腹部脂肪含量對(duì)低毫安定量CT測(cè)量腰椎體模骨密度的影響

王育嬌 韓合理 史郁婷,3 葉航 姚寧 郁萬(wàn)江*

1.青島大學(xué)附屬青島市市立醫(yī)院放射科，山東 青島 266011 2.大連醫(yī)科大學(xué)研究生院，遼寧 大連 116044 3.濰坊醫(yī)學(xué)院研究生院，山東 濰坊 261053

骨質(zhì)疏松癥是一種以身體骨骼功能衰退，可引起骨折為特征的全身性骨病[1]。骨密度(bone mineral density, BMD)測(cè)定在骨質(zhì)疏松癥預(yù)防中具有重要作用,QCT通過(guò)對(duì)CT三維容積數(shù)據(jù)的研究,可以很靈敏的反映BMD改變，因此QCT對(duì)測(cè)定BMD有著巨大的優(yōu)越性，目前已廣泛應(yīng)用于臨床[2-4]。臨床測(cè)量BMD時(shí)，除了正常體重人群，也包括超重/肥胖人群，腹部脂肪被認(rèn)為是肥胖相關(guān)疾病的一個(gè)重要因素[5]，不同人群腹部脂肪含量存在很大的差異。有研究表明[6]腹部脂肪含量對(duì)常規(guī)QCT測(cè)量BMD的準(zhǔn)確性有一定影響，但是對(duì)具體影響程度未進(jìn)行過(guò)系統(tǒng)研究。隨著全民健康意識(shí)的提升，低毫安 CT掃描技術(shù)已逐步成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)。相關(guān)文獻(xiàn)顯示[7]，低毫安CT掃描在降低輻射劑量的同時(shí)，也為患者提供了巨大的診斷潛力。此外，高冰等[8]研究表明低毫安QCT可以準(zhǔn)確測(cè)量不同體質(zhì)量指數(shù)(body mass index,BMI)人群的BMD，卻未考慮到腹部脂肪含量對(duì)BMD測(cè)量的影響。目前，腹部脂肪組織對(duì)低毫安QCT測(cè)量BMD的影響尚無(wú)明確定論，因此，本研究模擬了不同含量腹部總脂肪組織(total adipose tissue，TAT),旨在探討TAT對(duì)低毫安QCT測(cè)量BMD準(zhǔn)確性的影響。

1 資料與方法

1.1 研究對(duì)象

采用同一個(gè)ESP(德國(guó)ORM公司編號(hào)145)進(jìn)行測(cè)量分析。它是一種模擬人體腰椎的體模，可用來(lái)對(duì)骨密度測(cè)量?jī)x器進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化和相互校準(zhǔn)，對(duì)雙能吸收測(cè)定法(dual X-ray absorptiometry，DXA)和QCT均有效。ESP包括3個(gè)松質(zhì)骨骨密度不等的椎體。3個(gè)椎體的松質(zhì)骨羥基磷灰石密度分別是L1(50 mg/cm3)、 L2(102 mg/cm3)和L3(197 mg/cm3)，依次代表骨質(zhì)疏松、骨量減低、骨量正常。選取3塊大小不等的新鮮豬離體脂肪模擬人體不同含量腹部脂肪組織，將其分別均勻包裹于ESP周圍，先后接受常規(guī)腰椎QCT及低毫安腰椎QCT掃描，見圖1A。

1.2 儀器與方法

采用256排GE Revolution CT (美國(guó)威斯康星州沃克夏)行腰椎掃描,掃描前行QCT質(zhì)量控制 (quality assurance, QA)。將體模置于檢查床上，采用常規(guī)QCT和低毫安 QCT對(duì)裹有不同腹部脂肪組織含量的體模重復(fù)進(jìn)行10次掃描，床高172 cm，掃描范圍自L1上緣至L3下緣。掃描參數(shù):管電壓 120 kV,探測(cè)器寬度為80 mm，螺距0.992∶1,球管轉(zhuǎn)速0.8 s/r，噪聲指數(shù)為6.0，顯示視野(display field of view，DFOV)50 cm,掃描層厚及層間距均為5 mm。常規(guī)QCT 管電流：200～500 mA;低毫安QCT管電流：40 mA。記錄每次掃描的容積CT劑量指數(shù) (volume CT dose index, CTDIvol)和劑量長(zhǎng)度乘積(DLP)。掃描結(jié)束重建層厚1.25 mm 薄層圖像,并上傳至QCT工作站(版本3.0 Mindways Software，Inc.美國(guó)德克薩斯州奧斯汀),在椎體正中層面分別設(shè)置圓形ROI，面積均為225 mm2，避開椎體骨皮質(zhì)及椎后靜脈叢區(qū),測(cè)量其BMD，見圖1B。

