骨質疏松性椎體壓縮骨折的Micro-CT影像學參數分析

李永賢 張順聰 梁德 楊志東 郭丹青 莫國業 李大星 馮蓬勃 郭惠智 李永巍 莫凌

1. 廣州中醫藥大學，廣東 廣州 510405 2. 廣州中醫藥大學中醫骨傷科學國家重點學科實驗室，廣東 廣州 510405 3. 廣州中醫藥大學第一附屬醫院，廣東 廣州 510407

骨質疏松患者常常容易出現骨質疏松性椎體壓縮骨折，患者的椎體骨折部位出現疼痛，嚴重者出現功能活動受限，影響生活質量，此時需要根據椎體壓縮骨折的具體情況進行相應的治療，其中包括保守治療和手術治療。眾多文獻已報道，骨質疏松人群相對于無骨質疏松人群發生椎體壓縮骨折率高，但是對相應人群的椎體進行深入的內部實質性對比研究卻罕見報道。筆者通過收集骨質疏松性椎體壓縮骨折、骨質疏松及無骨質疏松的實際臨床手術病例，借助Micro-CT檢測對比3者間椎體骨質的差異，探討骨質疏松性椎體壓縮骨折發生發展的主要原因，為防止無骨質疏松及骨質疏松性患者發生椎體壓縮骨折提供指導作用。

1 資料與方法

1.1 病例資料

在2014年1月至2016年1月收入我院脊柱骨科的患者中，從確診為骨質疏松性椎體壓縮骨折(osteoporotic vertebral compression fractures，OVCF)、骨質疏松(osteoporosis，OP)但無骨折以及無骨質疏松無骨折(non-osteoporosis，NOP)的患者中分別隨機挑選10例入組，且該部分患者均需要接受手術治療。其中，OVCF組男性患者5例，女性患者5例，年齡58～83歲，平均69.8歲；經雙能X射線檢測骨密度T值為-3.6～-2.7，平均骨密度T值為-3.14±0.29。OP組男性患者6例，女性患者4例，年齡55～77歲，平均65.6歲；經雙能X射線檢測骨密度T值為-3.3～-2.5，平均骨密度T值為-2.88±0.29。NOP組男性患者3例，女性患者7例，年齡48～69歲，平均58歲；經雙能X射線檢測骨密度T值為-2.0～-1.1，平均骨密度T值為-1.50±0.32。OVCF組患者椎體均為不同程度的皮質破損。疼痛節段椎體磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)脂肪抑制序列均表現為高信號。

1.2 樣本采集

在術中分別取出3組患者同一部位(L3)少許椎體樣本，椎體樣本大小相等，不影響手術療效的同時亦不會對患者造成不良影響，患者均表示知情同意。取出后立即放入液氮中冰凍，隨即轉移至-80 ℃冰箱保存，轉運過程中均無菌操作，留待進行Micro-CT檢測。

1.3 指標檢測

分別對取出的3組椎體標本進行皮質骨、松質骨和骨小梁的骨密度(bone mineral density，BMD)、骨礦含量(bone mineral content，BMC)的測定，以了解及對比3組患者之間椎體骨密度、骨礦含量和骨小梁的相關情況。檢測設備由廣州軍區總醫院骨科動物實驗中心提供，編號EWK-149，型號LCT200。

1.4 數據分析

2 結果

2.1 BMD檢測結果

對骨質疏松性椎體壓縮骨折(OVCF)、骨質疏松但無骨折(OP)以及無骨質疏松無骨折(NOP)的患者標本椎體進行BMD檢測，發現OVCF組的皮質骨BMD、松質骨BMD、總BMD和骨小梁BMD與OP組、NOP組相比具有顯著下降，差異具有統計學意義(P<0.05)。其中骨小梁BMD與OP組、NOP組相比下降更為明顯，其差異具有顯著統計學意義(P<0.01)。而OP組的皮質骨BMD、松質骨BMD、總BMD和骨小梁BMD與NOP組相比具有顯著下降(P<0.05)。其中骨小梁BMD下降最為顯著(P<0.01)。詳見表1。

表1 3組患者標本椎體BMD檢測結果Table 1 Results of BMD of patients in OVCF group, OP group, and NOP

