胸部低劑量CT結(jié)合定量CT測(cè)量下段胸椎骨密度診斷骨質(zhì)疏松

姜文蓁，張宇威，崔效楠，武雅琳，韓麗珠，葉兆祥

(天津醫(yī)科大學(xué)腫瘤醫(yī)院放射科 國(guó)家腫瘤臨床醫(yī)學(xué)研究中心 天津市腫瘤防治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 天津市惡性腫瘤臨床醫(yī)學(xué)研究中心，天津 300060)

人口增長(zhǎng)、老齡化加劇使骨質(zhì)疏松成為全球性公共衛(wèi)生問題之一[1]。我國(guó)50歲以上人群中，男性骨質(zhì)疏松患病率約13.53%，女性約28.99%[2]，但獲得早期診斷干預(yù)的比例較低[3]。定量CT(quantitative CT, QCT)聯(lián)合胸部低劑量CT(low-dose CT, LDCT)測(cè)量L1及L2椎體骨密度(bone mineral density, BMD)可在不增加輻射劑量和掃描時(shí)間的情況下實(shí)現(xiàn)同步篩查肺癌和骨質(zhì)疏松[4-5]，已被推薦用于診斷骨質(zhì)疏松[6]；但胸部LDCT多不能完整包括L1及L2椎體[7]，而利用胸椎BMD診斷骨質(zhì)疏松的循證證據(jù)不足。本研究基于胸部LDCT所含椎體，將胸部LDCT與QCT結(jié)合，觀察下段胸椎BMD診斷骨質(zhì)疏松的效能。

1 資料與方法

1.1 一般資料 前瞻性收集2020年6月—2021年3月于天津市腫瘤醫(yī)院接受胸部LDCT肺癌篩查聯(lián)合QCT BMD檢查的體檢者。納入標(biāo)準(zhǔn)：①滿足肺癌篩查標(biāo)準(zhǔn)[8]；②胸部LDCT包括完整的T9～L2椎體。排除標(biāo)準(zhǔn)：①圖像質(zhì)量不佳或T9～L2存在骨折、囊性或硬化性病變；②患有影響骨代謝的疾病(甲狀旁腺功能亢進(jìn)、1型糖尿病等)或糖皮質(zhì)激素用藥史。另隨機(jī)抽取2019年8月—2020年1月500例于天津市腫瘤醫(yī)院接受常規(guī)胸部LDCT檢查患者的LDCT數(shù)據(jù)，重建三維圖像，觀察圖像最低層面位置。本研究經(jīng)醫(yī)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)(批準(zhǔn)號(hào)：bc2022073)。檢查前受檢者均簽署知情同意書。

1.2 儀器與方法

1.2.1 圖像采集 采用Siemens 64層螺旋CT和Mindways非同步QCT系統(tǒng)(包括QCT PRO非同步校準(zhǔn)組件和Model 4校準(zhǔn)體模)進(jìn)行胸部掃描。囑受檢者仰臥，雙臂上舉，于吸氣末屏氣接受掃描。常規(guī)胸部LDCT掃描范圍為自肺尖至肋膈角下緣水平，LDCT聯(lián)合QCT掃描范圍為肺尖至L2椎體下緣水平；參數(shù)：管電壓120 kV，管電流35 mAs，螺距1，F(xiàn)OV 400 mm×400 mm，總劑量<2 mSv。采用標(biāo)準(zhǔn)重建技術(shù)，以層厚2 mm、層間隔1 mm重建圖像，矩陣512×512。采用非同步QCT技術(shù)進(jìn)行BMD分析，按照儀器使用規(guī)范定期在LDCT條件下掃描體模，對(duì)QCT系統(tǒng)進(jìn)行校準(zhǔn)，掃描間隔<1個(gè)月。

