基于胸部CT图像成年男性骨质疏松的定量评估

董文惠，鄂林宁，武志峰*

(1 山西医科大学医学影像学院放射教研室，太原 030001；2 山西白求恩医院放射科；*通讯作者,E-mail:wuzhifeng2004@126.com)

骨质疏松(osteoporosis，OP)是以骨组织微结构的变化和(或)骨量减少为特征的骨代谢性疾病。OP最严重的结果是骨折，骨折风险取决于骨强度，骨强度由骨密度(bone mineral density，BMD)和骨质量决定。由于“骨质量”的临床评估还没有很好的技术和手段，目前OP的诊断主要依赖于BMD[1]。双能X线光吸收法(dual energy X ray absorptiometry，DXA)是目前认知度和认可度最高的测量BMD的方法，世界卫生组织(World Health Organization，WHO)专家组制定了OP的DXA诊断标准[2]。然而，只有不到三分之一的脆性骨折接受了DXA骨密度的评估和药物治疗[3]，而且DXA是一种二维测量方法，叠加的组织可能导致伪影和测量误差[2]，因此，需要找寻一种简单的方法对OP患者进行早期识别及定量评估。

胸部CT扫描既可以显示肺部情况，也可以对患者的骨骼、肌肉等情况进行评估。近年来有研究利用多层螺旋CT测量的椎体CT值作为低BMD的潜在筛选方法。然而，基于胸部CT图像进行椎体BMD评估时，具体哪个或哪几个椎体可以更好地评估OP状态目前尚无统一标准。本研究的目的是探讨利用成年男性胸椎椎体CT值进行BMD评估的可行性,并确定诊断骨量减少或骨质疏松的最佳测量椎体。

1 资料与方法

1.1 一般资料

1.1.1 研究对象 回顾性分析山西白求恩医院2020年9-11月接受胸部螺旋CT和DXA骨密度检查的男性患者93例，收集其年龄、身高、体质量、体质量指数(BMI)等一般临床资料和DXA测量的骨密度T-score。

1.1.2 纳入标准 ①DXA和CT检查的时间差≤1个月；②DXA检查有明确腰椎BMD-T值评分者；③DXA和CT检查间隔期内未服用双磷酸盐类等影响BMD的药物；④除骨质疏松症外，不存在任何影响脊柱的疾病，如骨转移、血液病或代谢性骨疾病。

1.1.3 排除标准 暴力性外伤导致椎体骨折的病人；椎体病理性骨折病人；胸椎椎体术后患者。

1.2 研究方法

1.2.1 DXA测量骨密度 采用双能X线骨密度仪(GE Medical Systems，Lunar iDXA)，患者取仰卧位，从脐下3 cm处向上扫描，X线中心线垂直射入，扫描后通过机器自带软件计算出腰1至腰4椎体T-score的平均值。根据DXA测量的骨密度T值将患者分为：骨密度正常组(T>-1)、骨量减少组(-2.5≤T≤-1)和骨质疏松组(T<-2.5)。

1.2.2 胸部CT图像采集及图像分析 患者取仰卧位，双臂上举，于吸气末进行全肺扫描。CT扫描仪：Somatom Definition AS CT、Somatom Definition Flash CT。扫描参数：球管电压为120 kV，参考管电流110～240 mA，开启实时动态曝光剂量调节(Care-Dose 4D),准直0.6 mm×128 mm，螺旋时间0.5 s/r，螺距因子0.9，扫描层厚5 mm，重建层厚1 mm。将胸部CT扫描获取的肺窗薄层图像导入图像后处理工作站(AI-Rad Companion Chest CT，原型机ver. 4.3.3)，以下简称AICHEST软件。AICHEST软件可自动识别胸椎，运用深度学习算法，在每一椎体中心层面提取感兴趣区域，然后软件可自动计算出该感兴趣区域的CT值，记录AICHEST测量出的胸1至胸12椎体CT值。

1.3 统计学方法

利用SPSS 23.0统计分析软件：采用单因素方差分析(one-way ANOVA)比较三组患者间的一般临床资料如年龄、体质量指数；采用单因素方差分析法中Scheffe法多重比较骨密度正常组与骨量减少组及骨质疏松组各椎体的CT值；AICHEST软件所测量的胸1至胸12体CT值分别与腰1至腰4椎体T-score的平均值进行Pearson线性相关分析；采用ROC曲线分析诊断骨量减少及骨质疏松的最佳测量椎体及其CT值界值。

