【www.zhangdahai.com--可行性研究报告】
王昕，吕加强，薄明琪，王震寰，董江宁*
1.蚌埠医学院研究生院，安徽 蚌埠 233000；
2.中国科学技术大学附属第一医院 安徽省肿瘤医院影像科，安徽 合肥230031；
*通信作者 董江宁 dongjn@163.com；
王震寰 bbmcpwzh@sina.com
骨质疏松症是一种常见于老年人群和绝经后女性的代谢性骨病，常伴随骨折风险增加，严重影响患者的生活质量。因骨质疏松导致的髋部骨折1年内死亡率高达20%[1-2]。定量CT（quantitative computed tomography，QCT）可在常规平扫基础上测量三维的体积骨密度，是骨密度测量的“金标准”之一，但因其使用时需具备专用体模和软件，临床应用受到一定限制[3]。双能CT（dual-energy computed tomography，DECT）通过高低电压瞬时切换技术一次性采集两种能量的数据，并利用基物质分离原理将骨骼中的钙和水进行物质分离，获得其钙（水）密度。通过与双能X线吸收法（dual energy X-ray absorptiometry，DXA）对照研究发现，DECT的钙（水）密度可以用于骨密度定量，但目前均未涉及骨质疏松和骨量减少的定量诊断研究[4]。本研究以QCT测量的骨密度为“金标准”，探讨DECT钙（水）密度定量诊断骨质疏松和骨量减少的可行性。
1.1 研究对象 前瞻性收集2020年2月—2021年2月于安徽省肿瘤医院（中国科学技术大学附属第一医院西区）同时行腹部DECT能谱扫描（gemstone spectral imaging，GSI）和QCT腰椎扫描的160例患者，并按随机数字表法分为试验组和验证组，各80例。试验组及验证组患者年龄分别为19～79岁、20～76岁。纳入标准：①腹部DECT和QCT扫描范围包括L1～L3椎体；
②图像质量满足测量需求。排除标准：①椎体骨折、囊性或硬化性病变；
②椎体肿瘤或恶性肿瘤骨转移；
③椎体骨折和椎体金属固定物植入；
④近期服用影响骨密度的药物。本研究经本院伦理委员会审核批准（2021-YXK-04），所有患者均签署知情同意书。
1.2 仪器与方法
1.2.1 DECT GSI扫描 采用GE Discovery CT HD750 CT的GSI模式扫描。管电压80/140 kVp（0.25 ms瞬时切换），管电流375 mA，噪声指数9，探测器宽度40 mm，螺距1.375∶1，球管转速0.7 s/r，视野50 cm×50 cm，扫描层厚和层距均为5 mm，重建层厚与层间距均为1.25 mm，扫描结束后采用50% ASIR-V迭代技术获得重建图像。
1.2.2 钙（水）密度测量方法 扫描结束后将1.25 mm单能量图像上传至GE AW 4.6工作站，以钙-水为基物质生成基物质图。于L2椎体中央层面及其上下相邻2个层面放置感兴趣区（ROI）测量其钙（水）密度，ROI尽量包含更多的松质骨，避开皮质骨及椎体后中央静脉沟。取L2椎体3个层面测量值的平均值作为测量结果（图1）。
1.2.3 QCT骨密度测量 采用GE Discovery CT 750 CT 常规模式扫描，扫描时将QCT 体模（V5.0，Mindways）放置于检查者腰部下方，扫描范围为L1～L3椎体。管电压120 kV，自动管电流，其他参数同GSI模式。每天扫描一次QCT体模进行质控校准。扫描结束后将1.25 mm图像上传至QCT Pro工作站（Mindways），于L2椎体中心层面及其2个相邻层面放置ROI，ROI放置区域尽量与钙（水）密度测量区域保持一致。取L2椎体3个层面测量值的平均值作为测量结果（图2）。腹部DECT GSI扫描与QCT骨密度检查时间间隔不超过1周。所有数据均由2名分别具有5年和3年工作经验的主治医师独立测量。
1.3 骨质疏松诊断标准 以《骨质疏松的影像学与骨密度诊断专家共识》[5]作为“金标准”，骨量正常：骨密度＞120 mg/cm3；
骨量减少：80 mg/cm3≤骨密度≤120 mg/cm3；
骨质疏松：骨密度＜80 mg/cm3。
1.4 统计学方法 应用SPSS 16.0和MedCalc 15.2.2软件。采用组内相关系数（ICC）评估2名医师测量数据的一致性，ICC＞0.75为一致性较好，若一致性较好则采用高年资医师测量数据进行统计分析。计量资料以±s表示，两组比较采用t检验；
计数资料以例数表示，组间比较采用χ2检验；
椎体钙（水）密度与骨密度的相关性采用Pearson相关分析，通过线性回归分析法建立椎体钙（水）密度预测骨密度的回归模型，采用Bland-Altman法分析验证组椎体骨密度预测与骨密度实际的一致性。绘制受试者工作特征（ROC）曲线分析获得钙（水）密度诊断骨质疏松和骨量减少的截断值。P＜0.05为差异有统计学意义。
