優化掃描參數寶石能譜CT測量腰椎骨密度臨床效果評價

張源 高冰 黃世豪 崔旋 郁萬江,3*

1.大連醫科大學，遼寧 大連 116044 2.青島市市立醫院(集團)放射科，山東 青島 266071 3.濰坊醫學院，山東 濰坊 261053

目前，相關研究表明，QCT對骨密度測量的準確性較高[1-4]。能譜CT作為一種新興的技術，在骨密度測量方面取得了一些成果[5-6]。寶石能譜CT可利用物質分離技術[7-8]得到HAP(脂)密度圖像，進而測定椎體的HAP(脂)值得到椎體的骨密度值。作者既往的臨床研究證明，能譜CT測量骨密度與QCT測量結果具有較好的一致性。但作者在體模研究中發現能譜CT采用的掃描參數對骨密度的測量結果影響很大，寶石能譜CT測量骨密度最佳掃描參數是管電流260 mA，球管轉速時間0.8 s/r，螺距0.984∶1。但這組掃描參數在實際工作中應用效果如何，尚未得到認證。本文旨在通過采用優化后的掃描參數對人體腰椎骨密度進行測量，探討其臨床應用效果。

1 材料和方法

1.1 一般資料

研究組：選取本院同時接受腹部或腰椎寶石能譜CT檢查(管電流260 mA，球管轉速0.8 s/r)和QCT檢查的患者126例，其中男性60例，女性66例，除外有腫瘤病史、腰椎外傷史、腰椎手術史、血液病及其他影響骨密度的代謝疾病患者。共126個患者，年齡15～92歲，平均年齡(51.1±18.3)歲。

對照組：按照相同標準選取本院前期同時接受腹部或腰椎寶石能譜CT檢查(管電流375 mA，球管轉速0.7 s/r)和QCT檢查的患者57例，其中男性32例，女性25例。年齡27～92歲，平均年齡(60.0±15.2)歲。本研究經本院倫理委員會批準，并與患者簽訂知情同意書。

1.2 儀器與方法

采用GE Discovery CT750 HD CT掃描機，所有患者L2、L3椎體接受GSI掃描，掃描參數：研究組：管電流260 mA，球管轉速0.8 s/r，CTDIvol：10.30(mGy)，為本實驗參數優化條件。對照組：管電流375 mA，球管轉速0.7 s/r，CTDIvol：15.02(mGy)，為設備機默認條件。余掃描參數相同，均采用管電壓(140、80 kVp)瞬時(0.5 ms)切換，探測器寬度40 mm，螺距0.984∶1。掃描后將重建的1.25 mm單能量圖像傳至AW4.6工作站并測量L2、L3椎體的HAP(脂)值，感興趣區大小為15 mm*15 mm，距離椎體邊緣3 mm以上，盡量避開骨島、靜脈叢及血管瘤等異常區域。住院復查期間再采用GE Discovery CT750 HD CT掃描機對研究組及對照組患者L2、L3椎體行QCT掃描，得到的圖像傳至Mindways工作站并測量L2、L3椎體骨密度值。

1.3 統計學處理

采用軟件SPSS 25.0對研究組及對照組數據組間差異行方差分析。對研究組及對照組組內人群L2、L3椎體的HAP(脂)值與QCT骨密度值行Pearson相關性分析，以P<0.05為差異有統計學意義。采用統計學軟件MedCalc對研究組與對照組的相關系數行相關系數對比檢驗，以P<0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 優化掃描參數能譜CT

優化掃描參數能譜CT(研究組)L2、L3椎體 HAP(脂)值與QCT骨密度值相關性分析見表1，研究組L2、L3椎體HAP(脂)值與QCT骨密度值均具有顯著相關性。

表1 優化掃描參數能譜CT(研究組)L2、L3椎體 HAP(脂)值與QCT骨密度值相關性分析Table 1 The correlation analysis between HAP (lipid) of energy spectrum CT with optimized scanning parameters of L2 and L3 vertebral bodies and bone mineral density (BMD) of QCT

2.2 默認掃描參數能譜CT

默認掃描參數能譜CT(對照組)L2、L3椎體 HAP(脂)值與QCT骨密度值相關性分析見表2，對照組L2、L3椎體HAP(脂)值與QCT骨密度值均具有顯著相關性。