1.2.2 測(cè)量BMD 將胸部重建圖像導(dǎo)入Mindways工作站，由1名具有2年胸部影像學(xué)診斷經(jīng)驗(yàn)的住院醫(yī)師于T9～L2各椎體松質(zhì)骨設(shè)定高度9 mm、橫截面積≥100 mm2的感興趣容積(volume of interest, VOI)，與椎體前方骨皮質(zhì)及后方中央靜脈溝相距2～3 mm，見圖1；測(cè)量其BMD，計(jì)算各相鄰2個(gè)椎體BMD的均值，即BMDT9/T10～BMDL1/L2。由該醫(yī)師于3個(gè)月后隨機(jī)選取50例重復(fù)測(cè)量BMD，同時(shí)由另1名具有8年影像學(xué)診斷經(jīng)驗(yàn)的主治醫(yī)師進(jìn)行測(cè)量。參考文獻(xiàn)[9]標(biāo)準(zhǔn)，以BMDL1/L2<80 mg/cm3為骨質(zhì)疏松，BMDL1/L280～120 mg/cm3為低骨量，BMDL1/L2>120 mg/cm3為正常。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析 采用SPSS 25.0和MedCalc 18.2.1統(tǒng)計(jì)分析軟件。以Kolmogorov-Smirnov檢驗(yàn)行正態(tài)性分析，以中位數(shù)(上下四分位數(shù))表示不符合正態(tài)分布的計(jì)量資料，采用Wilcoxon秩和檢驗(yàn)行組間比較；以頻數(shù)表示計(jì)數(shù)資料，組間行χ2檢驗(yàn)。采用組內(nèi)相關(guān)系數(shù)(intra-class correlation coefficient, ICC)分析觀察者內(nèi)及觀察者間測(cè)量各椎體BMD的一致性，ICC<0.40為一致性差，0.40≤ICC<0.75為一致性中等，ICC≥0.75為一致性良好。采用Spearman相關(guān)分析觀察BMD與年齡及BMDT9/T10～BMDT12/L1與BMDL1/L2的相關(guān)性；以Friedman檢驗(yàn)分析BMDT9/T10～BMDT12/L1與BMDL1/L2的差異，即(BMDT9/T10～BMDT12/L1-BMDL1/L2)/BMDL1/L2×100%。采用受試者工作特征 (receiver operating characteristic, ROC)曲線判斷BMDT9/T10～BMDT12/L1診斷骨質(zhì)疏松的最佳截?cái)嘀?，以DeLong檢驗(yàn)比較其曲線下面積(area under the curve, AUC)。以Kappa檢驗(yàn)分析BMDT9/T10～BMDT12/L1與BMDL1/L2診斷結(jié)果的一致性，Kappa<0.40為一致性差，0.40≤Kappa<0.75為一致性中等，Kappa≥0.75為一致性良好。P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

圖1 QCT測(cè)量VOI BMD示意圖 A、B.基于L1軸位(A)及矢狀位正中層面(B)CT上設(shè)置VOI； C、D.基于L2軸位(C)及矢狀位正中層面(D)CT上設(shè)置椎體VOI (紅色橢圓形區(qū)域?yàn)閂OI橫截面積，黃色方形區(qū)域?yàn)閂OI矢狀面面積)

2 結(jié)果

2.1 常規(guī)胸部LDCT 500例常規(guī)胸部LDCT圖像中，2例(2/500，0.40%)包含下至T10，15例(15/500，3.00%)包含下至T11，202例(202/500，40.40%)包含下至T12，255例(255/500，51.00%)包含下至L1，26例(26/500，5.20%)包含下至L2各完整椎體。

2.2 胸部LDCT聯(lián)合QCT 共納入630例聯(lián)合篩查肺癌和骨質(zhì)疏松受檢者，男307例、女323例，年齡44～77歲，中位年齡65.0歲。觀察者內(nèi)測(cè)量BMDT9/T10、BMDT10/T11、BMDT11/T12、BMDT12/L1、BMDL1/L2的一致性(ICC=0.998、0.998、0.997、0.997、0.999，P均<0.001)及觀察間測(cè)量結(jié)果的一致性 (ICC=0.987、0.986、0.990、0.995、0.988，P均<0.001) 均良好。BMDT9/T10、BMDT10/T11、BMDT11/T12、BMDT12/L1、BMDL1/L2分別為100.21～146.73 mg/cm3、96.20～142.50 mg/cm3、88.25～133.02 mg/cm3、81.84～124.53 mg/cm3及77.68～118.84 mg/cm3，中位值分別為120.65 mg/cm3、117.08 mg/cm3、108.19 mg/cm3、100.18 mg/cm3及95.87 mg/cm3，均與年齡呈負(fù)相關(guān)(rs=-0.310、-0.333、-0.362、-0.376、-0.367，P均<0.001)。骨質(zhì)疏松患病率在全部受檢者、男性和女性受檢者中分別為28.25%(178/630)、25.08%(77/307)和31.27%(101/323)。

2.3 BMDT9/T10～BMDT12/L1與BMDL1/L2的相關(guān)性及差異 BMDT9/T10～BMDT12/L1與BMDL1/L2均呈線性相關(guān)，且相關(guān)系數(shù)逐漸增高，見圖2。BMDT9/T10、BMDT10/T11、BMDT11/T12、BMDT12/L1與BMDL1/L2的差異分別為25.32(16.26，35.66)%、20.84(13.68,31.05)%、11.60(6.38,18.98)%及4.95(1.46,9.11)%，總體差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(χ2=1 407.285，P<0.001)，兩兩比較差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均<0.001)。

