腹部脂肪含量对低毫安定量CT测量腰椎体模骨密度的影响

王育娇 韩合理 史郁婷,3 叶航 姚宁 郁万江*

1.青岛大学附属青岛市市立医院放射科，山东 青岛 266011 2.大连医科大学研究生院，辽宁 大连 116044 3.潍坊医学院研究生院，山东 潍坊 261053

骨质疏松症是一种以身体骨骼功能衰退，可引起骨折为特征的全身性骨病[1]。骨密度(bone mineral density, BMD)测定在骨质疏松症预防中具有重要作用,QCT通过对CT三维容积数据的研究,可以很灵敏的反映BMD改变，因此QCT对测定BMD有着巨大的优越性，目前已广泛应用于临床[2-4]。临床测量BMD时，除了正常体重人群，也包括超重/肥胖人群，腹部脂肪被认为是肥胖相关疾病的一个重要因素[5]，不同人群腹部脂肪含量存在很大的差异。有研究表明[6]腹部脂肪含量对常规QCT测量BMD的准确性有一定影响，但是对具体影响程度未进行过系统研究。随着全民健康意识的提升，低毫安 CT扫描技术已逐步成为人们关注的热点。相关文献显示[7]，低毫安CT扫描在降低辐射剂量的同时，也为患者提供了巨大的诊断潜力。此外，高冰等[8]研究表明低毫安QCT可以准确测量不同体质量指数(body mass index,BMI)人群的BMD，却未考虑到腹部脂肪含量对BMD测量的影响。目前，腹部脂肪组织对低毫安QCT测量BMD的影响尚无明确定论，因此，本研究模拟了不同含量腹部总脂肪组织(total adipose tissue，TAT),旨在探讨TAT对低毫安QCT测量BMD准确性的影响。

1 资料与方法

1.1 研究对象

采用同一个ESP(德国ORM公司编号145)进行测量分析。它是一种模拟人体腰椎的体模，可用来对骨密度测量仪器进行标准化和相互校准，对双能吸收测定法(dual X-ray absorptiometry，DXA)和QCT均有效。ESP包括3个松质骨骨密度不等的椎体。3个椎体的松质骨羟基磷灰石密度分别是L1(50 mg/cm3)、 L2(102 mg/cm3)和L3(197 mg/cm3)，依次代表骨质疏松、骨量减低、骨量正常。选取3块大小不等的新鲜猪离体脂肪模拟人体不同含量腹部脂肪组织，将其分别均匀包裹于ESP周围，先后接受常规腰椎QCT及低毫安腰椎QCT扫描，见图1A。

1.2 仪器与方法

采用256排GE Revolution CT (美国威斯康星州沃克夏)行腰椎扫描,扫描前行QCT质量控制 (quality assurance, QA)。将体模置于检查床上，采用常规QCT和低毫安 QCT对裹有不同腹部脂肪组织含量的体模重复进行10次扫描，床高172 cm，扫描范围自L1上缘至L3下缘。扫描参数:管电压 120 kV,探测器宽度为80 mm，螺距0.992∶1,球管转速0.8 s/r，噪声指数为6.0，显示视野(display field of view，DFOV)50 cm,扫描层厚及层间距均为5 mm。常规QCT 管电流：200～500 mA;低毫安QCT管电流：40 mA。记录每次扫描的容积CT剂量指数 (volume CT dose index, CTDIvol)和剂量长度乘积(DLP)。扫描结束重建层厚1.25 mm 薄层图像,并上传至QCT工作站(版本3.0 Mindways Software，Inc.美国德克萨斯州奥斯汀),在椎体正中层面分别设置圆形ROI，面积均为225 mm2，避开椎体骨皮质及椎后静脉丛区,测量其BMD，见图1B。

1.3 分组

Zeng等[9]研究显示大部分中国人群腹部TAT在150～350 cm2之间。因此，本研究采用不同面积的新鲜猪离体脂肪模拟人体腹部脂肪，通过QCT中的Tissue Composition Analysis功能测得TAT，见图1C。根据TAT不同，将其分为四组：TAT=0、200、320、420 cm2组，其中TAT=420 cm2约为临床超重/肥胖人群的腹部TAT平均水平。

