椎体CT值、有效原子系数对腰椎骨密度的评估价值＊

王文章 麦春华 许东峰 王浩亚

广东省东莞市中医院医学影像科 (广东 东莞 523000)

骨质疏松症(osteoporosis,OP)是骨量丢失或减低,骨的微结构劣化，易发生骨脆性骨折的一种全身性骨病，好发于中老年人[1-2]。骨质疏松性骨折好发于腰椎[3-4]。临床上诊断骨质疏松的方法有双能X线吸收法(DEXA)，定量CT(QCT)，而QCT是目前最准确的骨密度测量方法[5]，QCT一般是指利用常规CT扫描机配备校准体模、分析软件，对人体骨密度进行测量的方法，用于骨质疏松的诊断和疗效监测；QCT骨密度是一种三维评估方法，单位是mg/cm³，这种体积骨密度不受椎体大小、肥胖、脊柱侧弯及血管钙化、骨旁韧带钙化等影响，能够多角度来区分出皮质骨和松质骨[6-7]。本研究旨在利用双层探测器光谱CT测得椎体CT值及Z值，然后与QCT测量的骨密度进行验证相关性，探讨腰椎椎体骨松质CT值、Z值对骨密度的评估价值。现总结报道如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料选取2021年3月至2022年4月在东莞市中医院行腰椎CT平扫检查的中老年人212例为研究对象，其中男性96例，女性116例；年龄 40～86岁，平均(61.02±10.37)岁。

纳入标准：年龄 40～90岁；进行腰椎CT检查患者。排除标准：爆裂性骨折患者、腰椎手术患者；存在恶性肿瘤及影响骨代谢疾病病史(如甲状旁腺功能亢进、长期服用激素)。

1.2 仪器与方法所有受检者均行腰椎DLCT(IQon spectral CT,Philips Healthcare)扫描，扫描范围包括胸11到骶1椎体。扫描时患者正常呼吸。CT扫描参数: 扫描床高86cm，管电压120kVp，管电流300mAs，重建层厚与层距均为1mm，采集视野 FOV 500，矩阵512×512。扫描完成后重建出能谱数据包(spectral base image,SBI)并传输至ISP工作站(IntelliSpace Porta,Philips Healthcare)，QCT骨密度正像数据传输到QCT工作站。所有感兴趣区域(region of interest，ROI)均放在椎体轴位的中间层面(不包括皮质边缘)，并在冠状位及矢状位图像上进行调整，骨岛及椎体神经静脉丛注意不要测量，若遇到不符合测量要求椎体，可选择邻近的椎体代替，ROI=(200±10)mm2区域范围进行勾画测量。在ISP工作站上，分别测量腰1～3椎 体CT值(图1A)，再在同一个ROI中，切换到有效原子系数条件，取得腰1～3椎体有效原子系数值(图1B)，最后均取平均值作为研究数值。在QCT工作站上，采用美国Mindways的定量CT(QCT)系统(QCTpro6.0v)分别测量腰1～3椎体QCT值(图2A-图2C)，最后取平均值作为测量值。

图1A 横断面圆形ROI测量椎体CT值，图1B 为同一ROI测量椎体的有效原子系数值。图2 QCT测量腰椎骨密度 黄线显示ROI的位置和上下范围，圆形ROI显示椎体测量的区域，测量单位为mg/cm³，图2A为横断面，图2B为矢状面，图2C为冠状面。图3 椎体CT值与相应椎体QCT骨密度散点图。图4 Z值与相应椎体QCT骨密度散点图。图5 椎体CT值、Z值、2项指标联合评估骨质正常的ROC曲线。图6 椎体CT值、Z值、2项指标联合评估骨质疏松的ROC曲线。

1.3 统计学方法采用SPSS 26.0 软件进行统计学分析。计量资料以()表示，保留小数点后2位数。相关性分析采用pearson检验，采用ROC曲线分析椎体CT值、Z值对骨密度的诊断价值，以P＜0.05 为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 椎体CT值、Z值均与QCT骨密度呈明显正相关QCT值越大，CT值、Z值越大。椎体CT值与QCT骨密度相关系数rs=0.987，P＜ 0.001，Z值与QCT骨密度相关系数rs=0.965，P＜0.001。详见图3、图4、表1。

表1 双变量相关性分析r(p)

