腹部脂肪含量對低毫安定量CT測量腰椎體模骨密度的影響

王育嬌 韓合理 史郁婷,3 葉航 姚寧 郁萬江*

1.青島大學附屬青島市市立醫院放射科，山東 青島 266011 2.大連醫科大學研究生院，遼寧 大連 116044 3.濰坊醫學院研究生院，山東 濰坊 261053

骨質疏松癥是一種以身體骨骼功能衰退，可引起骨折為特征的全身性骨病[1]。骨密度(bone mineral density, BMD)測定在骨質疏松癥預防中具有重要作用,QCT通過對CT三維容積數據的研究,可以很靈敏的反映BMD改變，因此QCT對測定BMD有著巨大的優越性，目前已廣泛應用于臨床[2-4]。臨床測量BMD時，除了正常體重人群，也包括超重/肥胖人群，腹部脂肪被認為是肥胖相關疾病的一個重要因素[5]，不同人群腹部脂肪含量存在很大的差異。有研究表明[6]腹部脂肪含量對常規QCT測量BMD的準確性有一定影響，但是對具體影響程度未進行過系統研究。隨著全民健康意識的提升，低毫安 CT掃描技術已逐步成為人們關注的熱點。相關文獻顯示[7]，低毫安CT掃描在降低輻射劑量的同時，也為患者提供了巨大的診斷潛力。此外，高冰等[8]研究表明低毫安QCT可以準確測量不同體質量指數(body mass index,BMI)人群的BMD，卻未考慮到腹部脂肪含量對BMD測量的影響。目前，腹部脂肪組織對低毫安QCT測量BMD的影響尚無明確定論，因此，本研究模擬了不同含量腹部總脂肪組織(total adipose tissue，TAT),旨在探討TAT對低毫安QCT測量BMD準確性的影響。

1 資料與方法

1.1 研究對象

采用同一個ESP(德國ORM公司編號145)進行測量分析。它是一種模擬人體腰椎的體模，可用來對骨密度測量儀器進行標準化和相互校準，對雙能吸收測定法(dual X-ray absorptiometry，DXA)和QCT均有效。ESP包括3個松質骨骨密度不等的椎體。3個椎體的松質骨羥基磷灰石密度分別是L1(50 mg/cm3)、 L2(102 mg/cm3)和L3(197 mg/cm3)，依次代表骨質疏松、骨量減低、骨量正常。選取3塊大小不等的新鮮豬離體脂肪模擬人體不同含量腹部脂肪組織，將其分別均勻包裹于ESP周圍，先后接受常規腰椎QCT及低毫安腰椎QCT掃描，見圖1A。

1.2 儀器與方法

采用256排GE Revolution CT (美國威斯康星州沃克夏)行腰椎掃描,掃描前行QCT質量控制 (quality assurance, QA)。將體模置于檢查床上，采用常規QCT和低毫安 QCT對裹有不同腹部脂肪組織含量的體模重復進行10次掃描，床高172 cm，掃描范圍自L1上緣至L3下緣。掃描參數:管電壓 120 kV,探測器寬度為80 mm，螺距0.992∶1,球管轉速0.8 s/r，噪聲指數為6.0，顯示視野(display field of view，DFOV)50 cm,掃描層厚及層間距均為5 mm。常規QCT 管電流：200～500 mA;低毫安QCT管電流：40 mA。記錄每次掃描的容積CT劑量指數 (volume CT dose index, CTDIvol)和劑量長度乘積(DLP)。掃描結束重建層厚1.25 mm 薄層圖像,并上傳至QCT工作站(版本3.0 Mindways Software，Inc.美國德克薩斯州奧斯汀),在椎體正中層面分別設置圓形ROI，面積均為225 mm2，避開椎體骨皮質及椎后靜脈叢區,測量其BMD，見圖1B。

1.3 分組

Zeng等[9]研究顯示大部分中國人群腹部TAT在150～350 cm2之間。因此，本研究采用不同面積的新鮮豬離體脂肪模擬人體腹部脂肪，通過QCT中的Tissue Composition Analysis功能測得TAT，見圖1C。根據TAT不同，將其分為四組：TAT=0、200、320、420 cm2組，其中TAT=420 cm2約為臨床超重/肥胖人群的腹部TAT平均水平。

