Application value of quantitative CT in diagnosis of osteoporosis at the ankle joint

ZHU Mingl，KANG Jingxia2，HAN Guang'，LI Qiangl，LIU Xiaopengl

'DepartmentofMedicalImaging，inyiTrditionalhineseMedicineHospital，inyi76oo，hina；Departmentofedical Imaging，Linyi People'sHospital，Linyi276ooo，China.

[Abstract]Objective：ToexploretheapplicationvalueofquantitativeCT（QCT）oftheanklejointinthediagnosisof osteoporosis.Methods：Aretrospectiveanalysiswasconstructedon109patientswhounderwentconcurrent lumbarspine andanklejointCTscans.Thebonemineraldensity（BMD）ofthedistaltibia，talus，calcaneusandanklejointwasmeasured. Pearsoncorelationanalysiswasusedtoinvestigatethecorelationbetweenage，BMDofvariousmeasuredregionsoftheankle joint，and lumbar spineBMD.ROC curves were analyzed todetermine thecut-offvalues forBMD invarious measuredregions of theanklejointtopredictabnormalbonemassResults：Among the109 patients，61cases hadnormalBMD，29caseshad decreasedBMD，and19caseshadosteoporosis.TheBMDvaluesofdistaltibia，talus，calcaneus，anklejointandlumbarspine were（145.68±52.30），（271.13±61.89）， （102.10±45.52 ）， （173.31±48.30 ）and （127.73±49.40）mg/cm³ .TheBMDsof distal tibia，talus，calcaneusandanklejointshowedpositivecorelatonswithlumbarspineBMD，withthehighestcorrlationobserved between the ankle joint BMD and the lumbar spine BMD ?r=0.690，Plt;0.01 ）.While age showed negative correlations with BMDs in all measured regions，with the highest correlation observed with lumbar spine BMD（ ?=-0.725，Plt;0.01 ）. ROC curve analysisrevealedthattheanklejointBMDhadthebestdiagnosticpeformanceinpredictingabnormalbonemass，witha cut-off value of 182.6mg/cm³ and an AUC of 0.891（ Plt;0.05 ）.Conclusions：The ankle joint BMD measured by QCT is correlatedwith lumbarspineBMD，demonstratingsubstantialvalueinassessingabnormalbonemass.Theyprovideastrong alternative reference，especially when lumbar spine data are lacking.

[Key words] Tomography，X-ray computed;Bone mineral density;Lumbar spine;Ankle joint; Correlation

近年來(lái)，我國(guó)骨質(zhì)疏松癥和脆性骨折的發(fā)病率持續(xù)上升[1]，據(jù)統(tǒng)計(jì)在50歲以上人群中，骨質(zhì)疏松癥患病率女性約 29.1% ，男性約 6.5%^[2] 。骨質(zhì)疏松癥及骨折患者的逐年增加一定程度上反映了我國(guó)人口的快速老齡化，加重了社會(huì)的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)[3]。因此，早期準(zhǔn)確評(píng)估骨質(zhì)疏松癥及骨折至關(guān)重要。

骨密度（bonemineral density，BMD）反映了骨骼的內(nèi)在特性，在骨質(zhì)疏松癥的診斷和脆性骨折的預(yù)防中具有重要意義[4-5]。臨床常采用雙能X射線吸收儀（dual-energy X-ray absorptiometry，DXA）和定量CT（quantitative computed tomography，QCT）測(cè)量BMD^[6-7] 。QCT可準(zhǔn)確測(cè)定BMD，在腰椎及髖關(guān)節(jié)BMD測(cè)定中應(yīng)用較多[8-10]，在踝關(guān)節(jié)等外周骨的應(yīng)用較少，且其與腰椎BMD相關(guān)性尚不明確。本研究將QCT技術(shù)應(yīng)用于踝關(guān)節(jié)，探討分析腔骨下端、距骨、跟骨及踝關(guān)節(jié)BMD與腰椎BMD的相關(guān)性，以確定診斷骨量異常的截?cái)嘀?，為臨床應(yīng)用研究提供依據(jù)。

1資料與方法

1.1一般資料

回顧性分析2021年1月至2024年9月在臨沂市中醫(yī)醫(yī)院同期接受腰椎及踝關(guān)節(jié)CT檢查的109例患者，男50例，女59例；年齡 21～85 歲，平均 （52.09± 16.91）歲。納入標(biāo)準(zhǔn)：均行腰椎及踝關(guān)節(jié)CT檢查，且2項(xiàng)檢查的間隔時(shí)間 ?1 個(gè)月。排除標(biāo)準(zhǔn)：因外傷導(dǎo)致測(cè)量區(qū)域骨折、炎癥及合并骨質(zhì)破壞者；臨床及影像資料不全者；慢性代謝性疾病者（甲狀旁腺功能異常、腎功能不全、糖尿病）。本研究經(jīng)醫(yī)院倫理委員會(huì)審核通過(guò)（批號(hào)：20240119）。