1.3 分組

Zeng等[9]研究顯示大部分中國(guó)人群腹部TAT在150～350 cm2之間。因此，本研究采用不同面積的新鮮豬離體脂肪模擬人體腹部脂肪，通過(guò)QCT中的Tissue Composition Analysis功能測(cè)得TAT，見圖1C。根據(jù)TAT不同，將其分為四組：TAT=0、200、320、420 cm2組，其中TAT=420 cm2約為臨床超重/肥胖人群的腹部TAT平均水平。

圖1 L1～3椎體骨密度的定量CT測(cè)量Fig.1 Quantitative CT measurements of bone mineral density in L1-3 vertebra注：A：選取新鮮豬離體脂肪均勻包裹ESP示意圖，床高172 cm；B：選取L1～3 ROI示意圖 ，矢狀位CT圖像選擇中間層面(黃色方框區(qū)域)，于相應(yīng)軸位CT圖像中選擇ROI(紅色橢圓區(qū)域)，大小均為225 mm2；C：QCT測(cè)量體模L2中心層面腹部脂肪，綠色光圈外藍(lán)色部分為腹部總脂肪。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

2 結(jié)果

2.1 低毫安QCT BMD測(cè)量值與體模真實(shí)值比較

表1顯示各組BMD測(cè)量值與真實(shí)值均具有顯著差異(P<0.05)。

表1 L1～3椎體測(cè)量值與真實(shí)值的比較Table 1 Comparison of L1-3 vertebral body measurements with true values

圖2 不同TAT條件下低毫安QCT各組BMD測(cè)量值組內(nèi)差異比較Fig.2 Comparison of the differences between the BMD measurements of each group under different TAT conditions of the low-mA QCT注：豎條紋柱：低毫安QCT掃描;*P<0.05。

2.2 低毫安QCT在不同TAT條件下各椎體BMD測(cè)量值組內(nèi)差異比較

圖2表明，L1～3椎體組內(nèi)均存在差異，且以TAT=420 cm2組的BMD測(cè)量值與其余各組比較差異最為顯著(P<0.05)。此外，圖2還顯示出不同含量TAT對(duì)低毫安 QCT測(cè)量BMD的準(zhǔn)確性均有不同程度的影響。

2.3 常規(guī)QCT與低毫安QCT所獲BMD測(cè)量值組間比較

較低TAT組(TAT=0、200、320 cm2)L1～3椎體測(cè)量值間比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)；而TAT=420 cm2時(shí)，L1～3椎體測(cè)量值間均具有顯著差異(P<0.05)。此外，兩種掃描模式所獲BMD均顯示TAT越高，其對(duì)QCT測(cè)量值的影響越大。見圖3。

圖3 常規(guī)QCT與低毫安QCT掃描所獲BMD測(cè)量值組間比較Fig.3 Comparison of BMD measurements of L1-3 vertebrae obtained by routine QCT and low-mA QCT注：橫條紋柱：常規(guī)QCT掃描；豎條紋柱：低毫安QCT掃描；nsP>0.05 ,*P<0.05。

2.4 低毫安QCT BMD測(cè)量值的RMSE與TAT相關(guān)性分析

低毫安QCT所獲各椎體測(cè)量值的RMSE與TAT呈顯著正相關(guān)，即RMSE隨TAT增大而增大，且在相同TAT條件下L1椎體的RMSE最大。見圖4。

