双能CT能谱曲线及骨钙CT值对骨质疏松的诊断价值

刘斋，高志梅，雷立存，赵君禄，任庆云

河北医科大学第一医院放射科，河北石家庄 050031；

骨质疏松症是常见的代谢性骨病，易导致骨质疏松性骨折，严重影响人类健康[1]。2018年，我国40～49岁人群骨质疏松症的发病率为3.2%，65岁以上人群骨发病率达32.0%[2]。目前，双能X线骨密度测量仪（dural energy X-ray，DXA）和定量CT是测量骨密度的主要方法。DXA是诊断骨质疏松的“金标准”[3]；但由于其测量二维面积密度易受椎体及椎小关节骨质增生、椎体前方腹主动脉钙化的影响，导致骨质疏松的估计不足[4]。随着双能CT 的临床应用，其诊断骨质疏松已初步应用于临床。但应用能谱曲线诊断骨质疏松鲜见报道[5]。本研究分析行腰椎双能CT 扫描患者的影像学资料，探讨能谱曲线及骨钙CT值对腰椎骨质疏松的诊断价值。

1 资料与方法

1.1 研究对象 收集2018年3月—9月于河北医科大学第一医院行骨密度检查的84例患者的影像学资料，根据DXA 测量腰椎T值≤-2.5 SD 的骨质疏松诊断标准[3]进行分组，分为骨质疏松组和非骨质疏松组。非骨质疏松组58例，其中男8例，女50例；年龄38～84岁，中位年龄57岁。骨质疏松组26例，其中男4例，女22例；年龄51～73岁，中位年龄64岁。两组患者年龄、性别比差异均无统计学意义（P>0.05）。所有患者行腰椎（L3、L4）双能CT 扫描。排除标准：①腰椎（L3、L4）存在椎体骨折；②存在金属内固定物；③曾行经皮椎体成形术；④患有椎体肿瘤病变者；⑤患有代谢性或内分泌疾病者；⑥近期服用影响骨质代谢水平药物者。本研究经医院伦理委员会批准，所有患者均签署知情同意书。

1.2 扫描方法 采用Cannon Aquilion ONE Vision 320 排CT 扫描仪。患者取仰卧位，扫描范围自L2 椎体下缘至L5 椎体上缘。采用DE Volume 进行扫描，管电压及管电流分别为80 kV、300 mAs 及135 kV、80 mAs。图像层厚均为0.5 mm，重建间隔0.5 mm。同时记录CT 扫描容积剂量指数（volume computed tomography dose index，CTDIvol）和剂量长度乘积（dose length product，DLP）。

1.3 骨密度测量 使用DXA 测定腰椎前后位L1～L4的骨密度值及各椎体对应T值。扫描参数：管电压140/100 kV，管电流2.5 mA。参照中华医学会骨质疏松和骨矿盐疾病学会推荐诊断标准：T值≥-1 SD 为骨量正常；-2.5 SD

1.4 CT 后处理及测量方法 将双能CT 扫描经SAFIRE 重建的80 kV 及135 kV 两组薄层数据图像，经后处理获得单能量图像传送至Vitrea 工作站。在轴位图像上对L3、L4 椎体骨松质进行测量。在椎体正中平面及上下相邻两个层面手工勾勒感兴趣区（ROI），避开椎体中央静脉区域及骨皮质区，选用ROI=（130±10）mm2进行测量。软件自动生成能谱曲线。在能谱曲线上选取CT40（40 keV）和CT70（70 keV）两点为参考点，CT40 和CT70 分别为ROI 在40 keV 与70 keV 单能量点所对应的CT值。能谱曲线斜率λHu=（|CT40 keV－CT70 keV|）/（70－40）[6]。于相同椎体层面上测量横断面骨钙CT值。求得同一椎体3个层面所测值的平均值，作为此椎体的相应测量值。

1.5 统计学方法 应用SPSS 19.0软件，非正态分布的计量资料以中位数（四分位间距）表示，应用Mann-Whitney U 检验比较骨质疏松组和无骨质疏松组椎体各CT 测量参数间的差异；对腰椎DXA 测量的T值及BMD值与双能CT 所测腰椎骨钙CT值及能谱曲线斜率行Spearman 相关分析；2个椎体间CT 测量参数比较采用Kruskal-Wallis 检验。P<0.05 表示有统计学意义。

2 结果

2.1 能谱曲线、骨钙CT值与椎体DXA 参数的关系 能谱曲线显示，随着keV 水平增高，椎体CT值呈减低趋势，曲线切线斜率亦逐渐减小（图1、2）。骨质疏松组患者椎体能谱曲线斜率及骨钙CT值均低于非骨质疏松组，差异均有统计学意义（P<0.01，表1）；L3 与L4 椎体之间能谱曲线斜率及骨钙CT值差异均无统计学意义（P>0.05）。L3 能谱曲线斜率与 DXA 椎体 T值、骨密度均呈显著正相关（r=0.59、0.59，P<0.01）；L4 能谱曲线斜率与DXA椎体T值、骨密度均呈显著正相关（r=0.62、0.63，P<0.01）；L3 骨钙CT值与DXA 椎体T值、骨密度亦均呈显著正相关（r=0.61、0.61，P<0.01）；L4 骨钙CT值与DXA 椎体T值、骨密度亦均呈显著正相关（r=0.57、0.57，P<0.01，图3、4）。

