陳　靖，鄭邵微，苗延巍，劉愛(ài)連，劉義軍

(大連醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院 放射科，遼寧 大連 116011)

能譜CT定量鈣(水)密度技術(shù)對(duì)腰椎椎體內(nèi)及椎體間骨密度差異的研究

陳靖，鄭邵微，苗延巍，劉愛(ài)連，劉義軍

(大連醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院 放射科，遼寧 大連 116011)

目的探討受檢者腰椎椎體內(nèi)不同感興趣區(qū)(ROI)的骨密度差異和L1～3椎體在不同年齡段間的骨密度差異，來(lái)完善能譜CT定量鈣(水)密度技術(shù)在腰椎測(cè)量方面的方法，并了解各腰椎椎體骨密度隨年齡變化的差異。方法篩選2013年1月—2014年12月期間行腰椎CT能譜GSI掃描的男性237例，按10歲為一個(gè)年齡段分為6組。由兩位放射醫(yī)師分別測(cè)量L1～3椎體上中下3個(gè)層面的鈣(水)密度，應(yīng)用方差分析組內(nèi)差異；同時(shí)分別計(jì)算L1～3椎在不同年齡段的平均值，應(yīng)用方差分析每個(gè)年齡段各椎體骨密度的組間差異。結(jié)果L1～3椎體上中下3個(gè)層面骨密度分別為(mg/mL)：L1：54.94±8.82，58.22±6.19，59.92±5.78；L2：55.38±7.67，56.66±8.48，60.23±6.80；L3：54.67±7.69，55.89±5.78，58.75±4.83；每個(gè)椎體內(nèi)3個(gè)層面間比較，差異均有顯著性意義，腰椎最上層面密度最低。50～59歲和60～69歲年齡段L3椎體骨密度(54.26±6.14)mg/mL，(45.2±9.88)mg/mL低于L1、2椎體骨密度為(57.24±6.93)mg/mL，(48.16±10.36)mg/mL，L2為(55.82±7.65)mg/mL，(47.81±10.23)mg/mL，70～79歲L1～3椎各椎體骨密度均略有回升。結(jié)論腰椎椎體內(nèi)骨密度存在區(qū)域性差異，L3椎體可以作為老年骨質(zhì)疏松篩查的首選椎體。

計(jì)算機(jī)斷層成像；鈣(水)密度；能譜成像；腰椎

[引用本文]陳靖，鄭邵微，苗延巍，等. 能譜CT定量鈣(水)密度技術(shù)對(duì)腰椎椎體內(nèi)及椎體間骨密度差異的研究[J].大連醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(bào)，2015,37(3)：289-292.

近年來(lái)，骨質(zhì)疏松越來(lái)越被研究人員所重視，它反應(yīng)了患者骨結(jié)構(gòu)的退變和骨強(qiáng)度的下降，其嚴(yán)重的并發(fā)癥脊柱壓縮性骨折更是大大影響了人們的生活質(zhì)量。能譜CT定量鈣(水)密度測(cè)量技術(shù)是近幾年出現(xiàn)的一種可以簡(jiǎn)單而有效的測(cè)量骨密度的新技術(shù)。其原理是通過(guò)瞬時(shí)高低電壓切換，對(duì)配對(duì)基物質(zhì)進(jìn)行密度成像，獲得鈣(水)密度比值圖，并利用其衰減變化，分析骨中鈣的含量。能譜CT定量鈣(水)密度測(cè)量技術(shù)在骨密度測(cè)量方面的臨床應(yīng)用正在逐步開(kāi)展。為了能夠更好的完善測(cè)量方案，本研究通過(guò)測(cè)量不同年齡段健康男性L1、L2、L3椎體骨松質(zhì)的鈣(水)密度以及同一腰椎椎體不同層面骨松質(zhì)的鈣(水)密度差異，來(lái)探討此技術(shù)在腰椎骨密度測(cè)量時(shí)的具體方法及椎體的選擇，并同時(shí)探討椎體內(nèi)密度差異的意義。

