Micro-CT参数对骨质疏松性椎体压缩性骨折术后复发的预测价值

王栋栋，任伟民，陈 凯，胡晓东，梁玲娣

柳州市人民医院，广西 柳州 545006

骨质疏松性椎体压缩性骨折(osteoporotic vertebral compression fractures，OVCF)是骨质疏松性骨折最常见类型之一，其发生率随着人口老龄化趋势加剧呈逐年升高趋势[1-3]。椎体成形术是目前治疗OVCF的首选手术方式，具有创伤小、早期下床活动时间短等优势，但既往研究发现，术后再骨折率可达10.2%～15.6%[4,5]，同时，椎体骨折后患者再次发生椎体骨折风险较未发生骨折患者显著上调4.4倍[6]。因此，早期预测OVCF术后骨折复发，对促进预后改善具有重要价值。常规CT虽对骨质疏松性椎体压缩性骨折具有良好诊断价值，但因其检查精密性欠佳，亦无法准确反映骨量情况，导致其在预后预测中的价值不高。微型计算机断层成像技术(Micro-CT)以体素为测试单元，利用微米级水平，可对骨小梁立体结构进行扫描重建，准确测量整体骨量参数，观察骨质体素结构形态、生物力学特征等，从而为计算骨组织量与质提供客观技术支持[7,8]。本研究采用Micro-CT检查，探讨其参数在OVCF患者中的表达及对术后骨折复发的预测价值，旨在为临床改善预后提供循证支持。

1 资料和方法

1.1 一般资料

选取2018年1月至2020年8月我院OVCF患者127例，均行球囊扩张椎体后凸成形术(PKP)，其中女56例，男71例，年龄61～75岁，平均年龄(68.79±2.36)岁；根据术后6个月骨折复发情况分为复发组(n=41)与未复发组(n=86)。本院伦理委员会经审核评议同意本研究。纳入标准：均符合《骨质疏松性椎体压缩性骨折的治疗指南》[9]中OVCF相关诊断标准，并经X线、CT或磁共振成像等影像学检查证实；均为单侧新鲜骨折；符合PKP术指征；所有研究对象及其家属均签署知情同意书。排除标准：既往有明确外伤史者；恶性肿瘤、结核或感染性疾病所致病理性骨折者；椎体爆裂性骨折者；既往有其他胸椎或胸椎手术史者；近期有服用影响骨代谢药物者；精神行为异常者。

1.2 方法

1.2.1基线资料收集

采用基线资料调查问卷收集患者性别、年龄、饮酒史、吸烟史、骨折椎体数、骨水泥注入量、骨水泥占椎体的比例、骨水泥椎间渗漏、骨密度(BMD)、骨矿含量(BMC)等，其中BMD采用韩国OsteoSys EXA-3000双能X线骨密度线仪进行检测；BMC采用双光子吸收仪检测。

1.2.2Micro-CT检查

所有患者均于术中取同一部位(L3)少许椎体样本，椎体样本大小相等，取出后立即置入液氮中冰冻，后移至-80 ℃冰箱保存，严格遵循无菌操作原则，用瑞士Scanco Medical AG公司μCT100型Micro-CT进行检测，扫描参数：图像分辨率为1024×1024，层厚为36 μm×36 μm×36 μm，层距为36 μm，图像灰度级16 bit，应用半自动方法对感兴趣区(ROI)进行测量，图像高斯滤波后，应用相同阈值二值化图像，采用自带软件以基于三角型算法的板状模型对骨小梁三维结构参数进行测量，包括骨体积分数(bone volume fraction，BV/TV)、骨小梁厚度(trabecular thickness，Tb.Th)、骨小梁间隙(trabecular spacing，Tb.Sp)、结构模型指数(structure model index，SMI)。

1.3 统计学方法

2 结果

2.1 两组基线资料、BMD、BMC

两组患者性别、体质量指数、饮酒史、吸烟史、骨折椎体数、骨水泥注入量、骨水泥占椎体的比例、骨水泥椎间渗漏比较，差异无统计学意义(P>0.05)；复发组年龄高于未复发组，BMD、BMC水平低于未复发组(P<0.05)。见表1。

表1 比较两组基线资料、BMD、BMC

2.2 两组Micro-CT参数

复发组BV/TV、Tb.Th显著低于未复发组，Tb.Sp、SMI显著高于未复发组(P<0.05)。见表2。

表2 比较两组Micro-CT参数

2.3 Micro-CT参数与BMD、BMC的相关性

以两组BMC、BMD、Micro-CT参数为源数据，经Pearson相关性分析可知，BV/TV、Tb.Th与BMD、BMC呈显著正相关，Tb.Sp、SMI与BMD、BMC呈显著负相关(P<0.05)。见表3。

表3 Micro-CT参数与BMD、BMC的相关性

2.4 OVCF术后骨折复发的影响因素

以OVCF术后骨折是否复发作为因变量(否=0，是=1)，将年龄、BMD、BMC等其他因素控制后，以BV/TV、Tb.Sp、Tb.Th、SMI作为自变量，Logistic回归分析显示，BV/TV、Tb.Sp、Tb.Th、SMI与OVCF术后骨折复发显著相关(P<0.05)。见表4。

