數(shù)據(jù)庫，從而更好地規(guī)范定量CT在骨質(zhì)疏松癥診斷中的應(yīng)用，長(zhǎng)遠(yuǎn)目標(biāo)為建立我國(guó)慢病共病精準(zhǔn)影像評(píng)價(jià)體系、診斷標(biāo)準(zhǔn)和預(yù)測(cè)體系。此全國(guó)范圍內(nèi)的多中心研究可為進(jìn)一步明確中國(guó)人群骨質(zhì)疏松癥的定量CT診斷標(biāo)準(zhǔn)提供更為有效的數(shù)據(jù)參考，確立更為符合中國(guó)地區(qū)人群的定量CT骨質(zhì)疏松癥的精準(zhǔn)診斷標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)可對(duì)不同區(qū)域人群的骨密度值差異進(jìn)行多重分析對(duì)比與總結(jié)，強(qiáng)有力地推動(dòng)定量CT在骨密度測(cè)量領(lǐng)域的發(fā)展，為中國(guó)骨質(zhì)疏松癥人群流行病學(xué)調(diào)查研究提供數(shù)據(jù)支持。后續(xù)仍需根據(jù)研究結(jié)果進(jìn)一步證實(shí)與制訂更為詳盡的診斷標(biāo)準(zhǔn)，為骨質(zhì)疏松癥的規(guī)范診療提供更為科學(xué)、具體的指導(dǎo)。隨著由定量CT測(cè)定的中國(guó)人群正常參考值數(shù)據(jù)庫的逐步完善，定量CT技術(shù)將越來越成熟，也會(huì)更好地應(yīng)用于骨質(zhì)疏松癥的診斷。低劑量胸部CT與定量CT結(jié)合的一站式掃描方法在中國(guó)人群健康管理中有很大的應(yīng)用價(jià)值，并已逐漸成為我國(guó)體檢人群首選的骨密度檢測(cè)方法，未來更有望結(jié)合健康管理中心相關(guān)實(shí)驗(yàn)室指標(biāo)進(jìn)行長(zhǎng)期隨訪研究。這種利用現(xiàn)有CT掃描數(shù)據(jù)與定量CT相結(jié)合的技術(shù)模式值得廣泛應(yīng)用，其對(duì)我國(guó)骨質(zhì)疏松癥的預(yù)防和治療具有推動(dòng)意義。

應(yīng)用定量CT中“3D Spine Exam Analysis”軟件進(jìn)行骨骼多切面檢測(cè)是近年來研究的熱點(diǎn)，其可對(duì)骨骼進(jìn)行多角度、不同切面層次的骨密度測(cè)量[41-42]?；诖思夹g(shù)，患者進(jìn)行一次掃描即可同時(shí)得到骨結(jié)構(gòu)的解剖圖像和骨密度值，且不增加射線劑量。利用CT圖像還可研究特定骨幾何結(jié)構(gòu)及骨力學(xué)變化，對(duì)骨折風(fēng)險(xiǎn)及術(shù)前預(yù)判有輔助作用，同時(shí)可對(duì)已發(fā)生骨折的患者提供數(shù)據(jù)支持，為臨床相關(guān)診治提供強(qiáng)有力的指導(dǎo)。骨質(zhì)疏松癥是成人脊柱進(jìn)行性不穩(wěn)定和畸形發(fā)展的重要影響因素，嚴(yán)重者往往需要進(jìn)行手術(shù)治療，通過定量CT檢測(cè)骨質(zhì)疏松椎體松質(zhì)骨的骨密度可幫助臨床醫(yī)師制訂手術(shù)方案。OKuyama等[43]研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)椎體內(nèi)松質(zhì)骨骨密度為(95±33.3)mg/cm3時(shí)，由于骨強(qiáng)度較低僅靠椎弓根螺釘內(nèi)固定椎體的穩(wěn)定性較差，且易發(fā)生螺釘松動(dòng)、脫出，需采取其他方法以增強(qiáng)內(nèi)固定的穩(wěn)定性。定量CT可應(yīng)用于機(jī)體各部位骨骼骨密度值的測(cè)量，目前對(duì)髖關(guān)節(jié)、頸椎椎骨的研究已證實(shí)了定量CT在檢測(cè)骨密度方面的多樣性和實(shí)用性，定量CT測(cè)量股骨頭與頸椎椎骨重復(fù)性較好，為髖部及頸部骨質(zhì)疏松的診療提供較為可靠的依據(jù)[44-45]。對(duì)于一些慢性病(如糖尿病、類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎[46]、獲得性免疫缺陷綜合征[47])引起的骨質(zhì)疏松癥的檢測(cè)，以及這些疾病應(yīng)用相關(guān)干預(yù)藥物后的療效追蹤研究也正在進(jìn)行中。定量CT對(duì)骨結(jié)構(gòu)細(xì)微變化高度敏感，在早期骨質(zhì)疏松癥篩查及藥物療效方面具有優(yōu)越性，有助于為骨質(zhì)疏松癥患者制訂更有效的診療方案。隨著定量CT的臨床應(yīng)用價(jià)值不斷提高，其在全身多骨骼骨密度檢測(cè)與體格檢查及骨科術(shù)前、術(shù)后、藥物治療效果評(píng)估領(lǐng)域有很大的發(fā)展前景和技術(shù)優(yōu)勢(shì)，對(duì)我國(guó)骨質(zhì)疏松癥精準(zhǔn)評(píng)價(jià)體系的建立有重要作用。

3 小 結(jié)

骨質(zhì)疏松癥人群有逐年增加并逐漸年輕化的趨勢(shì)。對(duì)于骨質(zhì)疏松癥應(yīng)及早進(jìn)行三級(jí)預(yù)防，因此廣泛開展骨密度測(cè)量必不可少。近年來隨著定量CT技術(shù)方法的改良，國(guó)內(nèi)也開展了許多關(guān)于定量CT骨密度測(cè)量診斷骨質(zhì)疏松癥項(xiàng)目的研究。目前國(guó)內(nèi)外均就定量CT在骨密度測(cè)量中的重要價(jià)值達(dá)成共識(shí)，其測(cè)量骨密度的精確性也得到驗(yàn)證。中國(guó)應(yīng)用定量CT測(cè)量骨密度診斷骨質(zhì)疏松癥的研究已初見成效，并在現(xiàn)有數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上初步建立了符合中國(guó)人群的腰椎定量CT診斷標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)量方法的選擇與應(yīng)用更符合中國(guó)國(guó)情?？傊?，定量CT在臨床中有顯著的優(yōu)越性，有望逐步代替雙能X線成為常用骨密度測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)方法。

隨著定量CT在骨質(zhì)疏松癥領(lǐng)域研究的深入，未來可納入骨質(zhì)疏松癥相關(guān)危險(xiǎn)因素，探究其對(duì)骨密度值變化的影響，從而為骨質(zhì)疏松癥防治策略提供方向、為建立骨質(zhì)疏松癥相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)模型提供指導(dǎo)。同時(shí)在全國(guó)開展骨量丟失率及骨質(zhì)疏松癥發(fā)病率的調(diào)查研究，為骨質(zhì)疏松流行病學(xué)調(diào)查做出貢獻(xiàn)。