2.2 评估骨密度正常2项指标联合的AUC(0.997)=椎体CT值(0.997)＞Z值(0.992)；评估骨质疏松：2 项指标联合的AUC(0.990)＞椎体CT值(0.988)＞Z值(0.981)。评估骨密度正常截断值：椎体CT值≥146.465HU约登指数为0.964，Z值≥8.755约登指数为0.923；评估骨质疏松截断值：椎体CT值≤100.085HU约登指数为0.912；Z值≤8.485约登指数为0.845。详见图5、表2、图6、表3。

表2 椎体CT值、Z值、2项指标联合对骨质正常的诊断价值

表3 椎体CT值、Z值、2项指标联合对骨质疏松的诊断价值

3 讨论

骨质疏松性骨折具有较高的致残率和致死率，给老年患者的身心健康，也给家庭及社会带来沉重的经济及精神负担[8]。因此，我们要快捷准确的测量椎体骨密度，为骨质疏松的诊疗提供重要参考指标，这也是近年来的研究热点。

Z Effective有效原子序数，是某种化合物对X线的吸收衰减系数与某种化学元素对X线的系数衰减系数相同，则该元素的原子序数就是某化合物的有效原子序数[9]。有效原子系数范围在0-50之间，可以利用其对物质化学组成成分进行分析。本研究发现椎体有效原子系数与QCT骨密度呈明显正相关，r=0.965，P＜0.001，QCT值越小，有效原子系数越小，推测原因可能是随着年龄增加，性激素分泌减少，刺激了破骨细胞，抑制了成骨细胞，造成骨量减少，骨密度减低[10]，同时椎体黄骨髓化，松质骨脂肪成分增多导致有效原子系数值相应减低，间接说明了骨密度与有效原子系数值之间存在密切关系。

松质骨骨小梁的数量及密度与骨骼代谢有关，其转换速率约为骨皮质的8倍，骨质疏松早期骨小梁稀疏、变薄、变短、断裂，骨松质比骨皮质更能敏感、早期的反映骨质疏松的状态[11-14]。因此我们此次勾画的椎体ROI均为中央松质骨部分。研究发现：椎体CT值与QCT骨密度呈明显正相关，r=0.987，P＜0.001，QCT值越小，CT值越小，与刘云[15]等研究相符合，其原因可能是骨质疏松患者单位骨体积内骨组织含量减少，骨髓腔扩大，骨小梁稀疏、变细变短，空隙增大，X 线透过人体后的衰减值降低，即表现为CT值下降[16]。由此可见，椎体松质骨CT值与骨质疏松情况呈现明显正相关关系。

本研究过程中发现腰1-3椎体CT值、有效原子系数及QCT值均呈递减趋势，与蒋[17]等对胸腰椎骨密度分析，椎体体积骨密度(vBMD)依次从胸11到腰3持续降低的结果相符合。是否可以用腰2椎体的数据来代替平均值，这也将是后续研究的一个方向。研究发现，评估骨密度正常时2项指标联合的AUC(0.997)诊断效能等于椎体CT值(0.997)优于Z值(0.992)；评估骨质疏松时2项指标联合的AUC(0.990)诊断效能优于椎体CT值(0.988)优于Z值(0.981)。诊断骨质正常截断值：椎体CT值≥146.465HU约登指数为0.964，Z值≥8.755约登指数为0.923；诊断骨质疏松截断值：椎体CT值≤100.085HU约登指数为0.912，Z值≤8.485约登指数为0.845。椎体CT值、有效原子系数均能较准确定量评估腰椎骨密度，2项指标联合最能提高骨密度诊断效能。我们知道QCT是目前最准确的骨密度测量方法，但QCT测量需要特定的体模及后处理软件，很多基层医院未能普及，而CT机大部分基层医院均已配备，临床医生只需要在PACS系统上就可以测得椎体CT值，如果再加上能谱CT有效原子系数支持，这2项指标联合则更能为骨密度的诊断提供强大的助力与信心。

本研究也存在一些局限性。首先，CT值、有效原子系数并不是最终诊断骨密度的工具，只是一种评估骨密度手段。其次，本研究样本量仅212例，仍然需要扩大样本量来进一步统计和分析。最后，本研究其他CT机型号是否同样适用仍需验证。

综上所述，腰椎椎体CT值、有效原子系数与QCT骨密度的相关性极强，椎体CT值、有效原子系数定量评估腰椎骨密度准确性高，尤其是2项指标联合更能提高诊断效能。相较于QCT测量骨密度，测量椎体CT值及有效原子系数的方法更简便、更易推广，是一种简单可行的骨密度替代性评估方法，有望用于临床患者骨密度的评价及随访，值得临床推广应用。