能譜CT與DXA測量骨密度準確性的比較研究

鄧亞軍，韓蕾，解琪琪，李文洲 ，史衛東，馬靖林 ，潘云燕，康學文 ，汪靜

1.蘭州大學第二醫院骨科，甘肅蘭州730030；2.甘肅省骨關節疾病研究重點實驗室，甘肅蘭州730030；3.蘭州大學第二醫院放射科，甘肅蘭州730030

前言

骨質疏松癥（Osteoporosis,OP）是一種中老年人常見的全身性骨骼疾病，以骨量降低、骨組織的顯微結構退化、骨強度下降為主要特征，具有高發病率、高致殘率等特點［1-2］。隨著老齡化社會的到來，OP病人日益增多，其嚴重并發癥不僅影響患者生存質量，同時也給家庭和社會帶來沉重的經濟負擔，嚴重威脅公眾健康［3］。OP又被稱為無癥候疾病，其癥狀隱匿性較強，因此早期診斷是治療的關鍵。骨密度（Bone Mineral Density,BMD）測量是目前診斷OP的重要手段，它是指單位體積的骨質密度，BMD值越大，骨質強度越好［4］。目前，用于BMD測量的方法很多，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)。隨著科學技術的進步，計算機及斷層掃描設備不斷更新與發展，不少學者提出應用以瞬時雙電壓切換為核心技術的能譜CT進行基物質對分離，通過分析羥基磷灰石HAP（水）的X線衰減變化，反映骨質中HAP（水）密度，即可得出BMD值［5-6］。但能譜CT能否準確測量BMD，與DXA相比較準確性又如何，目前尚無定論。筆者以羊腰椎體灰重密度為參考標準，對能譜CT與DXA測量結果進行比較，進而探討能譜CT在測量BMD方面的臨床應用價值和前景。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

從市場購買新鮮羊腰椎骨6副，每副取L1～L6椎體，共36節椎體，清除椎體周圍軟組織及其附件。

1.2 實驗設備

能譜CT機及AW4.6工作站（HD750 Discovery，GE公司，美國生產）；DXA（HOLOGICDiscovery Ci，美國生產）；馬弗爐（SX2-2.5-10A型，索域實驗設備有限公司，上海生產）；電子天平（GM1302型，Mettler Toledo生產）；量筒、坩堝及解剖工具。

1.3 實驗方法

1.3.1 能譜CT測量椎體BMD 采用能譜CT機對實驗椎體進行掃描，掃描參數設置為GSI掃描模式。掃描完成后，將能譜圖像傳輸至AW4.6工作站，進入GSI-Viewer能譜后處理分析程序，對椎體HAP（水）基物質對密度進行分析處理。測量包含皮質骨和松質骨的感興趣區（Region of Interest,ROI）內HAP（水）基物質對密度，每個椎體ROI應保持一致。數據提取過程中，由2名專業人員對椎體HAP（水）密度進行分析處理，取平均值作為測量值。能譜CT測量椎體BMD的示例見圖1。

1.3.2 DXA測量椎體BMD 由2名專業人員運用DXA對已去除周圍組織及附件的36節椎體進行掃描，分析并記錄每個椎體的總骨礦含量（g）及面積骨密度（g/cm2）。

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

1.3.4 計算DXA測量的體積骨密度、DXA測量得到的體積骨密度的偏離度及能譜CT測得的骨密度的偏離度 DXA測量得到的體積骨密度（g/cm3）=DXA測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值，DXA測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 統計學處理

采用SPSS 23.0軟件對數據進行分析處理，所有計量數據用均數±標準差表示。將能譜CT測量所得BMD值、DXA測量所得體積BMD值及灰重密度值3組數據間進行成組t檢驗，P＜0.05為差異有統計學意義；將能譜CT測量所得BMD值、DXA測量所得體積BMD值分別與灰重密度值作相關性分析，P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 能譜CT、DXA測量椎體所得BMD值與灰重密度值3組實驗數據的統計描述

