馬歡，羅嗣頻，傅菲，鄧欣，萬業(yè)達(dá)

1.天津醫(yī)科大學(xué) 研究生院，天津 300202；2.天津市天津醫(yī)院 放射一科，天津 300202

引言

近年來，腰椎退行性改變是引起中老年人腰腿疼痛的一種常見病和多發(fā)病，且隨著年齡的增長發(fā)病率普遍增加[1]。腰椎退行性改變的典型表現(xiàn)之一是椎體皮質(zhì)增厚，唇樣骨贅及骨橋形成[2]。但是目前對于腰椎退行性骨關(guān)節(jié)病的認(rèn)識仍有很多不足，本研究利用能譜CT中羥基磷灰石（水）[HAP（water）]和鈣（水）[Ca（water）]基物質(zhì)對分別對含有骨贅的退行性椎體皮質(zhì)中的HAP含量和Ca含量進(jìn)行評估，從而為腰椎退行性變的發(fā)病機(jī)制提供依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 研究對象

收集2020年9月至2021年1月于天津醫(yī)院行腰椎CT平掃的患者78例，其中男34例，女44例，年齡50～79歲，平均（64.66±6.43）歲，共129個(gè)椎體。根據(jù)年齡分為3組：組1：50～59歲，21例，共29個(gè)椎體；組2：60～69歲，36例，共67個(gè)椎體；組3：70～79歲，21例，共33個(gè)椎體。根據(jù)性別進(jìn)行分組，男，44例，63個(gè)椎體；女，34例，66個(gè)椎體。所有患者均簽署知情同意書。納入標(biāo)準(zhǔn)：① 因腰疼、腿疼、下肢麻木等原因來醫(yī)院就診，并行腰椎CT平掃的病人；② 椎體前緣有且僅有一個(gè)骨贅的椎體。排除標(biāo)準(zhǔn)：① 有骨壞死、骨感染、強(qiáng)直性脊柱炎、腰椎骨折、腰椎結(jié)核、椎體及椎管腫瘤、腰椎行內(nèi)固定的病人；② 椎體前緣有兩個(gè)骨贅的椎體；③ 年齡小于50歲。

1.2 設(shè)備與方法

采用GE Revolution ES CT進(jìn)行能譜（Gemstone Spectral Imaging，GSI）掃描。掃描過程中選取GSI腰椎協(xié)議，掃描范圍：腰1至骶1，掃描方向：由上至下進(jìn)行掃描。掃描參數(shù)：管電壓采用GSI模式，利用高（140 kV）、低（80 kV）電壓瞬時(shí)切換獲得能譜數(shù)據(jù)；管電流采用自動管電流模式（GSI assist），200～485 mA；噪聲指數(shù)：9.0；采用螺旋掃描方式，轉(zhuǎn)速為0.5 s/r，螺距為0.992：1；探測器寬度80 mm；層厚5 mm；層間隔5 mm；前置自適應(yīng)迭代算法：40%。重建參數(shù)：74 keV單能量圖像；層厚與層間距均為0.625 mm；后置自適應(yīng)迭代算法：50%。

1.3 圖像后處理及分析

掃描完成后，將重建出的能譜數(shù)據(jù)推至AW4.7工作站。使用GSI viewer生成HAP（water）和Ca（water）基物質(zhì)圖像。由一名高年資放射科醫(yī)師（具有10年以上診斷經(jīng)驗(yàn)）在HAP（water）和Ca（water）基物質(zhì)圖像中椎體的正中矢狀面上，分別在椎體前緣皮質(zhì)、椎體上緣皮質(zhì)、椎體下緣皮質(zhì)和后緣皮質(zhì)繪制興趣區(qū)（Region of Interests，ROI）并進(jìn)行測量，詳見圖1。將椎體的前緣、上緣和下緣平分為三部分，并在每個(gè)部分的中間位置放置1個(gè)面積為1 mm2的ROI，椎體后緣中間部分由于有血管及神經(jīng)存在，將其等分為三份后，只在上部和下部的中間位置放置1個(gè)面積為1 mm2的ROI，并分別記錄各個(gè)ROI下的HAP密度值和Ca密度值，計(jì)算出椎體各邊緣皮質(zhì)ROI下的平均值。比較椎體各邊緣、不同年齡段和不同性別間測量值的差異。

