趙明月，劉義軍，魏 巍，李貝貝，王 旭，范 勇，王詩耕，童小雨

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

骨密度(bone mineral density, BMD)是反映骨骼強(qiáng)度的重要指標(biāo)[1-2]。目前雙能X線骨密度儀(dual X-ray absorptiometry, DXA)、定量CT(quantitative CT, QCT)和能譜CT等是測量BMD的主要手段[3]，前二者是常用且具備具體標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)。根據(jù)物質(zhì)分離理論，利用能譜CT基物質(zhì)成像技術(shù)可測量腰椎BMD[4]。本研究針對能譜CT腹部成像，以羥基磷灰石(hydroxyapatite, HAP)和碘(Iodine)基物質(zhì)對密度值反映腰椎BMD，同時(shí)與QCT所測BMD進(jìn)行對比，觀察能譜CT基物質(zhì)成像技術(shù)測量BMD及評估骨質(zhì)狀態(tài)的價(jià)值。

1 資料與方法

1.1 一般資料 前瞻性納入2021年1月—2022年2月255例于大連醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院接受全腹部CT平掃及增強(qiáng)掃描患者，男161例，女94例，年齡25～86歲，平均(59.1±13.1)歲；其中6例<30歲(A組)，53例30～49歲(B組)，148例50～69歲(C組)，48例≥70歲(D組)。排除標(biāo)準(zhǔn)：①碘對比劑過敏或出現(xiàn)嚴(yán)重不良反應(yīng)，無法配合完成檢查；②腰椎外傷史及手術(shù)史；③腰椎明顯增生、嚴(yán)重退行性變及畸形等；④影響B(tài)MD的疾病如風(fēng)濕類疾病、內(nèi)分泌疾病、長期使用激素或椎體腫瘤病變等。本研究經(jīng)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)，檢查前患者均簽署知情同意書。

1.2 儀器與方法 采用GE Revolution CT掃描儀行全腹掃描，范圍自膈肌上緣至恥骨聯(lián)合下緣。平掃采用QCT掃描條件，管電壓120 kVp，3D自動(dòng)mA，探測器寬度80 mm，轉(zhuǎn)速0.6 rot/s，層厚5 mm，螺距0.992，SFOV 50 cm；增強(qiáng)掃描采用寶石能譜成像(gemstone spectral imaging, GSI)模式，管電壓80～140 kVp瞬切，管電流400 mA，探測器寬度80 mm，轉(zhuǎn)速0.6 s/rot，螺距0.992，SFOV 50 cm，層厚5 mm。以Ulrich雙通道高壓注射器經(jīng)右肘正中靜脈以4.0 m/s流率注射85 ml對比劑碘佛醇(320 mgI/ml)、以相同流率跟注20 ml生理鹽水后行三期增強(qiáng)掃描。

1.3 測量BMD

1.3.1 QCT 采用Mindways Model 4 QCT Pro V6.1骨密度分析系統(tǒng)。以標(biāo)準(zhǔn)算法重建平掃CT圖像，層厚1.25 mm、DFOV 50 cm，選取L1～L3椎體中間層面較均勻且無異常密度的骨松質(zhì)作為測量區(qū)域，于軸位圖像中避開骨島及椎體后靜脈叢等區(qū)域自動(dòng)生成高9 mm ROI，并適當(dāng)調(diào)整，使其范圍小于骨皮質(zhì)邊緣并包含盡可能多的骨松質(zhì)[5-6](圖1)，之后計(jì)算機(jī)處理分析得出各腰椎椎體QCT BMD值(單位：mg/cm3)。根據(jù)QCT BMD將椎體分為骨質(zhì)疏松(BMD<80 mg/cm3)、骨量減少(80 mg/cm3≤BMD≤120 mg/cm3)及骨量正常組(BMD>120 mg/cm3)[7]。

