能譜CT與DXA測(cè)量骨密度準(zhǔn)確性的比較研究

鄧亞軍，韓蕾，解琪琪，李文洲 ，史衛(wèi)東，馬靖林 ，潘云燕，康學(xué)文 ，汪靜

1.蘭州大學(xué)第二醫(yī)院骨科，甘肅蘭州730030；2.甘肅省骨關(guān)節(jié)疾病研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅蘭州730030；3.蘭州大學(xué)第二醫(yī)院放射科，甘肅蘭州730030

前言

骨質(zhì)疏松癥（Osteoporosis,OP）是一種中老年人常見(jiàn)的全身性骨骼疾病，以骨量降低、骨組織的顯微結(jié)構(gòu)退化、骨強(qiáng)度下降為主要特征，具有高發(fā)病率、高致殘率等特點(diǎn)［1-2］。隨著老齡化社會(huì)的到來(lái)，OP病人日益增多，其嚴(yán)重并發(fā)癥不僅影響患者生存質(zhì)量，同時(shí)也給家庭和社會(huì)帶來(lái)沉重的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，嚴(yán)重威脅公眾健康［3］。OP又被稱為無(wú)癥候疾病，其癥狀隱匿性較強(qiáng)，因此早期診斷是治療的關(guān)鍵。骨密度（Bone Mineral Density,BMD）測(cè)量是目前診斷OP的重要手段，它是指單位體積的骨質(zhì)密度，BMD值越大，骨質(zhì)強(qiáng)度越好［4］。目前，用于BMD測(cè)量的方法很多，但臨床使用較為廣泛的是雙能X線骨密度儀（Dual-Energy X-ray Absorptiometry,DXA)。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，計(jì)算機(jī)及斷層掃描設(shè)備不斷更新與發(fā)展，不少學(xué)者提出應(yīng)用以瞬時(shí)雙電壓切換為核心技術(shù)的能譜CT進(jìn)行基物質(zhì)對(duì)分離，通過(guò)分析羥基磷灰石HAP（水）的X線衰減變化，反映骨質(zhì)中HAP（水）密度，即可得出BMD值［5-6］。但能譜CT能否準(zhǔn)確測(cè)量BMD，與DXA相比較準(zhǔn)確性又如何，目前尚無(wú)定論。筆者以羊腰椎體灰重密度為參考標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)能譜CT與DXA測(cè)量結(jié)果進(jìn)行比較，進(jìn)而探討能譜CT在測(cè)量BMD方面的臨床應(yīng)用價(jià)值和前景。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

從市場(chǎng)購(gòu)買(mǎi)新鮮羊腰椎骨6副，每副取L1～L6椎體，共36節(jié)椎體，清除椎體周?chē)浗M織及其附件。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

能譜CT機(jī)及AW4.6工作站（HD750 Discovery，GE公司，美國(guó)生產(chǎn)）；DXA（HOLOGICDiscovery Ci，美國(guó)生產(chǎn)）；馬弗爐（SX2-2.5-10A型，索域?qū)嶒?yàn)設(shè)備有限公司，上海生產(chǎn)）；電子天平（GM1302型，Mettler Toledo生產(chǎn)）；量筒、坩堝及解剖工具。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 能譜CT測(cè)量椎體BMD 采用能譜CT機(jī)對(duì)實(shí)驗(yàn)椎體進(jìn)行掃描，掃描參數(shù)設(shè)置為GSI掃描模式。掃描完成后，將能譜圖像傳輸至AW4.6工作站，進(jìn)入GSI-Viewer能譜后處理分析程序，對(duì)椎體HAP（水）基物質(zhì)對(duì)密度進(jìn)行分析處理。測(cè)量包含皮質(zhì)骨和松質(zhì)骨的感興趣區(qū)（Region of Interest,ROI）內(nèi)HAP（水）基物質(zhì)對(duì)密度，每個(gè)椎體ROI應(yīng)保持一致。數(shù)據(jù)提取過(guò)程中，由2名專業(yè)人員對(duì)椎體HAP（水）密度進(jìn)行分析處理，取平均值作為測(cè)量值。能譜CT測(cè)量椎體BMD的示例見(jiàn)圖1。

