探討腹部CT增強能譜成像碘對HAP(Iodine)/HAP(Water)/HAP(Fat)密度測量值影響

趙明月，劉義軍，張子敬，魏巍，劉磊

骨密度(bone mineral density,BMD)全稱是骨礦物質密度，是骨骼強度的一個重要指標[1]，會隨著年齡的增長發生改變。BMD降低是發生某些骨類疾病的重要相關性因素，大多數椎體脆性骨折發生在骨量減少的個體中，強調了早期發現高危患者的重要性[2-3]。隨著社會逐漸老齡化，骨質疏松已成為影響人類健康生活的重要因素之一[4]，是醫療領域中的一個嚴峻挑戰，因此對骨密度的測定是近年來臨床研究的熱點。

骨礦物質主要成分是羥基磷灰石(Hydroxylapatite,HAP)，測定HAP的含量可得出BMD值[5]。基于能譜CT物質分離技術在平掃和增強掃描中經過高低兩組電壓掃描的圖像均可表達為兩種物質的密度圖，物質密度圖像中每一個體素反映了相應的物質成分信息[6-7]，可作為測量骨密度的一個新方法。目前大部分采用HAP和水(Water)、HAP和脂肪(Fat)作為基物質對BMD進行分析[8-10]。臨床上許多患者會定期接受能譜CT腹部增強掃描，產生大量的影像數據，可使其成為回顧性BMD測量方法，在進行疾病評估的同時獲取骨密度信息以監測諸如與治療相關的骨量多少等變化[2]，避免額外的骨密度專項檢查。本研究利用能譜CT腹部平掃與增強影像進行評價BMD的表達方法，因為增強掃描中使用碘類對比劑，故選用HAP和碘(Iodine)、HAP和水(Water)、HAP和脂肪(Fat)作為基物質對行回顧性研究，探討在增強掃描中碘對比劑對3種基物質對密度測量值的影響。

材料與方法

1.研究對象

選取2018年12月-2019年12月接受全腹部能譜(GSI)增強掃描患者214例，男135例、女79例，年齡16～85歲，平均(51.71±16.30)歲，入選標準：無腰椎外傷史、手術史及其他影響骨密度的疾病(如風濕類疾病、內分泌疾病、長期使用激素或椎體顯著增生破壞病變等)。

2.檢查方法

所有受檢者均接受能譜CT的GSI模式行全腹部增強掃描。掃描參數：管電壓80～140 kVp瞬切、管球轉速0.6 s/r、螺距0.992:1、SFOV50 cm、掃描層厚5 mm、重建層厚1.25 mm mono圖像。采用規范個體化碘對比劑注射方案。基于患者體重計算碘攝入量：500 mgI/kg，速率=(對比劑用量+生理鹽水用量)ml/25 s，應用碘海醇(350 mg I/mL)或碘佛醇(320 mg I/mL)對比劑，使用Ulrich雙通道高壓注射器經肘正中靜脈注射，對比劑注射完畢后再以相同流率注射生理鹽水[11]。在AW4.7工作站上利用1.25 mm mono圖像重組4期的HAP(Iodine)、HAP(Water)和HAP(Fat)密度圖像，選取第三腰椎(L3)椎體中間層面較均勻、無異常的骨松質放置感興趣區(ROI)，ROI與椎體邊緣距離>5 mm，避開椎體靜脈叢和骨島等結構[12](圖1)，測量椎體中間上下連續3個層面，ROI大小保持100 mm2左右一致，取3次測量平均值，HAP(Iodine)、HAP(Water)、HAP(Fat)密度測量值單位分別用2 mg/cm3、mg/cm3、mg/cm3來表示。

圖1 HAP(Iodine)基物質對圖像及腰椎椎體骨松質ROI選取示例，增強圖像中無碘對比劑顯影。a)平掃期;b)動脈期;c)靜脈期;d)延遲期。

3.統計學分析

結 果

患者第三腰椎椎體骨松質各期HAP(Iodine)、HAP(Water)、HAP(Fat)值均符合正態分布，4期HAP(Iodine)值間差異均無統計學意義(P>0.05，表2)，增強3期與平掃期HAP(Iodine)值偏差接近于0(表1)；4期HAP(Water)值間差異均有統計學意義(P<0.05，表2)，增強3期與平掃期HAP(Water)值偏差為24.3%、33.3%、22.1%左右；4期HAP(Fat)值間差異均有統計學意義(P<0.05)，增強3期與平掃期HAP(Fat)值偏差為17.4%、23.9%、15.8%左右。增強3期HAP(Iodine)密度測量值與碘攝入量均不存在相關性(P>0.05，圖2)。

圖2 增強3期HAP(Iodine)值與碘攝入量的相關性分析散點圖(r=0.021、0.018、0.028，P=0.762、0.796、0.682)。a)動脈期;b)靜脈期;c)延遲期。