骨量異常診斷標(biāo)準(zhǔn)：腰椎 BMDlt;80mg/cm³ 為骨質(zhì)疏松， gt;120mg/cm³ 為正常， 80～120mg/cm³ 為低骨量[1];本研究以 BMD?120mg/cm³ 為骨量異常[10]。

1.2儀器與方法

109例均行腰椎及踝關(guān)節(jié)CT檢查。采用Siemens Somatom Defenition AS⁺ 及Somatom Force CT 。腰椎 掃描：患者頭先進(jìn)， 130kV，300mAs ，層厚 1mm 。踝關(guān)節(jié)掃描：患者足先進(jìn)， 120kV，70mAs ，重建層厚 1mm 。

1.3 圖像測(cè)量

將CT掃描數(shù)據(jù)由PACS傳輸至QCT工作站。工作站軟件為美國(guó)MINDWAYSQCTPRO6.1，體模校準(zhǔn)采用異步校準(zhǔn)，日常按照要求定期用modle4校準(zhǔn)體模對(duì) 120kV 及 130kV 的CT數(shù)據(jù)進(jìn)行校準(zhǔn)。使用3Dspineexam analysis功能測(cè)量 L₁，L₂ 椎體及脛骨下端、距骨、跟骨的BMD： ① 在椎體中心處勾畫ROI，測(cè)量深度 9mm ，在橫斷面、矢狀面和冠狀面盡可能多地包含骨松質(zhì)（避開(kāi)椎靜脈溝、骨皮質(zhì)和骨贅），軟件自動(dòng)得出 L₁，L₂ 椎體及其平均BMD（圖1a）。 ② 在脛骨下端、距骨及跟骨分別勾畫ROI。脛骨遠(yuǎn)端ROI放置于橫斷面中心區(qū)域并位于骨板上方 5mm ，距骨ROI設(shè)置在橫斷面中心區(qū)域，跟骨ROI設(shè)置在跟結(jié)節(jié)上方切面，橫切面上盡量位于跟骨長(zhǎng)軸與短軸的交點(diǎn)，冠狀面和矢狀面位于圖像中心區(qū)域，測(cè)量深度9mm ，避開(kāi)骨皮質(zhì)和異常區(qū)域（圖1b）。踝關(guān)節(jié)BMD由QCTPRO自動(dòng)給出。由2位具有5年以上工作經(jīng)驗(yàn)的放射科醫(yī)師測(cè)量。

圖1腰椎及定量CT（QCT）踝關(guān)節(jié)骨密度（BDM）測(cè)量示意圖注：圖1a為腰椎，圖1b為踝關(guān)節(jié)。黃色○為ROI，黃色直線為相應(yīng)層面

1.4統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用SPSS27.0統(tǒng)計(jì)軟件分析數(shù)據(jù)。采用Kolmogorov-Smirnov檢驗(yàn)分析計(jì)量資料的正態(tài)性，符合正態(tài)分布的資料以 表示。相關(guān)性分析采用Pearson相關(guān)分析。使用ROC曲線評(píng)估QCT踝關(guān)節(jié)BMD對(duì)骨量異常的診斷價(jià)值。2位醫(yī)師間的測(cè)量一致性行ICC檢驗(yàn)。以 Plt;0.05 為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2結(jié)果

2.1患者基本特征

109例患者中，男50例，女59例；平均年齡男性 （52.60±20.54） 歲，女性 （51.66±13.24） 歲。骨量正常61例（男29例，女32例），低骨量29例（男11例，女18例），骨質(zhì)疏松19例（男10例，女9例）。腔骨下端、距骨、跟骨、踝關(guān)節(jié)及腰椎BMD分別為（ 145.68± 52.30）、 （271.13±61.89） 、 102.10±45.52 、 （173.31± 48.30）、 （127.73±49.40）mg/cm³ 。脛骨下端、距骨、踝關(guān)節(jié)BMD均大于腰椎（均 Plt;0.05 ）。2位醫(yī)師間測(cè)量一致性良好（ ICCgt;0.8， 。