表2 默認掃描參數能譜CT(對照組)L2、L3椎體 HAP(脂)值與QCT骨密度值相關性分析Table 2 The correlation analysis between HAP (lipid) of energy spectrum CT with default scanning parameters of L2 and L3 vertebral bodies and bone mineral density (BMD) of QCT

2.3 優化參數與默認參數掃描結果相關系數對比

優化參數與默認參數掃描結果相關系數對比檢驗見表3，研究組內各亞組HAP(脂)值與骨密度值相關性較對照組更高，其中L2、L3椎體亞組中全體及女性的相關系數對比檢驗的差異有統計學意義(P<0.05)，男性差異無統計學意義(P>0.05)，但具有良好的一致性。

表3 優化參數與默認參數掃描結果相關系數對比檢驗Table 3 Comparison of correlation coefficient between optimization parameters and default parameters

2.4 兩種掃描方法輻射劑量比較

兩種掃描方法輻射劑量比較見表4，研究組CTDIvol較對照組明顯減低4.72 mGy。

表4 兩種掃描方法輻射劑量比較Table 4 Comparison of radiation dose between the two scanning methods

3 討論

自2009年底能譜CT應用于臨床以來，已取得初步成果。其中陳靖等[9]認為能譜CT用鈣(水)作為基物質對時，與X線骨密度儀測量結果具有相關性(r=0.835，P<0.05)。張文娟等[10]研究表明能譜CT基物質成像技術可以反映骨質變化，HAP(水)值、鈣(水)值與DXA測量結果均呈正相關(r=0.874，P<0.05；r=0.796，P<0.05)。但隨著能譜CT的發展逐漸成為熱點，也伴隨了一些新的爭議。蘇永彬等[11]認為能譜CT作為骨密度測量工具需進一步考證，他們采用能譜CT成像技術對歐洲腰椎體膜(ESP)HAP值進行測量并與其真實值比對分析，發現其精密度和準確度均不理想。我們認為歐洲體膜HAP(脂)值、HAP(水)值與其真實值差異較大的原因是掃描參數選擇不當所致。

蓋立平等[12]也發現參數的優化組合，對圖像質量有顯著影響，并使測量結果更接近真實值，可以提高臨床診斷準確性。我們前期進行歐洲體膜實驗，通過選取GE Discovery CT750 HD CT掃描機配置的14組不同管電流和X線球管轉速分別重復掃描，測量不同管電流和球管轉速條件下145號歐洲腰椎體膜HAP(水)值，并與體膜本身羥基磷灰石(HAP)含量作比較，得到了相關性最好、掃描劑量最低的條件，即管電流260 mA，球管轉速0.8 s/r，CTDIvol：10.30(mGy)。但是其臨床使用效能尚不知。因此我們進一步研究，使用該參數行腹部或腰椎檢查并測量腰椎椎體HAP(脂)值。

實驗數據表明，研究組及對照組組內人群L2、L3椎體HAP(脂)值與QCT骨密度值均具有顯著相關性(見表1、表2)；研究組內各亞組(全體、男性、女性)HAP(脂)值與骨密度值相關性較對照組更高(見表3)。意味著能譜CT可以成為臨床測量骨密度的工具；并且我們通過參數優化，得到了比之前設備機默認條件下與QCT骨密度一致性更好的HAP(脂)值，提高了測量骨密度的準確性。掃描參數優化的優勢并不止于此，它還大大減少了檢查輻射劑量[13]，由原來默認條件下CTDIvol 15.02 mGy 變為10.30 mGy，這將為能譜CT用于臨床提供更多機會，降低患者腹部CT檢查或復查輻射劑量的同時還可測量椎體的HAP(脂)值進行骨密度監測。因此我們推薦用使用管電流260 mA，球管轉速0.8 s/r的條件進行能譜圖像采集。

本研究也存在一定程度局限性。①我們只從GE Discovery CT750 HD CT掃描機自帶的14組掃描參數中選取了最佳條件進行臨床研究。該參數可能并不適配其他掃描機。②應該擴大樣本量，并補充L1、L4椎體的HAP(脂)值和QCT骨密度值。③腰椎骨質成分不完全由HAP及脂肪構成[14]，僅使用HAP(脂)這一基物質對不能完全體現腰椎骨質含量，應該增加其他成分作為基物質對進行補充分析，完善能譜腰椎骨密度的精確測量。