2.4 BMDT9/T10～BMDT12/L1診斷骨質(zhì)疏松的效能 BMDT9/T10～BMDT12/L1診斷骨質(zhì)疏松的AUC逐漸增大；BMDT9/T10與BMDT10/T11診斷骨質(zhì)疏松的AUC差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(Z=1.78，P=0.08)，其余各椎體BMD的AUC差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(Z為2.93～5.06，P均<0.05)，尤以BMDT12/L1診斷骨質(zhì)疏松效能最高(AUC=0.990、0.992)。見圖3及表1。BMDT9/T10～BMDT12/L1與BMDL1/L2診斷的一致性中等至良好(P均<0.001)，見表2。

圖2 全部受檢者BMDT9/T10～BMDT12/L1與BMDL1/L2相關(guān)性散點(diǎn)圖

圖3 胸椎BMD診斷骨質(zhì)疏松的ROC曲線

3 討論

低劑量QCT測(cè)量BMD的準(zhǔn)確性逐漸提高[10-11]，使得胸部LDCT聯(lián)合QCT成為測(cè)量BMDL1/L2的可行方法[7]。CHENG等[2]采用該方法對(duì)接受肺癌篩查人群篩查骨質(zhì)疏松，發(fā)現(xiàn)50歲以上男性和女性骨質(zhì)疏松患病率分別為13.53%和28.99%。本研究發(fā)現(xiàn)男性和女性骨質(zhì)疏松患病率分別為25.08%和31.27%，男性患病率高于上述研究，原因可能由于本研究中男性受試者中位年齡較高，而年齡與BMD呈負(fù)相關(guān)。

王勇朋等[7]觀察700例無癥狀體檢者的常規(guī)胸部LDCT圖像，發(fā)現(xiàn)圖像底部層面多為T12～L3椎體水平，約11.57%向下包含完整的L1及L2椎體。本研究常規(guī)胸部LDCT底部層面為T11～L3水平，僅約5.20%向下包含完整L1及L2椎體，提示在大部分常規(guī)胸部LDCT中難以測(cè)量BMDL1/L2，無法用于篩查骨質(zhì)疏松。

測(cè)量胸椎BMD具有良好的可重復(fù)性[12]，且胸椎自上而下BMD呈遞減趨勢(shì)[13]。本研究發(fā)現(xiàn)，觀察者內(nèi)及觀察者間測(cè)量BMDT9/T10～BMDT12/L1的一致性均良好，自上而下，根據(jù)胸椎BMD診斷骨質(zhì)疏松與BMDL1/L2診斷結(jié)果的一致性逐漸增高。BMDT9/T10～BMDT12/L1與BMDL1/L2均呈正相關(guān)，且相關(guān)系數(shù)自上至下逐漸增高而與BMDL1/L2差異逐漸減低，提示某組相鄰胸椎與L1及L2位置越接近，其BMD均值與BMDL1/L2相關(guān)性越強(qiáng)而差異越小，診斷骨質(zhì)疏松的效能越高。潘亞玲等[14]利用BUDOFF等[15]建立的胸腰椎BMD之間的線性模型將BMDT12校準(zhǔn)為BMDT12*，BMDT12*/L1與BMDL1/L2診斷骨質(zhì)疏松的一致性高于校準(zhǔn)前，但診斷敏感度(83.08%)相對(duì)較低，漏診率達(dá)16.92%；原因可能該線性模型基于心臟CT所示3個(gè)連續(xù)胸椎(一般為T7～T9或T8～T10)和腰椎(L1～L3)而建立，用于校準(zhǔn)BMDT12可致偏差。本研究初步建立了BMDT9/T10～BMDT12/L1與BMDL1/L2之間的線性模型， ROC曲線顯示，BMDT12/L1診斷骨質(zhì)疏松的效能最高(AUC=0.990)，敏感度和特異度分別為97.75%和91.81%，診斷效能佳，為研究以胸椎代替腰椎篩查骨質(zhì)疏松提供了新思路。

表1 BMDT9/T10～BMDT12/L1診斷骨質(zhì)疏松的效能

表2 BMDT9/T10～BMDT12/L1與BMDL1/L2診斷骨質(zhì)情況的一致性(例)

本研究的局限性：①單中心研究，且僅針對(duì)中老年人；②所獲診斷截?cái)嘀涤写齼?yōu)化。

綜上所述，胸部LDCT結(jié)合QCT測(cè)量下段胸椎BMD診斷骨質(zhì)疏松效能良好；難以測(cè)量腰椎BMD時(shí)，可選擇位置最低的某組可測(cè)量胸椎加以替代。