能譜CT物質(zhì)分離技術(shù)在腰椎骨贅皮質(zhì)羥基磷灰石和鈣含量中的定量研究

馬歡，萬業(yè)達(dá)

1.天津醫(yī)科大學(xué)研究生院，天津 300070；2.天津市天津醫(yī)院放射科，天津 300299；*通信作者 萬業(yè)達(dá)yd_wan@sina.com

腰椎退行性改變是引起中老年人腰腿疼痛的一種常見病和多發(fā)病，骨贅是退行性骨關(guān)節(jié)炎的典型影像學(xué)表現(xiàn)和病理特征，可以作為退行性骨關(guān)節(jié)炎的診斷標(biāo)準(zhǔn)之一，可能引起關(guān)節(jié)活動度降低和疼痛[1]。椎體骨贅是指從椎體邊緣延伸出來的骨性突出物，隨著年齡增長，椎體發(fā)生骨贅的機(jī)會更大[2-4]。研究顯示，50歲以上中老年人群中，男性的脊柱骨贅發(fā)生率高達(dá)80%，女性高達(dá)60%[5]。臨床常用于診斷腰椎退行性改變的影像學(xué)檢查僅能顯示骨贅的形態(tài)，并不能對骨贅皮質(zhì)進(jìn)行定量分析[6-8]。隨著能譜CT的出現(xiàn)，物質(zhì)分離技術(shù)對物質(zhì)的定量分析成為可能。目前已有研究報(bào)道該技術(shù)利用虛擬非鈣化圖像診斷腰椎退行性骨關(guān)節(jié)病椎間盤突出[9]。本研究擬利用能譜CT中羥基磷灰石（HAP）與水（water）、鈣（Ca）與水（water）兩種基物質(zhì)對分析骨贅皮質(zhì)中HAP和Ca含量，為診斷腰椎退行性改變提供定量研究方法。

1 資料與方法

1.1 研究對象 前瞻性納入2020年9月—2021年1月于天津市天津醫(yī)院行腰椎CT平掃的78例患者共129個椎體，男34例，女44例；年齡50～79歲，平均（64.7±6.4）歲。納入標(biāo)準(zhǔn)：①因腰痛、腿痛、下肢麻木等就診，并行腰椎CT平掃；②椎體前緣上方或下方有且僅有1個骨贅的椎體；③若1位患者多個椎體有骨贅，將骨贅生長方式符合②的錐體均納入本研究。排除標(biāo)準(zhǔn)：骨壞死、骨感染、強(qiáng)直性脊柱炎、腰椎骨折、腰椎結(jié)核、椎體及椎管腫瘤、腰椎行內(nèi)固定、椎體終板發(fā)生改變及椎體前緣有2個骨贅的椎體。本研究經(jīng)天津市天津醫(yī)院倫理委員會批準(zhǔn)（2021醫(yī)倫審018），所有患者檢查前均簽署知情同意書。

1.2 分組 根據(jù)骨贅在CT中的形態(tài)學(xué)表現(xiàn)，將患者分為發(fā)育不完全骨贅（骨贅僅有骨皮質(zhì)）組和發(fā)育完全骨贅（骨贅具有皮質(zhì)骨和松質(zhì)骨）組。兩組根據(jù)年齡進(jìn)一步分為3個亞組：50歲≤年齡＜60歲（組1，骨贅數(shù)分別為24個、5個）、60歲≤年齡＜70歲（組2，骨贅數(shù)分別為40個、27個）和70歲≤年齡＜80歲（組3，骨贅數(shù)分別為21個、12個）。

1.3 檢查方法 采用GE Revolution ES CT進(jìn)行能譜（GSI）掃描?；颊呷⊙雠P位，頭先進(jìn)，雙手上舉交叉抱頭，雙膝屈曲，并在腘窩下方墊一支撐墊，使腰椎盡可能貼近檢查床。掃描過程中選取GSI腰椎協(xié)議，掃描范圍L1～S1，由上到下掃描。掃描參數(shù)：管電壓采用GSI模式，利用高（140 kV）、低（80 kV）電壓瞬時切換獲得兩組能譜數(shù)據(jù)，采用自動管電流模式（GSI assist）：200～485 mA，噪聲指數(shù)9.0，采用螺旋掃描方式，轉(zhuǎn)速0.5 s/圈，螺距0.992∶1，探測器寬度80 mm，層厚5 mm，層間隔5 mm，前置自適應(yīng)迭代算法：40%。重建參數(shù)：74 keV單能量，層厚0.625 mm，層間距0.625 mm，后置自適應(yīng)迭代算法：50%。