1.3.2 DXA測(cè)量椎體BMD 由2名專業(yè)人員運(yùn)用DXA對(duì)已去除周?chē)M織及附件的36節(jié)椎體進(jìn)行掃描，分析并記錄每個(gè)椎體的總骨礦含量（g）及面積骨密度（g/cm2）。

1.3.3 椎體灰重密度測(cè)量 首先對(duì)坩堝進(jìn)行編號(hào)，并用電子天平進(jìn)行稱質(zhì)量，記錄坩堝的凈質(zhì)量，精確到0.01 g，然后對(duì)椎體進(jìn)行編號(hào)，并應(yīng)用體積溢出法測(cè)量各個(gè)椎體的體積，數(shù)值精確到0.1 mL。待椎體晾干后，按編號(hào)將其放入對(duì)應(yīng)編號(hào)的坩堝中，然后把坩堝放入馬弗爐中，保持900℃的溫度持續(xù)煅燒9 h。由于HAP的熱分解溫度為1 280.4℃，具有很好的熱穩(wěn)定性，因此在900℃溫度下進(jìn)行煅燒，最后所得的骨灰即為HAP［7-8］。煅燒結(jié)束后進(jìn)行自然冷卻，再次使用電子天平對(duì)坩堝進(jìn)行稱質(zhì)量并記錄數(shù)值，精確到0.01 g。相同編號(hào)的坩堝，其煅燒后質(zhì)量與煅燒前質(zhì)量之差即為灰重（m），則椎體灰重密度=灰質(zhì)量/體積。

1.3.4 計(jì)算DXA測(cè)量的體積骨密度、DXA測(cè)量得到的體積骨密度的偏離度及能譜CT測(cè)得的骨密度的偏離度 DXA測(cè)量得到的體積骨密度（g/cm3）=DXA測(cè)量得到的總骨礦含量（m）/椎體體積（v）；以椎體灰重密度值作為真實(shí)值，DXA測(cè)量得到的體積骨密度偏離度=（體積骨密度值-灰重密度值）/灰重密度值×100%；能譜CT測(cè)得的骨密度偏離度=（骨密度值-灰重密度值）/灰重密度值×100%。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

采用SPSS 23.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，所有計(jì)量數(shù)據(jù)用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示。將能譜CT測(cè)量所得BMD值、DXA測(cè)量所得體積BMD值及灰重密度值3組數(shù)據(jù)間進(jìn)行成組t檢驗(yàn)，P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；將能譜CT測(cè)量所得BMD值、DXA測(cè)量所得體積BMD值分別與灰重密度值作相關(guān)性分析，P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 能譜CT、DXA測(cè)量椎體所得BMD值與灰重密度值3組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)描述

由表1可知，3組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中DXA測(cè)量所得BMD值最大，能譜CT測(cè)量所得BMD次之，灰重密度值最小。

2.2 能譜CT、DXA測(cè)量椎體所得BMD值與灰重密度值比較結(jié)果分析

能譜CT、DXA測(cè)量所得BMD值與灰重密度值之間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），即能譜CT與DXA測(cè)量所得BMD值與相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的灰重密度值相比存在一定的誤差，P1等于0.031 0，而P2等于0.000 4，DXA與能譜CT測(cè)量所得BMD值之間差異又有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），表明DXA測(cè)量BMD的準(zhǔn)確性可能低于能譜CT，詳見(jiàn)表2。

圖1 能譜CT測(cè)量椎體BMDFig.1 Measurement of the bone mineral density(BMD)of vertebral body by spectral CT

表1 能譜CT、DXA測(cè)量所得BMD值及灰重密度值（n=36）Tab.1 Ash density and BMD measured with spectral CT and DXA(n=36)

表2 能譜CT、DXA測(cè)量所得BMD值及灰重密度值比較結(jié)果Tab.2 Comparison of ash density and BMD measured by spectral CT and DXA

2.3 能譜CT、DXA測(cè)量椎體所得BMD值與灰重密度值之間相關(guān)性分析

如圖2所示，能譜CT與DXA測(cè)量所得到的BMD值均與灰重密度值呈正相關(guān)（P＜0.05），即能譜CT與DXA測(cè)量所得到的BMD值與灰重密度值的變化趨勢(shì)一致；DXA所測(cè)得BMD值與灰重密度值之間的決定系數(shù)r為0.469，低于能譜CT與灰重密度值之間的決定系數(shù)（r=0.514），表明能譜CT與灰重密度間有更好的相關(guān)性，更接近灰重密度值的變化趨勢(shì)。

