劉正華 張玉婷 黃大耿 姜永宏

骨質(zhì)疏松癥（osteoporosis,OP）是一種以骨礦物質(zhì)含量減少和骨剛性強度下降為特征的骨骼疾病，會增加老年人的骨折風險。骨密度（bone mineral density，BMD）測量對OP 的早期診斷及療效評價具有重要價值。雙能X 線吸收法（dual X-ray absorptiometry, DXA） 和定量 CT（quantitative CT,QCT）是目前骨肌系統(tǒng)臨床和科研中應(yīng)用較為廣泛的2 種影像方法[1-2]，但DXA 測量易受到體位及血管壁鈣化的影響[2]，QCT 測量忽略了骨髓脂肪含量對 BMD 的影響[3]。雙能量 CT（dual-energy CT,DECT） 可以利用虛擬去鈣（virtual non-calcium,VNCa）技術(shù)定量分析鈣、水和脂肪等不同的物質(zhì)成分[4-6]。最新的《骨質(zhì)疏松影像學(xué)與骨密度診斷專家共識》[1]中指出，DECT 可用于骨骼鈣含量的定量分析和BMD 測定，其在OP 診療方面的價值尚需進一步研究確定。因此，本研究基于DECT 的VNCa 技術(shù)量化椎體的鈣和脂肪成分，通過研究鈣和脂肪定量參數(shù)與QCT 測得的BMD 的相關(guān)性，探討DECT 從骨礦物質(zhì)含量和骨髓脂肪組成方面對OP 進行定量評價的可行性。

1 資料與方法

1.1 一般資料 回顧性納入2019 年3—4 月西安交通大學(xué)附屬紅會醫(yī)院的55 例慢性腰腿痛病人，其中男 29 例，女 26 例，年齡 24~67 歲，平均（49.8±12.1）歲，平均體質(zhì)量指數(shù)（body mass index,BMI）為（23.40±4.16）kg/m2。納入標準：①年齡≥18 歲；②胸腰椎無內(nèi)固定材料；③行腰椎DECT 掃描并有QCT數(shù)據(jù)。對納入病人的椎體進行篩選和排除，排除標準：①椎體松質(zhì)骨內(nèi)有局限性骨質(zhì)硬化；②椎體骨折和骨質(zhì)破壞；③術(shù)后椎體。最終納入318 個椎體。

1.2 設(shè)備與方法 采用Siemens Somatom Definition Flash 雙源CT 掃描設(shè)備，并使用Midways 公司的質(zhì)控體模對CT 設(shè)備進行校對，掃描范圍自胸12椎體至骶1椎體。掃描時病人取仰臥位，腰部下方放置Mindways 公司5 樣本標準體模，以便在獲得DECT數(shù)據(jù)的同時進行QCT 的BMD 測量。掃描參數(shù)：A、B球管的管電壓分別為80 kV、Sn 140 kV，有效管電流250 mA，螺距 0.6，準直寬度 32×0.6 mm，旋轉(zhuǎn)時間500 ms/r，F(xiàn)OV 500 mm×500 mm，重建層厚 1 mm，層間距0.75 mm。

1.3 DECT 上鈣和脂肪定量參數(shù)測量 在西門子雙能量分析軟件syngo.via 10.0 上基于肝臟虛擬平掃（virtualnon-contrast, VNC）功能模塊進行鈣和脂肪的定量分析。對80 kV/Sn 140 kV 管電壓下的配置文件進行修改以進行VNCa 定量分析，軟組織的CT 值設(shè)置為55 HU 和51 HU，脂肪的CT 值設(shè)置為-110 HU 和-87 HU，碘斜率設(shè)置為 1.71[7-8]，此時碘對比劑和脂肪的定量參數(shù)分別對應(yīng)為椎體鈣和脂肪的定量參數(shù)。手動在椎體的前2/3 勾畫圓形興趣區(qū)（ROI），避開靠近骨皮質(zhì)邊緣及椎靜脈溝周圍的骨質(zhì)硬化區(qū)，測量胸12-腰5椎體ROI 內(nèi)的對比劑CT值（contrast media,CM）（用以表示鈣的 CT 值）、常規(guī)CT 值 （regular CT value, rCT）、鈣濃度（calcium density,CaD）及脂肪分數(shù)（fat fraction,FF）（圖 1）。由2 位有10 年以上肌骨系統(tǒng)影像診斷經(jīng)驗的醫(yī)師獨立測量所有定量參數(shù)，每位醫(yī)師測量1 次，取2 位測量的平均值作為最終測量結(jié)果。

圖1 椎體中鈣和脂肪定量參數(shù)的測量。在DECT 的VNCa圖上測量 CM、rCT、CaD 和 FF。

1.4 QCT 上BMD 測量 將高低能量混合比為0.5的CT 掃描數(shù)據(jù)導(dǎo)入QCT pro 定量分析系統(tǒng)，避開骨質(zhì)硬化區(qū)，在椎體的前2/3 勾畫ROI，測量胸12-腰5椎體的 BMD 值（圖 2）。BMD<80 mg/cm3診斷為 OP[3]，根據(jù) BMD 值將全部318 個椎體分為 OP 組（87 個）和非 OP（non-OP，NOP）組（231 個）。