圖1 椎體四個(gè)邊緣皮質(zhì)ROI勾畫方法

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

采用SPSS 26.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。采用Kolmogorov-Smirnov檢驗(yàn)評估計(jì)量資料的正態(tài)性，符合正態(tài)分布的計(jì)量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（±s）表示。采用單因素方差分析比較椎體四個(gè)邊緣皮質(zhì)的HAP和Ca密度值差異是否有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，以及不同年齡段椎體四個(gè)邊緣皮質(zhì)的HAP和Ca密度值差異是否有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，進(jìn)一步兩兩進(jìn)行比較采用LSD-t檢驗(yàn)。使用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)比較不同性別中椎體四個(gè)邊緣皮質(zhì)的HAP和Ca密度值差異是否有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。P<0.05表示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 椎體皮質(zhì)HAP和Ca含量的比較

椎體四個(gè)邊緣皮質(zhì)進(jìn)行比較，椎體上緣和椎體下緣的HAP和Ca密度值差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，其余兩兩比較差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.001）。HAP和Ca密度值由高到低依次為椎體前緣、椎體上緣和椎體下緣、椎體后緣（表1）。

表1 椎體皮質(zhì)HAP和Ca含量的比較

2.2 不同年齡段椎體皮質(zhì)HAP含量的比較

不同年齡段椎體四個(gè)邊緣皮質(zhì)進(jìn)行比較，僅組2與組3椎體上緣皮質(zhì)的HAP含量有差異（P=0.009），其余差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（表2）。

表2 不同年齡段椎體皮質(zhì)HAP的比較

2.3 不同年齡段椎體皮質(zhì)Ca含量的比較

不同年齡段椎體四個(gè)邊緣皮質(zhì)進(jìn)行比較，僅組2與組3椎體上緣皮質(zhì)的Ca含量有差異，其余差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（表3）。

表3 不同年齡段椎體皮質(zhì)Ca的比較

2.4 不同性別間椎體皮質(zhì)HAP含量的比較

不同性別間椎體四個(gè)邊緣皮質(zhì)進(jìn)行比較，前緣和下緣的HAP密度值在男女之間有差異，其余差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，詳見表4。

表4 不同性別間椎體皮質(zhì)HAP的比較

2.5 不同性別間椎體皮質(zhì)Ca含量的比較

不同性別間椎體四個(gè)邊緣皮質(zhì)進(jìn)行比較，前緣和下緣的Ca密度值在男女之間有差異，其余差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（表5）。

表5 不同性別間椎體皮質(zhì)Ca的比較

3 討論

腰椎退行性病變的檢查以影像學(xué)為主，手段主要有X線平片、多層螺旋CT和MRI等[3-4]。其中，對于描述脊柱的形態(tài)學(xué)特征，多層螺旋CT可以很好地完成。但是越來越多研究是定量分析研究，能譜CT可以提供較常規(guī)CT的更多參數(shù)來評價(jià)病變，尤其是在骨骼肌肉系統(tǒng)中[5-7]。

能譜CT是利用不同物質(zhì)的X線衰減來獲得能譜數(shù)據(jù)，不同物質(zhì)的X線衰減主要取決于光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)的相互作用，任何物質(zhì)的衰減系數(shù)都可以表示為兩種已知基物質(zhì)的衰減系數(shù)的線性組合[8]。能譜CT基于物質(zhì)的有效原子序數(shù)Z不同以及不同物質(zhì)在不同X線能量下其特定的X線衰減系數(shù)產(chǎn)生特殊的物質(zhì)圖像[9]，使用兩種不同能量的X射線束來獲得不同的能量數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)單個(gè)體素的物質(zhì)分離。已經(jīng)有許多既往研究利用基物質(zhì)分離技術(shù)，如肺癌，痛風(fēng)結(jié)石等[10-11]。骨皮質(zhì)的主要成分是無機(jī)鹽和水。因此，基于能譜CT物質(zhì)分離技術(shù)可以檢測椎體皮質(zhì)的HAP含量以及Ca含量。腰椎退行性改變目前仍然是造成中老年人腰腿疼痛的主要原因，且隨著年齡的增長，椎體發(fā)生退變的機(jī)會更大[1-2]。對于檢測腰椎退行性病變，本研究利用能譜CT基物質(zhì)對HAP（water）和Ca（water）測量并評估椎體四個(gè)邊緣皮質(zhì)中的HAP密度以及Ca密度。其中分別測量并對比了患者椎體的前緣、上緣、下緣和后緣，發(fā)現(xiàn)它們HAP密度以及Ca密度均有明顯差異（P<0.01）。能譜CT物質(zhì)分離評價(jià)腰椎退行性改變椎體皮質(zhì)HAP含量和Ca含量是有可行性的。