圖1 QCT測量L1～L3椎體中間層面骨松質(zhì)BMD A～C.分別對應(yīng)L1～L3椎體軸位(上圖)及矢狀位(下圖)平掃CT圖

1.3.2 能譜CT 重建層厚1.25 mm單能量圖像并傳至AW4.7工作站，在70 keV條件下重組三期增強(qiáng)HAP(Iodine)基物質(zhì)對圖像。于各期L1～L3椎體中間層面密度較均勻且無異常的骨松質(zhì)區(qū)域避開椎體靜脈叢和骨島等結(jié)構(gòu)放置約100 mm2的ROI，使其與椎體邊緣距離>5 mm[8](圖2)，測量各椎體中間區(qū)域上下連續(xù)3個(gè)層面的HAP(Iodine)密度值，計(jì)算每一椎體三期測值的平均值(單位：2mg/cm3)。

圖2 L3椎體動(dòng)脈期(A)、靜脈期(B)、延遲期(C)能譜CT HAP(Iodine)基物質(zhì)對圖像 (黃色區(qū)域?yàn)樽刁w骨松質(zhì)ROI)

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析 采用SPSS 24.0統(tǒng)計(jì)分析軟件。以±s表示計(jì)量資料。對HAP(Iodine)密度值與QCT BMD值行Spearman相關(guān)性檢驗(yàn)。采用單因素方差分析比較骨質(zhì)疏松組、骨量減少組及骨量正常組椎體HAP(Iodine)密度值，并以LSD法行兩兩比較。繪制受試者工作特征(receiver operating characteristic, ROC)曲線，分析椎體HAP(Iodine)密度值評估骨質(zhì)狀態(tài)的效能。以單因素方差分析對比各年齡組間L3椎體的HAP(Iodine)密度值，建立HAP(Iodine)密度值與年齡的擬合曲線，并進(jìn)行相關(guān)性分析。P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

共765個(gè)腰椎納入研究；總體QCT BMD值為(116.81±42.41)mg/cm3，HAP(Iodine)密度值為(693.16±18.76)2mg/cm3，二者呈正相關(guān)(r=0.96，P<0.05，圖3)。

圖3 L1～L3椎體 (共765個(gè)腰椎)HAP(Iodine)密度值與QCT BMD的相關(guān)性散點(diǎn)圖

根據(jù)QCT診斷標(biāo)準(zhǔn)，162個(gè)腰椎骨質(zhì)疏松、285個(gè)骨量減少、318個(gè)骨量正常，對應(yīng)椎體HAP(Iodine)密度值分別為(669.84±6.58)、(686.57±6.69)及(710.95±12.33)2mg/cm3，總體(H=624.88，P<0.05)及兩兩比較差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均<0.05)。

以695.92 2mg/cm3為HAP(Iodine)密度值截?cái)嘀佃b別骨量正常與骨量異常(骨質(zhì)疏松+骨量減少)的敏感度為92.77%，特異度為95.97%，曲線下面積(area under the curve，AUC)為0.987[95%CI(0.982,0.993)](圖4A)；以677.34 2mg/cm3為HAP(Iodine)密度值的截?cái)嘀蹬袛喙琴|(zhì)疏松與骨量減少的敏感度為92.63%，特異度為89.51%，AUC為0.963[95%CI(0.947,0.979)](圖4B)。

圖4 以L1～L3椎體HAP (Iodine)密度值判斷骨量正常與骨量異常(A)、骨量減少與骨質(zhì)疏松(B)的ROC曲線

各年齡組L3椎體QCT BMD值及HAP(Iodine)密度值總體比較及兩兩比較差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均<0.05)，見表1。

表1 各年齡組L3椎體HAP(Iodine)密度值及QCT BMD值比較(±s)

表1 各年齡組L3椎體HAP(Iodine)密度值及QCT BMD值比較(±s)

組別HAP(Iodine)密度值(2mg/cm3)QCT BMD(mg/cm3)A組(<30歲,n=6)718.80±18.45184.11±38.62B組(30～49歲,n=53)709.90±12.37159.67±27.73C組(50～69歲,n=148)683.75±13.6897.55±30.08D組(≥70歲,n=48)676.93±10.9083.31±25.59F值71.9781.90P值<0.05<0.05