圖2 QCT pro 定量分析系統(tǒng)中BMD 的測量

1.5 統(tǒng)計學(xué)方法 采用SPSS 22.0 軟件進行數(shù)據(jù)分析。符合正態(tài)分布的計量資料以均數(shù)±標準差（）表示，2 組間比較采用獨立樣本t 檢驗。采用組內(nèi)相關(guān)系數(shù)（intraclass correlation coefficient，ICC）分析 2名醫(yī)師測量數(shù)據(jù)結(jié)果的一致性（ICC＜0.4 為一致性差，0.4≤ICC≤0.75 為一致性一般，ICC＞0.75 為一致性較好）。采用Pearson 相關(guān)分析BMD 與CM、rCT、CaD、FF 的相關(guān)性，并建立多元線性回歸模型（決定系數(shù)r2越接近1，方程擬合程度越好），該模型計算得到的BMD 即為回歸BMD（regressive BMD,rBMD），得出rBMD 的方程。以QCT 的BMD 值作為金標準（BMD<80 mg/cm3），采用受試者操作特征（ROC）曲線評價 rBMD、CM、CaD、FF 的診斷效能。P<0.05 為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 2 名醫(yī)師測量BMD 和DECT 定量參數(shù)的一致性 2 名醫(yī)師測量BMD 和DECT 定量參數(shù)的一致性較好（均 ICC＞0.75），見表 1。

表1 2 名醫(yī)師測量BMD 和DECT 參數(shù)的一致性

2.2 2 組椎體DECT 定量測量參數(shù)比較 OP 組的CM、rCT、CaD 均低于 NOP 組，而 FF 高于 NOP 組（均 P<0.05），見表 2。

表2 2 組椎體DECT 定量測量參數(shù)比較

2.3 BMD 和DECT 參數(shù)的相關(guān)性及回歸模型分析 CM、rCT、CaD 分別與 BMD 呈正相關(guān)（分別為r=0.885，P<0.001；r=0.947，P<0.001；r=0.877，P<0.001）；FF 與 BMD 呈負相關(guān)（r=-0.492，P<0.001）（圖 3）。多重線性回歸分析顯示CM、CaD、FF 是BMD 的影響因素（均 P<0.05，見表 3），將 CM、CaD、FF 納入回歸模型計算得出：r2=0.915；rBMD 的方程為：rBMD=54.82-0.19×CM+20.03×CaD-1.24×FF。

表3 BMD 的多重線性回歸分析

圖3 DECT 定量測量參數(shù)與 BMD 的相關(guān)性。A-C 圖，CM、rCT、CaD 分別與 BMD 呈正相關(guān)；D 圖，F(xiàn)F 與 BMD 呈負相關(guān)。

2.4 rBMD 與DECT 定量參數(shù)診斷OP 的效能 與CM、CaD、FF 相比，當 rBMD 閾值為 81.94 mg/cm3時診斷效能最高，其敏感度、特異度、AUC 分別為90.04%、91.95%、0.966（0.940～0.983）（表 4）。rBMD和DECT 定量參數(shù)的ROC 曲線見圖4。

圖4 rBMD 與DECT 定量參數(shù)診斷OP 的ROC 曲線

表4 rBMD 與DECT 定量參數(shù)診斷OP 的效能

3 討論

OP 是一種增齡性發(fā)展的疾病，首先反映在松質(zhì)骨中，故早期診斷和連續(xù)監(jiān)測小梁BMD 的變化尤為重要。通常DXA 的BMD 測量方法往往將皮質(zhì)骨和松質(zhì)骨混在一起。由于皮質(zhì)骨的密度顯著高于松質(zhì)骨，所以其結(jié)果不能反映OP 早期松質(zhì)骨密度的變化，對早期骨質(zhì)疏松的診斷比較困難[9]?；赒CT 的BMD 測量比DXA 能更好地評估椎體OP[10]，對于OP 的早期診斷和監(jiān)測具有重要價值，不僅是一種三維測量的方法，還可以區(qū)分皮質(zhì)骨和松質(zhì)骨，以及單獨測量骨小梁的BMD[11-12]。然而，Cheng等[3]認為由于骨髓脂肪組織數(shù)量的差異，可能導(dǎo)致QCT 評估BMD 的準確性降低。DECT 利用高低能量的物質(zhì)分離技術(shù)，能夠?qū)︹}、脂肪和水等進行量化，可以作為一種定量分析骨骼鈣含量的新方法用于BMD 測定[13-14]。