1.4 圖像后處理 掃描完成后，將重建出的能譜數(shù)據(jù)傳至AW 4.7工作站。使用GSI viewer生成羥基磷灰石（水）[HAP（water）]和鈣（水）[Ca（water）]基物質(zhì)圖像。測量骨贅皮質(zhì)的HAP和Ca含量。

在HAP（water）和Ca（water）基物質(zhì)圖像中椎體的正中矢狀面上，將顯示視野擴(kuò)大到最大范圍，在骨贅皮質(zhì)中間位置處繪制一個面積為1 mm2的感興趣區(qū)（ROI），并記錄ROI下的HAP和Ca測量值（圖1）。由2名副主任醫(yī)師采用雙盲法按照上述方法分別勾畫ROI，比較2名醫(yī)師勾畫的ROI面積，使用組內(nèi)相關(guān)系數(shù)（ICC）檢驗(yàn)2名醫(yī)師測量結(jié)果的一致性。比較發(fā)育不完全骨贅組和發(fā)育完全骨贅組骨贅皮質(zhì)的測量值和兩組骨贅皮質(zhì)在不同年齡段的測量值。

圖1 發(fā)育不完全骨贅組（A）與發(fā)育完全骨贅組（B）ROI勾畫方法。圓圈為骨贅皮質(zhì)

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 采用SPSS 26.0軟件，使用Kolmogorov-Smirnov檢驗(yàn)評估計(jì)量資料的正態(tài)性，符合正態(tài)分布的計(jì)量資料以±s表示，不同骨贅皮質(zhì)不同年齡段HAP和Ca含量比較采用單因素方差分析，兩兩比較采用LSD法；2名副主任醫(yī)師勾畫的ROI面積以及兩組中骨贅皮質(zhì)HAP和Ca含量比較采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)；計(jì)數(shù)資料以例數(shù)（%）表示，組間比較采用χ2檢驗(yàn)；采用ICC分析2名副主任醫(yī)師測量結(jié)果的一致性。P＜0.05表示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 兩組患者臨床資料比較 發(fā)育不完全骨贅組61例85個椎體，男34個椎體，女51個椎體，平均年齡（64.4±6.9）歲；完全骨贅組34例44個椎體，男19個椎體，女25個椎體，平均年齡（65.1±5.5）歲。兩組年齡和性別分布差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（t/χ2= 0.576、0.121，P＞0.05）。

2.2 ROI面積比較 2名醫(yī)師勾畫的ROI面積分別為（1.02±0.11）cm2和（1.00±0.11）cm2，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（t=0.536，P＞0.05）。

2.3 測量結(jié)果一致性檢驗(yàn) 2名醫(yī)師測量一致性中等（ICC=0.683，P＜0.01）。

2.4 兩組骨贅皮質(zhì)HAP和Ca含量比較 發(fā)育不完全骨贅組骨贅皮質(zhì)HAP和Ca含量均高于發(fā)育完全骨贅組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（t=19.700、18.128，P＜0.001）。

2.5 兩組不同年齡骨贅皮質(zhì)HAP和Ca含量比較 發(fā)育不完全骨贅組不同年齡骨贅皮質(zhì)HAP和Ca含量比較，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P均＞0.05）；發(fā)育完全骨贅組中，組3與組1、組2 HAP和Ca含量差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），組1與組2 HAP和Ca含量差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05），見表1。

表1 發(fā)育不完全骨贅組與發(fā)育完全骨贅組不同年齡段骨贅皮質(zhì)HAP和Ca含量比較（mg/cm3，±s）

表1 發(fā)育不完全骨贅組與發(fā)育完全骨贅組不同年齡段骨贅皮質(zhì)HAP和Ca含量比較（mg/cm3，±s）

注：a與50歲≤年齡＜60歲、60歲≤年齡＜70歲亞組比較，P＜0.05

組別例數(shù)椎體個數(shù)HAP（water）Ca（water）發(fā)育不完全骨贅組 61 85 647.71±89.66 302.47±45.25 50歲≤年齡＜60歲294.36±33.99 60歲≤年齡＜70歲 27 40 645.63±82.60 298.94±45.43 18 24 625.66±72.31 70歲≤年齡＜80歲318.44±53.60 F值 1.887 1.852 16 21 676.88±113.86 P值0.163發(fā)育完全骨贅組 34 44 320.34±89.11 154.50±41.31 0.158 50歲≤年齡＜60歲165.60±33.85 60歲≤年齡＜70歲 19 27 349.99±75.26 164.67±35.39 5 5 281.90±79.69 126.98±46.44a F值 4.546 4.210 70歲≤年齡＜80歲10 12 269.65±98.53a P值0.016 0.022

3 討論

3.1 能譜CT物質(zhì)分離技術(shù)評價腰椎骨贅皮質(zhì)的可行性目前，腰椎退行性改變是造成中老年人腰腿疼痛的主要原因[10]，椎體前緣骨贅形成是腰椎衰老過程中最常見的退行性特征[11]。

