基于不同管電壓下腰椎定量CT骨密度測(cè)量臨床研究

劉艷瑩，胡昊，李萬(wàn)忠，陳國(guó)棟，王玲，王巖

骨質(zhì)疏松癥是好發(fā)于中老年人的常見(jiàn)慢性疾病，導(dǎo)致中老年人的生活質(zhì)量下降，同時(shí)也加重了醫(yī)療負(fù)擔(dān)[1，2]。定期對(duì)老年人群骨密度進(jìn)行測(cè)量能及時(shí)監(jiān)測(cè)骨量的變化、明確骨質(zhì)疏松診斷，進(jìn)而指導(dǎo)臨床，達(dá)到預(yù)防、治療的目的。定量CT(quantitative CT，QCT)和雙能X線骨密度儀(dual-energy X-ray absorptiometry，DXA)是目前國(guó)際社會(huì)廣泛應(yīng)用的骨密度測(cè)量方法，二者相較，QCT測(cè)得的骨密度結(jié)果更精準(zhǔn)、操作更便捷[3,4]。然而CT檢查的輻射劑量一向是大眾廣泛關(guān)注的問(wèn)題。目前臨床工作中肺CT檢查時(shí)管電壓設(shè)置范圍為100～140 kV，而QCT測(cè)量腰椎BMD診斷標(biāo)準(zhǔn)則規(guī)定以120 kV管電壓進(jìn)行腰椎掃描能獲得腰椎BMD真值。管電壓、管電流、圖像噪聲等作為CT檢查的重要參數(shù)，一旦改變將會(huì)對(duì)患者的輻射劑量、圖像質(zhì)量及CT值測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生影響[5，6]。降低管電壓是常用的低劑量掃描方法，學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)肺CT聯(lián)合椎體QCT一站式掃描有助于降低輻射劑量且降低醫(yī)療成本[7]。本研究分別采用低管電壓100kV和標(biāo)準(zhǔn)管電壓120 kV兩種掃描條件下對(duì)腰椎進(jìn)行QCT骨密度測(cè)量，比較兩種管電壓條件下測(cè)量結(jié)果的差異，并探討其校正方法，力求在減低患者輻射劑量的同時(shí)提供真實(shí)的腰椎骨密度值，為低劑量QCT掃描技術(shù)在臨床骨密度測(cè)量提供參考依據(jù)。

材料與方法

1.研究對(duì)象及分組

本研究為全國(guó)QCT疾病大數(shù)據(jù)多中心研究項(xiàng)目，并經(jīng)盤(pán)錦遼油寶石花醫(yī)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)，招募2021年10月至2022年1月于本院進(jìn)行低劑量肺CT聯(lián)合腰椎QCT體檢人群中檢出疑似肺部炎性病變，進(jìn)而需進(jìn)一步CT復(fù)查的人群為志愿者，兩次掃描時(shí)間間隔1～4周，簽署知情同意書(shū)。志愿者排除標(biāo)準(zhǔn)：曾發(fā)生骨折或進(jìn)行腰椎手術(shù)、患有惡性腫瘤、嚴(yán)重的代謝性疾病，近期使用過(guò)影響骨代謝的產(chǎn)品或藥物，測(cè)量前1周內(nèi)使用過(guò)碘對(duì)比劑、進(jìn)行CT檢查的患者。本研究共入組122例，其中男67例，女55例，年齡23～58歲，平均年齡(41.86±7.57)歲。根據(jù)兩次檢查管電壓不同分為100 kV組和120 kV組。

2.檢查方法

使用聯(lián)影128層螺旋CT掃描機(jī)(uCT760)、美國(guó)Mindways公司的QCT(model3)校準(zhǔn)體模對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行先后兩次掃描。兩次掃描管電壓分別設(shè)置為100 kV和120 kV，其余掃描條件相同。管電流60 mA，螺距1.0875：1，床高145 cm，層厚1 mm，旋轉(zhuǎn)時(shí)間0.5 s，F(xiàn)OV 500 mm×500 mm，采用體部重建。將校正體模平行于脊柱長(zhǎng)軸放置于掃描床上，固定于胸、腰椎的位置，被檢者仰臥于CT掃描床，雙手上舉并抱頭，腰骶部與體模盡量貼緊，同時(shí)進(jìn)行體模與人體的掃描，掃描范圍自胸廓入口至腰2椎體下緣水平。

3.骨密度測(cè)量方法

將容積數(shù)據(jù)傳至QCT PRO工作站，使用Mindways公司的5.0.3 Version QCT PRO的3D spine exam analysis進(jìn)行椎體松質(zhì)骨的骨密度測(cè)量，半自動(dòng)設(shè)置ROI，層厚為9 mm，盡量避免增生、硬化、骨島、骨皮質(zhì)、各椎小關(guān)節(jié)以及椎后靜脈入口處骨小梁缺少區(qū)的測(cè)量，由兩位高年資主治醫(yī)師采取雙盲法分別測(cè)量每個(gè)患者的L1、L2椎體骨密度，取兩椎體骨密度的平均值作為腰椎的骨密度值。

