椎體CT 值在骨質(zhì)疏松性椎體骨折中的應(yīng)用研究進展

張樹寶，葛曉勇，陳 灝，房心月，王善金

同濟大學(xué)附屬東方醫(yī)院脊柱外科，上海 200120

骨質(zhì)疏松性椎體骨折（OVF）約占全部骨折的50%［1］。初發(fā)椎體骨折可稱為哨兵骨折，是骨質(zhì)量嚴重下降的標志，患者初發(fā)椎體骨折后再骨折的發(fā)生率為27.4% ～ 38.0%［2-3］。椎體再骨折不僅增加了骨質(zhì)疏松癥患者的致殘率和死亡風(fēng)險［4］，還給家庭和社會帶來了巨大的經(jīng)濟負擔(dān)。骨密度（BMD）下降是OVF 及椎體再骨折發(fā)生的獨立危險因素［5-6］。BMD 評估在OVF 的預(yù)防和診療中具有重要意義。目前最常用的BMD 測量技術(shù)包括雙能X 線吸收法（DXA）和定量CT 掃描技術(shù)（QCT），DXA 易受脊柱退行性變的影響而不夠精確，QCT 易受設(shè)備及軟件的限制而無法普及。

近年來，以CT 值評估BMD 的方法逐漸受到關(guān)注。CT 值是人體某一局部組織密度值的相對量，其單位是HU，又稱亨氏單位［7］。椎體內(nèi)組織以松質(zhì)骨為主，椎體CT 值可反映松質(zhì)骨骨量水平［8］，其測量僅需在影像歸檔和通信系統(tǒng)（PACS）中完成CT 圖像的三維重建，在椎體松質(zhì)骨區(qū)域放置一橢圓形的感興趣區(qū)域（ROI），即可自動讀取ROI 內(nèi)的平均CT值。目前，椎體CT 值不僅可作為一種機會性臨床篩查工具，提高骨質(zhì)疏松癥的診斷率［9］，還可有效預(yù)測OVF［10］和椎體再骨折［11］的發(fā)生。本文總結(jié)了椎體CT 值在OVF 中的診斷價值及預(yù)測價值，旨在更好地推廣椎體CT 值在臨床實踐中的應(yīng)用。

1 診斷價值

1.1 與BMD 的相關(guān)性

椎體CT 值與DXA 測量的BMD 值顯著相關(guān)，其隨著年齡的增加而相應(yīng)降低（約2 HU/年）［12-13］。Schreiber 等［8］以聚氨酯模體為參照對椎體CT 值的骨質(zhì)量評估效能進行評價，證實椎體CT 值與DXA測量的T 值（r2=0.48）、BMD（r2=0.44）和椎體抗壓強度均呈顯著性正相關(guān)。一項基于人工智能技術(shù)測量椎體CT 值的研究［14］發(fā)現(xiàn)，其診斷骨質(zhì)疏松癥和骨量減少癥的受試者工作特征（ROC）曲線的曲線下面積（AUC）可高達0.831和0.972。但是，椎體CT值在腰椎退行性疾病患者骨質(zhì)量評估中的應(yīng)用尚存爭議。在退行性脊柱側(cè)凸患者的研究［15］中發(fā)現(xiàn)，L1～4平均CT值與DXA 測量的腰椎及髖部的BMD和T值的相關(guān)性均較差（r＜ 0.5）。類似的研究［16］也發(fā)現(xiàn)，腰椎退行性變組患者L1～4的平均CT 值與DXA測量的BMD 和T 值的相關(guān)系數(shù)顯著低于非退行性變組，腰椎退行性變可能會影響相關(guān)性研究結(jié)果的準確性。

與DXA 的測量原理不同，QCT 和椎體CT 值測量的均為椎體松質(zhì)骨，因此，將QCT 所測量的BMD作為參照標準更精確。Kim 等［17］對180 例接受腰椎內(nèi)固定手術(shù)的患者進行研究發(fā)現(xiàn)，椎體CT 值與QCT測量的BMD 值的相關(guān)性（r=0.868）優(yōu)于與DXA測量的BMD 值的相關(guān)性（r=0.489），進一步證實了椎體CT 值在評估OVF患者骨質(zhì)量中的有效性。