1　資料與方法

1.1研究對(duì)象

本研究經(jīng)過(guò)院倫理委員會(huì)討論批準(zhǔn)?；仡櫺苑治?013年1月—2014年12月期間在大連醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院行腰椎CT(GE Discovery CT750 HD)能譜成像(Gemstone Spectral Imaging，GSI)掃描的成年男性病例，通過(guò)回顧臨床病理和電話詢問(wèn)采集臨床信息。所選病例無(wú)手術(shù)、腫瘤病史，有下列影響骨密度的疾病者不納入研究：內(nèi)分泌疾病、腎病、消化系統(tǒng)疾病、風(fēng)濕免疫疾病、營(yíng)養(yǎng)不良、慢性感染性疾病、脊髓疾病、先天性骨骼畸形、神經(jīng)或肌肉疾病和心腦血管疾病后遺癥影響四肢活動(dòng)等；CT影像有顯著增生、楔變等病例不納入研究。最終共有237例納入，年齡范圍20～79歲，平均年齡(51.7±9.46)歲。按10歲為一年齡段分為6個(gè)年齡組：20～29歲(22例)，30～39歲(37例)，40～49歲(42例)，50～59歲(53例)，60～69歲(36例)，和70～79歲(47例)。測(cè)量前1周內(nèi)均未行CT增強(qiáng)檢查。

1.2CT掃描方法及參數(shù)

研究組使用能譜掃描(Discovery CT750 HD： GE Healthcare WI)，層厚1.25 mm， 間隔1.25 mm， 速度39.37 mm/r ， 旋轉(zhuǎn)時(shí)間0.8 s。掃描參數(shù)140 kVp和80 kVp瞬時(shí)切換，550 mA的電流，管間距1.375∶1，旋轉(zhuǎn)時(shí)間為0.8 s，平均CTDI 18.28 mGy。

1.3定量分析

用Advantage Windows 4.5 圖像后處理工作站將原始圖像重建成1.25 mm層厚、1.25 mm層間距的鈣(水)密度圖像。由兩名有5年放射工作經(jīng)驗(yàn)的主治醫(yī)生分別進(jìn)行測(cè)量，將椎體分為上中下3部分，上下兩部分ROI分別選擇距離椎體上下面骨皮質(zhì)約2.5 mm處，中間部選擇椎體的中心層面,層面選擇見(jiàn)圖1。興趣區(qū)(region of interest,ROI)大小約90～100 mm2，距離同層面椎體邊緣3 mm以上，避開(kāi)椎后靜脈叢和骨島等影響因素；每個(gè)層面的測(cè)量取平均值，獲得該椎體的鈣(水)密度值，見(jiàn)圖2。

圖1　L3椎體上中下3部位層面選擇Fig 1 L3vertebra level selection (upper, middle, lower)

圖2　在椎體中心層面選取3個(gè)圓形的感興趣區(qū)及所形成的鈣水密度散點(diǎn)圖Fig 2 Three ROIs in the middle level of vertebra body and the relevant calcium(water) density scatterplot

1.4統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

2　結(jié)　果

2.1各腰椎不同部位鈣(水)密度值

L1～3椎體各部分骨松質(zhì)密度的測(cè)量結(jié)果，見(jiàn)表1。L1～3各椎體上中下3部分骨密度不同，椎體下部骨密度均為最高，上部骨密度均最低，中間部分骨密度居于二者之間，L1～3每個(gè)椎體內(nèi)3個(gè)部位骨密度比較差異有顯著性意義(P<0.05)。

2.2L1～3椎體鈣(水)密度值與年齡的關(guān)系

L1～3椎體鈣(水)密度在各年齡段的值見(jiàn)表2、

圖3。L1椎鈣(水)密度值20～29及30～39歲年齡段組間比較差異無(wú)顯著性意義(P>0.05)，其余各組間比較差異均有顯著性意義(P<0.05)。50～69歲L3椎體鈣(水)密度值最低，在70歲之后L1～3椎鈣(水)密度值略有回升，其中L3椎體反彈最明顯。

表1　L1～3椎體松質(zhì)骨不同部位密度測(cè)量結(jié)果Tab 1 L1～3vertebral cancellous bone density measurement results　(mg/mL)

表2　各年齡段L1～3椎鈣(水)密度值Tab 2 L1～3vertebrae calcium (water) density in each age group　±s，mg/mL)