注：*：與OP組比較P<0.05，差異具有統計學意義；**：與OP組比較P<0.01，差異具有顯著統計學意義。#：與NOP組比較P<0.05，差異具有統計學意義；##：與NOP組比較P<0.01，差異具有顯著統計學意義。

2.2 BMC檢測結果

對骨質疏松性椎體壓縮骨折(OVCF)、骨質疏松但無骨折(OP)以及無骨質疏松無骨折(NOP)的患者標本椎體進行骨礦含量檢測，發現OVCF組的皮質骨BMC、松質骨BMC和總BMC均明顯低于OP組及NOP組，與OP組相比差異具有統計學意義(P<0.05)，與NOP組相比差異更為明顯，具有顯著統計學意義(P<0.01)。OP組與NOP組相比，皮質骨BMC、松質骨BMC和總BMC亦有明顯下降，其差異具有統計學意義(P<0.05)。詳見表2。

2.3 經Micro-CT檢測后樣本椎體情況

由圖1可以看出，骨質疏松性椎體壓縮骨折組標本椎體骨質密度小于骨質疏松但無骨折組，更明顯小于無骨質疏松無骨折組；而無骨質疏松無骨折組相對于骨質疏松但無骨折組其標本椎體骨質密度更高。

表2 3組的患者標本椎體BMC檢測結果Table 2 Results of BMC of patients in OVCF group, OP group, and NOP mg)

注：*：與OP組比較P<0.05，差異具有統計學意義；**：與OP組比較P<0.01，差異具有顯著統計學意義。#：與NOP組比較P<0.05，差異具有統計學意義；##：與NOP組比較P<0.01，差異具有顯著統計學意義。

圖1 Micro-CT檢測下各組L3椎體骨微結構情況的比較。A：OVCF組；B：OP組；C：NOP組Fig.1 Comparison of the bone microarchitecture of the L3 vertebral body between each group via detection of micro-CT. A: OVCF group; B: OP group; C: NOP group

3 討論

隨著人口老齡化時代的到來，骨質疏松成為該時代的主題詞。骨質疏松癥嚴重影響著人們的生活質量，并容易引起骨質疏松性骨折等并發癥，其中發生在椎體的骨質疏松性壓縮骨折發生率高達49%[1]。部分骨質疏松性椎體壓縮骨折(OVCF)可以通過保守治療得以康復，但嚴重的OVCF需要通過手術干預來治療，其中包括椎體強化術和內固定術[2]。但無論保守治療還是手術干預在一定程度上對患者的生理、心理及經濟都造成影響。所以早期預防骨質疏松及防止OVCF的發生發展尤為重要。

目前在臨床上，經由雙能X射線測定(DXA)得到的BMD是評價骨質疏松的“金標準”[3]。所以，可以通過醫院常用的DXA來獲知自己是否存在骨量低下或者骨質疏松等情況。可是，盡管從DXA得到的BMD值是衡量骨骼強度的重要因素，但僅僅是一種非綜合性的定量分析，無法顯示椎體松質骨的穩定性和機械強度的變化，而松質骨的骨微結構變化是研究骨質疏松骨折和評價抗骨質疏松骨折藥物的重要指標[4]。而且DXA得到的BMD值并不能反映發生在骨小梁的骨微結構的變化，也不能準確地預測發生骨質疏松骨折的風險[5]。另外，骨小梁比皮質骨對于治療干預的反應更為敏感，因此骨小梁在骨骼強度和骨骼生物力學性能方面的地位更為重要[6]。由此可見，骨微結構是骨骼質量、強度和密度的重要衡量指標，可以幫助醫生更好地診斷骨質疏松及預測發生OVCF的風險因素[7]。Micro-CT與DXA的原理相同，都是基于不同密度的物質吸收X射線的衰減程度不同的成像原理。但是在這兩種方法中使用的X射線的能量卻不相同，Micro-CT使用的X射線能量遠低于DXA中的射線能量。而過高的X射線能量更不容易被例如皮膚、肌肉和骨髓等軟組織吸收，導致其不能完全到達骨骼被骨礦物吸收[8]。而Micro-CT能對樣本進行全面掃描，帶有各部位密度信息的 X 射線由 X線接收器接受后加以處理，再轉化為數字信號輸出到圖像處理系統中，通過CT 重建算法重建無損圖像，能對骨礦含量和骨微結構的全方位分析，避免了在使用DXA時產生的誤差[9]。

