定量CT在骨质疏松症诊断中的研究进展

杨双，肖喜刚

(哈尔滨医科大学附属第一医院CT室，哈尔滨 150001)

骨质疏松症是一种发病率较高的慢性骨骼系统疾病，以骨矿物质含量减少、骨骼内结构退行性变为主要特征[1]。中国居民人群低骨量及骨质疏松问题十分严峻，骨质疏松症易造成骨质疏松性骨折，是导致高龄人群残疾甚至死亡的首要原因之一[2]。早期筛查骨质疏松并干预低骨量人群具有良好的成本效益[3]。骨质疏松症初期通常无明显表现，而延误骨质疏松症的诊疗会增加骨折的发生风险，最终造成不可逆的骨骼系统疾病。《原发性骨质疏松症诊疗指南(2017版)要点解读》[4]、《中国老年骨质疏松诊疗指南(2018)》[5]及2018年The US Preventive Services Task Force[6]均认为骨密度测量在骨质疏松症筛查方面具有重要地位。骨密度测量是中国骨质疏松症诊疗的主要依据。骨密度值是评估骨质疏松症严重程度的一个相对客观的指标。定量CT是一种在常规CT基础上测定机体骨密度的方法，可依据三维空间骨组织分布测量人体任意部位骨骼中每立方厘米体积的骨量[7]。近年来随着多层螺旋CT技术的不断发展，定量CT对松质骨变化高度敏感、测量结果精确，且简便、经济，有望广泛用于中国人群骨密度检测。现就定量CT在我国骨质疏松症诊断中的研究进展进行综述，以期为骨密度测量提供新型、可靠的方法。

1 基于定量CT的骨密度测量

1.1基于定量CT的骨密度测量技术 定量CT是基于临床CT扫描技术的一种骨密度测量手段，在定期校准体模的基础上，通过临床CT机的X线衰减原理得到由扫描图像CT值精确转换成的羟基磷灰石的等效密度[8]。采用定量CT分析软件测量骨密度时，可将感兴趣区选定为椎体中央松质骨所在位置，以避开骨皮质、骨硬化区及椎体后静脉区域，确保测量结果的准确性[9]。定量CT能测定骨骼的大体三维结构，避免复杂几何立体形态对骨密度值测量的影响，减小误差[10]。定量CT还可从多方面评价骨皮质孔隙中的多孔性结构，灵敏地区分松质骨和皮质骨，早期显示骨骼结构的细微变化[11-12]，是目前公认的有效测量骨密度的方法。以往定量CT测定腰椎骨密度的常规方法是多层螺旋CT采集T12～L3中至少2个完整椎体的CT图像(通常选择L1～2椎体)，然后采用美国Mindways公司的定量CT Pro系统分析骨密度并计算得出腰椎骨密度值。美国Mindways公司的定量CT Pro测量系统是目前市场上唯一既具有独立分析软件，也配备体模的产品，其测量结果准确，可兼容各种CT设备。前期定量CT测量骨密度因辐射剂量较大而受到制约，但随着科技不断发展，已有研究表明应用多层螺旋CT进行定量CT腰椎低剂量扫描可在保证骨密度测量准确的同时降低辐射剂量[13]。辐射剂量的降低促进了定量CT在骨密度检测领域的开展，并取得了较为显著的成效。

1.2基于定量CT的骨密度测量优势 双能X线测定骨密度受操作对象、操作方法、机器品牌及测量部位的影响[14]，且检测的是由骨皮质和骨松质组成的综合骨密度，是三维空间分布的骨组织在二维平面的面积投影。双能X线不能分离皮质骨和松质骨，导致所测得的骨密度值出现假性率增高[15]。目前定量CT采用的是Mindways QCT系统，保证了各机器间骨密度测量结果的一致性，并且定量CT测量的是体积骨密度，体现骨组织在三维空间的分布，单位为g/cm3或 mg/cm3，与骨骼大小无关。体积骨密度较面积骨密度能灵敏地反映骨量的早期变化，是对机体任意骨骼部位进行三维层面的测量而得出实际意义上的骨密度，且通过在CT图像上勾画松质骨感兴趣区可排除骨质增生、周围小关节退变、椎间盘窄小、终板硬化、主动脉硬化等因素的影响[16]。定量CT骨密度测量的精准性在于其大幅度降低了由CT扫描设备和被测量者自身差异等对测量结果的影响。多项研究表明，定量CT测量腰椎椎体骨密度的精确度明显高于双能X线[17-18]。定量CT选择性测量代谢转化率相对较高的松质骨骨密度，能够在早期发现机体骨矿物含量以及骨细微结构的变化。相关研究证实，应用定量CT测定的骨密度值与灰重密度值显著相关，测量出的松质骨骨密度能够精确地反映骨代谢变化[19-21]。定量CT避免了组织重叠投影的缺点，且对软组织改变敏感度低[22]，因此定量CT测量结果更为精准。虽然双能X线是目前认知度和认可度最高的一种骨密度测量方法，但我国医疗机构中现有双能X线骨密度测量仪的数量远不能够满足临床需求[23]。而CT设备在各医疗机构中较为普及，定量CT骨密度测量仅需在现有CT扫描设备上配备一套质控体模和分析软件即可快速开展，其与临床CT扫描同步进行不额外增加辐射剂量和扫描时间。定量CT凭借三维成像技术的优势，可最大限度地避免由机器及人体相关因素造成的误差，保证了检测结果的真实性，且具有开展方便、操作简单的优点，值得临床广泛推广应用。