4.骨質(zhì)疏松的診斷標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)中國(guó)定量CT(QCT)骨質(zhì)疏松癥診斷指南 (2018)：骨量正常者骨密度的絕對(duì)值應(yīng)>120 mg/cm3，骨密度絕對(duì)值處于80～120 mg/cm3之間則為低骨量，骨密度絕對(duì)值<80 mg/cm3即可判定為骨質(zhì)疏松[8]。

5. 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

結(jié) 果

1.不同管電壓下腰椎骨密度均值的比較(圖1)

圖1 體檢人員間隔20d掃描測(cè)得的L1、L2骨密度值。a) 100kV管電壓; b) 120kV管電壓。

100 kV組與120 kV組BMD均值分別為(166.69±33.63) mg/cm3、(163.39±33.53) mg/cm3，100 kV組BMD均值高于120 kV組，經(jīng)配對(duì)t檢驗(yàn)，t=12.330,P=0.000,兩組間骨密度值差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，即隨著管電壓的增高，腰椎骨密度值減低。兩組不同管電壓下BMD測(cè)量結(jié)果比較，ICC=0.996，P=0.000，即兩組間BMD相關(guān)性較好,一致性高。

圖2 不同管電壓下骨密度測(cè)量結(jié)果一致性分析。 圖3 不同管電壓下骨密度測(cè)量結(jié)果回歸分析。注 ：BMD100kV， 100kV管電壓下測(cè)得的腰椎骨密度；BMD120kV，120kV管電壓下測(cè)得的腰椎骨密度。

2.不同管電壓下骨密度測(cè)量結(jié)果一致性分析

不同管電壓下骨密度測(cè)量結(jié)果Bland-Altman一致性分析(圖2)。在一致性界限范圍以內(nèi)，100 kV組與120 kV組腰椎BMD差值的絕對(duì)值最大值12.51，差值平均值3.298，95%一致性界限(LoA) x±1.96s為(-2.493，9.089)，96.7%(118/122)的點(diǎn)位于95%LoA之內(nèi)，兩次測(cè)量結(jié)果一致性較高。

3.不同管電壓下骨密度測(cè)量結(jié)果回歸分析

100 kV與120 kV掃描條件下測(cè)得的BMD值呈高度正相關(guān)，r=0.9961，95%CI=(0.9945,0.9973)，P<0.0001。兩組結(jié)果線性回歸分析(圖3)，將120 kV下測(cè)得的腰椎BMD值設(shè)為因變量(Y)，100 kV下的腰椎BMD值設(shè)為自變量(X)，根據(jù)Y=aX+b,R2，得出回歸方程，即BMD120 kV=0.9932×BMD100 kV-2.160,R2=0.9923。

討 論

骨質(zhì)疏松癥是一種以骨微結(jié)構(gòu)改變導(dǎo)致的單位體積骨量較少、骨組織進(jìn)行性破壞的一種全身代謝性疾病，我國(guó)尤以中老年人多見(jiàn)。骨質(zhì)疏松嚴(yán)重者最終可演變?yōu)榇嘈怨钦郏踔劣兄職堬L(fēng)險(xiǎn)，嚴(yán)重影響了中老年患者的生活質(zhì)量[9]。定期檢測(cè)骨密度能夠及時(shí)反映骨量的變化，指導(dǎo)臨床預(yù)防、治療骨質(zhì)疏松，提高患者的生活質(zhì)量。研究表明腰椎BMD可用于評(píng)估總體骨骼健康的指標(biāo)[10]，本研究選取肺CT聯(lián)合腰椎QCT健康體檢患者中需進(jìn)一步檢查的人群，在不額外增加患者輻射劑量的同時(shí)進(jìn)行不同管電壓下的QCT腰椎BMD測(cè)定，以評(píng)價(jià)不同管電壓下的腰椎骨密度值間的相關(guān)關(guān)系，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)體檢人群低管電壓下的腰椎骨密度精準(zhǔn)測(cè)量，降低患者的輻射風(fēng)險(xiǎn)。