1.2 骨質(zhì)疏松癥的診斷界值

為進一步指導(dǎo)椎體CT 值的臨床應(yīng)用，諸多學(xué)者對椎體CT 值診斷骨質(zhì)疏松癥的界值及效能進行了分析和評價。借助機器學(xué)習(xí)算法的大樣本研究［18］發(fā)現(xiàn)，椎體CT 值診斷骨質(zhì)疏松癥與DXA 診斷結(jié)果的一致性為82%。美國威斯康星醫(yī)學(xué)院放射醫(yī)學(xué)中心進行的回顧性研究［19］證實，L1CT值低于135 HU是診斷骨質(zhì)疏松癥的最佳截斷值；當界值為160 HU時診斷靈敏度為90.0%，適用于高風(fēng)險人群以降低假陰性率，促進骨質(zhì)疏松癥的進一步準確篩查；當界值為110 HU 時診斷特異度為91.3%，適用于低風(fēng)險人群以降低假陽性率，提高診斷準確性。

其他研究［17，20-26］提出骨質(zhì)疏松癥的診斷閾值為99 ～ 146 HU，各診斷實驗的AUC 基本均大于0.7，證明其診斷效能可靠。最新的一項薈萃分析［27］評估了界值分別為110 HU、135 HU、150 HU 時椎體CT值的診斷效能，當界值為135 HU時具有最佳的靈敏度及特異度，其診斷試驗的OR 值為14.88（95%置信區(qū)間為7.521 ～ 29.44），ROC曲線的AUC為0.831。

1.3 優(yōu)勢及局限性

椎體CT 值在骨質(zhì)疏松癥的診斷及篩查中具有以下優(yōu)勢。①測量結(jié)果可靠。與DXA 測量所用的平面投影技術(shù)不同，椎體CT 值可直接測量椎體松質(zhì)骨骨量水平，其結(jié)果可有效避免因骨質(zhì)增生、脊柱退行性變等因素引起的誤差［25］。②測量方法方便快捷。在設(shè)備條件不足的情況下，椎體CT 值是代替其他骨密度檢查的良好選擇，?？漆t(yī)師可在不依靠額外檢查和軟件技術(shù)的前提下快速評估患者的骨質(zhì)量。③無須額外輻射暴露。胸腰椎CT 是脊柱疾病臨床診療中最常用的評估工具，尤其是OVF 患者，術(shù)前多已完成胸腰椎CT 檢查，因此，可在不產(chǎn)生額外輻射量的前提下快速準確地評估患者的骨質(zhì)量。

雖然既往研究均證實了椎體CT 值具有一定的臨床應(yīng)用潛力，但仍存在局限性。①診斷界值缺乏統(tǒng)一標準。椎體CT 值的測量尚未執(zhí)行BMD 的標準化體模校準工作，因此，各項研究獲得的椎體CT 值的界值、靈敏度及特異度存在差異，限制了其在骨質(zhì)疏松癥篩查和診斷中的推廣應(yīng)用（表1）。研究人群、參照標準及CT 類型是各診斷實驗產(chǎn)生差異的主要因素［28］。②測量結(jié)果缺乏代表性。與QCT 測量的椎體三維體積BMD 不同，椎體CT 值所測量的是椎體單一層面的松質(zhì)骨衰減系數(shù)，故其準確度及分辨率稍差。③測量技術(shù)缺乏標準化。與DXA 類似，椎體CT 值須完成流程規(guī)范、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析和質(zhì)量保證等標準化問題，才可確定骨質(zhì)疏松癥的診斷界值，并在臨床推廣應(yīng)用［29］。

2 預(yù)測價值

2.1 預(yù)測OVF的發(fā)生風(fēng)險

椎體CT 值與椎體骨折及再骨折的發(fā)生密切相關(guān)［10，32］（表2）。Lee 等［33］的研究證實，L1CT 值每下降10 HU，未來5年內(nèi)脆性骨折風(fēng)險將增加47%。L1CT 值的下降是老年人群發(fā)生OVF 的獨立危險因素，L1CT值 ＜ 90 HU時，65歲以上老年人群OVF 的發(fā)生風(fēng)險增加31.9 倍［34］。在急性O(shè)VF 的發(fā)生風(fēng)險評估中，當L1CT 值界值為60 HU 時，預(yù)測的特異度為90%；當界值為100 HU 時，預(yù)測的靈敏度為90%［35］。