圖3　各年齡段L1～3椎鈣(水)密度值Fig 3 L1-3vertebrae calcium (water) density in each age group

3　討　論

原發(fā)性骨質(zhì)疏松癥是老年的常見(jiàn)病、多發(fā)病，其引發(fā)的骨質(zhì)疏松型骨折，給患者及家屬帶來(lái)巨大痛苦和沉重負(fù)擔(dān)。全世界約1/3的女性和1/5的男性可發(fā)生骨質(zhì)疏松型骨折，其中腰椎骨折占此型骨折的50%以上[1]。早期預(yù)測(cè)、診斷并給予干預(yù)性治療可大大降低此種疾病的發(fā)生。能譜CT的基物質(zhì)成像技術(shù)是近幾年新開(kāi)發(fā)的能夠簡(jiǎn)單準(zhǔn)確的測(cè)量骨密度的新技術(shù)。它通過(guò)高低瞬間切換技術(shù)，獲得兩組能量數(shù)據(jù)進(jìn)行基物質(zhì)密度成像，基物質(zhì)并不一定是組織真實(shí)所含有的物質(zhì)，只是用以表達(dá)該組織的X線衰減，但當(dāng)基物質(zhì)對(duì)恰好是組織中含有的兩種主要成分時(shí)，可以反映組織內(nèi)該物質(zhì)的相對(duì)含量。陳靖等[2]利用CT能譜定量分析腰椎中鈣的含量，證明了此方法與骨密度測(cè)量的“金標(biāo)準(zhǔn)”雙能X線骨密度儀的一致性，因此可以選擇應(yīng)用鈣和水作為配對(duì)的基物質(zhì)，測(cè)量鈣(水)密度值，以獲得骨小梁中鈣的含量來(lái)達(dá)到間接的評(píng)估骨密度的目的。

能譜CT基物質(zhì)成像技術(shù)作為一種全新的成像方法，在腰椎測(cè)量上的具體操作方案需要完善，對(duì)腰椎骨密度測(cè)量的細(xì)節(jié)需要探討。

首先由于女性受絕經(jīng)期影響，男女骨密度隨年齡變化不同[3]，應(yīng)該分開(kāi)研究,本文選擇男性人群進(jìn)行研究。本研究發(fā)現(xiàn)成年男性L2、3椎體的鈣(水)密度值隨年齡增長(zhǎng)而降低，此結(jié)果與以往應(yīng)用其它骨密度測(cè)量方法結(jié)果基本相同[4-6]：峰值在20～29歲年齡段，并且可以持續(xù)到40歲之前，之后骨密度隨著年齡增長(zhǎng)而顯著下降。其主要原因?yàn)樵谇啻浩冢L(zhǎng)激素、胰島素樣生長(zhǎng)因子和性激素明顯增加，它們協(xié)同控制生長(zhǎng)、增加肌肉質(zhì)量、影響骨骼鈣質(zhì)沉積[7]。睪丸酮對(duì)骨小梁礦物質(zhì)沉積也有重要作用，Meier等[8]通過(guò)對(duì)30～92歲健康男性受試者的研究中發(fā)現(xiàn)游離睪酮水平和脊柱骨小梁骨礦物質(zhì)含量之間存在相關(guān)性。L1椎體的骨密度變化與L2、3椎體略有不同，在30～39歲和50～59歲兩個(gè)年齡組骨密度值略高于其前一個(gè)年齡組，但20～29歲和30～39歲兩個(gè)組比較差異無(wú)顯著性意義，50～59歲骨密度略回升可能與骨質(zhì)增生有關(guān)[9]。本研究還顯示50～59歲和60～69歲這兩個(gè)年齡段L3椎體骨密度最低，明顯低于L1、2椎體，提示在預(yù)測(cè)老年人骨質(zhì)疏松的時(shí)候，可以首先選擇L3椎體作為測(cè)量部位，比較敏感。在70歲以上人群L1～3椎骨密度略有回升，其中L3椎體骨密度回升最明顯。這可能是由于腰椎骨質(zhì)增生及周圍異常組織鈣化有關(guān)。國(guó)外已經(jīng)有研究發(fā)現(xiàn)，腰椎間盤的退行性改變、骨質(zhì)增生及運(yùn)動(dòng)終板硬化癥都可能導(dǎo)致男性腰椎骨密度的假性增生[9]。這是導(dǎo)致椎體密度增高的主要原因。

本研究關(guān)于椎體的選擇：由于L1～3椎體形態(tài)較規(guī)整、骨小梁分布較均勻，其中L1、2椎體是壓縮性骨折的好發(fā)部位[10]，本研究選擇此處希望能夠了解更多腰椎骨小梁內(nèi)部的結(jié)構(gòu)情況；而且正常情況下松質(zhì)骨的代謝活性是皮質(zhì)骨的8倍，Adams[11]認(rèn)為以松質(zhì)骨的骨密度變化比皮質(zhì)骨敏感，故測(cè)量松質(zhì)骨的骨密度可較早反映出體內(nèi)骨礦含量的變化。ROI選取椎體內(nèi)骨密度均勻的位置，避開(kāi)血管溝和骨島，在測(cè)量層面采取多次測(cè)量取均值的方法，避免測(cè)量的誤差。