表1 四期HAP(Iodine)、HAP(Water)、HAP(Fat)測量值

表2 四期HAP(Iodine)、HAP(Water)、HAP(Fat)測量值兩兩比較

討 論

目前臨床上測量BMD的影像學方法有DXA、QCT、定量超聲、MRI、能譜CT等，其中DXA是應用最廣泛的方法之一，是公認測量BMD的“金標準”[13-14]，但是該方法是區域內面積密度測量，不能區分骨皮質與骨松質，受骨皮質等影響不能完全準確的反映骨密度隨年齡的真實變化[5,15]，有一定的局限性。近年來能譜CT得到了廣泛的臨床應用，GSI成像模式開創CT定量分析新階段[16]，學者提出了利用腹部能譜CT成像測量椎體的骨密度，逐漸成為一種骨密度的新興測量方法。采用能譜CT進行骨密度測量能排除骨皮質等影響，測得數值接近真實值，更具有代表性[17-18]，同時可利用腹部CT檢查行骨密度分析，避免患者的二次檢查或二次輻射。

能譜CT中物質分離技術的原理是任何一種組織都可由另外兩種基物質來表達[19]，基物質對的選擇原則上是沒有局限的，可選擇自然界中的任意兩種物質[20]，利用兩種基物質對X線的衰減來反映感興趣區內物質成分的衰減[21]，當恰好是組織中含有的主要成分時基物質密度圖的測量值就能反映組織中該物質的相對含量，從而對組織有關指標做出相對定量的表達[22]且對組織的鑒別具有一定的特異性，因此基物質對的選擇應盡量與被檢測對象組成部分相似[9]。腰椎是骨量減少最常見、較早發生的部位，骨松質對骨量的減少較為敏感[23]，腰椎椎體富含均勻的骨松質，因此腰椎椎體骨松質為測量骨密度的常用位置[24]。腰椎的組成物質主要有HAP、水、脂肪、鈣等，HAP的含量決定了椎體的骨密度[25]，本研究選擇無明顯病變的第三腰椎椎體中部層面骨松質作為骨密度測量部位，感興趣區(ROI)置于均勻的骨松質上，盡量避免異常區域[26]。

近來研究表明基于能譜CT物質分離技術測定含羥基磷灰石(HAP)基物質對的密度值[1,8-9,27]可間接反映骨質隨年齡的變化，預測診斷骨量減少、骨質疏松癥的密度值閾值，為BMD的測量提供新的方式。能譜CT檢查的普及，很多患者不需要進行額外的骨密度(DXA等)檢查，僅接受過能譜CT掃描即可獲得相關骨密度的信息，減少了額外的輻射劑量和費用。此外掃描分為平掃和增強掃描，增強掃描一般都采用碘類對比劑，故選擇HAP和碘(Iodine)、HAP和水(Water)、HAP和脂肪(Fat)作為基物質對進行研究，通過比較增強掃描前后骨質中 HAP(Iodine)、HAP(Fat)、HAP(Water)密度值，旨在探究增強掃描中碘對比劑是否會對其密度測量值產生影響。

結果表明4期HAP(Iodine)測量值趨于穩定，且患者碘攝入量不影響增強3期HAP(Iodine)密度值測量，碘對比劑對HAP(Water)、HAP(Fat)測量值影響較大。雖然3種基物質對均可用于BMD分析，但若想在增強掃描中進行BMD測量可選擇不受碘對比劑注射方案影響的HAP(Iodine)作為基物質對。4期掃描中3種基物質對密度測量值穩定性的差異可能與基物質對的組成和后期重建圖像有關，圖1可見HAP(Iodine)的重建圖像可很好地將HAP與Iodine區分，減少了碘對比劑對ROI內骨質的影響，更準確地顯示骨質中的HAP成分，使得測量值較穩定。而HAP(Water)和HAP(Fat)是用HAP與Water、Fat這兩組基物質對來代替骨質中物質的X線衰減去反映骨密度，無法排除外來引入的碘對比劑影響，導致增強掃描前后數值差異較大。另外測得的HAP(Iodine)密度值較大，單位用2mg/cm3表示，HAP(Water)、HAP(Fat)密度值較小，單位用mg/cm3表示，方便于統計和比較。

本研究存在一定的局限性：沒有考慮增強掃描中別的參數，不能確定這些密度值的變化是不是僅由對比劑所導致的，或者除了對比劑別的因素是否也會使這些值發生波動；其次應該建立除羥基磷灰石(HAP)類之外別的基物質對如鈣和水[5]等，測量增強掃描前后的密度值，再比較之間的穩定性會更有說服力；第三，本研究只是對可能的影響因素進行探究，僅僅比較了密度測量值，缺乏多種基物質對與骨密度相關性之間的對比，可作為后續研究。

綜上所述，HAP(Iodine)測量值不受碘對比劑影響，4期中HAP(Iodine)測量值趨于穩定，利用能譜CT物質分離技術，以HAP(Iodine)作為基物質對可在平掃和增強掃描中測量骨密度或者研究增強掃描前后骨密度的變化。