Revolution CT能谱成像测量腰椎体模骨密度的准确性及可重复性

崔 旋，黄世豪，韩合理，郁万江*

(1.潍坊医学院医学影像学院，山东 潍坊 261053；2.大连医科大学医学影像学系，辽宁 大连 116044；3.青岛市市立医院东院区放射科，山东 青岛 266071)

骨质疏松现已成为影响人类健康的重要危险因素之一[1]，测量骨密度(bone mineral density, BMD)是诊断骨质疏松的主要手段。目前测量BMD主要有2种方法，即双能X线吸收法(dual-energy X-ray absorptiometry, DXA)和定量CT(quantitative computed tomography, QCT)。能谱CT是新兴BMD测量方法，但既往研究[2]表明GE宝石能谱CT测量BMD相对QCT并无明显优势。Revolution CT采用新一代宝石高清探测器和算法[3]，大幅提升了能谱成像质量，且辐射剂量明显减低。本研究采用Revolution CT以不同管电流及球管转速条件对欧洲腰椎体模(European spin phantom， ESP)进行能谱成像，观察其测量ESP BMD的准确性及可重复性。

1 材料与方法

1.1 材料 采用ORM公司ESP(No.145)[4],主要成分为环氧树脂塑料及羟基磷灰石(hydroxyapatite， HAP)，其成分构成比例X线衰减等同于水和HAP，所测BMD包括3个不同椎体(L1、L2、L3)，对应HAP值依次为50、100和200 mg/cm3。

1.2 仪器与方法 采用2台GE Revolution 256排CT机对体模进行能谱扫描，每次扫描前均先行空气校正。将体模放置于扫描床正中央，床高135 cm，选择能谱模式扫描，140/80 kVp高低电压瞬时切换，螺距固定为0.984∶1，准直宽度128×0.625 mm，分别采用球管转速0.5 s/rot搭配5组管电流(200、240、280、320及365 mA)，球管转速0.6 s/rot搭配5组管电流(195、235、280、320及360 mA)，球管转速0.8 s/rot搭配5组管电流(190、230、275、315及355 mA)，球管转速1.0 s/rot搭配5组管电流(185、230、270、315及355 mA)，共计20组能谱扫描条件，每组条件各扫描10次；扫描层厚、层间距均为5 mm，图像重建层厚、层间距均为1.25 mm。将重建数据传输到GE AW 4.7工作站。记录各组扫描条件对应的CT容积剂量指数(volume CT dose index, CTDIvol)。先以一台Revolution CT进行扫描，以统计分析筛选适当条件后，再于另一台同型号Revolution CT上应用该条件进行扫描。

1.3 测量HAP值 由2名主治医师分别在AW 4.7工作站利用GSI Viewer以HAP-水基物质测量体模HAP值。在椎体正中层面分别设置圆形ROI，面积均为408.42 mm2，尽可能多地包含层面中的骨松质，避开骨皮质及其椎弓根等BMD较高区域(图1、2)。测量2次，取平均值。

图1 正中矢状位测量ESP椎体HAP值，自上到下分别代表L1、L2、L3椎体 图2 球管转速0.8 s/rot、管电流230 mA条件下，L1(A)、L2(B)、L3(C)椎体HAP测值分别为50.41、99.89及201.28 mg/cm3

1.4 统计学分析 采用SPSS 23.0统计分析软件。采用单因素方差分析比较不同扫描条件下L1、L2、L3椎体HAP测值。以单样本t检验比较不同条件下HAP测值与对应体模椎体真实值，对同型号不同设备所获HAP测值采用两独立样本t检验。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 不同扫描条件下HAP测值比较 不同扫描条件下各椎体间HAP测值差异均有统计学意义(FL1=46.670,PL1<0.001；FL2=39.087,PL2<0.001；FL3=105.870,PL3<0.001)。以球管转速0.8 s/rot搭配管电流230 mA、球管转速1.0 s/rot搭配管电流315 mA时，HAP测值与体模真实值之间差异均无统计学意义(P均>0.05)。见表1。

表1 不同条件下L1、L2、L3椎体HAP测值与体模HAP真实值比较(mg/cm3，±s)

表1 不同条件下L1、L2、L3椎体HAP测值与体模HAP真实值比较(mg/cm3，±s)