本研究發(fā)現(xiàn)L1～3椎體上、中、下3部分鈣(水)密度不相同(P<0.05)，3節(jié)腰椎椎體均顯示上部骨密度最低，下部骨密度最高，中間部位骨密度介于二者之間。這與Engelke等[12]的測(cè)量結(jié)果有不一致的地方，他們認(rèn)為腰椎中間層面骨密度最高，但是也有相同的地方，那就是腰椎上部的骨密度最低，這就很好地解釋了腰椎壓縮性骨折好發(fā)于腰椎椎體上部的原因[13]。測(cè)量腰椎骨密度的時(shí)候可以測(cè)量L3椎體上部，此處是老年人骨密度最低的部位。

本研究樣本量有限，并且是單一地區(qū)的研究結(jié)果，僅反映了我國(guó)小部分地區(qū)健康男性的基本情況，其結(jié)果需要更大樣本量的多中心研究進(jìn)行證實(shí)；另外，如吸煙，酗酒和運(yùn)動(dòng)等影響骨密度的一些因素并沒(méi)有考慮到，這可能會(huì)影響研究結(jié)果。此外，由于無(wú)法獲得大樣本的同一病例的能譜CT檢查和其他骨密度檢測(cè)方法(如雙能X線和QCT)的評(píng)估結(jié)果，基物質(zhì)測(cè)量結(jié)果不能直接與其他骨密度評(píng)估方法進(jìn)行比較，僅能參考其他研究，獲得本研究的結(jié)果和與先前其他骨密度評(píng)估方法的研究結(jié)果吻合。最后能譜CT的相對(duì)高輻射劑量問(wèn)題也是限制其應(yīng)用的主要瓶頸，隨著低劑量能譜CT技術(shù)的發(fā)展，可以有效的

降低劑量而擴(kuò)大臨床應(yīng)用范圍。在第二代GSI掃描模式中，自適應(yīng)迭代重建技術(shù)(ASIR)光譜成像劑量約減少30%，從而有望廣泛的應(yīng)用[14]。

[2] 陳靖,董越,葛瑩,等.探討能譜CT 寶石能譜成像技術(shù)用于骨密度測(cè)量的可行性[J].中國(guó)醫(yī)學(xué)影像技術(shù),2013,29(1):133-137.

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Intra and inter vertebral calcium (water) density variation measured by Gemstone Spectral Imaging

CHEN Jing, ZHENG Shao-wei,MIAO Yan-wei,LIU Ai-lian,LIU Yi-jun

(DepartmentofRadiology,theFirstAffiliatedHospitalofDalianMedicalUniversity,Dalian116011,China)

Objective To discuss calcium (water) density [DCa(Wa)] variation of the same lumbar vertebral body (L1, L2and L3) in different levels and evaluate correlation between L1-3DCa(Wa)and age by gemstone spectral imaging(GSI). Methods This study included 237 male patients who underwent spinal GSI examination with spectral CT (Discovery CT 750HD, GE). They had no trauma, surgery, tumor or other diseases affecting bone mineral density (such as metabolic or endocrine diseases, chronic renal failure, diseases of the spine, etc). All patients were divided into six groups according to age (20-29, 30-39, 40-49, 50-50, 60-69, over 70). All patients were measured the DCa(Wa)in L1-3vertebral bodies of different levels by two radiologists. ANOVA study was used to analyze the variance within the vertebra of three levels and the variance among vertebra (L1-L3) in different ages. Results In every vertebra (L1-L3), the DCa(Wa)values in three levels were statistically significant; the upper level of vertebra (L1-L3) was the lowest. In age 50-69 group, the L3vertebral body DCa(Wa)was the lowest; in age 70-79 group, all vertebra (L1-L3) DCa(Wa)values increased slightly. Conclusion There are DCa(Wa)value differences in vertebral body (L1-L3). L3vertebral body can be used as the preferred senile osteoporosis screening vertebral body.

computed tomography(CT); calcium (water) density; GSI; lumbar vertebra

論著10.11724/jdmu.2015.03.21

陳 靖(1978-)，女，遼寧大連人，主治醫(yī)師。E-mail：chenjing348@sina.com

鄭邵微，主治醫(yī)師。E-mail：chouxiong@sohu.com

R445.3

A

1671-7295(2015)03-0289-04

2015-03-26；

2015-05-11)