表2 椎體CT值預(yù)測椎體骨折及再骨折風(fēng)險的界值及效能

椎體CT 值下降對OVF 發(fā)生的影響與測量節(jié)段、脆性骨折史、初發(fā)OVF 節(jié)段和骨折部位等因素均相關(guān)。L1作為胸腰椎CT 掃描中第一個沒有肋骨的椎體而便于識別，故既往常選用L1作為測量節(jié)段。有研究［36］證實，L4CT 值與OVF 發(fā)生風(fēng)險的相關(guān)性最強，因此，L4CT 值可作為評估OVF 風(fēng)險的最佳選擇。椎體CT 值下降合并既往椎體骨折史的患者發(fā)生OVF 的風(fēng)險將進一步增加，當患者椎體CT 值＜ 133 HU且合并既往脆性骨折時，患者1年內(nèi)和3年內(nèi)新發(fā)椎體骨折的HR值分別為7.5和5.4［37］。發(fā)生多節(jié)段OVF 的患者椎體CT 值顯著低于單節(jié)段OVF 患者，并且當椎體CT 值＜ 61 HU 時，患者發(fā)生多節(jié)段OVF 的風(fēng)險將顯著增加［36］。此外，椎體CT值每下降50 HU，少發(fā)OVF部位（T4～6，T9，10）的骨折風(fēng)險增加2.2 ～ 3.4倍，多發(fā)OVF部位（T7，8，T11，12）的骨折風(fēng)險增加1.4 ～ 1.8 倍［38］。

2.2 預(yù)測椎體再骨折的發(fā)生風(fēng)險

初發(fā)OVF患者骨質(zhì)量較差，椎體再骨折的風(fēng)險顯著增加而出現(xiàn)椎體級聯(lián)骨折的現(xiàn)象［39］。椎體CT值下降是椎體強化術(shù)后椎體再骨折的獨立危險因素［40］，初發(fā)OVF 合并椎體CT 值降低的患者1年內(nèi)和3年椎體再骨折的風(fēng)險將增加1.38 倍和1.25 倍。一項對275 例接受椎體強化術(shù)治療的OVF 患者的病例對照研究［41］發(fā)現(xiàn)，L1CT值的下降與椎體再骨折及椎體級聯(lián)骨折的發(fā)生密切相關(guān)，當L1CT值＜ 61 HU時，患者椎體再骨折的風(fēng)險增加7.6倍；當L1CT值＜ 54 HU時，患者發(fā)生椎體級聯(lián)骨折的風(fēng)險增加9.8 倍。Ji等［42］對317 例行椎體強化術(shù)的OVF 患者進行回顧性研究發(fā)現(xiàn)，椎體強化術(shù)后椎體再骨折的發(fā)生率為13.6%，既往脆性骨折史（OR=6.639）及L1CT 值下降（OR=15.260）均與椎體強化術(shù)后椎體再骨折的發(fā)生密切相關(guān)（表2）。

本團隊對近5年共515 例行椎體強化術(shù)的OVF患者椎體再骨折的風(fēng)險因素進行了回顧性研究［11］，并分析了L1CT 值對骨質(zhì)疏松癥患者發(fā)生椎體再骨折的預(yù)測價值。OVF 患者椎體強化術(shù)后椎體再骨折的發(fā)生率為32.2%，再骨折患者的L1CT值顯著低于無再骨折組。COX 回歸分析證實高齡、低體質(zhì)量指數(shù)（BMI）、糖尿病病史、接受抗骨質(zhì)疏松藥物治療及L1CT 值下降均與椎體再骨折密切相關(guān)。ROC 提示L1CT 值預(yù)測椎體再骨折風(fēng)險的截斷值為95 HU（AUC 為0.802；靈敏度為70.5%，特異度為9.9%），Kaplan-Meier 生存曲線提示L1CT 值＜ 95 HU 的患者5年內(nèi)無再骨折生存率顯著低于對照組（log-rank test，P＜ 0.001）。該研究證實椎體CT 值可有效識別OVF 椎體再骨折的高風(fēng)險人群，初發(fā)OVF 患者L1CT 值＜ 95 HU 時椎體再骨折風(fēng)險顯著增加。