2.2 辐射剂量 本组病例腰椎双能CT 扫描CTDIvol为11.8～13.6 mGy，平均（12.3±1.6）mGy；DLP 为110.2～145.5 mGy·cm，平均（131.0±28.8）mGy·cm。

3 讨论

骨质疏松症是一种以骨量低下、骨微结构损坏，导致骨脆性增加，易发生骨折为特征的全身性疾病[7]。在50岁以上女性人群中，1/3 会发生骨质疏松性骨折[8]。流行病学调查显示，约41.2%的老年人在65岁以后会发生骨质疏松性骨折，男女比为1︰4。其中，椎体骨折占59.8%，股骨颈骨折占17.7%[9]。术前明确骨折患者是否合并骨质疏松对手术治疗策略，尤其是手术方式的选择，以及术后疗效至关重要[10]。目前临床多采用先行X线检查或CT检查诊断骨折后，再进行腰椎及髋关节骨密度测量，从而延长了患者的检查时 查时间；且严重骨折患者不易反复搬动，不适合行骨密度测量。双能CT 一次检查可同时完成腰椎骨折的诊断及椎体骨密度测量。

能谱曲线是物质的衰减（即CT值）随X线能量变化的曲线，反映了物质的化学构成，由此可区分物质的化学成分[11]。每种物质均有其特定的能谱曲线，不同能谱曲线代表不同的组织成分和病理学类型。

本研究显示，在单能量图像的能谱曲线中各能级点上骨质疏松组与非骨质疏松组患者椎体CT值差异有统计学意义。骨质疏松组能谱曲线斜率显著低于非骨质疏松组，推测其原因是由于骨质疏松患者骨矿物质含量减少，椎体松质骨骨量减少，骨密度减低，骨小梁数目减少，X线透过人体后的衰减值降低，即表现为CT值下降[12]。因此，腰椎能谱曲线可以较敏感地反映骨量下降和骨质疏松情况。

图1 女，53岁，骨量正常。T值-0.4，在L3 椎体横断面图像勾画ROI（A）；能谱曲线斜率为22（B）；L3 椎体钙质分布情况（C）

图2 女，63岁，骨质疏松。T值-2.6，在L3 椎体横断面图像勾画ROI（A）；能谱曲线斜率为10.3（B）；L3 椎体钙质分布情况（C）

表1 双能CT对非骨质疏松组与骨质疏松组各椎体的测量结果[中位数（四分位间距）]

图3 L3 椎体能谱曲线斜率与椎体DXA 参数总骨密度值（A）及椎体T值（B）的相关性

图4 L3 椎体骨钙CT值与椎体DXA 参数T值（A）及椎体骨密度（B）的相关性

腰椎是人体的承重部位。腰椎椎体含有大量的松质骨，其骨小梁的表面积远大于骨皮质，并且其代谢转换率是皮质骨的8 倍[13]。基于上述理论，本研究中在椎体骨松质中选取ROI，有利于早期发现骨质疏松。L3 椎体作为腰椎的中心部位，其骨量的改变可充分反映腰椎乃至全身骨量变化，敏感地预测骨质疏松的情况[12]。

双能CT能够对骨钙质体积及骨钙质CT值进行定量测量，可精确地反映骨细微结构的变化及其真实骨密度，从而早期发现骨量流失，更好地预测骨质疏松症[14]。

双能CT 通过并行采集技术一次性扫描或两次旋转kV-mA 切换系统进行扫描获得两种能量的数据，基于不同物质双能指数存在差异可进行物质分离测算。利用这一原理可以对椎体中的钙进行双能CT 定量分析，分离骨组织中的骨矿质获得单独钙值图，实现定量测量骨密度[15-16]。

Woisetschläger 等[17]应用腹部双能CT对腰椎容积骨密度进行研究，结果显示，双能CT平扫及静脉期增强扫描时腰椎容积骨密度与双能X线测量的骨密度呈显著正相关。王平等[15]应用双能CT 与定量CT技术对腰椎骨密度进行对照研究，结果显示，腰椎骨钙CT值与腰椎骨密度值呈显著正相关。本研究结果显示，腰椎双能CT 所测椎体骨钙CT值与DXA 所测椎体T值及骨密度均呈显著正相关，提示双能CT的腰椎骨钙CT值测量能够精确地反映腰椎骨密度，对骨质疏松的评估及预防有较好的临床应用价值。

本研究的局限性为病例中腰椎双能CT 扫描的平均辐射剂量DLP 为131 mGy·cm，低于常规上腹部CT平扫剂量，高于DXA 的剂量。临床工作中应用双能CT 诊断其他疾病的同时诊断骨质疏松，即骨质疏松的机会性筛查。

总之，腰椎双能CT能谱曲线及其骨钙CT值与DXA 所测T值及BMD值明显相关，可定量反映腰椎骨密度的变化。因此，双能CT 用于诊断腰椎骨质疏松具有广阔的临床应用前景。