腰椎體積CT值對診斷骨質(zhì)疏松癥的應(yīng)用價值

周鳳云 閆東 王玲 耿健 張雯雙 劉艷東 馬康康 顧大龍 張薇 程曉光*

1. 陜西中醫(yī)藥大學(xué)醫(yī)學(xué)技術(shù)學(xué)院,陜西 咸陽 712083;

2. 北京積水潭醫(yī)院放射科,北京 100035

骨質(zhì)疏松屬于一種骨量下降,骨微結(jié)構(gòu)破壞,進而導(dǎo)致骨脆性增加,骨折風(fēng)險增加的系統(tǒng)性骨代謝疾病,最常見的表現(xiàn)形式是無癥狀的下腰痛[1-2]。隨著老齡化人口增多,骨密度評估變得越來越重要,尤其是對于骨質(zhì)疏松性骨折的預(yù)防治療[3]。盡管在早期高風(fēng)險人群中診斷骨質(zhì)疏松付出了很多努力,但是仍然診斷不足,許多患者在骨折發(fā)作晚期才被診斷出骨質(zhì)疏松[4]。

目前,雙能X線骨密度儀(dual-energy X-ray absorptiometry, DXA)是測量骨密度(bone mineral density,BMD)和診斷骨質(zhì)疏松的金標(biāo)準(zhǔn),但是越來越多研究表明僅使用DXA進行骨質(zhì)疏松篩查和骨折風(fēng)險評估存在一定的局限性,如英國臨床指南不建議單獨使用DXA進行骨質(zhì)疏松篩查[5]。鑒于定量CT(quantitative computed tomography,QCT)技術(shù)和CT技術(shù)的快速發(fā)展,近年來,QCT和CT值在各國的骨質(zhì)疏松研究和臨床應(yīng)用越來越受到重視[6-7]。QCT測量的椎體小梁骨體積BMD可以避免椎體退變的影響,測得的BMD結(jié)果相比DXA更加精確[7],而CT設(shè)備已經(jīng)在全國各級醫(yī)療機構(gòu)普及,因此,使用QCT和CT值進行骨質(zhì)疏松預(yù)測和診斷適合我國國情,具有良好的應(yīng)用前景。根據(jù)定量CT骨質(zhì)疏松癥診斷指南將骨密度值>120 mg/cm3診斷為骨密度正常,骨密度值于80～120 mg/cm3范圍內(nèi)診斷為低骨量,骨密度值<80 mg/cm3診斷為骨質(zhì)疏松[8]。本研究基于此診斷標(biāo)準(zhǔn)將進一步探討HU值診斷和預(yù)測骨質(zhì)疏松在臨床的應(yīng)用價值。

盡管之前的許多研究已經(jīng)證明椎體HU值(Hounsfield units)可以診斷骨質(zhì)疏松或檢測骨折[9-11]。但是大部分研究集中在單層椎體HU值和DXA測量的面積BMD之間的關(guān)系。有趣的是,關(guān)于體積HU預(yù)測骨質(zhì)疏松的價值以及和QCT測量的體積骨密度之間的關(guān)系極少有相關(guān)研究報道?；诖?本研究的目的是探討基于雙層光譜CT掃描獲得的體積HU值進行預(yù)測骨質(zhì)疏松的價值。

1 材料和方法

1.1 研究對象

本研究通過北京積水潭醫(yī)院倫理委員會批準(zhǔn),由于本研究是一個回顧性研究,因此知情同意被豁免。我們納入2022年10月至2023年3月在北京積水潭醫(yī)院進行雙層光譜CT腰椎掃描的脊柱外科門診患者91例,其中男性42名,女性49名。納入標(biāo)準(zhǔn)如下:①年齡18歲以上;②患者經(jīng)歷雙層光譜CT掃描,包括4代QCT。排除標(biāo)準(zhǔn)如下:①患者超過3個椎體骨折;②腰椎術(shù)后的患者。

1.2 CT和QCT技術(shù)

患者在雙層光譜CT(Philips Healthcare, Best, Netherlands)腰椎掃描中采用仰臥位,足先進的方式。掃描參數(shù)如下:管電壓120 kV,管電流125 mAs,螺距:1,層厚:1 mm,所有檢查都沒有注射造影劑。在本研究中使用4代QCT校準(zhǔn)體模,該體模不需要墊放在患者腰下,可以回顧性獲得QCT數(shù)據(jù),QCT相關(guān)參數(shù)如下:管電壓120 kV,管電流125 mAs,螺距:1,層厚:1 mm,床高90 cm。