A組L3椎體HAP(Iodine)密度值與年齡未見線性相關(guān)(P>0.05)，而B、C、D組HAP(Iodine)密度值與年齡均呈負(fù)相關(guān)(r=-0.467、-0.506、-0.426，P均<0.05，圖5)?！?0歲者L3椎體HAP(Iodine)密度值=-1.509×年齡+751.642(2mg/cm3)，與年齡呈負(fù)相關(guān)(r=-0.733，P<0.05，圖6)。

圖5 30～49歲(A)、50～69歲(B)、≥70歲(C)患者L3椎體HAP(Iodine)密度值與年齡的相關(guān)性散點(diǎn)圖

圖6 ≥30歲患者L3椎體HAP(Iodine)密度值與年齡的相關(guān)性散點(diǎn)圖

3 討論

能譜CT物質(zhì)分離技術(shù)可通過按一定比例配對兩種基物質(zhì)來表示任意物質(zhì)[9]；選擇基物質(zhì)對時(shí)，應(yīng)盡可能與被測物質(zhì)成分類似[10]，以相對定量表達(dá)組織相關(guān)指標(biāo)[11]。利用能譜CT能排除骨皮質(zhì)等影響，所測數(shù)值接近真實(shí)值，可作為評估三維體積BMD的替代方法[12-13]。

本研究針對接受全腹CT平掃及增強(qiáng)掃描患者，將QCT檢查與臨床常規(guī)CT檢查相結(jié)合，平掃采集圖像既可滿足影像學(xué)診斷需要，又可進(jìn)行BMD測量分析[14]；以GSI模式行增強(qiáng)掃描，其所測HAP(Iodine)密度值等同于平掃測得的HAP(Iodine)密度值[13]，進(jìn)而比較能譜CT BMD與HAP(Iodine)密度值(QCT BMD)，觀察能譜CT增強(qiáng)掃描評估BMD的價(jià)值。本研究結(jié)果顯示，HAP(Iodine)密度值與QCT BMD值呈線性相關(guān)，與ROSKI等[15]的結(jié)果相符。以QCT BMD診斷標(biāo)準(zhǔn)對L1～L3椎體進(jìn)行分組，3種不同骨質(zhì)狀態(tài)組間椎體HAP(Iodine)密度值差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；BMD值越小則骨質(zhì)內(nèi)HAP含量越少、HAP(Iodine)密度值越低。目前對于能譜CT用于診斷骨質(zhì)疏松、骨量減少的截?cái)嘀岛蜆?biāo)準(zhǔn)尚無共識(shí)。本研究ROC曲線結(jié)果顯示，以695.92 2mg/cm3為HAP(Iodine)密度值的截?cái)嘀蹬袛喙橇空Ｅc骨量異常(骨質(zhì)疏松+骨量減少)的敏感度為92.77%、特異度為95.97%，AUC為0.987；而以677.34 2mg/cm3診斷骨質(zhì)疏松與骨量減少的敏感度為92.63%、特異度為89.51%，AUC為0.963。

L3是腰椎的中央部位，反映腰椎乃至全身骨量，用于評估骨質(zhì)狀態(tài)較為敏感[16]。本研究利用L3椎體HAP(Iodine)密度值分析BMD與年齡之間的相關(guān)性，除患者年齡均小于30歲的A組外，B、C、D組HAP(Iodine)密度值與年齡均呈負(fù)相關(guān)；可能A組例數(shù)較少，導(dǎo)致線性相關(guān)分布趨勢不明顯；≥30歲者L3椎體HAP(Iodine)密度值與年齡的擬合曲線如下：HAP(Iodine)密度值=-1.509×年齡+751.642(2mg/cm3)。根據(jù)上述方程可推算得出相應(yīng)年齡段的HAP(Iodine)密度值，再根據(jù)截?cái)嘀殿A(yù)測骨質(zhì)狀態(tài)，為評估BMD提供了新方法。

本研究的局限性：①骨松質(zhì)組成成分復(fù)雜，以骨松質(zhì)HAP(Iodine)密度值代表BMD可能存在一定誤差；②年輕患者數(shù)量較少，且未按性別進(jìn)行分組，有待后續(xù)進(jìn)一步完善。

綜上，能譜CT基物質(zhì)成像技術(shù)可用于測量BMD及評估骨質(zhì)狀態(tài)。