由表1可知，3組實驗數據中DXA測量所得BMD值最大，能譜CT測量所得BMD次之，灰重密度值最小。

2.2 能譜CT、DXA測量椎體所得BMD值與灰重密度值比較結果分析

能譜CT、DXA測量所得BMD值與灰重密度值之間差異有統計學意義（P＜0.05），即能譜CT與DXA測量所得BMD值與相對標準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測量所得BMD值之間差異又有統計學意義（P＜0.05），表明DXA測量BMD的準確性可能低于能譜CT，詳見表2。

圖1 能譜CT測量椎體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測量所得BMD值及灰重密度值比較結果Tab.2 Comparison of ash density and BMD measured by spectral CT and DXA

2.3 能譜CT、DXA測量椎體所得BMD值與灰重密度值之間相關性分析

如圖2所示，能譜CT與DXA測量所得到的BMD值均與灰重密度值呈正相關（P＜0.05），即能譜CT與DXA測量所得到的BMD值與灰重密度值的變化趨勢一致；DXA所測得BMD值與灰重密度值之間的決定系數r為0.469，低于能譜CT與灰重密度值之間的決定系數（r=0.514），表明能譜CT與灰重密度間有更好的相關性，更接近灰重密度值的變化趨勢。

圖2 能譜CT和DXA測得BMD值與灰重密度值的線性相關圖Fig.2 Linear correlations of ash density and BMD measured by spectral CT and DXA

2.4 能譜CT測得骨密度的偏離度與DXA測得體積骨密度的偏離度比較結果

能譜CT測量所得BMD的偏離度平均值為0.288，低于DXA測量所得的BMD的偏離度（平均值為0.372），差異有統計學意義（P=0.003），進一步說明能譜CT在測量BMD方面比DXA更有優勢。

3 討論

目前，OP主要依靠臨床癥狀、體征、骨代謝指標及BMD測量等方面綜合進行診斷，其中早期精確的BMD測量是關鍵，對診斷具有重大意義。BMD測量方法較多，其中DXA技術被世界衛生組織確認為BMD測量的“金標準”［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的X線衰減分布曲線，再經過計算機的運算處理可得到骨質中單位面積 HAP的含量（g/cm2），即為BMD值［12-13］。DXA具有價格便宜、操作方便、輻射劑量低、敏感性高等特點［14］，因此廣泛應用于臨床。DXA盡管具有以上優點，但其存在的局限性也不容忽視。首先，DXA測量的是面積BMD，不能將松質骨和皮質骨區分開；其次，當患者出現骨質增生、嚴重腰椎退變及骨折等病變情況時，就會導致BMD測量值偏大［15-16］，進而影響OP的早期診斷、治療及預后；此外，人體軟組織厚度、動脈壁鈣化及骨折等都會影響BMD測量的準確性［10,17］。

近年來，能譜CT實現了對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，每種物質都有特定的X線衰減曲線是其基本工作原理［18-19］。當患者出現骨質疏松時骨質內HAP含量會降低，此時用HAP和水作為基物質，可得到能譜HAP（水）基物質對密度值，即BMD值［6］。能譜CT是一種真實體積BMD測量技術，可以對皮質骨和松質骨分別進行BMD測量，能夠避免骨質增生、退行性疾病等因素對BMD測量值的影響。與此同時，其具有費用高、輻射劑量大等不足之處［20］。但對于已骨折或患有其他骨科疾病的患者，可以在進行腹部能譜CT掃描時，同時對相應部位進行BMD測量，這樣可以有效避免再次搬動患者進行DXA測量BMD，減少不必要的X線輻射和額外費用。

本研究結果顯示，能譜CT、DXA兩種方法均能進行BMD測量，但能譜CT較DXA更準確、更具有優越性。在相關性方面，能譜CT、DXA的BMD測量值與灰重密度值均存在中度相關性，表明兩種方法測量所得BMD值與灰重密度值的變化趨勢比較接近，但能譜CT與灰重密度間的相關性高于DXA。

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