1.3 體積HU值和體積BMD值的測量

所有圖像都從影像數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)(picture archiving and communication system, PACS)中獲取,所有椎體的體積HU值都使用開源軟件3D slicer (版本 5.0.3)通過放置多個圓形感興趣區(qū)域(region of interest, ROI)進行測量;ROI勾畫的大小應(yīng)盡可能大,盡可能包括椎體小梁骨,但要避免與皮質(zhì)骨、骨島、靜脈叢以及局灶性病變等因素相交,其高度約為整個椎體的2/3。體積BMD使用QCT pro軟件(Mindways, Software, Inc.)評估,該方法可以自動分析ROI得出體積BMD值,但是有時候識別錯誤需要自己手動調(diào)整,ROI大小和上述保持一致,見圖1。另外,如果L1和L2椎體發(fā)生骨折,則使用相鄰椎體替代。所有測量都由一名經(jīng)過專業(yè)訓(xùn)練的放射科醫(yī)生進行,每個椎體都測量兩遍,最終取平均值。

圖1 使用QCT pro (a)和3D slicer (b)進行測量L1和L2體積BMD值和體積HU值

1.4 統(tǒng)計學(xué)處理

2 結(jié)果

2.1 受試者基本信息分析

經(jīng)過納入排除標(biāo)準(zhǔn),最終納入91例患者,其中根據(jù)QCT診斷標(biāo)準(zhǔn)將研究對象分為骨量正常組(42例)、低骨量組(25例)和骨質(zhì)疏松組(24例)。本研究表明骨量正常組年齡顯著低于低骨量組和骨質(zhì)疏松組;體積HU值高于QCT測量的體積BMD值,見表1。

表1 三組患者一般資料比較[M(P25,P75)]

2.2 3組患者之間體積HU值比較以及同一組別下男性和女性之間差異性比較

骨量正常組體積HU值>低骨量組體積HU值>骨質(zhì)疏松組體積HU值,3組平均體積HU值均有統(tǒng)計學(xué)差異(P<0.05);使用兩樣本非參數(shù)檢驗比較同一組別下男性和女性之間體積HU值的差異,發(fā)現(xiàn)男性和女性之間差異并無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05),見圖2。

圖2 c表示3組之間體積HU值的差異;d表示男性和女性之間體積HU值的差異

2.3 體積HU值和體積BMD值的相關(guān)性分析

采用Spearman相關(guān)性分析,L1體積HU值和L1體積BMD值、L2體積HU值和L2體積BMD值以及L1～L2平均體積HU值和L1-L2平均體積BMD值均有極好的相關(guān)性,見圖3。

圖3 L1、L2體積HU值和兩個椎體的平均體積HU值分別與QCT測量的體積BMD值之間的相關(guān)性

2.4 體積HU值預(yù)測骨質(zhì)疏松的效能

采用L1～L2的平均體積HU值繪制ROC曲線進行預(yù)測骨量減少和骨質(zhì)疏松,ROC曲線下面積為0.945(P<0.001);使用約登指數(shù)查找最佳閾值,發(fā)現(xiàn)當(dāng)體積HU值取值為154.73 HU時,其預(yù)測骨量減少具有較好的準(zhǔn)確性,靈敏度為92.9 %,特異性為90.9 %,當(dāng)體積HU值取值為106.52HU 時,其預(yù)測骨骨質(zhì)疏松具有較好的準(zhǔn)確性,靈敏度和特異性均為86.6 %,見圖4。

圖4 采用L1和L2平均體積HU值繪制的ROC曲線(e);體積HU值診斷骨量減少和骨質(zhì)疏松的最佳閾值分別為154.73 HU(f)和106.52 HU(g)

2.5 分析性別、年齡和體積HU值與骨質(zhì)疏松發(fā)生的關(guān)系

使用邏輯回歸分析表明性別與骨質(zhì)疏松發(fā)生沒有關(guān)系;年齡增加對骨質(zhì)疏松發(fā)生是一個顯著的危險因素(OR= 1.172,95 %CI:1.103～1.245,P<0.001);體積HU值增加對骨質(zhì)疏松發(fā)生是一個顯著的保護因素(OR= 0.928,95 %CI:0.894～0.962,P<0.001),見表2。