本研究對設(shè)備商預(yù)設(shè)的肝臟VNC 配置文件中的參數(shù)修改為鈣的特征斜率值，也相應(yīng)修改了軟組織和脂肪的參考值，這樣就可以實現(xiàn)鈣和脂肪含量的定量測量。由此得到的DECT 測量參數(shù)CM 和CaD 反映了鈣相關(guān)CT 值和鈣濃度，F(xiàn)F 反映了脂肪的含量，rCT 是混合能量圖中的原始CT 值。有研究者[4,13]認為椎體骨髓脂肪含量影響椎體強度和椎體BMD，在老年性O(shè)P 的相關(guān)研究中需要對椎體脂肪含量進行定量分析。亦有報道[4,10]表明FF 值的升高會間接導(dǎo)致BMD 值減少，以致過高地估計了椎體骨折的風險。Cheng 等[3]利用MRI 量化椎體的脂肪成分來校正QCT 測量的BMD，并認為椎體脂肪成分的量化可以提高QCT 測量的BMD 的準確性。在本研究中，OP 組 CM、rCT、CaD 低于 NOP 組，F(xiàn)F 高于 NOP 組，并且 CM、rCT、CaD 與 BMD 呈正相關(guān)，而FF 與BMD 呈負相關(guān)，反映了椎體骨骼鈣和脂肪含量對BMD 測量值的影響，與上述研究的結(jié)論基本一致。不同的是本研究采用了DECT 的方法，只需一種檢查就可以同時完成對鈣和脂肪含量的測量。此外，本研究建立了基于鈣和脂肪定量參數(shù)的BMD 數(shù)學(xué)模型，CM、CaD 和 FF 納入方程，而 rCT 未被納入，可能與其是多種成分的混合CT 值有關(guān)?；诨貧w模型計算得到的rBMD 反映了椎體鈣和脂肪含量對BMD 的綜合影響，其對OP 的診斷效能顯著高于獨立的鈣和脂肪相關(guān)指標，可以更加方便準確地定量評價BMD。

本研究的數(shù)據(jù)測量由2 位醫(yī)師完成，結(jié)果具有較好的一致性，可能與ROI 位置選擇較一致有關(guān)。ROI 在椎體的位置對于CT 定量參數(shù)測量與骨折風險的相關(guān)研究具有重要意義。本研究中ROI 定位于椎體前2/3 區(qū)域主要是為了有效地避免椎靜脈溝及其邊緣骨化，降低BMD 測量誤差；其次，骨質(zhì)疏松性壓縮骨折發(fā)生時，椎體前柱是應(yīng)力最大的部位[15]，ROI 置于此處，有利于進一步利用測量值預(yù)測骨質(zhì)疏松性骨折的風險。在以往的一些研究中，ROI 常被設(shè)定為整個椎體的輪廓[6-7]，筆者認為它沒有充分發(fā)揮三維測量技術(shù)的優(yōu)勢，可能與這些研究選擇DXA 作為對照有關(guān)。選擇QCT 作為對照的優(yōu)勢在于，無論是基于DECT 還是基于QCT 的測量，都可以選取在同一個層面上進行，保證ROI 的點對點對應(yīng)，以減少系統(tǒng)誤差。

QCT 是目前應(yīng)用較多的一種BMD 測量方法，僅需在常規(guī)CT 上加裝校正體模及相關(guān)分析軟件即可完成。相比DECT，QCT 對設(shè)備依賴性小，操作更方便，更適宜臨床推廣。盡管如此，DECT 用于骨質(zhì)疏松的定量評價仍具有一定的優(yōu)勢，如其VNCa 技術(shù)對骨髓水腫的診斷具有很高的臨床應(yīng)用價值；還有研究[16-17]表明DECT 對骨質(zhì)疏松性椎體壓縮骨折診斷的敏感度和特異度分別為88.6%、100%，對膝關(guān)節(jié)隱匿性骨折骨髓水腫診斷的敏感度和特異度分別為81.8%、94.6%，適用于骨質(zhì)疏松性骨折以及隱匿性骨折的急診CT 檢查。對于老年性O(shè)P 病人，進行一次腰椎的DECT 檢查，既可以對骨質(zhì)疏松程度進行精確地定量評價，還可以通過骨髓水腫的情況發(fā)現(xiàn)隱匿性骨折，或者判斷骨折是否為新鮮骨折，為臨床診療提供參考。這在一定程度上有助于優(yōu)化檢查流程，減少醫(yī)療成本。

本研究尚存在一定局限性：一是樣本量較??；二是由于BMD 不能完全反映骨強度，因而僅以QCT 的BMD 作為評價OP 診斷效能的金標準。因此，在今后的研究中需要增加樣本量，宜進行椎體的生物力學(xué)測試，以之作為骨強度的金標準進行相關(guān)研究。

總之，基于DECT 的VNCa 技術(shù)的鈣和脂肪定量參數(shù)與QCT 的BMD 具有良好的相關(guān)性，基于這些參數(shù)得到的rBMD 對OP 的診斷具有較高的敏感度和特異度，可作為一種BMD 測量的補充方法，從椎體的鈣及脂肪含量方面定量評價骨質(zhì)疏松。