利用MedCalc统计分析软件：采用delong检验分析胸1至胸12椎体ROC曲线下面积的差异是否有统计学意义。

2 结果

2.1 一般资料

本研究共收集男性患者93例，年龄22～96岁，平均年龄(61 ±15)岁，平均身高(170.3 ±5.9)cm，平均体质量(68.9 ±12.8)kg，平均BMI为(23.6 ±3.3)kg/m2。

2.2 各组患者胸1至胸12椎体CT值分析

本研究中根据DXA测量的骨密度T-score将患者分为：骨密度正常组(T>-1)47例、骨量减少组(-2.5≤T≤-1)30例和骨质疏松组(T<-2.5)16例。三组患者的年龄、体质量指数分布经方差分析后，差异无统计学意义(P>0.05，见表1)。利用AICHEST测量胸1至胸12椎体CT值的方法及结果见图1。各组患者胸1至胸12椎体CT均值逐渐减小，通过单因素方差分析法中Scheffe法多重比较发现骨密度正常组的CT值均数明显高于骨量减少组及骨质疏松组各椎体的CT值，差异有统计学意义(P<0.05，见表2)。

表1 患者的一般临床资料Table 1 General clinical data of

A,B.软件可自动识别胸椎并选取每一椎体中心层面进行感兴趣区域的勾画；C.胸1～12椎体CT值的测量结果图1 AICHEST软件测量胸1 ～12椎体CT值Figure 1 CT values of thoracic 1-12 vertebral bodies measured by AICHEST software

表2 各组患者T1-T12椎体CT值比较Table 2 Comparison of CT values of T1-T12 vertebral bodies among three

2.3 各胸椎椎体CT值与DXA所测BMD的相关性分析

胸1至胸12各椎体CT值与DXA所测腰1至腰4椎体T-score的平均值均呈正相关(r>0，P<0.05)，其中胸9椎体r值最大(0.617)，其次为胸4椎体(0.606)，结果见表3。

表3 胸1至胸12各椎体CT值与DXA所测腰1至腰4椎体T-score的相关性Table 3 Correlation between CT values of thoracic 1-12 vertebral bodies and T-score of lumbar 1-4 vertebral bodies measured by DXA

2.4 各胸椎椎体CT值对骨质疏松的诊断价值

采用受试者工作特征(ROC)曲线分析胸1至胸12椎体CT值对骨质疏松的诊断价值，结果发现胸9椎体的AUC值最大(0.830)，标准误为0.041(见图2)。利用MedCalc统计分析软件中delong检验两两比较胸1至胸12椎体ROC曲线下面积的差异，发现胸9椎体与胸7，8，10，11，12椎体曲线下面积的差异有统计学意义(P<0.05，见表4)，其余椎体之间差异无统计学意义(P>0.05)。根据ROC曲线，计算约登指数发现胸9椎体CT值为153 HU时，其约登指数最大(0.526)，此时敏感度为80.9%，特异度为71.7%，阳性预测值为81.6%、阴性预测值为69.1%。因此胸9椎体CT值下降至153 HU以下，高度提示骨量减少或OP。

3 讨论

OP是目前最常见的一种全身性骨骼疾病，中老年女性患者OP发病率高，接受相关检查和治疗较及时，而成年男性缺少接受OP的筛查及相应的治疗[4]。各种慢性疾病如高血压、慢性阻塞性肺疾病、糖尿病、结缔组织疾病患者OP的发病率逐年增高，OP与患者的死亡率、病情恶化及预后相关联[5]，因此OP的早期诊断对患者的治疗及预后有很大的帮助。

DXA检查是目前诊断OP最广泛使用的技术,但有研究发现OP患者(特别是肥胖、体质量较轻或疾病晚期的患者)的DXA测量值却在正常范围内[6,7]，其原因是腰椎DXA只测量区域BMD，不能区分骨质退行性改变、皮质骨和小梁骨，不能评估每块椎骨的三维形状，并且其结果易受到肥胖、腹主动脉钙化、椎体骨折和脊柱畸形等因素影响，导致部分OP患者的评估结果存在偏差[2]。除了DXA以外，诊断OP的影像学方法还有定量CT、定量超声等。当单独使用定量CT来评估OP时，其辐射剂量比DXA高[8]；而对于定量超声，其装置在测量参数方面有很大差异，而且定量超声检查缺乏敏感性[9]，不适宜长期监测OP及药物治疗的效果，因此它不能作为独立诊断OP的方法[10]。