表2 使用邏輯回歸分析性別、年齡和體積HU值與骨質(zhì)疏松發(fā)生之間的關(guān)系

3 討論

隨著年齡的增長,椎體BMD呈下降的趨勢,相關(guān)文獻認為骨量維持與人體內(nèi)激素分泌密切相關(guān)[12-13]。本研究結(jié)果也表明骨質(zhì)疏松和骨質(zhì)減少組的年齡顯著高于骨質(zhì)正常組,提示早期對骨質(zhì)疏松的篩查十分必要。當(dāng)前的研究評估了基于雙層光譜CT獲取的體積HU值和QCT測量的體積BMD值之間的相關(guān)性以及體積HU值評估骨質(zhì)疏松的診斷效能。我們的結(jié)果表明基于雙層光譜CT測量的體積HU值可以作為辨別骨質(zhì)疏松患者的有力工具。HU值利用大量現(xiàn)有的臨床數(shù)據(jù)進行骨密度評估和骨質(zhì)疏松篩查,對患者并沒有額外的成本和輻射劑量,在臨床中易于普及[14-17]。

雖然之前有大量研究報道HU值和DXA測量的BMD之間的關(guān)系,也證明HU值可作為補充手段[18-22],但是這些研究獲取的是一種面積HU值和基于DXA測量的面積BMD值,并沒有從體積BMD角度進行評估,因此本研究使用了體積HU值和體積BMD值進行了相關(guān)研究。本研究根據(jù)QCT測量的體積BMD將患者分為骨量正常組、低骨量組和骨質(zhì)疏松組,并測量L1和L2椎體體積HU值,3組之間體積HU值差異具有統(tǒng)計學(xué)意義,同 Yang等[23]的研究結(jié)果一致。另外,L1、L2和平均體積HU值與QCT測量的體積BMD值之間有較好的相關(guān)性,與Buenger等[14]的研究結(jié)果類似,證明了體積HU值在預(yù)測骨質(zhì)疏松癥方面的價值。之前也有相關(guān)研究使用腹部增強CT、胸部CT和QCT進行相關(guān)性分析[24-27],但是這些研究HU值也僅僅在單個橫斷面測量或者選取一個椎體的3個橫斷面進行測量。事實上,這種測量方法并不能代表整個脊柱的骨質(zhì),可能會因為椎體解剖結(jié)構(gòu)變化和退行性改變造成假陰性或假陽性結(jié)果。

一個大隊列研究報道HU值診斷骨質(zhì)疏松的閾值為110 HU,特異性高于90 %[28],其他一些小樣本研究表明HU值診斷骨量減少和骨質(zhì)疏松閾值為136 HU[29]和99 HU[30]。另外,一項對于高于65歲患者進行6年左右隨訪研究表明,HU值為90或者更低時可能有較高的骨折風(fēng)險[31]。本研究表明當(dāng)HU值低于154.73 HU時,預(yù)示患者可能出現(xiàn)骨量減少的情況,而當(dāng)HU值低于106.52 HU時,則預(yù)示患者可能有患骨質(zhì)疏松的風(fēng)險,與上述研究得出的結(jié)論類似,證明了體積HU值預(yù)測骨質(zhì)疏松發(fā)生的有效性。另外,本研究使用邏輯回歸證實了基于雙層光譜CT測量的體積HU值和年齡與骨質(zhì)疏松發(fā)生之間呈強相關(guān)。體積HU值增加對骨質(zhì)疏松發(fā)生是一種保護因素,而年齡增加對骨質(zhì)疏松發(fā)生是一種危險因素,且年齡每增加1歲,骨質(zhì)疏松發(fā)生的可能性增加17.2 %。因此,使用體積HU值對早期機會性骨質(zhì)疏松篩查十分重要。

本研究存在一些限制:①本研究為回顧性的單中心研究,因此可能存在選擇偏倚,另外,由于回顧性分析,患者部分基線信息缺失,因此本研究沒有分析身高和體重對結(jié)果的影響;②本研究只討論了腰椎體積HU值對骨量減少和骨質(zhì)疏松的預(yù)測效能,并沒有討論體積HU值預(yù)測骨折的性能;③本研究并沒有納入增強掃描的患者或者其他部位椎體的患者,需要進一步納入并討論;④本研究只納入一臺設(shè)備測量的體積HU值,可能得到的結(jié)果并不適用于其他設(shè)備。

綜上所述,基于雙層光譜CT測量的體積HU值與QCT測量的體積BMD值有較好的相關(guān)性,體積HU值對預(yù)測骨質(zhì)疏松癥是一種可靠的機會性篩查手段。椎體HU值是預(yù)測老年人骨質(zhì)疏松的重要指標(biāo),HU值越低,患者可能有骨質(zhì)疏松發(fā)生甚至骨折發(fā)生。本研究提供了預(yù)測骨質(zhì)疏松的體積HU相對水平值,可為臨床識別骨質(zhì)疏松患者時提供一個參考。