圖1 L1～3椎體骨密度的定量CT測量Fig.1 Quantitative CT measurements of bone mineral density in L1-3 vertebra注：A：選取新鮮豬離體脂肪均勻包裹ESP示意圖，床高172 cm；B：選取L1～3 ROI示意圖 ，矢狀位CT圖像選擇中間層面(黃色方框區域)，于相應軸位CT圖像中選擇ROI(紅色橢圓區域)，大小均為225 mm2；C：QCT測量體模L2中心層面腹部脂肪，綠色光圈外藍色部分為腹部總脂肪。

1.4 統計學分析

2 結果

2.1 低毫安QCT BMD測量值與體模真實值比較

表1顯示各組BMD測量值與真實值均具有顯著差異(P<0.05)。

表1 L1～3椎體測量值與真實值的比較Table 1 Comparison of L1-3 vertebral body measurements with true values

圖2 不同TAT條件下低毫安QCT各組BMD測量值組內差異比較Fig.2 Comparison of the differences between the BMD measurements of each group under different TAT conditions of the low-mA QCT注：豎條紋柱：低毫安QCT掃描;*P<0.05。

2.2 低毫安QCT在不同TAT條件下各椎體BMD測量值組內差異比較

圖2表明，L1～3椎體組內均存在差異，且以TAT=420 cm2組的BMD測量值與其余各組比較差異最為顯著(P<0.05)。此外，圖2還顯示出不同含量TAT對低毫安 QCT測量BMD的準確性均有不同程度的影響。

2.3 常規QCT與低毫安QCT所獲BMD測量值組間比較

較低TAT組(TAT=0、200、320 cm2)L1～3椎體測量值間比較差異無統計學意義(P>0.05)；而TAT=420 cm2時，L1～3椎體測量值間均具有顯著差異(P<0.05)。此外，兩種掃描模式所獲BMD均顯示TAT越高，其對QCT測量值的影響越大。見圖3。

圖3 常規QCT與低毫安QCT掃描所獲BMD測量值組間比較Fig.3 Comparison of BMD measurements of L1-3 vertebrae obtained by routine QCT and low-mA QCT注：橫條紋柱：常規QCT掃描；豎條紋柱：低毫安QCT掃描；nsP>0.05 ,*P<0.05。

2.4 低毫安QCT BMD測量值的RMSE與TAT相關性分析

低毫安QCT所獲各椎體測量值的RMSE與TAT呈顯著正相關，即RMSE隨TAT增大而增大，且在相同TAT條件下L1椎體的RMSE最大。見圖4。

圖4 低mA QCT掃描時TAT與L1～3椎體的RMSE相關性分析Fig.4 RMSE correlation analysis between TAT and L1-3 vertebrae in low-mA QCT注:L1椎體：圓形標記線；L2椎體：方形標記；L3椎體：三角形標記。

2.5 常規QCT與低毫安QCT BMD測量值的RMSE

當TAT=420 cm2時，常規QCT的RMSE均小于低毫安QCT，見表2。

表2 常規QCT與低毫安QCT BMD測量值的RMSETable 2 RMSE of measured BMD in routine and low-mA QCT

2.6 兩種掃描模式輻射劑量比較

常規QCT與低毫安QCT輻射劑量比較差異具有明顯統計學意義，見圖5。常規QCT 掃描：DLP 為 190.90～ 477.68 mGy·cm,平均(380.15±105.19) mGy·cm; 低毫安QCT 掃描：DLP 為 32.64～ 43.31 mGy·cm, 平均 (38.77±3.07) mGy·cm。

圖5 常規QCT與低毫安QCT輻射劑量的比較Fig.5 Comparison of radiation dose between routine QCT and low-mA QCT scans注：nsP>0.05 、*P<0.05。

3 討論

BMD作為人體骨量的主要檢測指標，與骨質疏松癥直接相關[10-12]。肥胖與骨質疏松癥的關系是復雜的，隨著肥胖現象越來越普遍，準確測量各種人群的BMD具有重要意義。QCT是常用的骨質疏松癥檢查方法，能夠準確測量椎體BMD，同時可以預測椎體骨折[13-14]。然而QCT與DXA相比，存在輻射劑量較大的劣勢，因此，低毫安QCT測量BMD成為了本次研究的重點。