1.3基于定量CT诊断骨质疏松症的理论依据 骨质疏松症主要由于机体骨矿盐含量降低，骨量明显丢失导致。骨细胞、成骨细胞以及破骨细胞与骨质疏松症密切相关。机体骨量的多少是由成骨细胞与破骨细胞的平衡决定的[24]，多种因素(如职业、性别、基因、吸烟、年龄)可影响成骨细胞和破骨细胞的活性，使骨吸收大于新骨形成[25]，从而导致全身或局部骨量减少，进而引起骨质疏松性骨折等一系列严重后果。骨量的变化与骨密度值呈正相关，测定骨密度值可判定机体骨量的变化情况[26-27]。骨密度值是目前公认的用来早期筛查与诊断骨质疏松症、判定骨质疏松性骨折风险、评价骨骼疾病预后及随访监测的最佳评估参数[28-29]。骨量丢失通常从松质骨开始，Ohlsson等[11]建立了预测骨质疏松症的模型并调整相关影响因素后发现，松质骨部位的骨密度较早发生改变，局部血液循环明显较皮质骨丰富，且代谢转化率是皮质骨的8倍。骨量丢失导致的骨密度降低最早发生在富含松质骨的部位[30]。腰椎以松质骨为主体，是人体关键的承重器官与日常活动支撑部位，也是骨质疏松症最先影响的部位，腰椎骨密度可作为反映机体骨代谢状态最敏感的指标[31-32]。因为腰椎具有定位准确、形态变异小、富含骨松质且均匀、骨骼反应较灵敏等优势，而广泛用于骨质疏松症骨密度的测量。

2 定量CT在我国骨质疏松症诊断中的研究现状

2.1定量CT在我国骨质疏松症诊断的推荐方法与诊断标准 以往研究证实了低剂量胸部CT与定量CT骨密度测量一站式扫描方法的可行性，该方法可以精确测量腰椎骨密度[33-35]。目前低剂量胸部CT已作为肺癌早期筛查的常规检查方法，且大部分住院患者需进行胸部CT检查，利用其中包含腰椎部位的CT扫描数据可以在定量CT Pro分析软件中进行二次分析，能同时完成胸部CT检查与腰椎椎体骨密度检测。这种方法不会额外增加辐射剂量，有效规避了定量CT辐射剂量较高的缺点，且更加符合中国人口基数大的国情，因此被《中国定量CT(QCT)骨质疏松症诊断指南(2018)》所推荐[23]。

目前已初步设定了中国人群定量CT腰椎骨密度的正常参考值范围，其为定量CT的临床应用提供了依据。《中国定量CT骨质疏松症诊断指南(2018)》[23]指出，国际临床骨密度学会[36]和美国放射学院[37]推荐的关于腰椎定量CT的诊断标准适用于中国人群，其标准为正常骨量：骨密度值>120 mg/cm3；低骨量：骨密度值为80～120 mg/cm3；骨质疏松：骨密度值<80 mg/cm3。李凯等[38]的研究结果证实，国际定量CT腰椎骨质疏松症诊断标准适用于中国人群，可作为中国人群定量CT的诊断依据。目前经过严格质控且操作标准规范的中国定量CT骨密度测定可应用此诊断标准分析机体骨量情况进而诊断骨质疏松症。