CT扫描条件球管转速(s/rot)管电流(mA)L1 测值真实值t值P值L2测值真实值t值P值L3测值真实值t值P值18554.62±1.0214.350 0.001106.24±1.5912.42 0.001207.61±1.1520.983 0.00123051.20±1.203.1500.010102.26±0.6810.42 0.001201.20±1.302.9180.0171.027053.90±0.805015.360 0.001105.05±0.8910019.63 0.001204.99±1.3420011.788 0.00131550.49±0.841.8500.090100.68±1.012.1420.061199.54±1.08-1.3390.21335550.85±0.803.330 0.001101.45±1.273.600.006199.40±0.74-2.5060.03419050.94±1.212.4500.030101.63±0.727.186 0.001201.13±1.392.5670.03023050.58±0.882.0700.060100.82±1.242.0920.066200.43±0.801.6860.1260.827551.94±0.69508.850 0.001103.48±0.9710011.35 0.001202.00±0.962006.570 0.00131553.06±0.6714.550 0.001103.84±0.9113.35 0.001202.18±0.877.891 0.00135552.28±0.868.390 0.001102.6±0.978.449 0.001201.81±0.698.262 0.00119553.54±0.72 0.001103.97±1.0511.91 0.001203.10±0.4621.345 0.00123553.06±0.8111.930 0.001103.53±2.225.0370.001202.56±0.7211.234 0.0010.628053.23±0.845015.620 0.001103.48±1.0510010.46 0.001202.68±0.8220010.300 0.00132054.87±0.9112.340 0.001104.92±1.1113.99 0.001203.57±0.9212.341 0.00136055.32±0.9118.500 0.001105.11±0.7920.39 0.001204.07±1.399.248 0.00120058.51±1.6316.500 0.001111.43±1.7210021.01 0.001213.52±2.2219.278 0.00124055.71±0.6428.120 0.001106.00±1.999.560 0.001203.23±0.5119.897 0.0010.528052.25±1.28505.547 0.001102.59±1.067.702 0.001198.77±1.70200-2.2800.04932052.74±0.5416.120 0.001102.78±1.207.340 0.001197.41±0.84-9.786 0.00136551.55±0.925.340 0.001101.40±1.253.5550.006197.91±0.45-14.530 0.001

2.2 不同CT设备间测量结果比较 选择球管转速0.8 s搭配管电流230 mA、球管转速1.0 s搭配管电流315 mA，在另一台Revolution CT机上重复进行ESP能谱扫描，2台设备(标记为CT1、CT2)间L1、L2、L3椎体HAP测值差异均无统计学意义(P均>0.05)。见表2。

表2 2台CT在1.0 s/rot、315 mA及0.8 s/rot、230 mA条件下各椎体HAP测值比较(mg/cm3，±s)

表2 2台CT在1.0 s/rot、315 mA及0.8 s/rot、230 mA条件下各椎体HAP测值比较(mg/cm3，±s)

椎体1.0 s/rot、315 mA CT1CT2t值P值0.8 s/rot、230 mACT1CT2t值P值L150.49±0.8450.43±0.880.1700.86650.58±0.8849.76±0.961.9730.064L2100.68±1.01100.56±0.850.2900.775100.82±1.24100.46±1.360.6140.547L3199.54±1.08199.84±1.40-0.5340.610200.43±0.8199.54±1.351.7950.089

2.3 辐射剂量 相同转速下，CTDIvol随管电流增加而增大；相同管电流下，CTDIvol随转速增高而增大。以球管转速0.8 s/rot搭配管电流230 mA时，CTDIvol为9.09 mGy；1.0 s/rot搭配315 mA时，CTDIvol上升为15.46 mGy。见表3。

表3 不同扫描条件下CTDIvol值

3 讨论

3.1 Revolution CT测量BMD的必要性和可行性 既往文献[5-11]报道，能谱CT可用于测量BMD，但不同研究之间结果存在差异。Revolution CT具备最新能谱成像功能，其覆盖范围、扫描速度、能量切换效率及数据精准度等均较以往能谱CT大幅度提高[3]。理论上，硬件和软件改进对于测量BMD的准确性应产生正向影响，但目前少见以Revolution CT能谱成像测量腰椎BMD的研究报道。本研究采用Revolution CT能谱成像技术对ESP进行扫描，探讨Revolution CT测量腰椎BMD的准确性以及同型号不同设备之间测量结果的可重复性，以期为临床应用奠定基础。

3.2 Revolution CT能谱成像测量ESP BMD的准确性及可重复性 物质分离技术是能谱CT的一大特性，其基础是人体内任何组织的X线吸收特性均可由另外2种基物质来表达。腰椎主要成分为HAP，其含量在很大程度上决定BMD，而BMD反映骨强度[12]。本研究所用ESP主要成分是HAP及环氧树脂塑料，等同于HAP和水，故采用HAP-水基物质对这种分离技术是合理的。

本研究结果显示，以球管转速1.0 s/rot搭配管电流315 mA、球管转速0.8 s/rot搭配管电流230 mA时，HAP测值与真实值之间差异无统计学意义，提示准确性较高，即利用Revolution CT可准确测量BMD；0.5 s/rot、0.6 s/rot球管转速条件下测量结果相对欠佳，可能与球管转速过快、能谱信息采集量相对较少有关，只有当球管转速与管电流达到某种平衡状态时，能谱信息采集量不易遗漏，测量结果才能相对准确。本研究针对筛选出的扫描条件(1.0 s/rot、315 mA或0.8 s/rot、230 mA)利用同型号不同设备进行重复性检验，结果显示CT1与CT2测量结果差异无统计学意义，提示可重复性较好，即Revolution CT测量ESP BMD结果稳定。以球管转速0.8 s/rot搭配230 mA管电流，不仅能保证测量BMD的准确性，且CTDIvol仅为9.09 mGy，相比既往研究[13]减少约64%。

综上所述，采用Revolution CT进行一次能谱扫描，利用所得数据不仅可测量腰椎BMD，还能获得扫描范围内所有能谱信息，从而最大程度发挥CT检查的信息功能[14-15]，且辐射剂量相比平扫明显降低。但本研究仅针对体模，未进行人体腰椎扫描，有待进一步完善。