本研究結果顯示，TAT對低毫安QCT測量BMD的準確性有不同程度的影響。Yu等[15]利用DXA和QCT掃描裹有不同厚度脂肪的ESP，結果顯示增加的脂肪使QCT BMD測量的準確性降低。Zhu等[16]發現DXA所測得中老年人較高的內臟脂肪組織(visceral adipose tissue，VAT)與BMD降低有關，提示內臟脂肪過多可能導致BMD下降。本研究結果表明，隨著TAT增加，低毫安QCT測量BMD的準確性降低，這與既往研究在某種程度上是一致的。本研究還發現，相同TAT條件下，L1椎體的RMSE總是大于L2及L3椎體。這意味著椎體BMD真實值越低，低毫安QCT的準確性受TAT影響越大，這種差異的原因目前尚不清楚，需要進一步探討。因此臨床上對于骨量減少及骨質疏松較重的患者，用低毫安QCT測量BMD時，需謹慎考慮腹部脂肪的影響。

筆者觀察到，低毫安QCT可以準確測量一般人群的BMD。當TAT<420 cm2，低毫安QCT與常規QCT測量結果無顯著差異，因此，筆者認為一般人群使用低毫安QCT測量腰椎BMD優于常規QCT。以往研究[17-18]使用低劑量、低管電流掃描ESP測定椎體BMD，結果顯示低劑量QCT測定椎體BMD的精確度高；高冰等[8]對80例不同BMI的患者進行了L1～3低劑量QCT掃描，發現低劑量QCT可以準確測量不同BMI患者的BMD。Zeng等[9]研究表明BMI的差異無法預測VAT與TAT比例的變化，說明BMI的高低并不等同于腹部脂肪面積的大小，因此本研究探討了在不同TAT背景下低毫安QCT BMD測量的準確性，對未來的研究提供了重要的方向。有學者[19-20]對患者進行不同劑量的腰椎QCT掃描，結果顯示管電流對QCT BMD測量影響不明顯，低劑量掃描能夠保證BMD測量準確性，與本研究的結論是相仿的。相關文獻發現[21]低劑量QCT測量脛骨BMD的準確性和標準劑量掃描是相似的，雖與本研究對象略有不同，但結論仍具有較大的借鑒意義，即低劑量掃描可以準確測量BMD。Mei等[22]證實利用低管電流掃描條件可以對骨質疏松癥進行診斷。

本研究結果表明，常規QCT更適合超重/肥胖人群的BMD測量。當TAT=420 cm2時，常規QCT的RMSE均小于低毫安QCT，即對于TAT在420 cm2以上的超重/肥胖人群，使用常規QCT測量BMD更準確。QCT采用化合物制作等效水與骨的標準體模，完成體模與測量部位的同步掃描，利用X線衰減進行線性回歸，再轉化為vBMD，腹部脂肪對X線的吸收衰減曲線呈弓背向上的表現，即在CT成像的條件下，脂肪對X線的吸收是隨著管電壓的增大而增大的。TAT含量越多測量誤差越大，測量的準確性受影響越大。所以對于超重/肥胖人群，QCT測量BMD不能完全克服TAT的影響，針對腹部脂肪含量帶來的測量誤差，后期可對此進行校正，以達到更可靠的結果。

在確保圖像質量的條件下，達到劑量最低化、診斷效益最高化一直是臨床努力的方向。有相關論文報道[23]，通過自動管電流調制技術可以達到和普通胸部CT 掃描一樣的圖像質量和放射劑量。輻射劑量取決于多個掃描參數，如管電流、管電壓、螺距等，本研究是在管電壓固定的情況下，通過降低管電流來減少輻射劑量，與蔣等[17]報道一致。本研究中，常規QCT的 CTDIvol大約為低毫安QCT的12倍,與高冰等[8]的結果相仿。

當然，本研究也存在一定的局限性，僅進行了體模實驗，未進行人體腰椎掃描，有待進一步完善。實際人體中BMD可能受體內多種成分的影響，如肋骨、氣體及腸道內對比劑等，在本研究中均未反映出來。這些成分是否會影響BMD測量的準確性，值得進一步研究。

綜上所述，臨床上采用QCT評估腰椎BMD時，對于一般人群，低毫安QCT可以準確測量腰椎BMD，減少輻射劑量，具有極大的臨床實用價值；而對于超重/肥胖人群，常規QCT測量腰椎BMD要優于低毫安QCT。