在腰椎發(fā)生退行性改變時，產(chǎn)生的骨贅的生長方式與正常骨組織相似，從編織骨過渡到板層骨，并可能繼續(xù)生長[12]。骨贅組織與正常骨組織相同，但細(xì)胞生長無序，軟骨細(xì)胞、鈣化組織及骨化組織排列不規(guī)則[13]。骨贅的生物學(xué)發(fā)育過程表現(xiàn)為軟骨細(xì)胞肥大，隨后發(fā)生軟骨內(nèi)鈣化骨化，進(jìn)一步發(fā)生骨沉積，最終發(fā)育完全形成骨髓腔，形成成熟的骨性骨贅[14-15]。本研究按照骨贅在組織學(xué)中的分期和CT中的形態(tài)學(xué)表現(xiàn)將患者分為發(fā)育不完全骨贅組和發(fā)育完全骨贅組。發(fā)育不完全骨贅是骨贅形成的早期，與骨贅生長過程中的硬化期一致；發(fā)育完全骨贅是骨贅形成的晚期。這一分組反映了骨贅發(fā)育過程中的2個不同時期，因此可以通過骨贅在能譜CT中的形態(tài)觀察骨贅形成的不同時期。

腰椎的穩(wěn)定性非常重要，早期輕、中度骨贅是腰椎不穩(wěn)定的征象，而晚期重度骨贅是脊柱恢復(fù)穩(wěn)定的標(biāo)志[5]。骨的密度與鈣等礦物質(zhì)含量密切相關(guān)，鈣主要以HAP[Ca10（PO4）6（OH）2]的礦物質(zhì)形式存在，因此定量分析腰椎骨贅皮質(zhì)的HAP和Ca含量非常必要，而能譜CT物質(zhì)分離技術(shù)為定量研究提供了更多可能[16-19]。能譜CT利用不同物質(zhì)在不同能量下的X線衰減系數(shù)不同，使用兩種不同能量的X射線束獲得不同的能量數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)單個體素的物質(zhì)分離，以此區(qū)分衰減相等或衰減接近相等的物質(zhì)[20-21]。雙能CT能夠?qū)氢}質(zhì)體積及骨鈣質(zhì)CT值進(jìn)行定量測量，可以精確地反映骨細(xì)微結(jié)構(gòu)的變化及其真實(shí)骨密度[22]。

3.2 腰椎骨贅皮質(zhì)HAP和Ca含量比較 本研究發(fā)現(xiàn)，發(fā)育不完全骨贅組骨贅皮質(zhì)HAP和Ca含量高于發(fā)育完全骨贅組，說明骨贅是不斷發(fā)展變化的，與Junker等[13]的研究結(jié)果一致。

引起腰椎骨贅形成的因素很多，年齡是一個重要因素[2,23]。發(fā)育不完全骨贅組不同年齡段骨贅皮質(zhì)HAP和Ca含量無顯著差異，提示對于發(fā)育早期的骨贅皮質(zhì)而言，其HAP和Ca含量與年齡無關(guān)，即各年齡段均可形成組織學(xué)意義上的早期骨贅。發(fā)育完全骨贅組不同年齡段骨贅皮質(zhì)HAP和Ca含量比較，兩者均表現(xiàn)為70歲≤年齡＜80歲與50歲≤年齡＜60歲、60歲≤年齡＜70歲中骨贅皮質(zhì)存在顯著差異，提示發(fā)育完全骨贅組骨贅皮質(zhì)中HAP和Ca含量隨年齡發(fā)生改變，與不同年齡段體內(nèi)骨質(zhì)演變規(guī)律一致。隨著年齡增長，骨組織逐漸衰老退變，成骨細(xì)胞骨形成活性逐漸降低，破骨細(xì)胞的活性仍較高，骨重建功能顯著衰退，致使骨代謝一直處于較低狀態(tài)[24]。骨贅皮質(zhì)中HAP和Ca含量最終會隨著年齡增長呈下降趨勢。

3.3 本研究的局限性 本研究僅關(guān)注了骨贅發(fā)育的一個特定階段，并未觀察骨贅的整個發(fā)育過程，且樣本量較少，后續(xù)需進(jìn)一步擴(kuò)大樣本量并進(jìn)行長期隨訪以驗(yàn)證這一結(jié)果。

總之，能譜CT不僅可以通過骨贅形態(tài)觀察骨贅發(fā)育的不同時期，還可以利用物質(zhì)分離技術(shù)測定腰椎退行性改變產(chǎn)生的骨贅皮質(zhì)中的HAP和Ca含量，為腰椎退行性改變的定量研究提供了一種有效的方法。

利益沖突 所有作者均聲明不存在利益沖突