表4 OVCF术后骨折复发的影响因素

2.5 Micro-CT参数对OVCF术后骨折复发的预测价值

以复发组Micro-CT参数为阳性样本，以未复发组为阴性样本，绘制各指标预测OVCF术后骨折复发的ROC曲线，结果显示，BV/TV、Tb.Sp、Tb.Th、SMI预测OVCF术后骨折复发的曲线下面积(AUC)分别为0.858、0.612、0.717、0.651(P<0.05)；应用SPSS 22.0的联合应用ROC理论模式，构建BV/TV、Tb.Sp、Tb.Th、SMI联合的预测模型，结果显示其联合预测的AUC为0.888(P<0.05)，敏感性80.49%，特异性84.88%。见图1。

图1 Micro-CT参数对OVCF术后骨折复发的预测价值

3 讨论

相关研究显示[10,11]，骨微结构是衡量骨骼质量、强度和密度的重要参数，可为临床诊断骨质疏松及预测OVCF发生风险提供参考依据。双能X线吸收法测量BMD是目前临床诊断及监测骨质疏松主要方法，但其易受组织钙化、硬化等因素影响，其他影像学检查方法如磁共振、常规CT等虽可清晰呈现骨折部位、形态、类型、范围等详细情况，但亦无法全面评估骨强度，评价骨小梁结构因素[12,13]。因此，积极探索一种更加精准的骨微结构测量方法十分重要。

Micro-CT作为一个新型且非侵入性技术，在骨骼3D结构和强度测量过程中逐渐受到临床广泛关注，可克服存在破坏性且需冗长染色过程的骨组织形态学计量学方法，且利用CT重建算法、3D结构可洞察深层次BMC变化，准确区分皮质骨和松质骨，获取高分辨率3D骨微结构影像，从而为正确评估与动态监测骨质疏松治疗后骨质量的变化提供一个新思路[14-16]。一项大鼠实验发现[17]，通过Micro-CT扫描重建可为骨质疏松合并骨性关节炎药物防治研究提供基础依据。BV/TV、Tb.Sp、Tb.Th、SMI是Micro-CT评价骨微结构相关参数，其中BV/TV是ROI内代表骨性结构体素总体积与区域内所有体素总体积的比例；Tb.Th增加表示松质BMD及微结构退变导致各点应力重新整合；SMI主要反映骨小梁结构形态，其表达升高说明骨小梁板状结构正逐渐转化为杆状结构。本研究结果显示，OVCF术后骨折复发患者BV/TV、Tb.Th减少，Tb.Sp、SMI升高，说明OVCF术后骨折复发患者骨小梁厚度变薄，骨小梁间隙增大，骨体积分数下降。结合彭启华等[18]研究考虑机制可能在于OVCF患者骨小梁纤细，承载负荷能力明显降低，当连接性骨小梁断裂后，可引起应力传导障碍，破坏骨微结构，产生微结构变化，逐渐削弱骨强度，最终引发小梁骨折及皮质骨折。

另有学者指出[19]，椎体BMD和BMC下降是椎体压缩骨折发生发展的主要原因。其中BMD值可反映骨质量下降，骨量减少的骨骼机体基础状况，文献报道[20]，BMD每增加1%，OVCF发生相对风险可下降3%。BMC是骨骼矿物质密度的一个重要指标，刘琨等[21]通过287例OVCF患者可知，低BMC是经皮椎体成形术后再次骨折的危险因素。本研究经Pearson相关性分析显示，Micro-CT参数BV/TV、Tb.Th与BMD、BMC存在正相关关系，Tb.Sp、SMI与BMD、BMC存在负相关关系，进一步证实了Micro-CT参数与OVCF术后骨折复发关系密切。同时，本研究经Logistic多因素回归分析还发现，BV/TV、Tb.Sp、Tb.Th、SMI与OVCF术后骨折复发显著相关，再次佐证了Micro-CT参数在OVCF术后骨折复发中具有一定预测价值。然而Micro-CT参数单一预测OVCF术后骨折复发特异性较低，为此，本研究构建联合预测模型，结果显示，BV/TV、Tb.Sp、Tb.Th、SMI对OVCF术后骨折复发具有一定预测价值，但仍有较大提升空间。本研究进一步分析证实，BV/TV、Tb.Sp、Tb.Th、SMI联合预测OVCF术后骨折复发的AUC优于各参数单一预测，敏感性80.49%，特异性84.88%，由此可见，通过Micro-CT检查骨微结构相关参数有助于指导临床预测OVCF术后骨折复发，及时调整治疗方案。

综上，Micro-CT参数在OVCF患者中呈异常表达，采用Micro-CT检查可为临床预测OVCF术后骨折复发提供科学指导。但本研究样本量有限，有关Micro-CT参数的预测价值还有待大样本长期随访进一步论证。