長久以來，測量椎體松質骨及骨小梁骨質結構的“黃金準則”是由組織形態學技術提供的2D結構參數予以衡量。但在近幾年，Micro-CT作為一個新興的、非侵入性的先進技術被應用于測量骨骼的3D結構和強度，代替了具有破壞性的、需要冗長的染色過程的骨組織形態學計量學方法。基于3D結構的分析，Micro-CT克服了以往的技術不能量化骨重塑情況的限制，能夠洞察深層次的骨礦含量的變化以及生物力學方面的性能，是一種非常敏感和可靠的定量定性分析技術[10]，可以準確評估骨骼強度和預見骨質疏松骨折的風險，從而應用于抗骨質疏松藥物的藥效評價和機制研究[11]。有學者提出MRI也可以區分皮質骨和骨小梁，但其影像資料的分辨率太低以至于無法觀察皮質骨、骨小梁的骨微結構[12]。而Micro-CT所提供的影像學資料可以達到微米級，能夠準確區分皮質骨和松質骨并得到高分辨率的3D骨微結構影像。因此從Micro-CT提供的高分辨影像資料能分析出更準確、更全面的骨骼參數，例如骨密度(BMD)、骨體積分數(bone volume fraction，BV/TV)、骨小梁厚度(trabecular thickness，Tb.Th)、骨小梁數量(trabecular number，Tb.N)、骨小梁分離度(trabecular spacing，Tb.Sp)等評價骨質結構的重要指標[13]，為診斷和評估骨質疏松和骨質疏松性骨折提供更為詳實的依據。綜上所述，Micro-CT因其具有無破壞性的分析技術、快捷的測量方法，能夠同時獲得定量定性的數據結果以及高分辨率的影像資料等優勢和特點而受到越來越多的骨科研究學者的歡迎和認可[14]，已經被國內外許多學者利用于研究骨質結構和微結構改變，特別是骨小梁結構[15-16]、骨密度及骨成分的測量[17]、骨微結構的生物力學性能[17]、轉基因和基因敲除對骨變化的研究、骨血管的研究等[18]。

BMD及BMC是Micro-CT測定骨質含量及骨微細結構的重要指標，其臨床及科研價值已得到了充分的肯定。有研究提出[19]，防止BMC的流失有助于預防骨質疏松的發生，從而有效減少發生OVCF的幾率。也有學者認為[20]，保持較好的椎體BMD是防止發生OVCF的必要方法。更有專家[21]認為，女性特別需要保持好BMD以防止發生骨質疏松。筆者借助Micro-CT對3組相應椎體的測定，從椎體骨微細結構結果得出OVCF組患者對比OP組患者、NOP組患者具有更加稀疏的骨小梁結構，結合更低的皮質骨、松質骨BMD以及低的BMC可以認為較低的椎體BMD和BMC是椎體壓縮骨折發生發展的主要原因。而且OP患者的皮質骨、松質骨、骨小梁及總的BMD和皮質骨、松質骨及總的BMC均低于NOP組，進一步提示正常的椎體BMD和BMC是防止骨質疏松發生的重要因素。

人體出現較低的椎體BMD及BMC，伴隨而來的是骨質疏松的發生，嚴重的將進一步發展為OVCF，所以防止BMD下降及BMC的流失尤為重要。日常可以通過適當的運動、適量的日曬、進食含鈣高的食物及必要時可以服用抗骨質疏松藥物，予以預防骨質疏松的發生發展[22]。雖然較低的椎體BMD和BMC是OVCF發生發展的主要原因，但人們平常也要注意人身安全，防止摔倒導致椎體壓縮骨折。當發生了OVCF時，需要及時到正規醫院尋找專科醫生及時治療。

本研究顯示，由OVCF組、NOP組及OP組椎體的Micro-CT影像學參數分析得出較低的椎體BMD和BMC是椎體壓縮骨折發生發展的主要原因，所以骨質疏松患者和暫無骨質疏松人群需要預防BMD、BMC的下降，這樣能有效防止骨質疏松性椎體壓縮骨折的發生。