2.2年齡及踝關(guān)節(jié)各區(qū)域BMD與腰椎BMD的相關(guān)性

Pearson相關(guān)分析顯示，腔骨下端、距骨、跟骨及踝關(guān)節(jié)BMD與腰椎BMD均呈顯著正相關(guān)（ _r=0.644 /0.586，0.606，0.690 ，均 Plt;0.05 ）。其中，踝關(guān)節(jié)BMD與腰椎BMD的相關(guān)性最高，其次是腔骨下端。4個(gè)測(cè)量區(qū)域中，距骨與踝關(guān)節(jié)BMD的相關(guān)性最高（ 0.894， Plt;0.01 ），而距骨與脛骨下端的相關(guān)性最低 （r=0.644，Plt;0.01） 。年齡與各測(cè)量區(qū)域BMD均呈負(fù)相關(guān)，其中與腰椎BMD相關(guān)性最高（ r=-0.725 ，Plt;0.01， 。

2.3踝關(guān)節(jié)各區(qū)域BMD對(duì)骨量異常診斷效能

ROC曲線分析顯示，踝關(guān)節(jié)BMD在預(yù)測(cè)骨量異常中的準(zhǔn)確率最高，其AUC為0.891，當(dāng)截?cái)嘀禐?82.6mg/cm³ 時(shí)，約登指數(shù)為0.622，具備較高的敏感度和特異度。此外，脛骨下端、距骨和跟骨BMD對(duì)骨量異常也有一定的診斷價(jià)值（表1，圖2）。

表1QCT踝關(guān)節(jié)BMD預(yù)測(cè)骨量異常的ROC曲線分析結(jié)果

注：QCT為定量CT，BMD為骨密度。

圖2QCT踝關(guān)節(jié)BMD預(yù)測(cè)骨量異常的ROC曲線注：QCT為定量CT，BMD為骨密度

3討論

人體骨含量在30歲左右達(dá)到峰值[12]，而后隨著年齡的增長(zhǎng)而顯著下降。骨量和骨強(qiáng)度的減低，可引發(fā)骨質(zhì)疏松癥及其相關(guān)并發(fā)癥，嚴(yán)重威脅患者的健康，給患者及家庭造成沉重的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)[13-14]。骨質(zhì)疏松癥與老齡化密切相關(guān)，早期診斷對(duì)預(yù)防脆性骨折具有重要意義。

DXA可準(zhǔn)確檢測(cè)BMD，被認(rèn)為是骨質(zhì)疏松癥臨床診斷的金標(biāo)準(zhǔn)，但部分學(xué)者提出DXA對(duì)伴骨贅或其他疾?。怪诵行宰儭⒆甸g隙狹窄）的BMD測(cè)量具有局限性，可能會(huì)高估被檢骨的 BMD^[15-16] 。同時(shí)現(xiàn)有DXA測(cè)量BMD遠(yuǎn)不能滿足臨床需求[17]。越來(lái)越多的專家發(fā)現(xiàn)，QCT測(cè)量的BMD與常規(guī)DXA相似，可代替DXA用于評(píng)估BMD[18-19]。Li等[20]研究認(rèn)為，QCT較DXA敏感度更高。QCT作為三維BMD檢測(cè)技術(shù)，可完全消除ROI周圍軟組織和小關(guān)節(jié)的重疊對(duì)測(cè)量的干擾，且測(cè)量結(jié)果不受骨形態(tài)體積、主動(dòng)脈壁鈣化、脊柱退變等影響[8]

QCT目前主要用于中央骨腰椎及髖關(guān)節(jié)BMD的測(cè)定，其在外周骨（橈骨、跟骨、脛骨）的研究應(yīng)用較少[21-22]。盡管踝關(guān)節(jié)骨折是50歲以上人群中最常見(jiàn)的骨質(zhì)疏松性骨折類型之一[23]，但很少有研究使用QCT測(cè)量踝關(guān)節(jié)的 BMD^[24] 。目前，外周骨BMD與脊柱、髖關(guān)節(jié)BMD相關(guān)性尚未明確，但骨質(zhì)疏松癥患者外周骨BMD的下降速度快于中軸骨，因此，外周骨的測(cè)量可能對(duì)骨質(zhì)疏松癥的早期發(fā)現(xiàn)具有重要意義[25-28]