圖4 低mA QCT掃描時(shí)TAT與L1～3椎體的RMSE相關(guān)性分析Fig.4 RMSE correlation analysis between TAT and L1-3 vertebrae in low-mA QCT注:L1椎體：圓形標(biāo)記線；L2椎體：方形標(biāo)記；L3椎體：三角形標(biāo)記。

2.5 常規(guī)QCT與低毫安QCT BMD測(cè)量值的RMSE

當(dāng)TAT=420 cm2時(shí)，常規(guī)QCT的RMSE均小于低毫安QCT，見表2。

表2 常規(guī)QCT與低毫安QCT BMD測(cè)量值的RMSETable 2 RMSE of measured BMD in routine and low-mA QCT

2.6 兩種掃描模式輻射劑量比較

常規(guī)QCT與低毫安QCT輻射劑量比較差異具有明顯統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，見圖5。常規(guī)QCT 掃描：DLP 為 190.90～ 477.68 mGy·cm,平均(380.15±105.19) mGy·cm; 低毫安QCT 掃描：DLP 為 32.64～ 43.31 mGy·cm, 平均 (38.77±3.07) mGy·cm。

圖5 常規(guī)QCT與低毫安QCT輻射劑量的比較Fig.5 Comparison of radiation dose between routine QCT and low-mA QCT scans注：nsP>0.05 、*P<0.05。

3 討論

BMD作為人體骨量的主要檢測(cè)指標(biāo)，與骨質(zhì)疏松癥直接相關(guān)[10-12]。肥胖與骨質(zhì)疏松癥的關(guān)系是復(fù)雜的，隨著肥胖現(xiàn)象越來(lái)越普遍，準(zhǔn)確測(cè)量各種人群的BMD具有重要意義。QCT是常用的骨質(zhì)疏松癥檢查方法，能夠準(zhǔn)確測(cè)量椎體BMD，同時(shí)可以預(yù)測(cè)椎體骨折[13-14]。然而QCT與DXA相比，存在輻射劑量較大的劣勢(shì)，因此，低毫安QCT測(cè)量BMD成為了本次研究的重點(diǎn)。

本研究結(jié)果顯示，TAT對(duì)低毫安QCT測(cè)量BMD的準(zhǔn)確性有不同程度的影響。Yu等[15]利用DXA和QCT掃描裹有不同厚度脂肪的ESP，結(jié)果顯示增加的脂肪使QCT BMD測(cè)量的準(zhǔn)確性降低。Zhu等[16]發(fā)現(xiàn)DXA所測(cè)得中老年人較高的內(nèi)臟脂肪組織(visceral adipose tissue，VAT)與BMD降低有關(guān)，提示內(nèi)臟脂肪過(guò)多可能導(dǎo)致BMD下降。本研究結(jié)果表明，隨著TAT增加，低毫安QCT測(cè)量BMD的準(zhǔn)確性降低，這與既往研究在某種程度上是一致的。本研究還發(fā)現(xiàn)，相同TAT條件下，L1椎體的RMSE總是大于L2及L3椎體。這意味著椎體BMD真實(shí)值越低，低毫安QCT的準(zhǔn)確性受TAT影響越大，這種差異的原因目前尚不清楚，需要進(jìn)一步探討。因此臨床上對(duì)于骨量減少及骨質(zhì)疏松較重的患者，用低毫安QCT測(cè)量BMD時(shí)，需謹(jǐn)慎考慮腹部脂肪的影響。