2.2定量CT在我国骨质疏松症诊断中的应用 在中国CT比较普及的情况下，开展定量CT骨质疏松筛查具有重要意义。近年来我国多个地区积极开展定量CT骨密度测量的研究。由北京积水潭医院、解放军总医院健康管理研究院等单位牵头的中国健康定量CT大数据项目已在全国多个合作参与中心开展，是一项前瞻性、多中心、大样本的队列研究，并且此研究也已在美国临床试验数据库注册，编码为NCT03699228[39-40]。该项目采用低剂量胸部CT结合定量CT测量腰椎骨密度，旨在通过标准化的多地区、大数据库研究，建立符合中国人群的腰椎骨密度正常参考值数据库，从而更好地规范定量CT在骨质疏松症诊断中的应用，长远目标为建立我国慢病共病精准影像评价体系、诊断标准和预测体系。此全国范围内的多中心研究可为进一步明确中国人群骨质疏松症的定量CT诊断标准提供更为有效的数据参考，确立更为符合中国地区人群的定量CT骨质疏松症的精准诊断标准，同时可对不同区域人群的骨密度值差异进行多重分析对比与总结，强有力地推动定量CT在骨密度测量领域的发展，为中国骨质疏松症人群流行病学调查研究提供数据支持。后续仍需根据研究结果进一步证实与制订更为详尽的诊断标准，为骨质疏松症的规范诊疗提供更为科学、具体的指导。随着由定量CT测定的中国人群正常参考值数据库的逐步完善，定量CT技术将越来越成熟，也会更好地应用于骨质疏松症的诊断。低剂量胸部CT与定量CT结合的一站式扫描方法在中国人群健康管理中有很大的应用价值，并已逐渐成为我国体检人群首选的骨密度检测方法，未来更有望结合健康管理中心相关实验室指标进行长期随访研究。这种利用现有CT扫描数据与定量CT相结合的技术模式值得广泛应用，其对我国骨质疏松症的预防和治疗具有推动意义。

应用定量CT中“3D Spine Exam Analysis”软件进行骨骼多切面检测是近年来研究的热点，其可对骨骼进行多角度、不同切面层次的骨密度测量[41-42]。基于此技术，患者进行一次扫描即可同时得到骨结构的解剖图像和骨密度值，且不增加射线剂量。利用CT图像还可研究特定骨几何结构及骨力学变化，对骨折风险及术前预判有辅助作用，同时可对已发生骨折的患者提供数据支持，为临床相关诊治提供强有力的指导。骨质疏松症是成人脊柱进行性不稳定和畸形发展的重要影响因素，严重者往往需要进行手术治疗，通过定量CT检测骨质疏松椎体松质骨的骨密度可帮助临床医师制订手术方案。OKuyama等[43]研究发现，当椎体内松质骨骨密度为(95±33.3)mg/cm3时，由于骨强度较低仅靠椎弓根螺钉内固定椎体的稳定性较差，且易发生螺钉松动、脱出，需采取其他方法以增强内固定的稳定性。定量CT可应用于机体各部位骨骼骨密度值的测量，目前对髋关节、颈椎椎骨的研究已证实了定量CT在检测骨密度方面的多样性和实用性，定量CT测量股骨头与颈椎椎骨重复性较好，为髋部及颈部骨质疏松的诊疗提供较为可靠的依据[44-45]。对于一些慢性病(如糖尿病、类风湿关节炎[46]、获得性免疫缺陷综合征[47])引起的骨质疏松症的检测，以及这些疾病应用相关干预药物后的疗效追踪研究也正在进行中。定量CT对骨结构细微变化高度敏感，在早期骨质疏松症筛查及药物疗效方面具有优越性，有助于为骨质疏松症患者制订更有效的诊疗方案。随着定量CT的临床应用价值不断提高，其在全身多骨骼骨密度检测与体格检查及骨科术前、术后、药物治疗效果评估领域有很大的发展前景和技术优势，对我国骨质疏松症精准评价体系的建立有重要作用。

3 小 结

骨质疏松症人群有逐年增加并逐渐年轻化的趋势。对于骨质疏松症应及早进行三级预防，因此广泛开展骨密度测量必不可少。近年来随着定量CT技术方法的改良，国内也开展了许多关于定量CT骨密度测量诊断骨质疏松症项目的研究。目前国内外均就定量CT在骨密度测量中的重要价值达成共识，其测量骨密度的精确性也得到验证。中国应用定量CT测量骨密度诊断骨质疏松症的研究已初见成效，并在现有数据基础上初步建立了符合中国人群的腰椎定量CT诊断标准，测量方法的选择与应用更符合中国国情。总之，定量CT在临床中有显著的优越性，有望逐步代替双能X线成为常用骨密度测量的标准方法。

随着定量CT在骨质疏松症领域研究的深入，未来可纳入骨质疏松症相关危险因素，探究其对骨密度值变化的影响，从而为骨质疏松症防治策略提供方向、为建立骨质疏松症相关风险预测模型提供指导。同时在全国开展骨量丢失率及骨质疏松症发病率的调查研究，为骨质疏松流行病学调查做出贡献。