随着健康体检及肺癌筛查工作的广泛开展,接受胸部CT检查的人群逐渐扩大。本研究结果显示骨质疏松组及骨量减少组胸1至胸12椎体的CT均值明显低于骨密度正常组，胸椎椎体CT值与腰椎BMD存在相关性，胸9椎体的CT值对OP的诊断效能最高。

目前有研究发现，胸椎椎体CT值与腰椎的BMD之间存在一定相关性[11,12]。Romme等[11]通过研究发现胸4，7，10椎体CT平均值与DXA测量的腰椎及全髋BMD值的最小值之间存在相关性；李考等[12]通过胸部CT测量出的胸6至腰1椎体CT值与DXA测量的腰椎BMD进行分析，发现二者呈明显正相关。本研究包含了胸1至胸12椎体，与先前的研究相比所测量椎体范围广，研究发现胸1至胸12椎体CT值均与DXA测量的腰椎T-score呈正相关，且胸9椎体的相关性最强，这一结果提示可以通过胸椎椎体CT值预测患者的BMD状态。

本研究通过比较各组患者胸椎椎体CT值均值发现，从胸1至胸12椎体其CT值逐渐降低，下脊椎部分骨强度较低。这与文献的研究结果一致[3,11,13]，所以在临床工作中，我们要更关注患者下脊椎椎体骨质情况。Colantonio等[14]通过测量颈4椎体CT值发现，骨质疏松组及骨密度减少组中颈4椎体CT值明显低于骨密度正常组。与Colantonio等[14]的研究结果相似，我们的研究发现骨质疏松组及骨量减少组胸1椎体至胸12各椎体的CT均值明显低于骨密度正常组。因此，通过常规胸部CT扫描评估男性患者肺部情况的同时，也可以通过测量胸椎椎体CT值来对BMD状态(正常、骨量减少和骨质疏松)进行预测和对OP进行初筛，而无需额外的辐射暴露及经济成本。

本研究结果显示，胸9椎体的AUC值最大，但通过delong检验两两比较胸1至胸12椎体ROC曲线下面积的差异，发现胸9椎体与胸7，8，10，11，12椎体曲线下面积的差异有统计学意义(P<0.05)，其余椎体之间均无统计学差异(P>0.05)，此结果考虑可能是由于所选取样本量较少所致，在以后的研究中要扩大样本量继续对其进行研究。根据研究结果发现，胸9椎体的CT值对OP的预测效能最高，胸9椎体CT值下降至153 HU以下高度提示骨量减少或骨质疏松，因此在日常临床工作中，若发现患者胸9椎体的CT值小于153 HU时，建议患者进一步行BMD的检查。李考等[12]通过分析胸6至腰1椎体CT值的ROC曲线，发现腰1椎体CT值的曲线下面积最大，其次为胸9椎体的曲线下面积最大。本研究测量的是胸1至胸12椎体CT值，因为所收集病人腰1椎体未扫描到或扫描不全，所以研究的椎体不包含腰1椎体。除了腰1椎体外，我们的研究结果与李考的研究结果一致，发现胸9椎体的CT值对OP的诊断效能最佳，这可能由于我们的研究对象为成年男性，受体力劳动影响，下脊柱部分椎体负重更大，椎体骨密度降低更显著，而且与OP相关性骨折常好发于胸腰段椎体有关[15]，而胸9椎体位于下脊柱部分，也是OP相关性骨折好发的椎体之一。

本研究的局限性在于：①本研究属于回顾性单中心研究，且样本量相对较少。②有研究发现椎体CT值受管电压与管电流等扫描参数的影响[16]，本研究控制管电压与管电流的参数一致，但其他医院由于扫描设备及扫描参数的差异，可能会导致所测量的椎体CT值不同，因此诊断骨量减少或骨质疏松的界值会存在差异。③研究对象均为男性，未研究女性患者胸椎椎体CT值与DXA的相关性情况。

综上所述，成年男性患者因临床疾病诊治或肺癌筛查、健康体检等行胸部CT检查时，可以通过测量胸椎椎体CT值来评估患者BMD情况，从而提高骨量减少和OP的诊断能力，进一步改善成年男性OP患者的生活质量、提供更多改善预后的支撑信息。