图1 L1～3椎体骨密度的定量CT测量Fig.1 Quantitative CT measurements of bone mineral density in L1-3 vertebra注：A：选取新鲜猪离体脂肪均匀包裹ESP示意图，床高172 cm；B：选取L1～3 ROI示意图 ，矢状位CT图像选择中间层面(黄色方框区域)，于相应轴位CT图像中选择ROI(红色椭圆区域)，大小均为225 mm2；C：QCT测量体模L2中心层面腹部脂肪，绿色光圈外蓝色部分为腹部总脂肪。

1.4 统计学分析

2 结果

2.1 低毫安QCT BMD测量值与体模真实值比较

表1显示各组BMD测量值与真实值均具有显著差异(P<0.05)。

表1 L1～3椎体测量值与真实值的比较Table 1 Comparison of L1-3 vertebral body measurements with true values

图2 不同TAT条件下低毫安QCT各组BMD测量值组内差异比较Fig.2 Comparison of the differences between the BMD measurements of each group under different TAT conditions of the low-mA QCT注：竖条纹柱：低毫安QCT扫描;*P<0.05。

2.2 低毫安QCT在不同TAT条件下各椎体BMD测量值组内差异比较

图2表明，L1～3椎体组内均存在差异，且以TAT=420 cm2组的BMD测量值与其余各组比较差异最为显著(P<0.05)。此外，图2还显示出不同含量TAT对低毫安 QCT测量BMD的准确性均有不同程度的影响。

2.3 常规QCT与低毫安QCT所获BMD测量值组间比较

较低TAT组(TAT=0、200、320 cm2)L1～3椎体测量值间比较差异无统计学意义(P>0.05)；而TAT=420 cm2时，L1～3椎体测量值间均具有显著差异(P<0.05)。此外，两种扫描模式所获BMD均显示TAT越高，其对QCT测量值的影响越大。见图3。

图3 常规QCT与低毫安QCT扫描所获BMD测量值组间比较Fig.3 Comparison of BMD measurements of L1-3 vertebrae obtained by routine QCT and low-mA QCT注：横条纹柱：常规QCT扫描；竖条纹柱：低毫安QCT扫描；nsP>0.05 ,*P<0.05。

2.4 低毫安QCT BMD测量值的RMSE与TAT相关性分析

低毫安QCT所获各椎体测量值的RMSE与TAT呈显著正相关，即RMSE随TAT增大而增大，且在相同TAT条件下L1椎体的RMSE最大。见图4。

图4 低mA QCT扫描时TAT与L1～3椎体的RMSE相关性分析Fig.4 RMSE correlation analysis between TAT and L1-3 vertebrae in low-mA QCT注:L1椎体：圆形标记线；L2椎体：方形标记；L3椎体：三角形标记。

2.5 常规QCT与低毫安QCT BMD测量值的RMSE

当TAT=420 cm2时，常规QCT的RMSE均小于低毫安QCT，见表2。

表2 常规QCT与低毫安QCT BMD测量值的RMSETable 2 RMSE of measured BMD in routine and low-mA QCT

2.6 两种扫描模式辐射剂量比较

常规QCT与低毫安QCT辐射剂量比较差异具有明显统计学意义，见图5。常规QCT 扫描：DLP 为 190.90～ 477.68 mGy·cm,平均(380.15±105.19) mGy·cm; 低毫安QCT 扫描：DLP 为 32.64～ 43.31 mGy·cm, 平均 (38.77±3.07) mGy·cm。

图5 常规QCT与低毫安QCT辐射剂量的比较Fig.5 Comparison of radiation dose between routine QCT and low-mA QCT scans注：nsP>0.05 、*P<0.05。

3 讨论

BMD作为人体骨量的主要检测指标，与骨质疏松症直接相关[10-12]。肥胖与骨质疏松症的关系是复杂的，随着肥胖现象越来越普遍，准确测量各种人群的BMD具有重要意义。QCT是常用的骨质疏松症检查方法，能够准确测量椎体BMD，同时可以预测椎体骨折[13-14]。然而QCT与DXA相比，存在辐射剂量较大的劣势，因此，低毫安QCT测量BMD成为了本次研究的重点。