2.3 椎體CT值的優(yōu)勢及局限性

與傳統(tǒng)的骨質(zhì)量評估工具相比，椎體CT 值在預(yù)測OVF 及椎體再骨折風(fēng)險中具有以下優(yōu)勢。①敏感評估OVF 的發(fā)生風(fēng)險。松質(zhì)骨代謝活性較皮質(zhì)骨高8 倍［44］，椎體CT 值所測量的松質(zhì)骨BMD 能更敏感地評估骨量丟失，可更早識別OVF 高風(fēng)險患者。②降低OVF 的漏診率。在完成椎體CT 值測量的基礎(chǔ)上，充分利用CT 掃描的結(jié)構(gòu)測量優(yōu)勢，通過半定量的方法盡早識別OVF。③指導(dǎo)OVF 治療方案的選擇。對于因劇烈腰背痛不能配合完成DXA 的急性O(shè)VF 患者，椎體CT 值可作為初步評估BMD 的有效替代工具，有助于制訂個性化的手術(shù)及抗骨質(zhì)疏松治療方案，降低椎體再骨折的發(fā)生風(fēng)險。④提高OVF 風(fēng)險預(yù)測的準確率。肌肉CT 值的減少反映了肌纖維數(shù)量的減少及脂肪物質(zhì)的堆積，聯(lián)合椎體CT 值評估有助于提高OVF 及椎體再骨折風(fēng)險預(yù)測的準確率［45］。

椎體CT 值在輔助預(yù)測OVF 及椎體再骨折的發(fā)生風(fēng)險的應(yīng)用中仍存在一定的局限性。①椎體CT值的最佳預(yù)測閾值及最佳篩查椎體節(jié)段尚未明確，未來需要大樣本的橫斷面研究或前瞻性研究來確定及驗證。②忽略了椎體皮質(zhì)骨質(zhì)量對OVF 發(fā)生風(fēng)險的影響。除了骨小梁密度及強度的下降等因素外，椎體皮質(zhì)骨的退行性變對OVF 的發(fā)生也存在顯著影響［46］。Yao 等［47］的研究發(fā)現(xiàn)，L1CT 值及椎體骨皮質(zhì)厚度均與BMD 下降密切相關(guān)。椎體CT 值聯(lián)合椎體皮質(zhì)骨厚度測量綜合評估椎體骨強度，可更有效地預(yù)測OVF及椎體再骨折的發(fā)生風(fēng)險。

3 結(jié)語與展望

椎體骨折是骨質(zhì)疏松癥患者最嚴重的并發(fā)癥之一，嚴重影響患者的生活質(zhì)量和預(yù)期壽命。骨質(zhì)量評估對椎體骨折患者的診療方案制訂和再骨折的預(yù)防至關(guān)重要。椎體CT 值可反映松質(zhì)骨骨量水平，在患者BMD 的評估及椎體骨折風(fēng)險的預(yù)測中優(yōu)勢顯著。在我國現(xiàn)有DXA儀器數(shù)量不能滿足臨床需求的背景下，椎體CT 值的測量是一種快速、可重復(fù)的骨質(zhì)量評估方法。椎體CT 值測量簡單、方便，不需要額外的掃描設(shè)備和軟件，適用于基層醫(yī)院的篩查工作。椎體CT 值還可有效預(yù)測骨質(zhì)疏松癥患者OVF及椎體再骨折的發(fā)生風(fēng)險，有助于實現(xiàn)對高危人群早期評估、早期診斷、早期干預(yù)的目標。但是，椎體CT 值的應(yīng)用須解決不同機器之間測量結(jié)果的差異問題。在CT 掃描儀中添加標準化的體模校準是解決該問題的簡單方法，但目前CT 制造商對骨質(zhì)疏松癥篩查和診斷工作的關(guān)注仍有限。此外，將機器學(xué)習(xí)算法和人工智能技術(shù)與椎體CT 值結(jié)合可實現(xiàn)高危人群的大規(guī)模篩查，對骨質(zhì)疏松癥診斷及OVF風(fēng)險預(yù)測閾值的確立有重要意義。綜上所述，椎體CT 值是BMD 測量工具的有益補充，臨床應(yīng)用潛力巨大，其在臨床中進一步的推廣仍需臨床醫(yī)師、影像科醫(yī)師及專業(yè)技術(shù)人員的共同努力。