本研究利用QCT對(duì)脛骨下端、距骨和跟骨的BMD進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)脛骨下端、距骨、跟骨、踝關(guān)節(jié)BMD與腰椎BMD差異顯著，不同解剖部位BMD也有較大差異，說(shuō)明腰椎骨質(zhì)疏松判定標(biāo)準(zhǔn)并不適用于踝關(guān)節(jié)。Chirvi等24]通過(guò)QCT測(cè)定脛骨下端、跟骨、距骨BMD發(fā)現(xiàn)，距骨BMD最高[ （316±86）mg/cm³] 跟骨BMD最低[ （147±51）mg/cm³] ，與本研究結(jié)果一致。沈飛霞等[29]通過(guò)分析QCT測(cè)量腰椎BMD與DXA測(cè)量跟骨BMD的相關(guān)性，發(fā)現(xiàn)骨質(zhì)疏松組腰椎QCT測(cè)定值和跟骨SXA測(cè)定值呈顯著正相關(guān)（ r= 0.519，Plt;0.001） 。本研究中，腔骨下端、距骨、跟骨、踝關(guān)節(jié)BMD與腰椎BMD均呈正相關(guān)，其中踝關(guān)節(jié)BMD與腰椎BMD相關(guān)性最高 ，且距骨與踝關(guān)節(jié)BMD相關(guān)性最高（ _r=0.894 ， Plt; 0.01）。年齡與各區(qū)域BMD均呈負(fù)相關(guān)，其中與腰椎BMD相關(guān)性最高 r=-0.725，Plt;0.01） ，進(jìn)一步印證了骨量隨年齡流失的普遍規(guī)律。上述結(jié)果提示運(yùn)用QCT測(cè)得踝關(guān)節(jié)BMD可在一定程度上反應(yīng)腰椎BMD，Yamada等30發(fā)現(xiàn)DXA測(cè)量的跟骨BMD與腰椎BMD有較好的相關(guān)性 （r=0.77，Plt;0.01） 。Zuo等[31]運(yùn)用QCT測(cè)量脛骨下端、距骨、跟骨BMD，雖未進(jìn)一步探討踝關(guān)節(jié)諸骨BMD與腰椎BMD相關(guān)性，但其對(duì)踝關(guān)節(jié)諸骨BMD的測(cè)量支持外周骨QCT的可行性。Liu等[32-33]也證明外周骨與腰椎之間BMD呈中等強(qiáng)度的相關(guān)性（r為 0.55～0.80 ）。

本研究通過(guò)ROC曲線分析腔骨遠(yuǎn)端、距骨、跟骨及踝關(guān)節(jié)BMD均值預(yù)測(cè)骨量異常的最佳截?cái)嘀?，發(fā)現(xiàn)踝關(guān)節(jié)BMD具有較高的診斷效能，AUC達(dá)0.891，截?cái)嘀禐?182.60mg/cm³ ，敏感度和特異度均較高，表明使用踝關(guān)節(jié)QCT篩查骨量異常具有可行性。脛骨下端、距骨和跟骨的BMD也顯示出一定的診斷價(jià)值，但其效能略低于踝關(guān)節(jié)。劉齋等[34]通過(guò)分析胸椎與腰椎BMD的相關(guān)性確定了胸椎診斷骨質(zhì)疏松及骨量減少的平均BMD 閾值分別為 96.59，134.75mg/cm³ 0本研究結(jié)果支持QCT測(cè)量踝關(guān)節(jié)BMD作為骨量異常替代性診斷指標(biāo)的可能性，尤其適用于未行腰椎CT檢查的患者。在臨床實(shí)踐中，大量踝關(guān)節(jié)CT檢查為QCT篩查骨質(zhì)疏松提供了便利。利用CT數(shù)據(jù)同步分析BMD，既能提高資源利用率，又能實(shí)現(xiàn)骨質(zhì)疏松癥早期篩查，具有重要臨床價(jià)值。

本研究存在一定局限性：為單中心回顧性研究，樣本量較小且未根據(jù)年齡或性別分層分析，可能存在選擇偏倚及普適性局限。未來(lái)應(yīng)進(jìn)一步擴(kuò)大樣本量，并行多中心研究以增強(qiáng)結(jié)果的廣泛適用性。

綜上所述，踝關(guān)節(jié)QCT測(cè)量BMD與腰椎BMD具有較強(qiáng)的相關(guān)性，踝關(guān)節(jié)QCT分析在骨量減少、骨質(zhì)疏松癥診斷中具有一定價(jià)值，尤其是在腰椎數(shù)據(jù)缺失的情況下，踝關(guān)節(jié)BMD可提供替代性參考指標(biāo)，有助于早期識(shí)別骨質(zhì)疏松癥及其潛在骨折風(fēng)險(xiǎn)。

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（收稿日期2024-11-12）