本研究结果显示，TAT对低毫安QCT测量BMD的准确性有不同程度的影响。Yu等[15]利用DXA和QCT扫描裹有不同厚度脂肪的ESP，结果显示增加的脂肪使QCT BMD测量的准确性降低。Zhu等[16]发现DXA所测得中老年人较高的内脏脂肪组织(visceral adipose tissue，VAT)与BMD降低有关，提示内脏脂肪过多可能导致BMD下降。本研究结果表明，随着TAT增加，低毫安QCT测量BMD的准确性降低，这与既往研究在某种程度上是一致的。本研究还发现，相同TAT条件下，L1椎体的RMSE总是大于L2及L3椎体。这意味着椎体BMD真实值越低，低毫安QCT的准确性受TAT影响越大，这种差异的原因目前尚不清楚，需要进一步探讨。因此临床上对于骨量减少及骨质疏松较重的患者，用低毫安QCT测量BMD时，需谨慎考虑腹部脂肪的影响。

笔者观察到，低毫安QCT可以准确测量一般人群的BMD。当TAT<420 cm2，低毫安QCT与常规QCT测量结果无显著差异，因此，笔者认为一般人群使用低毫安QCT测量腰椎BMD优于常规QCT。以往研究[17-18]使用低剂量、低管电流扫描ESP测定椎体BMD，结果显示低剂量QCT测定椎体BMD的精确度高；高冰等[8]对80例不同BMI的患者进行了L1～3低剂量QCT扫描，发现低剂量QCT可以准确测量不同BMI患者的BMD。Zeng等[9]研究表明BMI的差异无法预测VAT与TAT比例的变化，说明BMI的高低并不等同于腹部脂肪面积的大小，因此本研究探讨了在不同TAT背景下低毫安QCT BMD测量的准确性，对未来的研究提供了重要的方向。有学者[19-20]对患者进行不同剂量的腰椎QCT扫描，结果显示管电流对QCT BMD测量影响不明显，低剂量扫描能够保证BMD测量准确性，与本研究的结论是相仿的。相关文献发现[21]低剂量QCT测量胫骨BMD的准确性和标准剂量扫描是相似的，虽与本研究对象略有不同，但结论仍具有较大的借鉴意义，即低剂量扫描可以准确测量BMD。Mei等[22]证实利用低管电流扫描条件可以对骨质疏松症进行诊断。

本研究结果表明，常规QCT更适合超重/肥胖人群的BMD测量。当TAT=420 cm2时，常规QCT的RMSE均小于低毫安QCT，即对于TAT在420 cm2以上的超重/肥胖人群，使用常规QCT测量BMD更准确。QCT采用化合物制作等效水与骨的标准体模，完成体模与测量部位的同步扫描，利用X线衰减进行线性回归，再转化为vBMD，腹部脂肪对X线的吸收衰减曲线呈弓背向上的表现，即在CT成像的条件下，脂肪对X线的吸收是随着管电压的增大而增大的。TAT含量越多测量误差越大，测量的准确性受影响越大。所以对于超重/肥胖人群，QCT测量BMD不能完全克服TAT的影响，针对腹部脂肪含量带来的测量误差，后期可对此进行校正，以达到更可靠的结果。

在确保图像质量的条件下，达到剂量最低化、诊断效益最高化一直是临床努力的方向。有相关论文报道[23]，通过自动管电流调制技术可以达到和普通胸部CT 扫描一样的图像质量和放射剂量。辐射剂量取决于多个扫描参数，如管电流、管电压、螺距等，本研究是在管电压固定的情况下，通过降低管电流来减少辐射剂量，与蒋等[17]报道一致。本研究中，常规QCT的 CTDIvol大约为低毫安QCT的12倍,与高冰等[8]的结果相仿。

当然，本研究也存在一定的局限性，仅进行了体模实验，未进行人体腰椎扫描，有待进一步完善。实际人体中BMD可能受体内多种成分的影响，如肋骨、气体及肠道内对比剂等，在本研究中均未反映出来。这些成分是否会影响BMD测量的准确性，值得进一步研究。

综上所述，临床上采用QCT评估腰椎BMD时，对于一般人群，低毫安QCT可以准确测量腰椎BMD，减少辐射剂量，具有极大的临床实用价值；而对于超重/肥胖人群，常规QCT测量腰椎BMD要优于低毫安QCT。