定量CT在骨質(zhì)疏松癥中的應(yīng)用進展

蘭恩東

(珠海市人民醫(yī)院(暨南大學(xué)附屬珠海醫(yī)院)/放射科 廣東 珠海 519000)

正文：

骨質(zhì)疏松癥是一種影響全身骨骼系統(tǒng)的疾病，具有骨量的減少、骨的細(xì)微結(jié)構(gòu)惡化、骨脆性的增加等幾個特征，同時會導(dǎo)致骨折風(fēng)險增加。隨著社會老齡化，骨質(zhì)疏松癥已是世界范圍內(nèi)中老年人的重大健康問題之一[1]。該疾病所導(dǎo)致的骨質(zhì)疏松性骨折，是造成中老年人殘疾甚至死亡的重要因素之一[2]。骨密度(bone mineral density ，BMD)在骨質(zhì)疏松的診斷、骨折風(fēng)險的評判和預(yù)測、以及骨質(zhì)疏松癥療效監(jiān)測中起著至關(guān)重要的作用[3]。有研究證明[4]， 在骨質(zhì)疏松危險人群中，盡早行骨質(zhì)疏松篩查具有良好的社會以及經(jīng)濟成本效益。定量CT(quantitative computed tomography，QCT) 是一種在利用常規(guī)CT掃描圖像數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上測量骨密度的技術(shù)，目前已廣泛應(yīng)用于骨質(zhì)疏松癥。

1 基于定量CT的骨密度測量

定量CT可在已完成的CT檢查圖像數(shù)據(jù)中，通過使用QCT體模校準(zhǔn)和配套的專業(yè)軟件及程序，將CT圖像中得到的圖像CT值數(shù)據(jù)校準(zhǔn)更換成羥基磷灰石的等效密度，以此測量人體中骨骼的骨密度。目前的校準(zhǔn)方式分為兩種：一、異步校準(zhǔn)，單獨掃描校準(zhǔn)體模；二、同步校準(zhǔn)，操作者將校準(zhǔn)體模與受檢查者同步進行掃描。

QCT使用了CT的三維成像進數(shù)據(jù)進行分析，測量的是體積骨密度(volumetric bone mineral density，vBMD)。采用定量CT分析軟件測量骨密度時，為了盡可能降低椎體后靜脈、椎體周圍組織、皮質(zhì)骨等對測量結(jié)果的干擾，測量靶區(qū)選擇的測量部位一般放置于椎靜脈裂孔前方并盡可能可能多選取中央松質(zhì)骨部位，以達(dá)到準(zhǔn)確測量骨密度的目的[5]。定量CT能在松質(zhì)骨中測量骨骼的立體形態(tài)，避免不規(guī)則三維結(jié)構(gòu)對vBMD值測量的干擾，增加測量的精確度[6]。

2 定量CT與DXA測量骨密度對比

雙能X線吸收儀(Dual-energy X-ray absorptiometry, DXA)是當(dāng)前最為廣泛應(yīng)用與公認(rèn)的BMD測量方式。但是DXA測量的是平面骨密度(areal bone mineral density ，aBMD)，無法區(qū)分退行性變硬化骨、骨皮質(zhì)和骨松質(zhì)，易受多種因素干擾，這為該檢查方法的骨密度測量結(jié)果帶來了測量誤差[7]。相比于DXA測量的平面骨密度，QCT 測量的是vBMD，密度分辨力能力強，其三維成像的優(yōu)點排除了不同結(jié)構(gòu)重疊對測量骨密度值結(jié)果的影響，可以區(qū)分皮質(zhì)骨和松質(zhì)骨，還能提供骨立體三維形體方面的數(shù)據(jù)，增加了骨密度測量的精確度以及靈敏性[8]。QCT與DXA測量髖關(guān)節(jié)中的股骨以及髖骨BMD相關(guān)性程度高，研究表明[9]其決定系數(shù)(R2)高，為0.81～0.88，提示 兩者測量BMD的效果等效，說明QCT不僅在脊椎椎體的骨密度測量中有較好的效果，在髖關(guān)節(jié)骨密度測量方面也能發(fā)揮其作用。

3 機會性定量CT篩查骨質(zhì)疏松癥

QCT機會性篩查骨質(zhì)疏松癥是指在利用常規(guī)CT掃描圖像數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，直接通過QCT校準(zhǔn)體模進行換算，得出患者骨密度進行骨質(zhì)疏松篩查。此方法可在一次CT檢查的基礎(chǔ)上，同時進行骨密度與常規(guī)CT檢查。

