雙能CT腰椎定量測量預(yù)測骨質(zhì)疏松的臨床研究

熊 躍，姜詠水，韓 丹（通信作者）

（1昆明醫(yī)科大學(xué) 云南 昆明 650100）

（2云南省第一人民醫(yī)院 云南 昆明 650100）

（3昆明醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院影像科 云南 昆明 650100）

骨質(zhì)疏松癥（osteoporosis，OP）是一種以骨量減低及骨組織微結(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[1-2]。骨質(zhì)疏松性骨折（脆性骨折）是其嚴(yán)重并發(fā)癥，可以發(fā)生在全身各個部位，最常見的部位是脊柱、髖部、前臂遠(yuǎn)端和肱骨近端等[3]。隨著我國人口老齡化加劇，骨質(zhì)疏松癥及其并發(fā)癥帶來的老年化社會問題將更加嚴(yán)峻[4]，因此早期診斷和預(yù)防骨質(zhì)疏松至關(guān)重要。臨床主要根據(jù)骨密度（bone mineral density，BMD）診斷骨質(zhì)疏松癥。常用的檢查方法有雙能X線吸收法（dual-energy X-ray absorptiometry，DXA）和定量CT（quantitative CT，QCT）。雙能CT（dual-energy CT，DECT）作為一種新成像技術(shù)，利用不同物質(zhì)在X線下特征性衰減規(guī)律從而分離、鑒別不同組織成分，為疾病的診斷提供多參數(shù)依據(jù)。本研究通過比較DECT測量參數(shù)與BMD的相關(guān)性，探討DECT診斷骨質(zhì)疏松的臨床價值。

1 資料與方法

1.1 一般資料

本研究采用前瞻性設(shè)計，在每位參與者的知情同意下于2021年12月—2022年12月收集腰部雙能CT掃描患者共128例，其中男性患者49例，女性患者79 例，男女比約1:1.61；患者年齡為39～84歲，平均年齡（64.61±10.01）歲；平均體質(zhì)量指數(shù)（body mass index，BMI）為（23.62±3.37）kg/m2。

納入標(biāo)準(zhǔn)：①年齡大于20歲，隨機(jī)選擇非外傷腰痛就診，臨床建議行腰椎CT掃描患者；②志愿參加腰椎DECT定量檢查者；③腰椎體檢者；④行全腹部DECT掃描的患者。排除標(biāo)準(zhǔn)：①腰椎椎體骨折患者；②腰椎或椎間盤內(nèi)固定器植入術(shù)后患者；③椎體成形術(shù)后患者；④骨腫瘤含骨轉(zhuǎn)移患者；⑤近期服用影響骨代謝藥物患者。

1.2 方法

1.2.1 掃描設(shè)備及參數(shù) 腰椎CT掃描采用德國西門子公司SOMATOM Force第三代雙能量開源CT掃描儀，檢查同時將校準(zhǔn)體膜（Pro v5.0；Mindways，Tex）放置在患者腰椎下方?；颊呷⊙雠P位，雙手上舉，頭足方向掃描，掃描范圍自胸12椎體上緣至骶1椎體下緣。掃描時兩個X射線管的設(shè)置是恒定的（管A：電壓90 kV，電流220 mAs；管B：電壓150 kV，帶Sn過濾器，電流138 mAs）。使用自動管電流調(diào)制技術(shù)，準(zhǔn)直128×0.6 mm，螺距0.6。采用高級模擬迭代重組技術(shù)（advanced modeled iterative reconstruction，ADMIRE），強(qiáng)度為3進(jìn)行圖像重組，卷積核Qr 40，A、B X射線管圖像層厚均為1.0 mm，層間隔均為0.7 mm。

1.2.2 后處理工作軟件 將所得圖像傳入Syngo Via Dual Energy后處理工作站，以0.5為線性融合系數(shù)的混合能量圖像（等效120 keV）傳入美國Mindways公司的QCT分析軟件測量BMD值。