圖2 能譜CT和DXA測(cè)得BMD值與灰重密度值的線性相關(guān)圖Fig.2 Linear correlations of ash density and BMD measured by spectral CT and DXA

2.4 能譜CT測(cè)得骨密度的偏離度與DXA測(cè)得體積骨密度的偏離度比較結(jié)果

能譜CT測(cè)量所得BMD的偏離度平均值為0.288，低于DXA測(cè)量所得的BMD的偏離度（平均值為0.372），差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P=0.003），進(jìn)一步說(shuō)明能譜CT在測(cè)量BMD方面比DXA更有優(yōu)勢(shì)。

3 討論

目前，OP主要依靠臨床癥狀、體征、骨代謝指標(biāo)及BMD測(cè)量等方面綜合進(jìn)行診斷，其中早期精確的BMD測(cè)量是關(guān)鍵，對(duì)診斷具有重大意義。BMD測(cè)量方法較多，其中DXA技術(shù)被世界衛(wèi)生組織確認(rèn)為BMD測(cè)量的“金標(biāo)準(zhǔn)”［9-11］。其基本工作原理是利用不同能量的X線照射不同組織得到相應(yīng)的X線衰減分布曲線，再經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)的運(yùn)算處理可得到骨質(zhì)中單位面積 HAP的含量（g/cm2），即為BMD值［12-13］。DXA具有價(jià)格便宜、操作方便、輻射劑量低、敏感性高等特點(diǎn)［14］，因此廣泛應(yīng)用于臨床。DXA盡管具有以上優(yōu)點(diǎn)，但其存在的局限性也不容忽視。首先，DXA測(cè)量的是面積BMD，不能將松質(zhì)骨和皮質(zhì)骨區(qū)分開(kāi)；其次，當(dāng)患者出現(xiàn)骨質(zhì)增生、嚴(yán)重腰椎退變及骨折等病變情況時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致BMD測(cè)量值偏大［15-16］，進(jìn)而影響OP的早期診斷、治療及預(yù)后；此外，人體軟組織厚度、動(dòng)脈壁鈣化及骨折等都會(huì)影響B(tài)MD測(cè)量的準(zhǔn)確性［10,17］。

近年來(lái)，能譜CT實(shí)現(xiàn)了對(duì)疾病的早期診斷及定量分析，為疾病的早期治療提供可靠依據(jù)，每種物質(zhì)都有特定的X線衰減曲線是其基本工作原理［18-19］。當(dāng)患者出現(xiàn)骨質(zhì)疏松時(shí)骨質(zhì)內(nèi)HAP含量會(huì)降低，此時(shí)用HAP和水作為基物質(zhì)，可得到能譜HAP（水）基物質(zhì)對(duì)密度值，即BMD值［6］。能譜CT是一種真實(shí)體積BMD測(cè)量技術(shù)，可以對(duì)皮質(zhì)骨和松質(zhì)骨分別進(jìn)行BMD測(cè)量，能夠避免骨質(zhì)增生、退行性疾病等因素對(duì)BMD測(cè)量值的影響。與此同時(shí)，其具有費(fèi)用高、輻射劑量大等不足之處［20］。但對(duì)于已骨折或患有其他骨科疾病的患者，可以在進(jìn)行腹部能譜CT掃描時(shí)，同時(shí)對(duì)相應(yīng)部位進(jìn)行BMD測(cè)量，這樣可以有效避免再次搬動(dòng)患者進(jìn)行DXA測(cè)量BMD，減少不必要的X線輻射和額外費(fèi)用。

本研究結(jié)果顯示，能譜CT、DXA兩種方法均能進(jìn)行BMD測(cè)量，但能譜CT較DXA更準(zhǔn)確、更具有優(yōu)越性。在相關(guān)性方面，能譜CT、DXA的BMD測(cè)量值與灰重密度值均存在中度相關(guān)性，表明兩種方法測(cè)量所得BMD值與灰重密度值的變化趨勢(shì)比較接近，但能譜CT與灰重密度間的相關(guān)性高于DXA。

綜上所述，能譜CT在一定程度上可準(zhǔn)確測(cè)量BMD，但由于其輻射劑量相對(duì)DXA要大、費(fèi)用較高等原因，限制了其在臨床上的推廣。如果以上問(wèn)題得到改善及解決，能譜CT可作為一種新的BMD測(cè)量方法，將具有廣泛的臨床運(yùn)用前景。