CT已成目前臨床檢查中輻射占比較高的部分，關(guān)于放射線檢查的輻射劑量及防護(hù)問(wèn)題愈發(fā)受到人們的重視[11]。臨床建議肺部及其他檢查部位盡可能應(yīng)用低劑量CT檢查，在保證圖像質(zhì)量及診斷需求的同時(shí)盡可能減輕患者檢查過(guò)程中所受的輻射劑量[5，12]。既往研究表明[13-15]通過(guò)降低管電壓、管電流、縮短曝光時(shí)間和使用迭代算法等可有效減低輻射劑量。Kubo T等[11]研究發(fā)現(xiàn)管電壓與患者的輻射劑量密切相關(guān)，降低受檢者輻射劑量，核心在于降低管電流和管電壓。本研究中通過(guò)將不同管電壓下的腰椎BMD值對(duì)比發(fā)現(xiàn)，管電壓與BMD值呈反比，與既往學(xué)者研究結(jié)果相一致。

不同管電壓下BMD值改變，推測(cè)其作用機(jī)理如下：管電壓與X線的穿透力呈正比，即隨著管電壓的增加，X線穿透力增加，圖像的空間分辨率隨之增加，另外，因X線的輻射劑量與管電壓的平方呈正比，故而增加管電壓的同時(shí)，輻射劑量顯著增加[16，17]；改變管電壓的同時(shí)，X線通過(guò)人體組織產(chǎn)生的衰減程度不同，進(jìn)而導(dǎo)致局部組織CT值發(fā)生變化[18]。當(dāng)管電壓減低時(shí)，X線穿透力減弱，光電效應(yīng)增加而康普頓效應(yīng)減小[19]，圖像質(zhì)量減低，同時(shí)探測(cè)器對(duì)X線光子的吸收也有所減低，導(dǎo)致局部組織CT值增加，因QCT腰椎BMD測(cè)量時(shí)是椎體與體模同時(shí)進(jìn)行掃描，利用BMD與CT值的換算公式：BMD=[(Hb-Hw)/(Hk-Hw)]×Ck，Ck為體模材料中骨礦替代物質(zhì)濃度，Hb、Hk、Hw分別為骨、體模、水的CT值[20]。故而低管電壓QCT測(cè)得的腰椎BMD值略高于常規(guī)測(cè)量值[21，22]。

相較王予生等[22]對(duì)不同管電壓下歐洲體模的BMD差異研究，本研究中兩組管電壓間BMD均值差異較小，僅3 mg/cm3。這可能是因?yàn)楸狙芯窟x取體檢人群進(jìn)行掃描，且志愿者多為中、青年，受X線能量的改變產(chǎn)生衰減變化較小，故而不同管電壓下的BMD差異小。而體模受空氣偽影和線束硬化等CT掃描條件影響較大，因而在管電壓變化時(shí)可能相對(duì)測(cè)量結(jié)果差異較大。不同管電壓下的BMD差值雖有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，但從臨床角度上來(lái)說(shuō)3 mg/cm3的BMD差異對(duì)臨床診療意義不大。在低劑量肺CT聯(lián)合腰椎QCT體檢中，100 kV管電壓下測(cè)得的腰椎BMD近似于常規(guī)120 kV管電壓下的測(cè)量的腰椎BMD值，也可利用校正公式計(jì)算出真實(shí)的腰椎BMD值，進(jìn)而按照國(guó)際骨質(zhì)疏松診斷標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行骨量分類，為體檢人群定期骨量評(píng)估提供參考依據(jù)。

本研究不足之處：(1)本研究是基于既往學(xué)者進(jìn)行的大量腰椎BMD與管電壓間關(guān)系而展開(kāi)的前瞻性研究，旨在探索不同電壓下的腰椎骨密度值的差異、相關(guān)關(guān)系并得出回歸方程，就本中心研究而言不同掃描條件下，采集的圖像質(zhì)量基本相同，對(duì)腰椎骨密度值的評(píng)估有參考價(jià)值，但目前國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究甚少，故而本研究可循參照較少；(2)本中心研究樣本量相對(duì)較小、年齡組構(gòu)成以青、中年為主，研究結(jié)果的準(zhǔn)確性可能與全國(guó)多中心研究結(jié)果產(chǎn)生差異。故而，該項(xiàng)研究還需相關(guān)領(lǐng)域?qū)W者進(jìn)行大樣本、多中心研究，探討適宜中國(guó)人群的不同管電壓下的骨密度換算公式，得出更為科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)慕Y(jié)論。

綜上所述，據(jù)本研究結(jié)果表明100 kV與120 kV管電壓下腰椎骨密度測(cè)量結(jié)果相近，且呈顯著正相關(guān)，利用回歸方程可實(shí)現(xiàn)100 kV低管電壓下的腰椎BMD值測(cè)算，得出人體腰椎BMD真值。便于廣泛應(yīng)用到健康體檢人群當(dāng)中，在降低受檢者輻射風(fēng)險(xiǎn)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)骨密度的精確監(jiān)測(cè)、評(píng)估，為骨質(zhì)疏松的預(yù)防、也為今后多中心相關(guān)研究提供參考依據(jù)。