1.2.3 輻射劑量 掃描完成后記錄DECT掃描的容積劑量指數(shù)（volume computed tomography dose index，CTDIvol）和劑量長度乘積（dose length product，DLP），CTDIvol和DLP均由機(jī)器自動給出。

1.2.4 分組方法 骨質(zhì)疏松組（A組）：BMD＜80 mg/cm3；骨量減低組（B組）：80≤BMD≤120 mg/cm3；骨量正常組（C組）：BMD＞120 mg/cm3。

1.3 圖像后處理及分析

1.3.1 DECT測量參數(shù)及方法 使用Syngo Via VB10 CT后處理工作站Dual-Energy選項(xiàng)卡中的虛擬平掃（virtual non-contrast，VNC）軟件對圖像進(jìn)行處理分析。參照Luo等[5]定量測量肝組織中鐵含量的方法，對VNC中脂肪、軟組織的CT值和碘的斜率進(jìn)行修正：按Dual-Energy選項(xiàng)卡中Bone Marrow軟件推薦的90 kV、Sn 150 kV管電壓下紅骨髓、黃骨髓的CT值和鈣的斜率，以鈣的斜率1.65替換碘的斜率3.01。在椎體中心層面軸位圖像上對腰1～5椎體進(jìn)行測量，手工沿椎體前部的三分之二處勾勒感興趣區(qū)（ROI），避開骨皮質(zhì)及椎靜脈溝，記錄軟件自動給出的椎體各測量值：鈣的CT值（CM）、混合能量圖像（混合比0.5）的CT值（rCT）、鈣濃度（CaD）和脂肪含量百分比（FF）。

由1名具有10年骨骼肌肉系統(tǒng)影像診斷經(jīng)驗(yàn)的影像科主治醫(yī)師和2年工作經(jīng)驗(yàn)的住院醫(yī)師在后處理工作站完成測量，測量者對測量對象的BMD骨密度結(jié)果并不知情。采用組內(nèi)相關(guān)系數(shù)（intraclass correlation coefficient，ICC）評價兩名醫(yī)師測量結(jié)果的一致性。

1.3.2 QCT測量的BMD CT設(shè)備和QCT分析Mindways軟件使用質(zhì)量控制模型提前校準(zhǔn)。將混合比0.5的CT掃描數(shù)據(jù)導(dǎo)入QCT分析軟件應(yīng)用程序。每個椎體的BMD在包含前椎體三分之二的ROI內(nèi)測量（與DECT的ROI盡可能相同）。每個椎體測量兩次取平均值。

1.4 統(tǒng)計學(xué)方法

采用SPSS 26.0統(tǒng)計軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。符合正態(tài)分布的計量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（）表示，采用t檢驗(yàn)；不符合正態(tài)分布的計量資料采用中位數(shù)及四分位距[M（Q1，Q2）]表示，采用Mann-WhitneyU檢驗(yàn)。使用Pearson檢驗(yàn)和線性回歸分析各測量參數(shù)與BMD間的一致性及相關(guān)性。使用受試者操作特征（receiver operating characteristic，ROC）曲線分析各測量參數(shù)對骨質(zhì)疏松的診斷效能，進(jìn)一步的兩兩比較采用U檢驗(yàn)。以P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 患者基本情況統(tǒng)計分析

患者一般資料見表1。

2.2 DECT腰椎測量結(jié)果

比較骨質(zhì)疏松和非骨質(zhì)疏松、骨量減低和骨量正常椎體各測值間的差異，結(jié)果顯示除FF外，各組椎體的測量參數(shù)間差異均顯著（P＜0.01）。見表2。

表2 DECT測值的差異性

觀察性別對各測量值的影響，除FF外，男性CM、rCT、CaD值均大于女性，差異均有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）。見表3。