腰椎四個(gè)邊緣皮質(zhì)各參數(shù)的比較中發(fā)現(xiàn)，正常腰椎正位時(shí)，力學(xué)分布主要集中在椎體骨皮質(zhì)、椎弓峽部和小關(guān)節(jié)突，這是由腰椎的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定的[12]。隨著年齡的增長，椎體發(fā)生退行性改變，椎間盤的彈性開始逐漸降低，髓核失去水分導(dǎo)致椎間盤高度降低，對負(fù)重的彈性也減低，隨之終板厚度減少纖維環(huán)不能附著于終板上，也開始變薄，失去彈性。為了保持最大的承載能力，椎間盤將其所受到的應(yīng)力分散到纖維環(huán)，隨后傳遞到椎體的終板[13]。由于椎間盤所受壓應(yīng)力增大，椎體所受壓力也相應(yīng)增加，椎體長時(shí)間壓應(yīng)力的改變會造成椎體代償性增生，椎體皮質(zhì)增厚。因此，隨著年齡的增加，腰椎發(fā)生退行性變的患者常常伴隨椎體的骨質(zhì)增生性改變[12]。在椎體發(fā)生退行性改變時(shí)，脊柱結(jié)構(gòu)幾何形狀與材料特性均會發(fā)生改變，因而影響腰椎的應(yīng)力傳導(dǎo)[14]。

本研究中將椎體四個(gè)邊緣皮質(zhì)的HAP含量和Ca含量進(jìn)行比較，僅椎體上緣與下緣皮質(zhì)的HAP含量和Ca含量差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，椎體前緣高于椎體上緣和下緣，椎體后緣低于椎體上緣和下緣。由此推測椎體四個(gè)邊緣骨皮質(zhì)HAP含量以及Ca含量不一樣的原因可能是其受力不同，且椎體皮質(zhì)的受力大小與骨含量有關(guān)。譚軍[15]指出，根據(jù)Wolff定律，骨組織的結(jié)構(gòu)符合骨組織的應(yīng)力分布特點(diǎn),應(yīng)力大的部位骨組織的強(qiáng)度大,具體表現(xiàn)為骨含量高,骨密度大。且有研究表明，在L4椎體上表面施加垂直于椎體向下的壓力后，傳遞到椎間盤后的Von-Mises應(yīng)力，前部明顯大于中后部，由此可推斷椎體前柱承受的應(yīng)力大于中后柱[16]。本研究中椎體前緣的皮質(zhì)HAP含量以及Ca含量高于其他三個(gè)邊緣，與椎體前部承受的應(yīng)力大于中后柱結(jié)果一致，驗(yàn)證了椎體皮質(zhì)的受力大小與其骨含量有關(guān)。椎體后緣骨皮質(zhì)最薄，甚至在椎體中部骨皮質(zhì)缺如，相當(dāng)于椎體后壁靜脈竇，所以椎體后緣皮質(zhì)HAP含量以及Ca含量低于其他三個(gè)邊緣骨皮質(zhì)。椎體上緣皮質(zhì)和椎體下緣皮質(zhì)的HAP含量以及Ca含量沒有差異，可能是由于椎體上緣和下緣受到的力沒有差別。椎體的上下緣由骨性終板構(gòu)成，上下終板承受來自纖維環(huán)和髓核的軸向的不均勻壓力,起著分散應(yīng)力的作用[15]。所以對于整個(gè)終板來說，其受力大小沒有差別。

本研究中不同年齡段間椎體皮質(zhì)進(jìn)行比較，僅上緣中組2的HAP和Ca含量高于組3，其余差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。這可能是由于隨著年齡的增加，椎間盤發(fā)生退變，上緣終板的受力增大，代償性增生，骨含量增高，但終板受力大小超出其代償能力后，其HAP和Ca含量開始減少。不同性別間椎體皮質(zhì)進(jìn)行比較，前緣和下緣的HAP和Ca密度值有差異，其余差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。這可能是由于男性和女性的生理結(jié)構(gòu)不同，導(dǎo)致椎體各部位受力大小也不同。

本研究存在一定局限性：① 本研究樣本量相對較小，可能存在選擇偏倚；② 僅對椎體前緣有且僅有一個(gè)骨贅的椎體進(jìn)行了分析。

綜上所述，能譜 CT 中 HAP（water）和 Ca（water）基物質(zhì)對能在體內(nèi)測量椎體皮質(zhì)的HAP以及Ca的含量，可以為椎體皮質(zhì)的定量研究提供幫助，有助于判定退行性病變程度、進(jìn)一步闡明腰椎退行性變的發(fā)病機(jī)制。