2.1 试验组与验证组一般资料比较 2名医师测量的钙（水）密度和骨密度一致性均较好[ICC=0.957（95%CI0.934～0.970）、0.934（95%CI0.833～0.975）]。试验组和验证组患者的性别、年龄、体重、钙（水）密度和骨密度差异无统计学意义（P＞0.05），见表1。
表1 验证组和试验组患者一般资料比较
2.2 钙（水）密度与骨密度的相关性及回归模型建立试验组80例患者的L2椎体钙（水）密度与QCT测量的骨密度呈显著正相关（r=0.928，P＜0.001）（图3）。通过钙（水）密度预测其骨密度的回归模型为：骨密度=-33.512+2.247×钙（水）（R2=0.928，P＜0.001）。
2.3 回归模型验证 将验证组椎体钙（水）密度代入上述回归模型得到骨密度预测，验证组中L2椎体骨密度预测和骨密度实际差异无统计学意义[（119.78±38.53）mg/cm3比（113.82±36.88）mg/cm3；
t=-0.920，P=0.357]。Bland-Altman散点图显示，除个别异常值以外，验证组L1椎体骨密度预测与骨密度实际之间的差值均匀地分布在95%一致性界限范围内（95%CI-57.8～45.9，P＞0.05），见图4。
2.4 钙（水）密度定量诊断骨质疏松 验证组中钙（水）密度值诊断骨质疏松的截断值为63.65 mg/cm3，曲线下面积为0.908，其敏感度和特异度分别为98.43%和75.41%；
诊断骨量减少的截断值为70.91 mg/cm3，曲线下面积为0.825，其敏感度和特异度分别为84.44%和77.14%（图5）。
骨质疏松症是一种以骨细微结构丢失、骨量减少为特征的一种全身代谢性骨病，主要好发于腰椎和髋部，会导致骨强度下降、骨折风险增加[6]。早期发现骨密度下降并采取相关治疗，对预防骨质疏松性骨折的意义重大。
3.1 DECT评估骨密度的可行性 DECT通过两组高低电压瞬时切换技术，在生成单能量图像的同时可基于物质的X线吸收特性实现任意两种基物质的物质分离，并生成基物质图，反映所测区域两种基物质的相对含量[7]。由于腰椎体主要由钙、红骨髓、黄骨髓、水和胶原基质等构成，因此本研究选取钙（水）进行基物质分离，能更好地反映骨密度变化[8]。目前常以DXA为诊断骨质疏松的“金标准”，但其无法区分皮质骨和松质骨，仅能测量二维的面积骨密度，故不能反映真实的椎体骨密度[9]。早期骨质疏松时，L2椎体的骨密度发生变化的时间更早，另外由于松质骨的血供丰富，其代谢速度是皮质骨的8倍，松质骨的骨密度变化能更精确地反映早期骨细微结构的变化，因此本研究选取L2椎体松质骨作为测量部位，避免了皮质骨对测量结果的影响，较DXA测量结果更加准确[10]。
3.2 DECT钙（水）密度与骨密度的相关性 最新骨质疏松专家共识认为QCT可以作为骨密度测量的参照标准，其测量结果不易受腹主动脉壁钙化、椎体边缘骨质增生和脂肪厚度的影响[5,11]。既往研究表明QCT对骨质疏松和骨量减少的检出率高于DXA[12]。本研究为使结果准确性更高，采用QCT测量的骨密度为参照标准，发现试验组椎体钙（水）密度与QCT测量的骨密度具有显著相关性，与刘斋等[13]的研究结果一致，DECT钙（水）密度可以反映腰椎骨密度变化。通过回归分析法建立二者间的回归模型。依据此回归模型，验证组中骨密度预测与骨密度实际无显著差异，表明DECT钙（水）密度能准确预测椎体骨密度。另外，本研究发现验证组中骨密度预测稍高于骨密度实际，可能是由于部分志愿者腹部脂肪堆积导致的QCT测量的三维骨密度稍低。
3.3 DECT钙（水）密度定量诊断骨质疏松 目前尚未形成DECT诊断骨质疏松的共识。本研究通过ROC曲线分析发现钙（水）密度诊断骨质疏松和骨量减少均具有较高的敏感度和特异度，当钙（水）密度低于70.91 mg/cm3则有骨量减少可能，低于63.65 mg/cm3则考虑为骨质疏松。Ding等[14]的一项基于DECT虚拟平扫诊断骨质疏松的研究以常规平扫中L2椎体CT值为参照，建立门静脉期虚拟平扫与常规平扫L2椎体CT值的回归模型，并得到虚拟平扫CT值诊断骨质疏松的阈值为52 Hu（曲线下面积0.978），但椎体CT值易受X线线束硬化影响产生漂移，且并未涉及DECT对骨量减少的诊断。此外，本研究中DECT经参数优化，辐射剂量较常规CT更低，在保证患者影像诊断需求的同时，可以定量诊断骨质疏松与骨量减少，而且不增加额外的检查费用和X线辐射剂量。
3.4 本研究的局限性 腰椎松质骨成分复杂，本研究仅纳入钙和水两种基物质间接反映骨密度的变化，未考虑脂肪等其他成分的影响，可能导致研究结果存在少量误差。此外，本研究仅纳入L2椎体，未考虑DECT物质分离技术定量胸椎、髋部等其他部位骨密度的可行性，未来仍需要扩大样本量进一步研究。
总之，DECT钙（水）密度可以定量评估椎体骨密度诊断骨质疏松与骨量减少。DECT在评估骨质疏松、预测骨折风险等方面具有良好的应用前景，并有望成为无体模化骨质疏松机会性筛查的新方法。
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