表3 性別在雙能CT各測值的差異性（）

表3 性別在雙能CT各測值的差異性（）

測量參數(shù)男性（n=49）女性（n=79）tP腰1鈣CT值180.422±69.269142.086±56.9743.403＜0.01腰1混合CT值149.484±65.512110.992±57.7923.479＜0.01腰1鈣濃度10.157±4.0577.732±3.2313.738＜0.01腰1脂肪分?jǐn)?shù)58.980±11.95859.224±13.6290.103＞0.05腰2鈣CT值162.306±59.940129.657±50.6743.301＜0.01腰2混合CT值127.408±58.64896.322±54.0303.062＜0.01腰2鈣濃度8.949±3.4217.023±2.9903.351＜0.01腰2脂肪分?jǐn)?shù)61.155±9.34260.772±10.0810.215＞0.05腰3鈣CT值157.845±53.864128.829±52.3302.995＜0.01腰3混合CT值121.463±54.58892.801±56.9662.811＜0.01腰3鈣濃度8.692±3.3357.016±2.7873.063＜0.01腰3脂肪分?jǐn)?shù)61.133±9.34263.576±11.3381.265＞0.05腰4鈣CT值163.119±56.841136.230±57.6952.544＜0.05腰4混合CT值124.666±60.11597.822±59.2142.438＜0.05腰4鈣濃度9.189±3.5817.467±3.5402.622＜0.05腰4脂肪分?jǐn)?shù)65.081±12.19264.609±11.2720.220＞0.05腰5鈣CT值191.030±72.536150.153±59.4643.434＜0.01腰5混合CT值145.564±73.567108.563±60.3723.063＜0.01腰5鈣濃度11.970±8.3628.413±3.7193.281＜0.01腰5脂肪分?jǐn)?shù)68.479±13.59671.703±55.5630.390＞0.05

2.3 DECT椎體各測量參數(shù)與BMD值的相關(guān)性

腰1～5椎體DECT掃描后測得的CM、rCT、CaD值校正年齡、BMI因素后，與BMD值呈顯著正相關(guān)（r均＞0.7，P均＜0.01）。見圖1。

圖1 總體DECT測量參數(shù)CM、rCT、CaD及FF與BMD相關(guān)性分析散點(diǎn)圖（校正年齡和BMI后）

2.4 DECT椎體各測量參數(shù)對骨質(zhì)疏松的診斷價值

腰1～5各椎體層面DECT參數(shù)ROC曲線下面積（AUC）見表4和圖2。各層面椎體rCT的曲線下面積最大，表明腰1～5各椎體層面DECT測得的CM、rCT、CaD值中，rCT值對骨質(zhì)疏松具有更好的診斷效能。男性以腰3椎體層面rCT值診斷準(zhǔn)確性最高（AUC=0.979，P＜0.01）。女性以腰5椎體層面rCT值診斷準(zhǔn)確性最高（AUC=0.959，P＜0.01）。

表4 雙能CT各測量參數(shù)ROC曲線下面積

3 討論

雙能X線吸收測定儀（DXA）骨密度（BMD）測量是目前臨床應(yīng)用最廣泛、認(rèn)可度最高的方法，也是診斷OP的金標(biāo)準(zhǔn)[6]，相較于其他成像技術(shù)輻射劑量相對較低、簡便易用；但不足的是，因其是二維平面投影，易受重疊、肥胖、主動脈壁鈣化、脊柱退行性改變等影響，不能真實(shí)反映骨密度。由于DXA測量的面積BMD是骨皮質(zhì)和骨松質(zhì)的綜合值，所以，發(fā)生在松質(zhì)骨的早期OP并不能被及早發(fā)現(xiàn)[7]。定量CT（QCT）利用臨床CT掃描圖像，經(jīng)過校準(zhǔn)，精準(zhǔn)測量骨密度及體成分[8]。QCT測量的體積骨密度可以區(qū)分骨皮質(zhì)和骨小梁，在早期骨質(zhì)疏松診斷及骨折預(yù)測方面優(yōu)于DXA。近年來，QCT測量腹腔游離脂肪面積和肝臟脂肪含量廣泛應(yīng)用于評價肥胖和脂肪肝，但目前診斷標(biāo)準(zhǔn)尚未建立，尚需要多中心、大隊(duì)列的數(shù)據(jù)[8]。