目前最常用的是QCT聯(lián)合低劑量胸部CT進行骨質(zhì)疏松癥的機會性篩查。在目前我國肺癌篩查廣泛開展的背景下，低劑量CT已成為常規(guī)檢查，QCT可通過使用其中包含腰椎部位的CT掃描圖像，以此同時進行腰椎椎體骨密度和胸部CT的檢查，充分利用機會性掃描，避免了增加額外輻射劑量的問題。Wu等研究[10]表明低劑量胸部CT與定量CT骨密度測量一站式掃描方法的可行性，可以精確測量腰椎骨密度，可重復(fù)性高。

在脊柱中，除腰椎骨密度外，胸椎骨密度在骨質(zhì)疏松癥中的應(yīng)用也備受矚目。王勇朋[11]研究發(fā)現(xiàn)約有55%的胸部低劑量CT體檢者掃描層面最下端無法覆蓋L2椎體，并對比了T12/L1椎體(篩查法)與L1/L2椎體(指南推薦法)篩查骨質(zhì)疏松，發(fā)現(xiàn)兩種方法診斷骨質(zhì)疏松癥的一致性好(Kappa=0.747, P<0.05)。蹇新梅[12]等人研究表明，胸椎椎體骨密度穩(wěn)定，且與腰椎骨密度正相關(guān)，可在胸部CT掃描層面未覆蓋腰椎的健康體查人群骨質(zhì)疏松癥篩查中使用胸椎骨密度，以避免掃描層面增加至L2椎體，減少被檢查者所受的輻射。

4 人工智能

定量CT與人工智能的結(jié)合在骨質(zhì)疏松癥中擁有巨大的發(fā)展?jié)摿σ约皬V闊的應(yīng)用前景。Loffler等[13]使用基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(convolutional neural network ，CNN)的人工智能深度學(xué)習(xí)自動化框架，對比了手動測量與人工智能深度學(xué)習(xí)自動化測量的方法，標(biāo)記與分割異步校準(zhǔn)胸部QCT中的椎體并提取相應(yīng)的vBMD，發(fā)現(xiàn)手動測量與人工智能自動化結(jié)果之間沒有顯著差異。人工智能除了應(yīng)用于骨質(zhì)疏松的骨密度測定，也可以應(yīng)用于骨質(zhì)疏松并發(fā)癥的診斷，例如骨質(zhì)疏松性骨折風(fēng)險的預(yù)測。Valentinitsch等[14]使用了隨機森林算法分類模型，開發(fā)出以機會性定量CT 數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的人工智能自動測量方法，結(jié)果發(fā)現(xiàn)隨機森林模型在預(yù)測骨質(zhì)疏松性骨折的效果明顯優(yōu)于僅僅使用vBMD的模型。

5 QCT在繼發(fā)性骨質(zhì)疏松中應(yīng)用

對于有原發(fā)病因引起的繼發(fā)性骨質(zhì)疏松，如類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、獲得性免疫缺陷綜合征[15]等所導(dǎo)致的繼發(fā)性骨質(zhì)疏松，QCT在其診斷及療效評估、療程監(jiān)控方面的研究也正在進行中。翟紅立等[16]使用QCT與DXA分別檢測類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎所致的繼發(fā)性骨質(zhì)疏松患者應(yīng)用99Tc-MDP治療24周后與治療前的骨密度，在QCT中可見有明顯骨密度變化，而DXA中并無觀察到明顯變化，由此可見QCT能更加早期、敏感的從影像學(xué)上觀察藥物治療引起的骨密度變化，達(dá)到監(jiān)測療效的效果。

6 總結(jié)與展望

骨質(zhì)疏松癥在中國乃至世界的發(fā)病率都較高，其引起的骨質(zhì)疏松性骨折更是嚴(yán)重影響了中老年患病人群的生活質(zhì)量。對于骨質(zhì)疏松癥進行盡早的早期診斷篩查、療效監(jiān)測十分重要。機會性QCT骨質(zhì)疏松篩查具有良好的經(jīng)濟效益，可同時進行肺癌篩查以及測量骨密度。定量CT在臨床應(yīng)用具有有獨特的優(yōu)點，與人工智能結(jié)合潛力巨大，在社會中有良好的經(jīng)濟效益，有望取代DXA成為常規(guī)BMD的檢查。