筆者觀察到，低毫安QCT可以準(zhǔn)確測(cè)量一般人群的BMD。當(dāng)TAT<420 cm2，低毫安QCT與常規(guī)QCT測(cè)量結(jié)果無(wú)顯著差異，因此，筆者認(rèn)為一般人群使用低毫安QCT測(cè)量腰椎BMD優(yōu)于常規(guī)QCT。以往研究[17-18]使用低劑量、低管電流掃描ESP測(cè)定椎體BMD，結(jié)果顯示低劑量QCT測(cè)定椎體BMD的精確度高；高冰等[8]對(duì)80例不同BMI的患者進(jìn)行了L1～3低劑量QCT掃描，發(fā)現(xiàn)低劑量QCT可以準(zhǔn)確測(cè)量不同BMI患者的BMD。Zeng等[9]研究表明BMI的差異無(wú)法預(yù)測(cè)VAT與TAT比例的變化，說(shuō)明BMI的高低并不等同于腹部脂肪面積的大小，因此本研究探討了在不同TAT背景下低毫安QCT BMD測(cè)量的準(zhǔn)確性，對(duì)未來(lái)的研究提供了重要的方向。有學(xué)者[19-20]對(duì)患者進(jìn)行不同劑量的腰椎QCT掃描，結(jié)果顯示管電流對(duì)QCT BMD測(cè)量影響不明顯，低劑量掃描能夠保證BMD測(cè)量準(zhǔn)確性，與本研究的結(jié)論是相仿的。相關(guān)文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)[21]低劑量QCT測(cè)量脛骨BMD的準(zhǔn)確性和標(biāo)準(zhǔn)劑量掃描是相似的，雖與本研究對(duì)象略有不同，但結(jié)論仍具有較大的借鑒意義，即低劑量掃描可以準(zhǔn)確測(cè)量BMD。Mei等[22]證實(shí)利用低管電流掃描條件可以對(duì)骨質(zhì)疏松癥進(jìn)行診斷。

本研究結(jié)果表明，常規(guī)QCT更適合超重/肥胖人群的BMD測(cè)量。當(dāng)TAT=420 cm2時(shí)，常規(guī)QCT的RMSE均小于低毫安QCT，即對(duì)于TAT在420 cm2以上的超重/肥胖人群，使用常規(guī)QCT測(cè)量BMD更準(zhǔn)確。QCT采用化合物制作等效水與骨的標(biāo)準(zhǔn)體模，完成體模與測(cè)量部位的同步掃描，利用X線衰減進(jìn)行線性回歸，再轉(zhuǎn)化為vBMD，腹部脂肪對(duì)X線的吸收衰減曲線呈弓背向上的表現(xiàn)，即在CT成像的條件下，脂肪對(duì)X線的吸收是隨著管電壓的增大而增大的。TAT含量越多測(cè)量誤差越大，測(cè)量的準(zhǔn)確性受影響越大。所以對(duì)于超重/肥胖人群，QCT測(cè)量BMD不能完全克服TAT的影響，針對(duì)腹部脂肪含量帶來(lái)的測(cè)量誤差，后期可對(duì)此進(jìn)行校正，以達(dá)到更可靠的結(jié)果。

在確保圖像質(zhì)量的條件下，達(dá)到劑量最低化、診斷效益最高化一直是臨床努力的方向。有相關(guān)論文報(bào)道[23]，通過(guò)自動(dòng)管電流調(diào)制技術(shù)可以達(dá)到和普通胸部CT 掃描一樣的圖像質(zhì)量和放射劑量。輻射劑量取決于多個(gè)掃描參數(shù)，如管電流、管電壓、螺距等，本研究是在管電壓固定的情況下，通過(guò)降低管電流來(lái)減少輻射劑量，與蔣等[17]報(bào)道一致。本研究中，常規(guī)QCT的 CTDIvol大約為低毫安QCT的12倍,與高冰等[8]的結(jié)果相仿。

當(dāng)然，本研究也存在一定的局限性，僅進(jìn)行了體模實(shí)驗(yàn)，未進(jìn)行人體腰椎掃描，有待進(jìn)一步完善。實(shí)際人體中BMD可能受體內(nèi)多種成分的影響，如肋骨、氣體及腸道內(nèi)對(duì)比劑等，在本研究中均未反映出來(lái)。這些成分是否會(huì)影響B(tài)MD測(cè)量的準(zhǔn)確性，值得進(jìn)一步研究。

綜上所述，臨床上采用QCT評(píng)估腰椎BMD時(shí)，對(duì)于一般人群，低毫安QCT可以準(zhǔn)確測(cè)量腰椎BMD，減少輻射劑量，具有極大的臨床實(shí)用價(jià)值；而對(duì)于超重/肥胖人群，常規(guī)QCT測(cè)量腰椎BMD要優(yōu)于低毫安QCT。