BMD只能反映骨質(zhì)量的一部分，不能反映骨髓性質(zhì)及有機(jī)物質(zhì)等成分。研究表明隨著骨量的降低，骨髓內(nèi)脂肪組織不同程度增加，骨髓脂肪沉積是骨質(zhì)疏松重要發(fā)病機(jī)制之一。研究椎體內(nèi)骨髓脂肪組織的含量對評估骨質(zhì)疏松及其并發(fā)癥具有重要意義。雙能CT是利用組織和材料在不同能量X射線下的不同衰減特異性，從而實(shí)現(xiàn)物質(zhì)鑒別、量化組織類型的檢查方法。最早臨床多應(yīng)用在痛風(fēng)、腎結(jié)石等物質(zhì)定量及鑒別。隨著技術(shù)的發(fā)展、軟件及后處理重建算法改進(jìn)，DECT掃描保持圖像質(zhì)量的同時減少了輻射劑量。據(jù)報道可準(zhǔn)確回顧性地預(yù)測有風(fēng)險的患者維持骨質(zhì)疏松癥相關(guān)骨折的2年風(fēng)險。同時DECT虛擬非鈣（VNCa）圖可以改善對細(xì)微和隱匿性骨折的檢測，并評估算骨折的愈合情況。虛擬非對比增強(qiáng)（VNC）圖可以測量椎體鈣濃度及骨髓脂肪含量，在骨質(zhì)疏松的診斷和預(yù)防方面提供新的生物靶向指標(biāo)。

本研究結(jié)果表明，DECT腰椎定量測量可以有效診斷骨質(zhì)疏松癥，并且可以獲得椎體骨折及骨髓水腫等信息，優(yōu)化了檢查流程。與傳統(tǒng)的BMD測量相比，DECT腰椎定量測量具有更高的靈敏度和特異度，可以更準(zhǔn)確地診斷骨質(zhì)疏松癥。此外，DECT腰椎定量測量還可以提供更多的信息，如骨折和骨髓水腫等，有助于更全面地評估患者的骨骼健康狀況。本研究還發(fā)現(xiàn)，除FF外，骨質(zhì)疏松組椎體CM、CaD及rCT值均小于非骨質(zhì)疏松組椎體值，骨量減低組椎體CM、CaD及rCT值均小于骨量正常組椎體值，差異均有統(tǒng)計學(xué)意義。這表明，DECT腰椎定量測量可以對不同骨質(zhì)疏松程度的患者進(jìn)行分類診斷，有助于更準(zhǔn)確地評估患者的骨骼健康狀況。此外，我們還發(fā)現(xiàn)，性別在各測量參數(shù)間有顯著差異，男性CM、rCT、CaD值均大于女性。這可能與男性骨骼密度較高有關(guān)。在校正年齡和BMI因素后，CM、CaD及rCT值均與BMD顯著正相關(guān)，這表明DECT腰椎定量測量可以作為一種有效的骨密度評估方法。

骨質(zhì)疏松癥是影響全世界的骨骼最常見疾病，該病的影像診斷不能僅由一個參數(shù)來表征。當(dāng)前的成像技術(shù)與模式跟新模型和先進(jìn)處理相結(jié)合，有可能全面了解骨質(zhì)疏松癥中骨組織發(fā)生的病理變化，并為診斷和監(jiān)測骨質(zhì)疏松癥的新成像方法鋪平道路，從而更好地為臨床預(yù)防和治療骨質(zhì)疏松提供選擇。